【文章內容簡介】 流Ia≈Ic0 晶閘關處于正向阻斷狀態(tài)。當晶閘管在正向陽極電壓下，從門極G流入電流Ig,由于足夠大的Ig流經NPN管的發(fā)射結，從而提高起點流放大系數a2,產生足夠大的極電極電流Ic2流過PNP管的發(fā)射結，并提高了PNP管的電流放大系數a1,產生更大的極電極電流Ic1流經NPN管的發(fā)射結。這樣強烈的正反饋過程迅速進行。這時，流過晶閘管的電流完全由主回路的電壓和回路電阻決定。晶閘管已處于正向導通狀態(tài)。 在晶閘管導通后，即使此時門極電流Ig=0,晶閘管仍能保持原來的陽極電流Ia而繼續(xù)導通。晶閘管在導通后，門極已失去作用。在晶閘管導通后，如果不斷的減小電源電壓或增大回路電阻，使陽極電流Ia減小到維持電流IH以下時，晶閘管恢復阻斷狀態(tài)。綜上所述，本系統所用可控硅選擇常用的S1612NH。 主控模塊—LPC213X LPC2131/2132/2134/2136/2138微控制器是基于一個支持實時仿真和嵌入式跟蹤的16/32位ARM7TDMIS CPU，并帶有32kB、64kB、128kB、256kB和512kB嵌入的高速Flash存儲器。128位寬度的存儲器接口和獨特的加速結構使32位代碼能夠在最大時鐘速率下運行。對代碼規(guī)模有嚴格控制的應用可使用16位Thumb模式將代碼規(guī)模降低超過30%，而性能的損失卻很小。 較小的封裝和很低的功耗使LPC2131/2132/2134/2136/2138特別適用于訪問控制和POS機等小型應用中；由于內置了寬范圍的串行通信接口和8/16/32kB的片內SRAM，它們也非常適合于通信網關、協議轉換器、軟件modem、語音識別、低端成像，為這些應用提供大規(guī)模的緩沖區(qū)和強大的處理功能。多個32位定時器、1個或2個10位8路的ADC、10位DAC、PWM通道、47個GPIO以及多達9個邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷使它們特別適用于工業(yè)控制應用以及醫(yī)療系統。其特性如下：l 16/32位ARM7TDMIS核，超小LQFP64封裝。l 8/16/32kB的片內靜態(tài)RAM和32/64/128/256/512kB的片內Flash程序存儲器， 128位寬度接口/加速器可實現高達60MHz工作頻率。 l 通過片內boot裝載程序實現在系統編程/在應用編程(ISP/IAP)。單個Flash扇區(qū)或整片擦除時間為400ms。256字節(jié)行編程時間為1ms。l EmbeddedICE RT和嵌入式跟蹤接口通過片內RealMonitor軟件對代碼進行實時調試和高速跟蹤。l 1個(LPC2131/32)或2個(LPC2134/36/38)8路10位的A/D轉換器，共提供16路模擬輸入。l 1個10位的D/A轉換器，可產生不同的模擬輸出。l 2個32位定時器/外部事件計數器(帶4路捕獲和4路比較通道)、PWM單元(6路輸出)和看門狗。l 低功耗實時時鐘具有獨立的電源和特定的32kHz時鐘輸入。l 向量中斷控制器?？膳渲脙?yōu)先級和向量地址。l 小型的LQFP64封裝上包含多達47個通用I/O口(可承受5V電壓)。l 多達9個邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷管腳。l 通過片內PLL(100us的設置時間)可實現最大為60MHz的 CPU操作頻率。l 片內集成振蕩器與外部晶體的操作頻率范圍為1～30 MHz，與外部振蕩器的操作頻率范圍高達50MHz。l 多個串行接口，包括2個16C550工業(yè)標準UART、2個高速I2C總線（400kbit/s）、 SPI和具有緩沖作用和數據長度可變功能的SSP。l 低功耗模式：空閑和掉電。l 可通過個別使能/禁止外部功能和外圍時鐘分頻來優(yōu)化功耗。l 通過外部中斷或BOD將處理器從掉電模式中喚醒。l 單電源，具有上電復位(POR)和掉電檢測(BOD)電路，CPU操作電壓范圍：~ (177。10%)，I/O口可承受5V的電壓。 本系統設計采用廣州周立功單片機有限公司的LPC2131微處理器，它不但性能穩(wěn)定，數據獲取、存儲、傳輸精確，而且功能強大，有強大的拓展空間，便于系統的拓展與功能升級，而沒有選擇單片機。 本章首先介紹了配料系統的設計目標：精確、高效、實時監(jiān)控、自動化程度高。而實際稱量配料系統中，高效和精確往往是相互矛盾的。一般配料系統對稱量配料過程的生產率都有規(guī)定，在給定的生產率前提下，使配料精度達到要求即可。在隨后的章節(jié)中，不但全面闡述了系統總體設計思路和方案，而且詳細論證了本系統各個模塊的參數要求，結合系統實際需求和現有條件，最終通過比較得出最佳實施方案。第三章 系統硬件設計 系統電路總體設計整個系統以LPC2131微控制器為核心，對皮帶料重，過零點等參數進行檢測，經運算比較，控制可控硅觸發(fā)等相應的執(zhí)行機構，實現系統功能。整個電路系統主要包括以下幾個部分：過零檢測電路：檢查交流電的過零點，以觸發(fā)主控芯片的外中斷，從而根據具體情況調節(jié)每次下料量?？煽毓栌|發(fā)控制電路：根據上次下料量的大小調整其導通角，以改變電路中的電流，從而調整振動以調整本次下料量，最終達到控制作用。前置放大電路：對A/D采樣信號進行濾波、放大處理后以便于A/D采樣。鍵盤顯示電路：實時監(jiān)控電路運行狀態(tài)，根據具體情況進行電路參數的設定和調整。主要硬件配置如圖3. 1所示。圖3. 1 系統硬件結構框圖 主控芯片的選擇及簡介作為配料系統核心部件的主控芯片，不但要求其損耗低、抗干擾能力強、易于操作、價格適中，而且必須具有執(zhí)行速度快、通用性強等特點。目前應用在底層控制系統的微控制器主要有數字信號處理器DSP和8位，16位單片機兩種類型，單片機主要使用8位，16位處理器，硬件技術比較成熟，軟件編程相對簡單。但數據處理能力不強，需要借助外加器件例如計數器，PID調節(jié)器或PiVM產生器等，系統的穩(wěn)定性不強，系統控制板的結構尺寸也會很大。DSP具有數據處理能力強、速度快等優(yōu)點，且其體積較小，有利于電路板布局，但是DSP在中斷處理、位處理或邏輯操作方面不如單片機，且其資料相對不多，芯片價格和相應的開發(fā)套件昂貴，專用性比較強，通用性比較弱。與DSP具有同等性能的ARM微處理資源豐富，具有很好的通用性，以其高速度，高性能、低價格、低功耗，可以廣泛的應用于各個領域。ARM本身是32位處理器，但是集成了16位的Thumb指令集，這使得ARM可以代替16位的處理器例如80C51系列單片機使用，同時具有32位處理器的速度。ARM嵌入式系統以其優(yōu)良的性能，良好的移植性，廣泛應用與各個行業(yè)?？梢哉f，用單片機和DSP實現的系統，ARM都可以實現。ARM集成了豐富的片內外設資源，利用自身資源不必增加外圍器件就可實現控制要求的功能，同時使得控制板的結構尺寸可以做得更小。另外，利用ARM處理器設計的嵌入式系統還具有非常好的移植性，能夠使得技術真正用于生產生活，這是其他型處理器所不具備的特點。ARM (Advanced RISC Machines )，既可以認為是一個公司的名稱，也可以認為是對一類處理器的通稱。1991年ARM公司成立于英國劍橋，主要出售芯片設計技術的授權。目前，采用ARM技術知識產權(IP)核的微處理器，即我們通常所說的ARM微處理器，已經遍及工業(yè)控制、消費類電子、通信系統、網絡系統、無線系統等各類產品市場。ARM公司自1990年正式成立以來，在32位RISC( ReducedIn structionS etC omputer)CPU開發(fā)領域不斷取得突破，其結構己經從V3發(fā)展到V6。由于ARM公司自成立以來，一直以IP(Intelligence Property)核提供者的身份向各大半導體制造商出售知識產權，而自己并不介入芯片的生產銷售，加上其設計的芯核具有功耗低、成本低等顯著優(yōu)點，因此獲得眾多的半導體廠家和整機廠商的大力支持，在32位嵌入式應用領域獲得了巨大的成功，目前已經占有75%以上的32位RISC嵌入式產品市場，在低功耗、低成本的嵌入式應用領域確立了市場領導地位?，F在設計、生產ARM芯片的國際大公司已經超過50多家，國內多家大公司也己經購買ARM公司的芯核用于通信專用芯片的設計。在所有ARM微處理器系列中，ARM7TDMI微處理器系列所應用的范圍最廣，采用ARM7TDMI微處理器作為內核生產芯片的公司最多，同時其性價比也是最高的。因此，本系統的嵌入式硬件開發(fā)平臺采用基于ARM7TDMI的微處理器LPC2131作為系統的主控制器。 ARM處理器概述ARM7TDMIS核是通用的32位微處理器內核，具有高性能和低功耗的特性。ARM結構是基于精簡指令計算機（RISC）原理而設計的，指令集和相關的譯碼機制比復雜指令集計算機要簡單的多，由此可見，使用一個小的、廉價的處理器核就非常容易實現很高的指令吞吐量和實時的中斷響應。ARM7TDMIS使用了流水線技術，處理和存儲系統的所有部分都可連續(xù)工作。通常在執(zhí)行一條指令的同時就對下一條指令進行譯碼，并對第三條指令從存儲器中取出如圖3. 2所示。取指譯碼執(zhí)行取指譯碼執(zhí)行取指譯碼執(zhí)行圖3. 2 ARM7的3級指令流水線ARM7TDMIS處理器使用了一個被稱為Thumb的獨特結構化策略，非常適合那些對存儲器有限制或者需要較高代碼密度的大批量產品的應用?；赥humb的一個關鍵的概念就是“超精簡指令集”?；旧希珹RM7TDMIS處理器具有以下兩個指令集：l 標準32位ARM指令集l 16位Thumb指令集 Thumb指令集的16位指令長度，使其可以達到標準ARM代碼的密度，卻仍然保持ARM的大多數性能上的優(yōu)勢，而這些優(yōu)勢是使用16位寄存器的16位處理器所不具備的。因為Thumb代碼和ARM代碼一樣，是在相同的32位寄存器上進行的操作。 Thumb代碼僅為ARM代碼規(guī)模的65%，但是其性能卻是連接到16位存儲器系統的相同的ARM處理器性能的160%。（更詳細的內容，請參閱ARM官方網站上的ARM7TDMIS數據手冊） LPC2131簡介LPC2131是基于一個支持實時仿真和跟蹤的16/32位ARM7TDMISTMCPU微控制器，并且代有32KB嵌入的高速Flash存儲器。128位寬度的存儲器接口和獨特的加速結構使32位代碼能夠在最大時鐘速率下運行。對代碼規(guī)模有嚴格控制的應用可使用32位Thumb模式將代碼規(guī)模降低30%以上，而性能的損失卻很小。LPC2131特性如下：.l 小型LQFP64封裝的16/32位ARM7TDMIS微控制器。l 8KB片內靜態(tài)RAM。l 32KB片內Flash程序存儲器，128位寬度接口/加速器實現高達60MHz的操作頻率。l 片內Boot裝載程序實現在系統編程（ISP）和在應用編程（IAP）。Flash編程時間，1ms可編程256個字節(jié)，扇區(qū)擦除或整片擦除只需400ms。l EmbeddedICERT和嵌入式跟蹤接口，可實時調試（利用片內RealMonitor軟件）和高速跟蹤執(zhí)行代碼。l 1個8路10位A/D轉換器共包含8個模擬輸入， us。l 2個32位定時器（帶4路捕獲和4路比較通道）、PWM單元（6路輸出）和看門狗。l 實時時鐘具有獨立的電源和時鐘源，在節(jié)電模式下極大的降低功耗。l 多個串行接口，包括2個16C550工業(yè)標準UART、2個高速I2C接口（400Kb/s）、SPI和具有緩沖作用和數據長度可變功能的SSP。l 向量中斷控制器。可配置優(yōu)先級和向量地址。l 多達47個可承受5V電壓的通用I/O。l 多達9個邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷引腳。l 通過片內PLL可實現最大的為60MHz的CPU操作頻率。l 片內晶體振蕩電路支持頻率：1~30MHz。l 2個低功耗模式：空閑和掉電。l 可通過個別使能/禁止外部功能和降低外部時鐘來優(yōu)化功耗。l 通過外部中斷將處理器從掉電模式中喚醒。l 單電源供電，含有上電復位（POR）和掉電檢測（BOD）電路。~。 LPC2131包含一個支持仿真的ARM7TDMIS CPU 、與片內存儲器控制器接口的ARM7局部總線，與中斷控制器接口的AMBA高性能總線AHB和連接片內外設功能的VLSI外設總線VPB。AHB和VPB通過橋相連。LPC2131的外設功能（中斷控制器除外）都連接到VPB總線上。片內外設與器件引腳的連接由引腳連接模塊控制。該模塊必須由軟件進行控制，以符合外設功能與引腳在特定應用中的需要。LPC2131將ARM7TDMIS配置為小端字節(jié)順序,LPC2131開發(fā)板的實物如圖3. 3所示。圖3. 3 LPC2131開發(fā)板實物圖 LPC2131開發(fā)板組成LPC2131開發(fā)板主要集成有電源、復位電路、系統時鐘、JTAG接口電路等。（1）電源電路。電源經78M05穩(wěn)壓至5V， 再經過SPXI l 。當正確連接電源后，LED作為電源指示燈點亮。其特點為輸出電流大，精度高，穩(wěn)定性高，功耗低。電路原理圖如圖3. 4所示。圖3. 4 系統電源電路 （2）復位電路由于ARM芯片的高速、低功耗和低工作電壓導致其噪聲容限低，對電源的紋波、瞬態(tài)響應性能、時鐘源監(jiān)控和電源監(jiān)控可靠性等諸多也提供了更高的要求，因此復位電路使用帶I2C存儲器的電源監(jiān)控芯片CAT1025JI30，提高了系統的可靠性。其電路原理圖如圖3. 5所示。圖3. 5 系統復位電路（3）系統時鐘電路，同時也為了準確設置串口通信波特率。原理圖如圖3. 6所示。圖3. 6 系統時鐘電路（4）JTAG接口電路采用ARM公司提供的標準20腳JTAG仿真調試接口。，使系統復位后LPC2131內部JTAG接口使能，直接進入JTAG調試。原理圖如圖3. 7所示。圖3. 7 JTAG接口電路 系統模塊電路設計 過零檢測電路：用于檢測交流電的過零點，在過零點來臨之后，打開一個定時器，定時器中斷后，給出可控硅開啟脈沖，這樣只要改變定時器初值就能將開啟脈沖前移或者后推，實現對可控硅觸發(fā)角的控制。