【文章內(nèi)容簡介】 內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P2的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或輸出電流方式）4個TTL輸入。對端口寫1時，通過內(nèi)部的上接電阻把端口拉到高電位，這時可用作輸入口。P2作輸入口使用時，因為有內(nèi)部的上拉電阻，那些被部信號拉低的引腳會輸出一個電流（）。P3口:一個還內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P3的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或輸出電流方式）4個TTL輸入。對商品寫1時，通過內(nèi)部的上拉電阻把商品拉到高電位，這時可用作輸入口。P3作輸入口使用時，因為有內(nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流：（）。在AT89C51中，P3口還用于一些復(fù)用的功能，即第二功能，其復(fù)用功能如圖211所示。此外，RST引腳是復(fù)位信號的輸入端，復(fù)位信號是高電平有效，其有效時間應(yīng)持續(xù)24個振蕩周期（即二個機器周期）以上，若使用頻率為6MHZ晶振，則復(fù)位信號持續(xù)時間應(yīng)超過4s，才能完成復(fù)位操作。 復(fù)位電路整個復(fù)位電路包括芯片內(nèi)、外兩部分。外部電路產(chǎn)生的復(fù)位信號送至施密特觸發(fā)器，再由片內(nèi)復(fù)位電路在每個機器周期的S5P2時施密特觸發(fā)器的輸出進行采樣，然后才得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號。圖214 復(fù)位電路邏輯圖： 在加電瞬間電容通過充電來實現(xiàn)的，其電路如圖215所示。在通電瞬間，電容C通過電阻R充電，RST端出現(xiàn)正脈沖，用以復(fù)位。圖215 上電復(fù)位電路手動復(fù)位：手動復(fù)位：所謂手動復(fù)位就是通過一按鍵開關(guān)，使單片機進入復(fù)位狀態(tài)。系統(tǒng)在上電運行后，需要復(fù)位，通過手動得利 位來實現(xiàn)，一般是阻容復(fù)位和手動復(fù)位相結(jié)合。圖216 手動復(fù)位電路看門狗（以max813為例）是一種監(jiān)控單片機是否出問題和上電復(fù)位的一咱專用芯片，它在單片機上電的時候可以給出上電復(fù)位信號，當(dāng)系統(tǒng)進行正常工作的時候，否則看門狗就會發(fā)出一個復(fù)位信號至單片機的復(fù)位角，使單片機復(fù)位，這種操作一般在程序中處理。圖217 看門狗復(fù)位電路MAX813特點：MAX813是具有監(jiān)控電路的微處理芯片，它具有4個功能：1. 具有獨立的看門狗計時器，就會產(chǎn)生看門狗輸出；，產(chǎn)生掉電輸出；；，當(dāng)人工復(fù)位端輸入低電平時，產(chǎn)生復(fù)位信號輸出。MAX813的各引腳功能：MR（1腳）：手動復(fù)位端。當(dāng)該端輸入低電平保持140ms以上，MAX813就能產(chǎn)生復(fù)位信號，該復(fù)位信號脈寬為200ms。Vcc（2腳）：工作電源接+5V。GND（3腳）：電源接地端。PFI（4腳）：電源故障輸入端。，MAX813使電源故障輸出端產(chǎn)生的信號由高電平變?yōu)榈碗娖?。PFO（5腳）：電源故障輸出端。電源正常時，保持高電平，電源電壓變低或掉電時，輸出由高電平變?yōu)榈碗娖?。WDI（6腳）：看門狗信號輸入端（喂狗信號）。程序正常運行時，，MAX813接收不到喂狗信號，則產(chǎn)生看門狗輸出（見8腳）。WDO(8腳)：看門狗信號輸出端。正常工作時輸出保持高電平，看門狗輸出時，該端輸出信號由高電平變?yōu)榈碗娖?。看門狗復(fù)位的原理當(dāng)干擾信號進入系統(tǒng)時，常導(dǎo)致程序的跑飛，而程序跑飛的根本原因是由于程序計數(shù)器PC錯位引起的，在程序存儲器中，指令碼與存放指令的地址是一一對應(yīng)的，有的指令碼是單字節(jié)，有的二字節(jié)，單片機最多三字節(jié)，PC的內(nèi)容正是要執(zhí)行的指令碼的地址，若修改了PC內(nèi)容，打破單片機正常的取指操作，導(dǎo)致了程序的非正常運行，甚至出現(xiàn)至命故障（便修改重要的數(shù)據(jù)等），因此為克服這一問題，可用看門狗監(jiān)視程序運行，若程序跑飛，則看門狗產(chǎn)生復(fù)位信號，使單片機重新返回程序正常運行。3自動稱重系統(tǒng)的設(shè)計 硬件的選擇采用8位A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809。ADC0809是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，雙列直插式，最快的轉(zhuǎn)換速度為100us，其引腳圖如圖21所示：圖31 ADC0809引腳圖它由8路模擬開關(guān)，8位A/D轉(zhuǎn)換器，三態(tài)輸出鎖存器以及地址鎖存器譯碼器等組成。但由于其抗工頻干擾能力較弱，因此綜合考慮下來，我們決定采用雙積分A/D轉(zhuǎn)換器。雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器具有很強的抗工頻干擾能力。對正負對稱的工頻干擾信號積分為零，所以對50HZ的工頻干擾抑制能力較強，對高于工頻干擾（例如噪聲電壓）已有良好的濾波作用[5]。只要干擾電壓的平均值為零，對輸出就不產(chǎn)生影響。尤其對本系統(tǒng)，緩慢變化的壓力信號，很容易受到工頻信號的影響。故而采用雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器可大大降低對濾波電路的要求。作為稱重儀，系統(tǒng)對 AD的轉(zhuǎn)換速度要求并不高，精度上11位的AD足以滿足要求。另外雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器較強的抗干擾能力，和精確的差分輸入，低廉的價格。綜合的分析其優(yōu)點和缺點，我最終選擇了MC14433。MC14433是美國Motorola公司推出的單片3 1/2位A/D轉(zhuǎn)換器，其中集成了雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器所有的CMOS模擬電路和數(shù)字電路。具有外接元件少，輸入阻抗高，功耗低，電源電壓范圍寬，精度高等特點，并且具有自動校零和自動極性轉(zhuǎn)換功能，只要外接少量的阻容件即可構(gòu)成一個完整的A/D轉(zhuǎn)換器，其主要功能特性如下：：讀數(shù)的177。%177。1字；：；：2—25次/s；：大于1000MΩ ；：177?！?77。8V；：8mW（177。5V電源電壓時，典型值）；，即千、百、十、個位BCD碼分時在Q0—Q3輪流輸出，同時在DS1—DS4端輸出同步字位選通脈沖，很方便實現(xiàn)LED的動態(tài)顯示。MC1443內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖32所示： 圖32 MC1443內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 主控芯片選擇本設(shè)計開始時，我原本想采用CPLD（復(fù)雜可編程邏輯電路）或FPGA（現(xiàn)場可編程門列陣）作為系統(tǒng)的控制器。因為CPLD具有豐富的可編程I/O引腳，使用方便靈活，不但可實現(xiàn)常規(guī)的邏輯器件功能，還可實現(xiàn)復(fù)雜的時序邏輯功能，適合完成各種算法和組合邏輯。但是功耗要比較大 ,且集成度越高越明顯。FPGA可作為實現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能，特別用于大電流、大電壓場合的控制，規(guī)模大，密度高，它將所有的器件集成在一塊芯片上，減少了體積，提高了穩(wěn)定性，并且可用EDA軟件仿真、調(diào)試，易于進行功能擴展。FPGA采用并行的輸入輸出方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)模實時系統(tǒng)的控制核心。但考慮到由于設(shè)計的是擺錘運動控制，F(xiàn)PGA的高速處理功能不能得到充分的體現(xiàn)，并且由于其集成度高，使其成本偏高，同時芯片的引腳多使實物硬件電路板布線復(fù)雜，加重了電路設(shè)計的實際焊接的工作，降低了PCB板的靈活性。因此我們決定改變思路，采用普通單片機控制，第一個想到的便是8位的51單片機AT89C51。AT89C51是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含4k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，內(nèi)置功能強大的微型計算機的AT89C51提供了高性價比的解決方案。 單片機AT89C51是一個低功耗高性能單片機，40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，AT89C51可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。如圖為AT89C51引腳圖：圖33 AT89C51引腳圖 由于壓力傳感器輸出的電壓信號為毫伏級，所以對運算放大器精度的要求很高。因此我們原本想采用高精度低漂移運算放大器構(gòu)成差動放大器。因為差動放大器具有高輸入阻抗，增益高的特點，可以利用普通運放(如OP07)做成一個差動放大器，如圖34所示：圖34 OP07構(gòu)成的差動放大器電阻RR2 電容C1 、C2 、C3 、C4 用于濾除前級的噪聲，C1 、C2 為普通小電容，可以濾除高頻干擾，CC4 為大的電解電容，主要用于濾除低頻噪聲。但考慮到其電路復(fù)雜，需要的元器件多，成本較高。因此綜合討論下來我們還是選用儀表放大器INA121芯片。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖35所示：圖35 INA121內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖INA121是Texes Instruments BB公司生產(chǎn)的FET輸入、低功耗儀器放大電路，性能優(yōu)越。前置放大電路的放大倍數(shù)設(shè)置為50。較小的前置放大倍數(shù)可以避免極化電壓的影響。電壓放大電路的放大倍數(shù)設(shè)置的較高（取為100~200倍），則可以保證總的放大倍數(shù)。同時采用儀表放大器INA121構(gòu)成的電路還有結(jié)構(gòu)簡單，元器件少，成本較低等優(yōu)勢。 電源選擇放大模塊與A/D轉(zhuǎn)換模塊需要正負電源，且要求電源具有穩(wěn)定性。故剛開始首先考慮采用MC7812(正壓)MC7912MC（負壓）構(gòu)成的的177。12V穩(wěn)壓電源。但其不可調(diào)，不能滿足所需要的正負5V電源的要求，所以我采用自制電源，可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器是輸出電壓可以連續(xù)調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓器，有輸出正電壓的CW317系列（LM317）三端穩(wěn)壓器；有輸出負電壓的CW337系列（LM337）三端穩(wěn)壓器。其中CW317系列穩(wěn)壓器輸出連續(xù)可調(diào)的正電壓，CW337系列穩(wěn)壓器輸出連續(xù)可調(diào)的負電壓。穩(wěn)壓器內(nèi)部含有過流、過熱保護電路。自制電源輸出電壓的可調(diào)范圍為Uo=12~12V，滿足要求。如圖36所示為CW317應(yīng)用電路圖：圖36 穩(wěn)壓器CW317應(yīng)用電路圖 顯示模塊選擇顯示模塊主要用于重量的顯示，原本采用字符型液晶模塊 JM1602C，JM1602C能顯示基本的ASCⅡ碼字符，采用CMOS工藝低功耗，內(nèi)置KS0066驅(qū)動器，數(shù)據(jù)可直接傳送，用并行輸入輸出形式，數(shù)據(jù)傳送快，低延遲顯示體現(xiàn)多樣性，但是JM1602C的引腳電平為+5V，RAM的引腳電平為+，這樣就要解決電壓不匹配問題，靈活性降低[10]。因此經(jīng)過反復(fù)比較決定選用七段LED數(shù)碼管顯示，LED能顯示數(shù)字和一些基本的字母，簡單易用，把它和74LS164（串入并出移位寄存器）相使用，大大減少了控制器的I/O口。本系統(tǒng)單片機選用ATMEL公司的閃速存儲器(flash ROM)型單片機芯片AT89C51。AT89C51是ATMEL公司的新一代8位的一片機產(chǎn)品，帶有4KROM、128BRAM，最大工作頻率24MHZ；同時，具有32條輸入輸出線，16位定時/計數(shù)器，5個中斷源，一個串行口；它具有集成度高、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，體積小可靠性高，處理功能強，速度快等特點。稱重控制的總體結(jié)構(gòu)如圖37所示。輸入信號送入前級放大器放大，再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成BCD碼，然后把BCD碼送入單片機AT89C51中進行處理，最后把數(shù)據(jù)送出數(shù)碼管顯示。AT89C51A/D轉(zhuǎn)換鍵盤處理數(shù)碼管顯示前級放大輸入信號圖37系統(tǒng)總體原理框圖 主芯片引腳應(yīng)用1．電源引腳2．外接晶體引腳XTAL1。XTAL1是片內(nèi)振蕩器的反相放大器輸入端，XTAL2則是輸出端，使用外部振蕩器時，外部振蕩信號應(yīng)直接加到XTAL1，而XTAL2懸空。內(nèi)部方式時，時鐘發(fā)生器對振蕩脈沖二分頻，如晶振