【正文】 過零檢測如 圖 3. 8 所示： Q110KR11KR2+ 5 vE I N T 0 圖 3. 8 過零檢 測電路 。原理圖如 圖 3. 7所示。 1230pFC 1 530pFC 1 4X T A L 1X T A L 2 圖 3. 6 系統(tǒng)時鐘電路 （ 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。 江西理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（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)時鐘電路 選用 外部晶振是為了使用 PLL 和 ISP 下載功能，同時也為了準(zhǔn)確設(shè)置串口通信波特率。 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，對電源的紋波、瞬態(tài)響應(yīng)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(fù)位電路使用帶 I2C 存儲器的電源監(jiān)控芯片 CAT1025JI30，提高了系統(tǒng)的可靠性。其特點(diǎn)為輸出電流大，精度高，穩(wěn)定性高，功耗低。電源經(jīng) 78M05 穩(wěn)壓至 5V， 再經(jīng)過 SPXI l 將電源穩(wěn)壓至 。 江西理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（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)時鐘 、 JTAG 接口電路 等。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 的外設(shè)功能（中斷控制器除外）都連接到 VPB 總線上。 LPC2131 包含一個支持仿真的 ARM7TDMIS CPU 、 與片內(nèi)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(nèi)外設(shè)功能的 VLSI 外設(shè)總線 VPB。 ? 單電源供電，含有上電復(fù)位 （ POR） 和掉電檢測 （ BOD） 電路。 ? 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。 ? 片內(nèi)晶體振蕩電路支持頻率： 1~30MHz。 ? 多達(dá) 9 個邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷引腳?？膳渲脙?yōu)先級和向量地址。 ? 多個串行接口，包括 2 個 16C550 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) UART、 2 個高速 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。 ? 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。 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（論文） 20 ? EmbeddedICERT和嵌入式跟蹤接口，可實(shí)時調(diào)試（利用片內(nèi) RealMonitor軟件）和高速跟蹤執(zhí)行代碼。 ? 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） 。 ? 8KB 片內(nèi)靜態(tài) RAM。對代碼規(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。（更詳細(xì)的內(nèi)容，請參閱 ARM 官方網(wǎng)站上的 ARM7TDMIS 數(shù)據(jù)手冊） LPC2131 簡介 LPC2131 是基于一個支持實(shí)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。因為 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。 基于 Thumb 的一個關(guān)鍵的概念就是“超精簡指令集”。通常在執(zhí)行一條指令的同時就對下一條指令進(jìn)行譯碼，并對第三條指令從存儲器中取出如 圖 3. 2 所示。 ARM 結(jié)構(gòu)是基于精簡指令計算機(jī)（ RISC）原理而設(shè)計的，指令集和相關(guān)的譯碼機(jī)制比復(fù)雜指令集計算機(jī)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(shí)現(xiàn)很高的指令吞吐量和實(shí)時的中斷響應(yīng)。因此，本系統(tǒng)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(tǒng)的主控制器?，F(xiàn)在設(shè)計、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。 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。 1991 年 ARM 公司成立于英國劍橋，主要出售芯片設(shè)計技術(shù)的授權(quán)。另外，利用 ARM 處理器設(shè)計的嵌入式系統(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) 。可以說，用單片機(jī)和 DSP實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)， ARM 都可以實(shí)現(xiàn)。 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，同時具有 32 位處理器的速度。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)，且其資料相對不多，芯片價格和相應(yīng)的開發(fā)套件昂貴，專用性比較強(qiáng)，通用性比較弱。 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，軟件編程相對簡單。 主要硬件配置如 圖 3. 1所示。 前置放大電路 ：對 A/D 采樣信號進(jìn)行濾波、放大處理后以便于 A/D 采樣。 整個電路系統(tǒng)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(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。 在 隨后 的章節(jié)中，不但全面 闡述了 系統(tǒng)總體 設(shè)計思路和方 案 ， 而且詳細(xì)論證了本系統(tǒng)各個模塊的參數(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。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。 本系統(tǒng)設(shè)計采用 廣州周立功單片機(jī)有限公司的 LPC2131微處理器， 它不 但性能穩(wěn)定，數(shù)據(jù)獲取、存儲、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，而沒有選擇單片機(jī)。 ? 單電源，具有上電復(fù)位 (POR)和掉電檢測 (BOD)電路 ， CPU操作電壓范圍：~ (177。 ? 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。 ? 多個串行接口，包括 2個 16C550工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) UART、 2個高速 I2C總線 （ 400kbit/s）、 SPI和具有緩沖作用和數(shù)據(jù)長度可變功能的 SSP。 ? 通過片內(nèi) PLL(100us的設(shè)置時間 )可實(shí)現(xiàn)最大為 60MHz的 CPU操作頻率。 ? 小型的 LQFP64封裝上包含多達(dá) 47個通用 I/O口 (可承受 5V電壓 )。 ? 向量中斷控制器。 ? 2個 32位定時器 /外部事件計數(shù)器 (帶 4路捕獲和 4路比較通道 )、 PWM單元 (6路輸出 )和看門狗。 ? 1個 (LPC2131/32)或 2個 (LPC2134/36/38)8路 10位的 A/D轉(zhuǎn)換器，共提供 16路模擬輸入，每個通道的轉(zhuǎn)換時間低至 。 256字節(jié)行編程時間為 1ms。 ? 通過片內(nèi) boot裝載程序?qū)崿F(xiàn)在系統(tǒng)編程 /在應(yīng)用編程 (ISP/IAP)。其特性如下 ： ? 16/32位 ARM7TDMIS核，超小 LQFP64封裝。 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(jī)等小型應(yīng)用中；由于內(nèi)置了寬范圍的串行通信接口和 8/16/32kB的片內(nèi) SRAM，它們也非常適合于通信網(wǎng)關(guān)、協(xié)議轉(zhuǎn)換器、軟件 modem、語音識別、低端成像，為這些應(yīng)用提供大規(guī)模的緩沖區(qū)和強(qiáng)大的處理功能。 128位寬度的存儲器接口和獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)使 32位代碼能夠在最大時鐘速率下運(yùn)行。 綜上所述，本系統(tǒng)所用可控硅選擇常用的 S1612NH。晶閘管在導(dǎo)通后，門極已失去作用。晶閘管已處江西理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 于正向?qū)顟B(tài)。這樣強(qiáng)烈的正反饋過程迅速進(jìn)行。 當(dāng)晶閘管承受正向陽極電壓，而門極未受電壓的情況下，晶閘管的陽極電流Ia≈Ic0 晶閘關(guān)處于正向阻斷狀態(tài)。每個晶體管的集電極電流同時就是另一個晶體管的基極電流。 從晶閘管的內(nèi)部分析工作過程： 晶閘管是四層三端器 件，它有 J J J3三個 PN結(jié)，可以把它中間的 NP分成兩部分，構(gòu)成一個 PNP型三極管和一個 NPN型三極管的復(fù)合管。它的出現(xiàn)，使半導(dǎo)體技術(shù)從弱電領(lǐng)域進(jìn)入了強(qiáng)電領(lǐng)域，成為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、軍事科研以至商業(yè)、民用電器等方面爭相采用的元件。 調(diào)節(jié)模塊 — 可控硅（ SCR） 符號簡化與實(shí)物如 圖 2. 5所示： 圖 2. 5 符號簡化與實(shí)物圖 江西理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 圖 2. 6 可控硅等效模型、電路 可控硅是可控硅整流元件的簡稱 ,如 圖 2. 6所示，是一種具有三個 PN 結(jié)的四層結(jié)構(gòu)的大功率半導(dǎo)體器件 ,一般由兩晶 體 管反向連接而成 .它的功用不僅是整流，還可以用作無觸點(diǎn)開關(guān)以快速接通 或切斷電路，實(shí)現(xiàn)將直流電變成交流電的逆變，將一種頻率的交流電變成另一種頻率的交流電等等。 因為全橋式等臂電橋的靈敏度最高，各臂參數(shù)一致，各種干擾的影響容易相互抵銷，所以稱重傳感器均采用全橋式等臂電橋。根據(jù)待測電阻 Rx 大小選擇 K，調(diào)節(jié) R3 使檢流計 G 為零， 江西理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 由 Rx = KR3 求出待測電阻 Rx值。 其具體原理如下： 惠斯登電橋原理圖 1中，接通電源，調(diào)節(jié)電橋平衡，即調(diào)節(jié)電橋四個“臂”R R R Rx，當(dāng)檢流計 G的指針指零， B、 D兩點(diǎn)電位相等，則有 式 稱為比率 k。 檢測電路 檢測電路的功能是把電阻應(yīng)變片的電阻變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷狠敵觥? ε=（ 3Q（ 1+μ） /2Eb） *（ B（ H2h2） +bh2） /（ B（ H3h3） +bh3） （ 212） 其中： Q截面上的剪力； E揚(yáng) 氏模量： μ— 泊松系數(shù)； B、 b、 H、 h— 為梁的幾何尺寸。主應(yīng)力方向一為拉神，一為壓縮，若把應(yīng)變片貼在這里，則應(yīng)變片上半部將受拉伸而阻值增加，而應(yīng)變片的下半部將受壓縮，阻值減少。 設(shè)有一帶有肓孔的長方體懸臂梁。它的功能有兩個，首先是它承受稱重傳江西理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 感器所受的外力，對外力產(chǎn)生反作用力，達(dá)到相對靜平衡；其次，它要產(chǎn)生一個高品質(zhì)的應(yīng)變場（區(qū)），使粘貼在此區(qū)的電阻應(yīng)變片比較理想的完成應(yīng)變棗電信號的轉(zhuǎn)換任務(wù)。 在材料力學(xué)中 ΔL/L稱作為應(yīng)變，記作 ε，用它來表示彈性往往顯 得太大，很不方便 常常把它的百萬分之一作為單位，記作 με。把式 （ 27）（ 28） 代入 （ 26） ，有 ΔR/R=Δρ/ρ+ΔL/L+2μΔL/L =（ 1+2μ（ Δρ/ρ） /（ ΔL/L）） *ΔL/L =K*ΔL/L （ 29） 其中 K=1+2μ+（ Δρ/ρ） /（ ΔL/L） （ 210） 式 （ 29） 說明了電阻應(yīng)變片的電阻變化率（電阻相對變化）和電阻絲伸長率（長度相對變化）之間的關(guān)系。我們有： ΔR=ΔρL/S+ΔLρ/S–ΔSρL/S2 （ 25） 用 式 （ 24） 去除式 （ 25） 得到