【正文】 在單片機系統(tǒng)里晶振作用非常大，全稱叫晶體振蕩器，單片機晶振提供的時鐘頻率越高，那么單片機運行速度就越快，單片機一切指令的執(zhí)行都是建立在單片機晶振提供的時鐘頻率上。 單片機8051的最小系統(tǒng)單片機8051的最小系統(tǒng)如圖32所示。能驅(qū)動(吸收或輸出電流)四個LSTTL負載；（3）P2口（ ）是一個帶有內(nèi)部提升電阻的8位準雙向I/O口，在訪問外部存儲器時，它輸出高8位地址。同樣可以驅(qū)動八個LSTTL輸入。因此，它可用作對外輸出的時鐘信號，或者用于定時目的。是外接晶體的另一端。8051單片機都采用40引腳的雙列直插封裝方式，引腳排列圖如圖31， 40條引腳說明如下： （1）Vcc正常工作時為+5V電源； （2）Vss接地。 8051單片機MCS51（8051）單片機是在一塊芯片中集成了CPU，RAM，ROM、定時器/計數(shù)器和多種功能的I/O線等一臺計算機所需要的基本功能部件，由英特爾公司于1981年制造?！?0mV的皮帶荷重信號和速度信號。單片機系統(tǒng)再將流量實際值和它的設定值進行比較，經(jīng)增量PID調(diào)節(jié)運算后計算出控制量Vi，通過DAC0832 轉(zhuǎn)換為電流輸出信號(4～20mA)，而后經(jīng)放大去控制可控硅的導通角，實現(xiàn)調(diào)節(jié)滑差電機電磁離合器勵磁電流的功能，從而調(diào)節(jié)滑差電機的轉(zhuǎn)速，使得物料的流量盡可能穩(wěn)定在設定值附近。硬件部分主要有8051 單片機、荷重傳感器、皮帶走速測量、A/D 轉(zhuǎn)換器(ADC0809)、D/A 轉(zhuǎn)換器(DAC0832)、鍵盤掃描電路、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M（電磁調(diào)速異步電機）進行驅(qū)動，測速傳感器SR輸出信號的頻率和皮帶的速度成正比，皮帶下方裝設荷重傳感器W，輸出的電壓信號與皮帶上的物料成正比。皮帶輸送機廣泛地應用于礦山、冶金、碼頭和化工等行業(yè)，對于散裝的固態(tài)原料（如礦石、水泥、煤粉）進行自動輸送，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，所以我們要進行生產(chǎn)自動化，實現(xiàn)生產(chǎn)的快速性與精確性。在西方發(fā)達國家，配料系統(tǒng)的生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)相對完善；而在中國，由于先前的技術(shù)水平落后，這使得積極開發(fā)研制更加精確、方便、可靠、功能更強大的配料系統(tǒng)控制器具有重要意義。單片機配料控制系統(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強度，從而提高了生產(chǎn)效率。隨著半導體技術(shù)的發(fā)展，單片機的應用越來越多。目前，隨著自動化控制程度的提高，物料秤自動控制不僅關(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完成的，不僅勞動強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)時需要由各種原料按一定的比例進行混合處理；飼料的生產(chǎn)需根據(jù)牲畜的生長規(guī)律，在不同的生長期需生產(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，計算機除具有工藝流程控制、工況實時顯示、提供數(shù)據(jù)存儲、報表打印等功能外，還要完成對各對象的直接控制和數(shù)據(jù)采集任務。單片機配料系統(tǒng)設計電路復雜程度低，可靠性大大提高，可以滿足客戶實用性的要求。第一、二階段的配料系統(tǒng)只能進行簡單的累計計算和測量，而且準確度較低，對系統(tǒng)運行過程中的變化不能進行有效控制，因此其計量過程準確度較低，缺乏穩(wěn)定性，動態(tài)性能差。它可以實現(xiàn)平衡、識別和累計計算等功能。最早的皮帶輸送系統(tǒng)稱重原理來自于斗式輸送機對物料連續(xù)自動稱量的裝置。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)對其進行定量配比。配料系統(tǒng)的使用可以提高各個部門的自動化水平和各個生產(chǎn)系統(tǒng)的可靠性，降低工人勞動強度，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，從而擴大公司的效益。自動衡器就是指在稱量過程中不需要操作者干預就能按設定的處理程序自動稱量的衡器。衡器是利用作用在物體上的重力來確定物體質(zhì)量的計量儀器，按操作方式的不同可分為：自動衡器和非自動衡器。皮帶配料秤廣泛用于煤炭、化工、食品加工、建材等行業(yè)的物料配比當中，其配料的準確與否直接影響著國民生產(chǎn)的各個部門。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，提高了勞動生產(chǎn)效率，使得食品加工更方便、快捷。它起源于 19 世紀末，各項新技術(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儀表。配料系統(tǒng)中的累計量運算采用累加法代替了積分法。單片機配料系統(tǒng)是在大規(guī)模集成芯片技術(shù)成熟的基礎上應運而生的。隨著工業(yè)控制計算機的廣泛應用，基于工控機的配料系統(tǒng)也出現(xiàn)在工業(yè)場合。配料秤是冶金、水泥、化工、建材、食品等工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的一個重要環(huán)節(jié)，也是冶金、水泥、化工、建材、食品等生產(chǎn)過程中的源頭工序。因此，配料精度的高低和配料速度的大小影響著整個生產(chǎn)過程，我們應該足夠重視配料過程的質(zhì)量和產(chǎn)量控制。我設計的皮帶配料秤控制系統(tǒng)正是為了此目的。微機配料控制系統(tǒng)可以按照設定好的配比和流量控制各種物料的瞬時流量，達到控制各種產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量的目的，同時它也是實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化、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)而越來越受到世界各國的普遍關(guān)注。另一方面，我國目前的主要矛盾是落后的生產(chǎn)力滿足不了人民日益增長的物質(zhì)文化需要。下面就介紹以8051單片機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，皮帶上方有一個料斗，皮帶轉(zhuǎn)動時物料隨皮帶輸送出去。根據(jù)皮帶配料秤的技術(shù)要求，本次設計采用以8051單片機為控制核心構(gòu)成皮帶配料秤控制器BWF。瞬間流量可通過6個八段數(shù)碼管顯示出來，為操作人員提供數(shù)據(jù)參考?！?0mA的滑差電機速度調(diào)節(jié)信號。第3章 硬件結(jié)構(gòu)及原理電路 MCS51單片機單片機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隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、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)成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)。MCS51單片機內(nèi)包含下列幾個部件：（1）一個8位CPU； （2）一個片內(nèi)振蕩器及時鐘電路； （3）4K字節(jié)ROM程序存儲器；（4）128字節(jié)RAM數(shù)據(jù)存儲器；（5）兩個16位定時器/計數(shù)器；（6）可尋址64K外部數(shù)據(jù)存儲器和64K外部 圖31：8051引腳排列圖程序存儲器空間的控制電路； （7）32條可編程的I/O線（四個8位并行I/O端口）；（8）一個可編程全雙工串行口；（9）具有五個中斷源、兩個優(yōu)先級嵌套中斷結(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。（3）為外部程序存儲器讀選通信號輸出端，在從外部程序存儲讀取指令（或數(shù)據(jù)）期間，在每個機器周期內(nèi)兩次有效。 、 、 （1） P0口（ ）是一個8位漏極開路型雙向I/O口，在訪問外部存儲器時，它是分時傳送的低字節(jié)地址和數(shù)據(jù)總線，P0口能以吸收電流的方式驅(qū)動八個LSTTL負載；（2）P1口（ ）是一個帶有內(nèi)部提升電阻的8位準雙向I/O口。P3口還具有第二功能，用于特殊信號輸入輸出和控制信號（屬控制總線）。所以，電源是必不可少的，單片機使用的是5V電源，其中正極接40管腳，負極（地）接20管腳。單片機是一種時序電路，必須供給脈沖信號才能正常工作，在單片機內(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電路計算出時間常數(shù)。傳感器的存在和發(fā)展，讓物體有了觸覺、味覺和嗅覺等感官，讓物體慢慢變得活了起來。本次設計是將重量信號通過傳感器轉(zhuǎn)化為電信號，然后通過單片機實現(xiàn)對物體重量的自動檢測，并顯示出來。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變式稱重傳感器。電阻應變片主要有金屬和半導體兩類，金屬應變片有金屬絲式、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、負載能力差、寄生電容影響大。本次設計的荷重電路采用橋式測量電路，用的是電阻應變式傳感器半橋式測量電圖33：荷重傳感器輸出全橋電路路。它的兩只應變片和兩只電阻貼在彈性梁上，測量電阻隨重力變化導致彈性梁應變而產(chǎn)生的變化，電阻的變化使橋式測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。若差動工作，即,，,按式（31），則電橋輸出為： （33） 重量信號采集電路ADC0809是美國國家半導體公司生產(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路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關(guān)樹型A/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、邏輯控制和定時電路組成。當A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量；（8）CLK：時鐘脈沖輸入端。START上升沿將逐次逼近寄存器復位。經(jīng)過放大電路的信號是一個模擬信號，為了實現(xiàn)本次設計的目的必須把它變成數(shù)字信號送入單片機控制系統(tǒng)受理，因此本系統(tǒng)需要用A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。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OE 端為高電平時，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。要實現(xiàn)速度環(huán)節(jié)的控制必須檢測出電機的轉(zhuǎn)速，并將轉(zhuǎn)速輸入到單片機進行處理運算。采用旋轉(zhuǎn)編碼器的數(shù)字測速方法有三種：M法、T法和M/T法測速。74LS74是一個邊沿觸發(fā)器數(shù)字電路器件，每個器件中包含兩個相同的、相互獨立的邊沿觸發(fā)d觸發(fā)器電路。觸發(fā)沿來到前一瞬間加入輸入信號。下面介紹74LS74的引腳功能：（1）1Q、2Q、1Q＿、2Q＿為輸出端；（2）1CP、2CP為時鐘輸入端；（3）1D、2D為數(shù)據(jù)輸入端；（4）CLRCLR2為直接復位端（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）輸出可以用開路集電極連接“或”門；（9）表面安裝器件:表面安裝。比較器的所有沒有用的引腳必須接地，其偏置網(wǎng)絡確立了其靜態(tài)電流與電源電壓范圍 ~30V無關(guān)，通常電源也不需要加旁路電容。由圖可知皮帶走速的測量步驟如下：（1）由測速傳感器輸出的信號，其頻率為皮帶走速的線性函數(shù)，該頻率由光碼盤檢測回路獲得；（2）該輸出信號通過衰減送給比較器整形為標準脈沖信號，輸入到74LS74進行分頻，74LS74的Q輸出方波接到8051的；（3）由8051的定時器測出方波的周期，然后選用門控方式定時計數(shù)，當Q輸出高電平時T1計數(shù)，當Q輸出低電平時T1停止計數(shù)，最后讀出的計數(shù)值m；圖35：皮帶走速信號測量電路（4）由公式計算電機的轉(zhuǎn)速，然后查表得到轉(zhuǎn)換系數(shù)，計算出皮帶走速大小。鍵盤是由若干個按鍵組成的開關(guān)組，當沒有一個鍵按下時，所有行線輸出為1；當某個鍵按下時，該鍵所在的行線和列線短接，行線的輸出由列線的輸入電平來決定，74LS164可以為鍵盤提供列掃描信號。其中，第一行的行值是00H，第二行的行值是08H。數(shù)碼管由8個發(fā)光二極管（以下簡稱字段）構(gòu)成，通過不同的組合可用來顯示數(shù)字0~字符A通常，公共陽極接高電平（一般接電源），其它管腳接段驅(qū)動電路輸出端。（2）共陰極數(shù)碼管的8個發(fā)光二極管的陰極（二極管負端）連接在一起。表31：八段LED顯示器段碼表顯示符0123456789.段碼3FH06H5BH4FH66H6DH07H7DH7EH6FH80H本次設計中的顯示器采用八段數(shù)碼管，需要由驅(qū)動電路（反向器）來進行驅(qū)動，并采用共陽極接法?！?，用于控制各個顯示器的接地端。這種顯示為動態(tài)顯示，此時，段選碼和位選碼都是由軟件控制。LED顯示器有靜態(tài)和動態(tài)顯示兩種方法。這種方法的優(yōu)點是線路簡單，價格便宜。在對顯示器要求不是太高的場合，也常采用串行數(shù)據(jù)輸出方式進行動態(tài)掃描，這種方式利用8051內(nèi)部的串行口和某個并行口（如P1口）組成了控制電路。每輸出一個字節(jié)，8051內(nèi)部的硬件自動使SCON寄存器的中斷標志TI置位，通過對TI的測試，即可確定一個字節(jié)是否發(fā)送完畢。數(shù)據(jù)通過兩個輸入端（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的功能是進行鍵掃描時提供列值以及進行LED顯示時提供段碼。～，經(jīng)過反向驅(qū)動器來實現(xiàn)。一般用雙極型（TTL）工藝制作的稱為555，用互補金屬氧化物（CMOS）工藝制作的稱為7555，除單定時器外，還有對應的雙定時器556/7556。它內(nèi)部包括兩個電壓比較器，三個等值串聯(lián)電阻，一個RS觸發(fā)器，一個放電管T及功率輸出級。在電源與地之間加上電壓，當 5 腳懸空時，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。當此端接低電平，則時基電路不工作，此時不論TR、TH處于何電平，時基電路輸出為“0”，該端不用時應接高電平；5腳：VC為控制電壓端。物料在超出設定值或低于設定值時就被系統(tǒng)識別為超限。圖37：報警電路原理圖由于P1口是準雙向口，要想將某一位作輸出位時，必須先在鎖存器中寫入“1”。 DAC0832在控制電機中