【文章內(nèi)容簡介】 表 31 七段 LED顯示器段碼表 (共陰極 ) 顯示字符 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 . 段碼 3FH 06H 5BH 4FH 66H 6DH 07H 7DH 7EH 6FH 80H (2) 顯示掃描電路。 LED 的每一種顯示字符對應(yīng)一個段碼， CPU送出這個段碼， LED 便顯示這個段碼所對應(yīng)的字符。在本 系統(tǒng)中由移位寄存器 74LS164 提供需要顯示的段碼。 當(dāng)我們需要同時顯示多個字符時，可逐次把需要的字符顯示在規(guī)定的位置上。本系統(tǒng)通過 ～ 口向顯示器提供位選碼，用于控制各個顯示器的接地端。在每點(diǎn)亮一個顯示器之后，必須稍停一段時間，使之發(fā)光穩(wěn)定，然后輪流點(diǎn)亮其他的顯示器。這樣巡回掃描速度較快，每秒可重復(fù)多次。雖然在同一時刻只有一個顯示器在工作，但利用人眼的視覺暫留效應(yīng)和發(fā)光二極管熄滅時的余輝效應(yīng)，我們看到的都是穩(wěn)定的多個字符同時顯示。這種顯示為動態(tài)顯示，此時，段選碼和位選碼均由軟件控制。 D/A轉(zhuǎn)換接口擴(kuò)展 在本系統(tǒng)中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)滑差電機(jī)的轉(zhuǎn)速可由經(jīng) DAC0832 輸出的控制電流來調(diào)節(jié)，從而基于單片機(jī)的皮帶配料控制系統(tǒng)設(shè)計 9 實(shí)現(xiàn)對皮帶上物料的流量控制。 (1)8031 與 DAC0832 的連接。由于 DAC0832 內(nèi)部已設(shè)有輸入數(shù)據(jù)寄存器，因而可以直接與單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線相連，并作為單片機(jī)的外部數(shù)據(jù)存儲單元。 DAC0832 的地址可設(shè)為C000H。 Vcc和 ILE 接＋ 5 V， 8031 的 WR與 DAC0832 的 WR1 相連， Vss與、 WR XFERD 、 GND相連后接地。本系統(tǒng) 0832 工作于單緩沖方式，只用輸入寄存器鎖存數(shù)據(jù)。 8 位 DA 寄存器接 成直通方式，即把 WR2 及 XFER 都接地。由 8031 的 選通。 D/A 轉(zhuǎn)換原理圖見圖 35。 圖 35 D/A轉(zhuǎn)換原理圖 (2)D/A 轉(zhuǎn)換。 D/A 轉(zhuǎn)換過程如下： ① 數(shù)據(jù)采集后送入 CPU 進(jìn)行處理，計算出瞬時流量，并與設(shè)定值作比較，通過 PID調(diào)節(jié)送出控制變量 Vi。 ② CPU 對 DAC0832 進(jìn)行一次寫操作，把一個數(shù)字量直接寫入數(shù)據(jù)寄存器，通過 D/A 轉(zhuǎn)換，輸出模擬量。 ③ DAC0832 的兩個輸出端 Iout1 和 Iout2 為電流輸出形式，為了提高電流輸出能力 ，提供 4～ 20 mA 的控制電流，輸出加上一級功率放大。 ④ 輸出的控制電流經(jīng)放大后接可控硅控制板，控制可控硅的導(dǎo)通角，從而調(diào)節(jié)滑差電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使物料流量穩(wěn)定在預(yù)期的設(shè)定值。 基于單片機(jī)的皮帶配料控制系統(tǒng)設(shè)計 10 圖 36 報警電路原理圖 報警電路由 8031 的 觸發(fā)。當(dāng)系統(tǒng)工作正常時， 輸出為 1，禁止振蕩脈沖在與非門輸出，揚(yáng)聲器關(guān)閉。當(dāng)檢測到異常情況時， 清零，使揚(yáng)聲器發(fā)出報警信號。 由于 P1 口是準(zhǔn)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”。所以應(yīng)先將 P1 口置為高 電平，使 為 1，再經(jīng)過反向去封閉振蕩器。這就是在硬件上加一個反向器的原因。 振蕩器可選用石英晶體振蕩器或多諧振蕩器，產(chǎn)生一個音頻范圍內(nèi)的振蕩波形，再由放大電路放大，驅(qū)動揚(yáng)聲器發(fā)音。 基于單片機(jī)的皮帶配料控制系統(tǒng)設(shè)計 11 第 4 章 控制和測量原理 輸送皮帶上物料流量的設(shè)定值由操作員在鍵盤上設(shè)定，系統(tǒng)投入運(yùn)行后，單片機(jī)采樣皮帶荷重信號和走速信號，并計算瞬時流量和輸出控制電流 (4～ 20mA)，實(shí)現(xiàn)對流量的控制。系統(tǒng)閉環(huán)控制回路原理圖如圖 41所示。 流量設(shè)定值 荷重 瞬時流量 + ()Ft _ 圖 41 系統(tǒng)閉環(huán)控制回路原理圖 瞬時流量的測量 當(dāng)輸送皮帶以 ()Vt走帶時，皮帶上的物料一般為不均勻分布，瞬時流量為 ( ) ( ) ( )F t P t V t?? 式中： ()Pt 單位長度上物料的瞬時重量； ()Vt 皮帶的瞬時線速度。 本系統(tǒng)中 ()Pt 為荷重傳感器電壓輸出信號的函數(shù)，因?yàn)榇嬖谥蔷€性，故可近似由三次多項(xiàng)式表示為 32( ) ( ) ( ) ( )P t ax t bx t c x t d? ? ? ? 式中： ()Pt 單位長度上物料的瞬時重量； ()xt 荷重傳感器在時刻 t 輸出的電壓信號經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量； a 、 b 、 c 、 d 線性轉(zhuǎn)換系數(shù)。由調(diào)試過程中現(xiàn)場測定，可通過鍵盤輸入。 從上述公式可推導(dǎo)出瞬時流量 ()Ft 為 32( ) ( ) ( ) ( ) ( )F t a x t b x t c x t d V t??? ? ? ? ??? 瞬時流量由 5位十進(jìn)制顯示，顯示形式為精確到小數(shù)點(diǎn)后 3 位。 流量控制 在流量測試的基礎(chǔ)上，把流量設(shè)定值和實(shí)際測試得到的瞬時流量進(jìn)行比差。采用增量 PID調(diào)節(jié)算法，計算輸出到 DAC0832 的 iV (數(shù)字量 )，經(jīng) DAC0832 變換為 4～ 20 mA 的電流信號，經(jīng)過放大后去控制滑差電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 增量式 PID控制算法只需計算增量，當(dāng)存在計算誤差或精度不足時，對控制量計算的影響較?。辉隽渴椒e分項(xiàng)運(yùn)算僅與本次偏差有關(guān)，不易產(chǎn)生積分飽和，可取得較好的調(diào)節(jié)效果；在實(shí)際系統(tǒng)中，易于實(shí)現(xiàn)手動和自動的無擾動切換，故在控制策略的選用中得到了廣泛的推廣。 其計算公式如下： PID 調(diào)節(jié) D/A輸出 滑差電機(jī) 計算 基于單片機(jī)的皮帶配料控制系統(tǒng)設(shè)計 12 2()i i i iV P e I e D e? ? ? ? ? ? 式 中： iV? —— 輸出控制量的增量； ie —— 設(shè)定值 S與本次實(shí)際測得的流量值 Fi之差， iie S F?? ， 1i i ie e e?? ? ? ； 1ie? —— 上一時刻設(shè)定值與實(shí)測值之差； 2 1 1 2 1( ) ( )i i i i i i ie e e e e e e? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ?； 2ie? —— 兩次誤差值的增量； P —— 比例系數(shù)； I —— 積分系數(shù)； D —— 微分系數(shù)。 輸出控制變量 Vi 的表達(dá)式為 1i i iV V V?? ? ? 式中： 1iV? —— 上一時刻輸出的控制變量。 基于單片機(jī)的皮帶配料控制系統(tǒng)設(shè)計 13 第 5 章 時鐘電路 時鐘電路是計算機(jī)的心臟，它控制著計算機(jī)的節(jié)奏。 CPU 就是 通過復(fù)雜的時序電路完成不同令功能的。 MCS51 的時鐘信號可以由兩種方生 :一種是內(nèi)部方式，利用芯片內(nèi)部的振蕩電產(chǎn)生時鐘信號 。另一種為外部方式，時鐘信號由外部引入。 MCS51 單片機(jī)有 HMOS 型和 CHMOS 型。它們的時鐘電路有一定區(qū)別，在實(shí)際使用時應(yīng)注下面分別介紹這兩種方式。 內(nèi)部時鐘方式 MCS~51 內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTALI 和 XTALZ 分別為此放大器的輸人端和輸出端，其頻率范圍為 — 12MHz。該放大器與作為反饋元件的片外晶體或陶瓷諧振器 (簡稱晶振 )一起構(gòu)成自激 振蕩器。 MCS51 單片機(jī)雖然有內(nèi)部振蕩電路，但要形成時鐘，必須外接元件，外接晶振 (在頻率穩(wěn)定性要求不高而希望盡可能廉價時，可選用陶瓷諧振器 )以及電構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。對外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小多少會影響振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)。定性、起振的快速性和溫度穩(wěn)定性。如果振蕩器已起振，則在 XTAL2 引腳上輸出 3V 左右的正弦波。振蕩頻率 fosc 取決于晶振的頻率。常用的晶振頻率有 6MHz、 12MHz 和 。電容主要作用是幫助起振 (諧振 )，稱其為諧振電容， 其值的大小對振蕩頻率也有影響。因此常用調(diào)節(jié)電容的容量大小對頻率進(jìn)行微調(diào)，電容容量一般在 20— 100pF 之間選擇，當(dāng)時鐘頻率為 12MHz 時典型值為 30pF。外接陶瓷諧振器時，電容的典型值約為 47pF。 在設(shè)計印刷電路板時，晶體和電容盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定和可靠地工作，此外，由于晶振高頻振蕩相當(dāng)于一個內(nèi)部干擾源，所以晶振外殼 (金屬 )一般要良好地接地。 CHMOS 型的內(nèi)部振蕩器電路與 HMOS 型的電路有兩點(diǎn)重要的區(qū)別 :一是內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸人信號取自反相放大器的輸人端，而 不是象 HMOS 型電路那樣取自輸出端 。二是此振蕩器的工作靠軟件控制，當(dāng)對電源控制寄存器 PCON 的 PD 位置 1時，可切斷振蕩器工作，使系統(tǒng)進(jìn)人低功耗工作狀態(tài)。 外部 時鐘 MCS~51 的內(nèi)部工作時鐘也可以由外部振蕩器提供，這時，對 HMOS 型芯片，外部振蕩器的信號接至 XTAL2，即內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸出端，而內(nèi)部反相放大器的輸人端 XTAL1 應(yīng)接地。在 CHMOS 電路中，因內(nèi)部時鐘發(fā)生器的信號取自反相放大器的輸人端 (即與非門的一個輸人端 )，故采用外部時鐘源時，接線方式與 HMOS 型的有所不同 :外部信號接至 XTAL1，XTAL2 不用。對外部振蕩器的信號沒有特殊的要求，一般為 一 12MHz 的方波，方波的波形應(yīng)盡量規(guī)范即上升沿、下降沿盡可能垂直。 用外部振蕩器來激勵 8051 微計算機(jī)時，要把 XTALI 接地并驅(qū)動 XTAL2。由于內(nèi)部時鐘基于單片機(jī)的皮帶配料控制系統(tǒng)設(shè)計 14 發(fā)生器是一個二分頻的觸發(fā)器，所以對外振蕩信號的占空系數(shù)不作要求，然而必須注意到振蕩頻率的極限范圍。 時鐘發(fā)生器把振蕩頻率加以二分頻，給主機(jī)提供了一個雙相信號，第一相信號在每一個時鐘周期的前半部分有效，第二相信號則在時鐘周期的后一半有效。 圖 51 80C51 單片機(jī)時鐘電路 時鐘信號的輸出 在任何情況下，振蕩器始終驅(qū)動內(nèi)部發(fā)生 器向主機(jī)提供時鐘信號。 在實(shí)際應(yīng)用中，最簡單易行且效果良好的方法是從 XTAI2 引腳取出信號。由于晶振起振后， XTAL2 引腳上已經(jīng)可以輸出 0— 3V 的正弦波，由于該波驅(qū)動能力不強(qiáng)且不是方波，所以不能直接取用但是可以將該信號經(jīng) 74LSl4(施密特觸發(fā)器 )整形后使用。經(jīng)過 74LS14 整形后，不僅波形變成方波，而且驅(qū)動能力也提高了。 TTL電路輸人低電平要求為 ， 2V 以上為高電 平輸人，所以 XTAL2 引腳 0— 3V 的正弦波對 74LS14 來說是 可行的。時鐘信號的輸出如圖 11 所示 . 如果使用 CMOS 工藝的 74HC14，由于 CMOS 輸人低電平為 0— ，高電平為 以上，則要在 XTAL2 端增加一個上拉電阻。 74LS14 C1 C2 圖 52 時鐘信號的輸出 XTAL2 MCS51 XTAL1 基于單片機(jī)的皮帶配料控制系統(tǒng)設(shè)計 15 第 6 章 復(fù)位電路 通常復(fù)位電路應(yīng)具有上電復(fù)位和開關(guān)手動復(fù)位功能。 MCS51 單片機(jī) ,RST 引腳是復(fù)位信號的輸入端 ,復(fù)位信號的高電平有效