【正文】 30 參考文獻 [1] 胡乾斌等 .單片微型計算機原理與應用 .華中科技大學出版社 , 1997 [2] 周航慈等 .單片機程序設(shè)計基礎(chǔ) .北京航空航天大學出版社 , 1999 [3] 張志良 .單片機原理及控制技術(shù) .機械工業(yè)出版社 , 2020 [4] 余永權(quán) .單片機在控制系統(tǒng)中的應用 .電子工業(yè)出版社 , 2020 [6] 胡漢 才 .單片機原理與接口技術(shù) .北京航空航天大學出版社 , 2020 [7] 朱定華 .微機原理與接口技術(shù) .北方交通大學出版社 , 2020 [8] 楊振江等 .智能儀表與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的新器件及應用 .電子科技大學出社 , 2020 [9] 樓然苗等 .51系列單片機設(shè)計實例 .北京航空航天出版社， 2020 [10] 何立民 .單片機應用系統(tǒng)抗干擾技術(shù) .航空航天大學出版社， 2020 [11] 雷思孝等 .單片機系統(tǒng)設(shè)計及工程應用 .西安電子科技大學出版社， 2020 [12] 沙占友等 .單片及外圍電路設(shè)計 .電子工業(yè)出 版社， 2020 [13] 求是科技 .單片機典型模塊設(shè)計實例導航 .人民郵電出版社， 2020 [14] 先鋒工作室 .單片機程序設(shè)計實例 .清華大學出版社， 2020 [15] 彭為 .單片機典型系統(tǒng)設(shè)計實例精講 .電子工業(yè)出版社， 2020 [16] 韓全立 . 單片機控制技術(shù)及應用 .電子工業(yè)出版社， 2020 [17] 郁有文 .傳感器原理及工程應用 .西安電子科技大學出版社， 2020 [18] 余瑞芬 .傳感器原理 .航空工業(yè)出版社， 2020 [19] 方康玲 .過程控制系統(tǒng) .武漢理工大學出版社， 2020 [20] Design Handbook, 2020 [21] Analog Converter Reference Manual Volume, 2020 [22] Sybex Complete PC Upgradeamp。 最后我要深深地感謝我的家人，在畢業(yè)設(shè)計這段時間給予我平靜的心態(tài)與極大的鼓舞，讓我能夠積極清醒地完成畢業(yè)設(shè)計。 同時感謝系實驗室在畢業(yè)設(shè)計期間提供給我們優(yōu)越的實驗條件，感謝自動化系的各位老師為我們的答辯工作付出很多時間與精力。 在我課題設(shè)計的整個過程中，吳老師雖然有教學任務在身，依然對我的設(shè)計工作悉心指導。通過這次畢業(yè)設(shè)計，我學會了如何將所學的各門學科知識相結(jié)合，并且從根本上懂得了如何自己動手從零開始完成一項完整的控制系統(tǒng)，是四年來學習的總結(jié)也是未來工作的熱身。在做畢業(yè)設(shè)計的過程中，我的理論和實踐水平都有了較大的提高。 系統(tǒng)需要的改進： 本系統(tǒng)中 PC 機與單片機之間通過通訊接口進行數(shù)據(jù)通訊， PC 機主要負責 定時向下位機發(fā)送呼叫指令 ，并對 接收到 的 應答信號 做 近 一步的處理 ， 未能 設(shè)置修改從機的控制參數(shù)，所以此處仍有改進的空間。最終做出的系統(tǒng)有很多特色 與改進。在設(shè)計過程中針對隨時出現(xiàn)的問題和可能性都予以解決和實現(xiàn)。 對我個人而言，在這次畢業(yè)設(shè)計過程當中，得到了許多鍛煉，受益匪淺。本論文對于系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)過程主要集中在以下兩點： ⑴ 利用光電傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器針對不同的產(chǎn)品進行數(shù)據(jù)采集。本系統(tǒng)設(shè)計完善，具有實用、方便、靈活的特點，可廣泛應用于各工廠企業(yè)。 以后 隨著相關(guān)領(lǐng)域新技術(shù)與新器件的出現(xiàn)，數(shù)據(jù)采集會向?qū)崟r性更強、靈敏度更高的方向發(fā)展。 系統(tǒng)的適用范圍 本系統(tǒng)適用于各類計件車間，例如制藥廠、零件加工廠等。 ⑵ 信號放大整形電路降低了對待測信號的 幅度要求 ，可以測量例如藥品顆粒這類數(shù)量大、體積小 連續(xù) 的物品。調(diào)試效果顯示 當有顆粒通過 ST1101 后 ， 信號經(jīng)過放大整形 隔離 電路 后送給單片機，單片機進行 一次計數(shù)。 圖 5— 1 施密特觸發(fā)器 對脈沖的整形 系統(tǒng)的 特點 與應用 本系統(tǒng) 調(diào)試通過后 顯示出良好的性能，具有 廣泛的適用范圍。調(diào)整后故障排除。 系統(tǒng)的調(diào)試與故障排除 在調(diào)試過程中，系統(tǒng)上電后，發(fā)現(xiàn)計數(shù)不準確。 本章小結(jié) 本章主要講述 了 PC 機與三臺單片機的通信過程，并說明了如何實現(xiàn) PC 機與多臺單片機 的通信。 若從機的地址與主機點名的地址相同，該從機將本機的 SM2 清 0，繼續(xù)接收主機發(fā)來的命令或數(shù)據(jù)，響應中斷。各從機由于 SM2 置 1，將響應主機發(fā)來的第 9位數(shù)據(jù)（ RB8）為1 的地址信息。主機欲與某從機通信，先向所有從機發(fā)出所選從機的地址，從機地址符合后，接著才發(fā)送命令或數(shù)據(jù)。利用這一特性，便可實現(xiàn)主機與多個從機之間的串行通信。 圖 4— 1 PC 機與多臺單片機連接 25 在串行口控制寄存器 SCON 中，設(shè)有多處理機通信位 SM2（ SCON． 5）。上位機接收到應答信號后，可以做 近一步的處理。 上下位機間的通信過程如下： ⑴ 通信均有由上位機發(fā)起，下位機不主動申請通信； ⑵ 當處于輪詢狀態(tài)時，上位機依據(jù)下位機地址，定時向下位機發(fā)送呼叫指令 。最后采用了一些軟件抗干擾技術(shù)，增加了系統(tǒng)的可靠性。若檢測到某觀測變量變化不正常，比如應當加 1 而未加 1，則轉(zhuǎn)到出錯處理程序作排除故障處理。 這種軟件“看門狗”監(jiān)視原理是：在主程序、 T0 中斷服務程序、 T1 中斷服務程序中各設(shè)一運行觀測變量，假設(shè)為 MWatch、 T0Watch 、 T1Watch,主程序每循環(huán)一次，MWatch 加１，同樣 T0、 T1 中斷服務程序執(zhí)行一次， T0Watch、 T1Watch 加１。采用這種環(huán)形結(jié)構(gòu)的軟件“看門狗”具有良好的抗干擾性能，大大提高了系統(tǒng)可靠性。 在實際應用中，采用環(huán)形中斷監(jiān)視系統(tǒng)。則系統(tǒng)無法定時“喂狗”，硬件看門狗電路失效。 “看門狗”技術(shù)可由硬件實現(xiàn)，也可由軟件實現(xiàn)。 ⑶ 軟件“看門狗”技術(shù) 若失控的程序進入“死循環(huán)”，通常采用“看門狗”技術(shù)使程序脫離“死循環(huán)”。如果故障診斷程序與系統(tǒng)自恢復程序的設(shè)計可 靠、完善，用“ LJMP 0000H”作返回指令可直接進入故障診斷程序，盡早地處理故障并恢復程序的運行。當使用的中斷因干擾而開放時，在對應的中斷服務程序中設(shè)置軟件陷阱，能及時捕獲錯誤的中斷。最后一條應填入 020200，當亂飛程序 落到此區(qū)，即可自動入軌。軟件陷阱是指用來將捕獲的亂飛程序引向復位入口地址 0000H 的指令。 ① 軟件陷阱的設(shè)計 當亂飛程序進入非程序區(qū)，冗余指令便無法起作用。通常用軟件陷阱來攔截亂飛的程序。 此外，對系統(tǒng)流向起重要作用的指令如 RET、 RETI、 LCALL、 LJMP、 JC 等指令之前插入兩條 NOP，也可將亂飛程序納入正軌，確保這些重要指令的執(zhí)行。通常是在雙字節(jié)指令和三字節(jié)指令后插入兩個字節(jié)以上的 NOP。若“飛” 到了三字節(jié)指令，出錯機率更大。 ⑴ 指令冗余 CPU 取指令過程是先取操作碼，再取操作數(shù)。 圖 3— 2 單片 機 程序 流程圖 21 用匯編語言編寫的具體程 序見附錄（ 2）的單片機程序。 從機平時對監(jiān)控對象進行數(shù)據(jù)采集 ，當 上位機 向下位機發(fā)送呼叫指令時，每臺下位機都中斷 接受并判斷，地址不相符的下位機中斷返回 ；反之則把本機地址及其狀態(tài)作為應答 信號發(fā)送給上位機。 假定各個車間每天的產(chǎn)品數(shù)量不會超過 65535，則每臺單片機可用計數(shù)器 0 的方式 1 對產(chǎn)品記數(shù)。 三臺單片機 分別 命名 為 1， 2， 3。 圖 3— 1 PC 機 程序 流程圖 用 Visual Basic 語言編寫的具體程序見附錄（ 2）的 PC 機程序。 PC 機的軟件設(shè)計 PC 機用于集中管理，主要負責 定時向下位機發(fā)送呼叫指令 ，并對 接收到 的 應答信號 做 近 一步的處理 ，即是 將下位機 送來的 TH0 和 TL0 這 16 位二進 制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制 ，這樣就得到生產(chǎn)線當天的產(chǎn)品數(shù)量。 ⑵ 匯編語言指令與機器語言指令一一對應，用它編寫的程序能最有效地利 用存 19 儲空間。在匯編語言中，指令用助記符表示，地址、操作數(shù)可用標號、符號地址及字符等形式來描述。無論是開發(fā)功能強大、性能可靠的商務軟件，還是編寫能 處理實際問題的實用小程序， VB 都是最快速、最簡便的方法。 Visual Basic，是 Microsoft 公司推出的一種 Windows 應用程序開發(fā)工具。 VISUAL BASIC 語言 Visual Basic,簡稱 VB。 PC 機 與單片機之 間通過通訊接口進行數(shù)據(jù)通訊， PC 機每天定時與各單片機通信一次，以便了解各車間當天的產(chǎn)品數(shù)量。第一級為下位機，直接面對控制對象完成實時控制，由 MCS51 系列的 8051 單片機擴展而成，安裝在工業(yè)現(xiàn)場。詳細闡明了設(shè)計所依據(jù)的原理和各功能模塊的具體實現(xiàn)方案，并仔細分析了各模塊所用芯片的結(jié)構(gòu)特點及工作原理。無論出現(xiàn)上述的那一種情況，都可以通過用施密特反相觸發(fā)器整形而得到比較理想的矩 17 形脈沖波形。 從傳感器得到的矩形脈沖經(jīng)傳輸后往往發(fā)生波形畸變。 ② 脈沖整形 利用施密特觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中的正反饋作用，可以把邊沿變化緩慢的周期性信號變換為邊沿很陡的矩形脈沖信號。 由于放大器的放大功能降低了對待測信號的幅度要求，因此，系統(tǒng)能對任意大于 的正弦波和脈沖信號進行測量。 圖 2— 10 信號預處理電路 系統(tǒng)的信號預處理電路 由 二級電路構(gòu)成，第一級是由開關(guān)三極管組成的零偏置放大器，采用開關(guān)三極管可以保證放大器具有良好的高頻響應。 原理如圖 2— 9 所示。當有物體擋在紅外光電發(fā)光二極管和高靈敏度的光電晶體管之間時，傳感器將會輸出一個低電平，而當沒有物體擋在中間時則輸出為高電平，從而形成一個脈沖。 其內(nèi)部 電路如圖 2— 8所示。 15 用光電傳感器采集產(chǎn)品 由于 光電傳感器 的分類品種繁多，選擇一個合適的傳感器是首要的任務，其次是對 信號放大、波形變換和波形整形 。 用電容式接近開關(guān)采集非金屬產(chǎn)品 電 容 式接近開關(guān) 和單片機組成的非金屬產(chǎn)品計數(shù)部分硬件原理如圖 2— 7所 示。這個渦流反作用于接近開關(guān)，使接近開關(guān)振蕩能力衰減，內(nèi)部電路的參數(shù)發(fā)生變化， 輸出的信號經(jīng)過整形檢波、信號處理后加到單片機的輸入端，從而進行一次計數(shù)。 用電感式接近開關(guān)采集金屬產(chǎn)品 電感式接近開關(guān) 和單片機組成的金屬產(chǎn)品計數(shù)部分硬件原理圖如圖 2— 6所示 。為了防止 電磁干擾從空間侵入 ，需 用鋼板做機殼將單片機系統(tǒng)屏蔽起來，