【正文】 在單片機(jī)系統(tǒng)里晶振作用非常大，全稱(chēng)叫晶體振蕩器，單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率越高，那么單片機(jī)運(yùn)行速度就越快，單片機(jī)一切指令的執(zhí)行都是建立在單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率上。 單片機(jī)8051的最小系統(tǒng)單片機(jī)8051的最小系統(tǒng)如圖32所示。能驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)四個(gè)LSTTL負(fù)載；（3）P2口（ ）是一個(gè)帶有內(nèi)部提升電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口，在訪(fǎng)問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，它輸出高8位地址。同樣可以驅(qū)動(dòng)八個(gè)LSTTL輸入。因此，它可用作對(duì)外輸出的時(shí)鐘信號(hào)，或者用于定時(shí)目的。是外接晶體的另一端。8051單片機(jī)都采用40引腳的雙列直插封裝方式，引腳排列圖如圖31， 40條引腳說(shuō)明如下： （1）Vcc正常工作時(shí)為+5V電源； （2）Vss接地。 8051單片機(jī)MCS51（8051）單片機(jī)是在一塊芯片中集成了CPU，RAM，ROM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和多種功能的I/O線(xiàn)等一臺(tái)計(jì)算機(jī)所需要的基本功能部件，由英特爾公司于1981年制造?！?0mV的皮帶荷重信號(hào)和速度信號(hào)。單片機(jī)系統(tǒng)再將流量實(shí)際值和它的設(shè)定值進(jìn)行比較，經(jīng)增量PID調(diào)節(jié)運(yùn)算后計(jì)算出控制量Vi，通過(guò)DAC0832 轉(zhuǎn)換為電流輸出信號(hào)(4～20mA)，而后經(jīng)放大去控制可控硅的導(dǎo)通角，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)滑差電機(jī)電磁離合器勵(lì)磁電流的功能，從而調(diào)節(jié)滑差電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使得物料的流量盡可能穩(wěn)定在設(shè)定值附近。硬件部分主要有8051 單片機(jī)、荷重傳感器、皮帶走速測(cè)量、A/D 轉(zhuǎn)換器(ADC0809)、D/A 轉(zhuǎn)換器(DAC0832)、鍵盤(pán)掃描電路、顯示電路等組成，系統(tǒng)硬件組成框架如圖22所示。輸送皮帶由滑差電機(jī)M（電磁調(diào)速異步電機(jī)）進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，測(cè)速傳感器SR輸出信號(hào)的頻率和皮帶的速度成正比，皮帶下方裝設(shè)荷重傳感器W，輸出的電壓信號(hào)與皮帶上的物料成正比。皮帶輸送機(jī)廣泛地應(yīng)用于礦山、冶金、碼頭和化工等行業(yè)，對(duì)于散裝的固態(tài)原料（如礦石、水泥、煤粉）進(jìn)行自動(dòng)輸送，特別適合于高溫、高空和有害環(huán)境作業(yè)。在物質(zhì)方面，我們需要又快又好的生產(chǎn)出我們所需要的物質(zhì)產(chǎn)品，所以我們要進(jìn)行生產(chǎn)自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的快速性與精確性。在西方發(fā)達(dá)國(guó)家，配料系統(tǒng)的生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)相對(duì)完善；而在中國(guó)，由于先前的技術(shù)水平落后，這使得積極開(kāi)發(fā)研制更加精確、方便、可靠、功能更強(qiáng)大的配料系統(tǒng)控制器具有重要意義。單片機(jī)配料控制系統(tǒng)在生產(chǎn)中不僅可以提高配料產(chǎn)量和質(zhì)量，也減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，從而提高了生產(chǎn)效率。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用越來(lái)越多。目前，隨著自動(dòng)化控制程度的提高，物料秤自動(dòng)控制不僅關(guān)系到生產(chǎn)質(zhì)量而且還關(guān)系著人身安全，在早期的混凝土配置中完全是依靠大量的人力來(lái)完成的，不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大并且水泥粉塵的污染損害工人的身體健康。例如水泥生產(chǎn)時(shí)需要由各種原料按一定的比例進(jìn)行混合處理；飼料的生產(chǎn)需根據(jù)牲畜的生長(zhǎng)規(guī)律，在不同的生長(zhǎng)期需生產(chǎn)成份含量不同的飼料；各種化工產(chǎn)品、建筑材料、農(nóng)藥等產(chǎn)品的生產(chǎn)也是一樣的。這種配料系統(tǒng)大多采用集中控制方式，計(jì)算機(jī)除具有工藝流程控制、工況實(shí)時(shí)顯示、提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、報(bào)表打印等功能外，還要完成對(duì)各對(duì)象的直接控制和數(shù)據(jù)采集任務(wù)。單片機(jī)配料系統(tǒng)設(shè)計(jì)電路復(fù)雜程度低，可靠性大大提高，可以滿(mǎn)足客戶(hù)實(shí)用性的要求。第一、二階段的配料系統(tǒng)只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的累計(jì)計(jì)算和測(cè)量，而且準(zhǔn)確度較低，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的變化不能進(jìn)行有效控制，因此其計(jì)量過(guò)程準(zhǔn)確度較低，缺乏穩(wěn)定性，動(dòng)態(tài)性能差。它可以實(shí)現(xiàn)平衡、識(shí)別和累計(jì)計(jì)算等功能。最早的皮帶輸送系統(tǒng)稱(chēng)重原理來(lái)自于斗式輸送機(jī)對(duì)物料連續(xù)自動(dòng)稱(chēng)量的裝置。在建材行業(yè)，沙子、粘土、水泥、石灰、石子等物料的混合需要用配料系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行定量配比。配料系統(tǒng)的使用可以提高各個(gè)部門(mén)的自動(dòng)化水平和各個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的可靠性，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，從而擴(kuò)大公司的效益。自動(dòng)衡器就是指在稱(chēng)量過(guò)程中不需要操作者干預(yù)就能按設(shè)定的處理程序自動(dòng)稱(chēng)量的衡器。衡器是利用作用在物體上的重力來(lái)確定物體質(zhì)量的計(jì)量?jī)x器，按操作方式的不同可分為：自動(dòng)衡器和非自動(dòng)衡器。皮帶配料秤廣泛用于煤炭、化工、食品加工、建材等行業(yè)的物料配比當(dāng)中，其配料的準(zhǔn)確與否直接影響著國(guó)民生產(chǎn)的各個(gè)部門(mén)。在食品加工行業(yè)，配料系統(tǒng)的使用代替了大量的手工勞動(dòng)，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)效率，使得食品加工更方便、快捷。它起源于 19 世紀(jì)末，各項(xiàng)新技術(shù)發(fā)展的十分迅速，隨著皮帶輸送系統(tǒng)的出現(xiàn)，配料系統(tǒng)也隨之產(chǎn)生。第二階段是六、七十年代的傳感器電子儀表配料系統(tǒng)，隨著模擬電路和數(shù)字電路的發(fā)展，逐漸出現(xiàn)了各種小型的配料電動(dòng)儀表。配料系統(tǒng)中的累計(jì)量運(yùn)算采用累加法代替了積分法。單片機(jī)配料系統(tǒng)是在大規(guī)模集成芯片技術(shù)成熟的基礎(chǔ)上應(yīng)運(yùn)而生的。隨著工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，基于工控機(jī)的配料系統(tǒng)也出現(xiàn)在工業(yè)場(chǎng)合。配料秤是冶金、水泥、化工、建材、食品等工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，也是冶金、水泥、化工、建材、食品等生產(chǎn)過(guò)程中的源頭工序。因此，配料精度的高低和配料速度的大小影響著整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程，我們應(yīng)該足夠重視配料過(guò)程的質(zhì)量和產(chǎn)量控制。我設(shè)計(jì)的皮帶配料秤控制系統(tǒng)正是為了此目的。微機(jī)配料控制系統(tǒng)可以按照設(shè)定好的配比和流量控制各種物料的瞬時(shí)流量，達(dá)到控制各種產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量的目的，同時(shí)它也是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化、安全穩(wěn)定生產(chǎn)和節(jié)能降耗的重要技術(shù)。皮帶配料系統(tǒng)作為一種新興的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)而越來(lái)越受到世界各國(guó)的普遍關(guān)注。另一方面，我國(guó)目前的主要矛盾是落后的生產(chǎn)力滿(mǎn)足不了人民日益增長(zhǎng)的物質(zhì)文化需要。下面就介紹以8051單片機(jī)為核心的皮帶配料秤的工作原理和整體結(jié)構(gòu)。圖21：皮帶配料秤工藝結(jié)構(gòu)圖圖21中，皮帶上方有一個(gè)料斗，皮帶轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)物料隨皮帶輸送出去。根據(jù)皮帶配料秤的技術(shù)要求，本次設(shè)計(jì)采用以8051單片機(jī)為控制核心構(gòu)成皮帶配料秤控制器BWF。瞬間流量可通過(guò)6個(gè)八段數(shù)碼管顯示出來(lái)，為操作人員提供數(shù)據(jù)參考?！?0mA的滑差電機(jī)速度調(diào)節(jié)信號(hào)。第3章 硬件結(jié)構(gòu)及原理電路 MCS51單片機(jī)單片機(jī)是一種集成的電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。MCS51單片機(jī)內(nèi)包含下列幾個(gè)部件：（1）一個(gè)8位CPU； （2）一個(gè)片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路； （3）4K字節(jié)ROM程序存儲(chǔ)器；（4）128字節(jié)RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；（5）兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；（6）可尋址64K外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和64K外部 圖31：8051引腳排列圖程序存儲(chǔ)器空間的控制電路； （7）32條可編程的I/O線(xiàn)（四個(gè)8位并行I/O端口）；（8）一個(gè)可編程全雙工串行口；（9）具有五個(gè)中斷源、兩個(gè)優(yōu)先級(jí)嵌套中斷結(jié)構(gòu)。（2）XTAL2為內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸出端。（2）ALE/正常操作時(shí)為ALE功能（允許地址鎖存）提供把地址的低字節(jié)鎖存到外部鎖存器，ALE 引腳以不變的頻率（振蕩器頻率的六分之一）周期性的發(fā)出正脈沖信號(hào)。（3）為外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端，在從外部程序存儲(chǔ)讀取指令（或數(shù)據(jù)）期間，在每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)兩次有效。 、 、 （1） P0口（ ）是一個(gè)8位漏極開(kāi)路型雙向I/O口，在訪(fǎng)問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，它是分時(shí)傳送的低字節(jié)地址和數(shù)據(jù)總線(xiàn)，P0口能以吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)八個(gè)LSTTL負(fù)載；（2）P1口（ ）是一個(gè)帶有內(nèi)部提升電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口。P3口還具有第二功能，用于特殊信號(hào)輸入輸出和控制信號(hào)（屬控制總線(xiàn)）。所以，電源是必不可少的，單片機(jī)使用的是5V電源，其中正極接40管腳，負(fù)極（地）接20管腳。單片機(jī)是一種時(shí)序電路，必須供給脈沖信號(hào)才能正常工作，在單片機(jī)內(nèi)部已集成了振蕩器，可以使用晶體振蕩器接119腳。具體數(shù)值可以由RC電路計(jì)算出時(shí)間常數(shù)。傳感器的存在和發(fā)展，讓物體有了觸覺(jué)、味覺(jué)和嗅覺(jué)等感官，讓物體慢慢變得活了起來(lái)。本次設(shè)計(jì)是將重量信號(hào)通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，然后通過(guò)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)物體重量的自動(dòng)檢測(cè)，并顯示出來(lái)。電磁力式主要用于電子天平，電容式用于部分電子吊秤，而絕大多數(shù)衡器產(chǎn)品所用的還是電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器。電阻應(yīng)變片主要有金屬和半導(dǎo)體兩類(lèi)，金屬應(yīng)變片有金屬絲式、箔式、薄膜式之分。電容式傳感器存在的不足之處是輸出阻抗高、負(fù)載能力差、寄生電容影響大。本次設(shè)計(jì)的荷重電路采用橋式測(cè)量電路，用的是電阻應(yīng)變式傳感器半橋式測(cè)量電圖33：荷重傳感器輸出全橋電路路。它的兩只應(yīng)變片和兩只電阻貼在彈性梁上，測(cè)量電阻隨重力變化導(dǎo)致彈性梁應(yīng)變而產(chǎn)生的變化，電阻的變化使橋式測(cè)量電路的輸出電壓發(fā)生變化，即輸出電壓的變化反映出重力的變化。若差動(dòng)工作，即,，,按式（31），則電橋輸出為： （33） 重量信號(hào)采集電路ADC0809是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器。ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示，它由8路模擬開(kāi)關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開(kāi)關(guān)樹(shù)型A/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、邏輯控制和定時(shí)電路組成。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開(kāi)輸出三態(tài)門(mén)，輸出數(shù)字量；（8）CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。經(jīng)過(guò)放大電路的信號(hào)是一個(gè)模擬信號(hào)，為了實(shí)現(xiàn)本次設(shè)計(jì)的目的必須把它變成數(shù)字信號(hào)送入單片機(jī)控制系統(tǒng)受理，因此本系統(tǒng)需要用A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。三態(tài)輸出鎖存器被用于鎖存A/D 轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE 端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。ADC0809的ADDA、ADDB、ADDC均接地，表示選中0通道IN0。要實(shí)現(xiàn)速度環(huán)節(jié)的控制必須檢測(cè)出電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并將轉(zhuǎn)速輸入到單片機(jī)進(jìn)行處理運(yùn)算。采用旋轉(zhuǎn)編碼器的數(shù)字測(cè)速方法有三種：M法、T法和M/T法測(cè)速。74LS74是一個(gè)邊沿觸發(fā)器數(shù)字電路器件，每個(gè)器件中包含兩個(gè)相同的、相互獨(dú)立的邊沿觸發(fā)d觸發(fā)器電路。觸發(fā)沿來(lái)到前一瞬間加入輸入信號(hào)。下面介紹74LS74的引腳功能：（1）1Q、2Q、1Q＿、2Q＿為輸出端；（2）1CP、2CP為時(shí)鐘輸入端；（3）1D、2D為數(shù)據(jù)輸入端；（4）CLRCLR2為直接復(fù)位端（低電平有效）；（5）PRPR2為直接置位端（低電平有效）。C +70176。2mV；（6）共模輸入電壓范圍寬，VIC=0～；（7）輸出與TTL，DTL，MOS，CMOS 等兼容；（8）輸出可以用開(kāi)路集電極連接“或”門(mén)；（9）表面安裝器件:表面安裝。比較器的所有沒(méi)有用的引腳必須接地，其偏置網(wǎng)絡(luò)確立了其靜態(tài)電流與電源電壓范圍 ~30V無(wú)關(guān)，通常電源也不需要加旁路電容。由圖可知皮帶走速的測(cè)量步驟如下：（1）由測(cè)速傳感器輸出的信號(hào)，其頻率為皮帶走速的線(xiàn)性函數(shù)，該頻率由光碼盤(pán)檢測(cè)回路獲得；（2）該輸出信號(hào)通過(guò)衰減送給比較器整形為標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào)，輸入到74LS74進(jìn)行分頻，74LS74的Q輸出方波接到8051的；（3）由8051的定時(shí)器測(cè)出方波的周期，然后選用門(mén)控方式定時(shí)計(jì)數(shù)，當(dāng)Q輸出高電平時(shí)T1計(jì)數(shù)，當(dāng)Q輸出低電平時(shí)T1停止計(jì)數(shù)，最后讀出的計(jì)數(shù)值m；圖35：皮帶走速信號(hào)測(cè)量電路（4）由公式計(jì)算電機(jī)的轉(zhuǎn)速，然后查表得到轉(zhuǎn)換系數(shù)，計(jì)算出皮帶走速大小。鍵盤(pán)是由若干個(gè)按鍵組成的開(kāi)關(guān)組，當(dāng)沒(méi)有一個(gè)鍵按下時(shí)，所有行線(xiàn)輸出為1；當(dāng)某個(gè)鍵按下時(shí)，該鍵所在的行線(xiàn)和列線(xiàn)短接，行線(xiàn)的輸出由列線(xiàn)的輸入電平來(lái)決定，74LS164可以為鍵盤(pán)提供列掃描信號(hào)。其中，第一行的行值是00H，第二行的行值是08H。數(shù)碼管由8個(gè)發(fā)光二極管（以下簡(jiǎn)稱(chēng)字段）構(gòu)成，通過(guò)不同的組合可用來(lái)顯示數(shù)字0~字符A通常，公共陽(yáng)極接高電平（一般接電源），其它管腳接段驅(qū)動(dòng)電路輸出端。（2）共陰極數(shù)碼管的8個(gè)發(fā)光二極管的陰極（二極管負(fù)端）連接在一起。表31：八段LED顯示器段碼表顯示符0123456789.段碼3FH06H5BH4FH66H6DH07H7DH7EH6FH80H本次設(shè)計(jì)中的顯示器采用八段數(shù)碼管，需要由驅(qū)動(dòng)電路（反向器）來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，并采用共陽(yáng)極接法。～，用于控制各個(gè)顯示器的接地端。這種顯示為動(dòng)態(tài)顯示，此時(shí)，段選碼和位選碼都是由軟件控制。LED顯示器有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)顯示兩種方法。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是線(xiàn)路簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。在對(duì)顯示器要求不是太高的場(chǎng)合，也常采用串行數(shù)據(jù)輸出方式進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描，這種方式利用8051內(nèi)部的串行口和某個(gè)并行口（如P1口）組成了控制電路。每輸出一個(gè)字節(jié)，8051內(nèi)部的硬件自動(dòng)使SCON寄存器的中斷標(biāo)志TI置位，通過(guò)對(duì)TI的測(cè)試，即可確定一個(gè)字節(jié)是否發(fā)送完畢。數(shù)據(jù)通過(guò)兩個(gè)輸入端（DSA 或 DSB）之一串行輸入；任一輸入端可以用作高電平使能端，控制另一輸入端的數(shù)據(jù)輸入。在硬件電路中，74LS164的功能是進(jìn)行鍵掃描時(shí)提供列值以及進(jìn)行LED顯示時(shí)提供段碼。～，經(jīng)過(guò)反向驅(qū)動(dòng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。一般用雙極型（TTL）工藝制作的稱(chēng)為555，用互補(bǔ)金屬氧化物（CMOS）工藝制作的稱(chēng)為7555，除單定時(shí)器外，還有對(duì)應(yīng)的雙定時(shí)器556/7556。它內(nèi)部包括兩個(gè)電壓比較器，三個(gè)等值串聯(lián)電阻，一個(gè)RS觸發(fā)器，一個(gè)放電管T及功率輸出級(jí)。在電源與地之間加上電壓，當(dāng) 5 腳懸空時(shí)，則電壓比較器 C1 的同相輸入端的電壓為2VCC /3，C2的反相輸入端的電壓為VCC /3。當(dāng)此端接低電平，則時(shí)基電路不工作，此時(shí)不論TR、TH處于何電平，時(shí)基電路輸出為“0”，該端不用時(shí)應(yīng)接高電平；5腳：VC為控制電壓端。物料在超出設(shè)定值或低于設(shè)定值時(shí)就被系統(tǒng)識(shí)別為超限。圖37：報(bào)警電路原理圖由于P1口是準(zhǔn)雙向口，要想將某一位作輸出位時(shí)，必須先在鎖存器中寫(xiě)入“1”。 DAC0832在控制電機(jī)中