【導(dǎo)讀】隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各項(xiàng)事業(yè)也在飛速的前進(jìn)。工業(yè)的發(fā)展尤為突出，因此對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程的控制也提出了更高的要求。非常重要的環(huán)節(jié)，其配料精度直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量。詳細(xì)講述了自動(dòng)配料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟，著重對(duì)軟件開發(fā)與硬件調(diào)試做了介。本設(shè)計(jì)主要分為四部分，其中第一部分對(duì)前人的配料系統(tǒng)做了簡要的介紹，并結(jié)合現(xiàn)實(shí)條件，對(duì)本次設(shè)計(jì)做了簡要的分析和設(shè)想。第二部分根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)要。另外對(duì)資源的配置以及在現(xiàn)實(shí)中上料裝置的原理做了介紹。料系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)進(jìn)行了細(xì)致的講解。第四部分對(duì)編程軟件和編程中所用到的一。些指令作了介紹，對(duì)部分程序作了詳細(xì)的解讀。師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。究所取得的研究成果。究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。

　　

【正文】 器， 它不 但性能穩(wěn)定，數(shù)據(jù)獲取、存儲(chǔ)、傳輸 精確，而且功能強(qiáng)大，有強(qiáng)大的拓展空間，便于系統(tǒng)的拓展與功能升級(jí)，而沒有選擇單片機(jī)。 本章小結(jié) 本章首先介紹了配料系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 目標(biāo) ： 精 確、 高效、實(shí)時(shí)監(jiān)控、自動(dòng)化程度高 。而實(shí)際稱量配料 系統(tǒng) 中， 高效 和 精 確往往是相互矛盾的。一般配料系統(tǒng)對(duì)稱量配料過程的生產(chǎn)率都有規(guī)定，在給定的生產(chǎn)率前提下，使配料精度達(dá)到要求即可。 在 隨后 的章節(jié)中，不但全面 闡述了 系統(tǒng)總體 設(shè)計(jì)思路和方 案 ， 而且詳細(xì)論證了本系統(tǒng)各個(gè)模塊的參數(shù)要求 ， 結(jié)合 系統(tǒng)實(shí)際需求和現(xiàn)有條件 ，最終通過比較得出最佳實(shí)施 方案。 江西理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 第三章 系統(tǒng)硬 件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)電路總體設(shè)計(jì) 整個(gè)系統(tǒng)以 LPC2131 微控制器為核心，對(duì)皮帶料重，過零點(diǎn)等參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，經(jīng)運(yùn)算比較，控制可控硅觸發(fā)等相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。 整個(gè)電路系統(tǒng)主要包括以下幾個(gè)部分： 過零檢測(cè)電路：檢查交流電的過零點(diǎn)，以觸發(fā)主控芯片的外中斷，從而根據(jù)具體情況調(diào)節(jié)每次下料量。 可控硅觸發(fā)控制電路 ：根據(jù)上次下料量的大小調(diào)整其導(dǎo)通角，以改變電路中的電流，從而調(diào)整振動(dòng)以調(diào)整本次下料量，最終達(dá)到控制作用。 前置放大電路 ：對(duì) A/D 采樣信號(hào)進(jìn)行濾波、放大處理后以便于 A/D 采樣。 鍵盤顯示電路 ：實(shí)時(shí)監(jiān)控 電路運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)具體情況進(jìn)行電路參數(shù)的設(shè)定和調(diào)整。 主要硬件配置如 圖 3. 1所示。 圖 3. 1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖 主控芯片的選擇及簡介 作為配料系統(tǒng)核心部件的主控芯片，不但要求其損耗低、抗干擾能力強(qiáng)、易于操作 、價(jià)格適中 ，而且必須具有執(zhí)行速度快、通用性強(qiáng)等特點(diǎn)。 目前應(yīng)用在底層控制系統(tǒng)的微控制器主要有數(shù)字信號(hào)處理器 DSP 和 8 位， 16位單片機(jī)兩種類型，單片機(jī)主要使用 8 位 ， 16 位處理器，硬件技術(shù)比較成熟，軟件編程相對(duì)簡單。但數(shù)據(jù)處理能力不強(qiáng)，需要借助外加器件例如計(jì)數(shù)器， PID調(diào)節(jié)器或 PiVM 產(chǎn)生器等，系統(tǒng)的穩(wěn)定性不強(qiáng)，系統(tǒng)控制板的結(jié)構(gòu)尺寸也會(huì)很大。DSP 具有數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)、速度快等優(yōu)點(diǎn)，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(jī)，且其資料相對(duì)不多，芯片價(jià)格和相應(yīng)的開發(fā)套件昂貴，專用性比較強(qiáng)，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，以其高速江西理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 度，高性能、低價(jià)格、低功耗，可以廣泛的應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)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(jī)使用，同時(shí)具有 32 位處理器的速度。 ARM 嵌入式系統(tǒng) 以其優(yōu)良的性能，良好的移植性，廣泛應(yīng)用與各個(gè)行業(yè)?？梢哉f，用單片機(jī)和 DSP實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)， ARM 都可以實(shí)現(xiàn)。 ARM 集成了豐富的片內(nèi)外設(shè)資源，利用自身資源不必增加外圍器件就可實(shí)現(xiàn)控制要求的功能 ， 同時(shí)使得控制板的結(jié)構(gòu)尺寸可以做得更小。另外，利用 ARM 處理器設(shè)計(jì)的嵌入式系統(tǒng)還具有非常好的移植性，能夠使得技術(shù)真正用于 生產(chǎn) 生活，這是其他型處理器所不具備的特點(diǎn) 。 ARM (Advanced RISC Machines )，既可以認(rèn)為是一個(gè)公司的名稱，也可以認(rèn)為是對(duì)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(shè)計(jì)技術(shù)的授權(quán)。目前，采用 ARM 技術(shù)知識(shí)產(chǎn)權(quán) (IP)核的微處理器，即我們通常所說的 ARM 微處理器，已經(jīng)遍及工業(yè)控制、消費(fèi)類電子、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無線系統(tǒng)等各類產(chǎn)品市場(chǎng)。 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(lǐng)域不斷取得突破，其結(jié)構(gòu)己經(jīng)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(dǎo)體制造商出售知識(shí)產(chǎn)權(quán)，而自己并不介入芯片的生產(chǎn)銷售，加上其設(shè)計(jì)的芯核具有功耗低、成本低等顯著優(yōu)點(diǎn)，因此獲得眾多的半導(dǎo)體廠家和整機(jī)廠商的大力支持，在32位嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域獲得了巨大的成功，目前已經(jīng)占有 75%以上的 32位 RISC嵌入式產(chǎn)品市場(chǎng)，在低功耗、低成本的嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域確立了市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)地位?，F(xiàn)在設(shè)計(jì)、生產(chǎn) ARM芯片的國際大公司已經(jīng)超過 50多家，國內(nèi)多家大公司也己經(jīng)購買 ARM公司的芯核用于通信專 用芯片的設(shè)計(jì)。在所有 ARM微處理器系列中， ARM7TDMI微處理器系列所應(yīng)用的范圍最廣，采用 ARM7TDMI微處理器作為內(nèi)核生產(chǎn)芯片的公司最多，同時(shí)其性價(jià)比也是最高的。因此，本系統(tǒng)的嵌入式硬件開發(fā)平臺(tái)采用基于 ARM7TDMI的微處理器 LPC2131作為系統(tǒng)的主控制器。 ARM 處理器 概述 ARM7TDMIS 核是通用的 32 位微處理器內(nèi)核，是采用馮 .諾依曼結(jié)構(gòu)，具有高性能和低功耗的特性。 ARM 結(jié)構(gòu)是基于精簡指令計(jì)算機(jī)（ RISC）原理而設(shè)計(jì)的，指令集和相關(guān)的譯碼機(jī)制比復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)要簡單的多，由此 可見，使用一個(gè)小的、廉價(jià)的處理器核就非常容易實(shí)現(xiàn)很高的指令吞吐量和實(shí)時(shí)的中斷響應(yīng)。 ARM7TDMIS 使用了流水線技術(shù)，處理和存儲(chǔ)系統(tǒng)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(shí)就對(duì)下一條指令進(jìn)行譯碼，并對(duì)第三條指令從存儲(chǔ)器中取出如 圖 3. 2 所示。 江西理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 圖 3. 2 ARM7 的 3 級(jí)指令流水線 ARM7TDMIS 處理器使用 了一個(gè)被稱為 Thumb 的獨(dú)特結(jié)構(gòu)化策略，非常適合那些對(duì)存儲(chǔ)器有限制或者需要較高代碼密度的大批量產(chǎn)品的應(yīng)用。 基于 Thumb 的一個(gè)關(guān)鍵的概念就是“超精簡指令集”?；旧希?ARM7TDMIS處理器具有以下兩個(gè)指令集： ? 標(biāo)準(zhǔn) 32 位 ARM 指令集 ? 16 位 Thumb 指令集 Thumb 指令集的 16 位指令長度，使其可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn) ARM 代碼的密度，卻仍然保持 ARM 的大多數(shù)性能上的優(yōu)勢(shì)，而這些優(yōu)勢(shì)是使用 16 位寄存器的 16 位處理器所不具備的。因?yàn)?Thumb 代碼和 ARM 代碼一樣，是在相同的 32 位寄存器上進(jìn)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(chǔ)器系統(tǒng)的相同的 ARM 處理器性能的 160%。（更詳細(xì)的內(nèi)容，請(qǐng)參閱 ARM 官方網(wǎng)站上的 ARM7TDMIS 數(shù)據(jù)手冊(cè)） LPC2131 簡介 LPC2131 是基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)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(chǔ)器。 128 位寬度的存儲(chǔ)器接口和獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)使 32 位代碼能夠在最大時(shí)鐘速率下運(yùn)行。對(duì)代碼規(guī)模有嚴(yán)格控制的應(yīng)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： . ? 小型 LQFP64 封裝的 16/32 位 ARM7TDMIS 微控制器。 ? 8KB 片內(nèi)靜態(tài) RAM。 ? 32KB 片內(nèi) Flash 程序存儲(chǔ)器， 128 位寬度接口 /加速器實(shí)現(xiàn)高達(dá) 60MHz的操作頻率。 ? 片內(nèi) Boot 裝載程序?qū)崿F(xiàn)在系統(tǒng)編程 （ ISP） 和在應(yīng)用編程 （ IAP） 。 Flash編程時(shí)間， 1ms 可編程 256 個(gè)字節(jié)，扇區(qū)擦除或整片擦除只需 400ms。 取指 譯碼 執(zhí)行 取指 譯碼 執(zhí)行 取指 譯碼 執(zhí)行 江西理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 ? EmbeddedICERT和嵌入式跟蹤接口，可實(shí)時(shí)調(diào)試（利用片內(nèi) RealMonitor軟件）和高速跟蹤執(zhí)行代碼。 ? 1 個(gè) 8 路 10 位 A/D 轉(zhuǎn) 換器共包含 8 個(gè)模擬輸入，每個(gè)通道的轉(zhuǎn)換時(shí)間短至 us。 ? 2 個(gè) 32 位定時(shí)器（帶 4 路捕獲和 4 路比較通道）、 PWM 單元（ 6 路輸出）和看門狗。 ? 實(shí)時(shí)時(shí)鐘具有獨(dú)立的電源和時(shí)鐘源，在節(jié)電模式下極大的降低功耗。 ? 多個(gè)串行接口，包括 2 個(gè) 16C550 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) UART、 2 個(gè)高速 I2C 接口（ 400Kb/s）、 SPI 和具有緩沖作用和數(shù)據(jù)長度可變功能的 SSP。 ? 向量中斷控制器。可配置優(yōu)先級(jí)和向量地址。 ? 多達(dá) 47 個(gè)可承受 5V 電壓的通用 I/O。 ? 多達(dá) 9 個(gè)邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷引腳。 ? 通過片內(nèi) PLL 可實(shí)現(xiàn)最大的為 60MHz的 CPU 操作頻率。 ? 片內(nèi)晶體振蕩電路支持頻率： 1~30MHz。 ? 2 個(gè)低功耗模式：空閑和掉電。 ? 可通過個(gè)別使能 /禁止外部功能和降低外部時(shí)鐘來優(yōu)化功耗。 ? 通過外部中斷將處理器從掉電模式中喚醒。 ? 單電源供電，含有上電復(fù)位 （ POR） 和掉電檢測(cè) （ BOD） 電路。 CPU 操作電壓為 ~。 LPC2131 包含一個(gè)支持仿真的 ARM7TDMIS CPU 、 與片內(nèi)存儲(chǔ)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(nèi)外設(shè)功能的 VLSI 外設(shè)總線 VPB。 AHB 和 VPB 通過橋相連。 LPC2131 的外設(shè)功能（中斷控制器除外）都連接到 VPB 總線上。片內(nèi)外設(shè)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(jìn)行控制，以符合外設(shè)功能與引腳在特定應(yīng)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(shí)物如 圖 3. 3 所示。 江西理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 圖 3. 3 LPC2131 開發(fā)板實(shí)物圖 LPC2131 開發(fā)板組成 LPC2131 開發(fā)板主要集成有電 源、復(fù)位電路、系統(tǒng)時(shí)鐘 、 JTAG 接口電路 等。（ 1）電源電路 LPC2131 芯片供電電源為 ，內(nèi)核供電電源為 ，因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)為 應(yīng)用系統(tǒng)。電源經(jīng) 78M05 穩(wěn)壓至 5V， 再經(jīng)過 SPXI l 將電源穩(wěn)壓至 。當(dāng)正確連接電源后， LED 作為電源指示燈點(diǎn)亮。其特點(diǎn)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。 1 32IN OUTGNDL 7805C V1500μ FC1220μ FC4V i n31V out2GNDS P X 1117M 3 FC610μ H10μ HL1 FC2 FC3 FC 10 FC 11 FC 12 FC 1312v 圖 3. 4 系統(tǒng)電 源電路 （ 2） 復(fù)位電路 由于 ARM 芯片的高速、低功耗和低工作電壓導(dǎo)致其噪聲容限低，對(duì)電源的紋波、瞬態(tài)響應(yīng)性能、時(shí)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(fù)位電路使用帶 I2C 存儲(chǔ)器的電源監(jiān)控芯片 CAT1025JI30，提高了系統(tǒng)的可靠性。其電路原理圖如 圖 3. 5所示。 江西理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 MR1R E S E T2R E S E T3V S S4S D A5S C L6WP7V C C8C A T 10 2510KR810KR410KR510KR710KR6nR S TP _ S C L 0P _ S D A 0 圖 3. 5 系統(tǒng)復(fù)位電路 （ 3） 系統(tǒng)時(shí)鐘電路 選用 外部晶振是為了使用 PLL 和 ISP 下載功能，同時(shí)也為了準(zhǔn)確設(shè)置串口通信波特率。原理圖如 圖 3. 6 所示。 1230pFC 1 530pFC 1 4X T A L 1X T A L 2 圖 3. 6 系統(tǒng)時(shí)鐘電路 （ 4） JTAG 接口電路 采用 ARM 公司提供的標(biāo)準(zhǔn) 20 腳 JTAG 仿真調(diào)試接口。 RTCK 引腳接一個(gè) 下拉電阻，使系統(tǒng)復(fù)位后 LPC2131 內(nèi)部 JTAG 接口使能，直接進(jìn)入 JTAG 調(diào)試。原理圖如 圖 3. 7所示。 1 23 45 67 89 1011 1213 1415 1617 1819 20J P 1V D D 3. 3_ O U TnT R S TT M ST C KR T C KT D IT D OR1V D D 3. 3_ O U TG N D _A R M 圖 3. 7 JTAG 接口電路 系統(tǒng) 模塊 電路設(shè)計(jì) 過零檢測(cè)電路： 江西理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 用于檢測(cè)交流電的過零點(diǎn)，在過零點(diǎn)來臨之后，打開一個(gè)定時(shí)器，定時(shí)器中斷后，給出可控硅開啟脈沖，這樣只要改變定時(shí)器初值就能將開啟脈沖前移或者后推，實(shí)現(xiàn)對(duì)可控硅觸發(fā)角的控制。過零檢測(cè)如 圖 3. 8 所示： Q110KR11KR2+ 5 vE I N T 0 圖 3. 8 過零檢 測(cè)電路