【正文】 接口/加速器實現(xiàn)高達60MHz的操作頻率。LPC2131特性如下：.l 小型LQFP64封裝的16/32位ARM7TDMIS微控制器。128位寬度的存儲器接口和獨特的加速結(jié)構(gòu)使32位代碼能夠在最大時鐘速率下運行。 Thumb代碼僅為ARM代碼規(guī)模的65%，但是其性能卻是連接到16位存儲器系統(tǒng)的相同的ARM處理器性能的160%?；旧?，ARM7TDMIS處理器具有以下兩個指令集：l 標準32位ARM指令集l 16位Thumb指令集 Thumb指令集的16位指令長度，使其可以達到標準ARM代碼的密度，卻仍然保持ARM的大多數(shù)性能上的優(yōu)勢，而這些優(yōu)勢是使用16位寄存器的16位處理器所不具備的。取指譯碼執(zhí)行取指譯碼執(zhí)行取指譯碼執(zhí)行圖3. 2 ARM7的3級指令流水線ARM7TDMIS處理器使用了一個被稱為Thumb的獨特結(jié)構(gòu)化策略，非常適合那些對存儲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。ARM7TDMIS使用了流水線技術(shù)，處理和存儲系統(tǒng)的所有部分都可連續(xù)工作。 ARM處理器概述ARM7TDMIS核是通用的32位微處理器內(nèi)核，具有高性能和低功耗的特性。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，同時其性價比也是最高的。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)計的芯核具有功耗低、成本低等顯著優(yōu)點，因此獲得眾多的半導(dǎo)體廠家和整機廠商的大力支持，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，在低功耗、低成本的嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域確立了市場領(lǐng)導(dǎo)地位。目前，采用ARM技術(shù)知識產(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。ARM (Advanced RISC Machines )，既可以認為是一個公司的名稱，也可以認為是對一類處理器的通稱。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現(xiàn)控制要求的功能，同時使得控制板的結(jié)構(gòu)尺寸可以做得更小。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)用與各個行業(yè)。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，以其高速度，高性能、低價格、低功耗，可以廣泛的應(yīng)用于各個領(lǐng)域。但數(shù)據(jù)處理能力不強，需要借助外加器件例如計數(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，系統(tǒng)控制板的結(jié)構(gòu)尺寸也會很大。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、易于操作、價格適中，而且必須具有執(zhí)行速度快、通用性強等特點。鍵盤顯示電路：實時監(jiān)控電路運行狀態(tài)，根據(jù)具體情況進行電路參數(shù)的設(shè)定和調(diào)整?？煽毓栌|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)整振動以調(diào)整本次下料量，最終達到控制作用。第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 系統(tǒng)電路總體設(shè)計整個系統(tǒng)以LPC2131微控制器為核心，對皮帶料重，過零點等參數(shù)進行檢測，經(jīng)運算比較，控制可控硅觸發(fā)等相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)，實現(xiàn)系統(tǒng)功能。一般配料系統(tǒng)對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，使配料精度達到要求即可。 本章首先介紹了配料系統(tǒng)的設(shè)計目標：精確、高效、實時監(jiān)控、自動化程度高。10%)，I/O口可承受5V的電壓。l 通過外部中斷或BOD將處理器從掉電模式中喚醒。l 低功耗模式：空閑和掉電。l 片內(nèi)集成振蕩器與外部晶體的操作頻率范圍為1～30 MHz，與外部振蕩器的操作頻率范圍高達50MHz。l 多達9個邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷管腳。可配置優(yōu)先級和向量地址。l 低功耗實時時鐘具有獨立的電源和特定的32kHz時鐘輸入。l 1個10位的D/A轉(zhuǎn)換器，可產(chǎn)生不同的模擬輸出。l EmbeddedICE RT和嵌入式跟蹤接口通過片內(nèi)RealMonitor軟件對代碼進行實時調(diào)試和高速跟蹤。單個Flash扇區(qū)或整片擦除時間為400ms。l 8/16/32kB的片內(nèi)靜態(tài)RAM和32/64/128/256/512kB的片內(nèi)Flash程序存儲器， 128位寬度接口/加速器可實現(xiàn)高達60MHz工作頻率。多個32位定時器、1個或2個10位8路的ADC、10位DAC、PWM通道、47個GPIO以及多達9個邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷使它們特別適用于工業(yè)控制應(yīng)用以及醫(yī)療系統(tǒng)。對代碼規(guī)模有嚴格控制的應(yīng)用可使用16位Thumb模式將代碼規(guī)模降低超過30%，而性能的損失卻很小。 主控模塊—LPC213X LPC2131/2132/2134/2136/2138微控制器是基于一個支持實時仿真和嵌入式跟蹤的16/32位ARM7TDMIS CPU，并帶有32kB、64kB、128kB、256kB和512kB嵌入的高速Flash存儲器。在晶閘管導(dǎo)通后，如果不斷的減小電源電壓或增大回路電阻，使陽極電流Ia減小到維持電流IH以下時，晶閘管恢復(fù)阻斷狀態(tài)。 在晶閘管導(dǎo)通后，即使此時門極電流Ig=0,晶閘管仍能保持原來的陽極電流Ia而繼續(xù)導(dǎo)通。這時，流過晶閘管的電流完全由主回路的電壓和回路電阻決定。當晶閘管在正向陽極電壓下，從門極G流入電流Ig,由于足夠大的Ig流經(jīng)NPN管的發(fā)射結(jié)，從而提高起點流放大系數(shù)a2,產(chǎn)生足夠大的極電極電流Ic2流過PNP管的發(fā)射結(jié)，并提高了PNP管的電流放大系數(shù)a1,產(chǎn)生更大的極電極電流Ic1流經(jīng)NPN管的發(fā)射結(jié)。因此，兩個互相復(fù)合的晶體管電路，當有足夠的門極電流流入時，就會形成強烈的正反饋，造成兩晶體管飽和導(dǎo)通，晶體管飽和導(dǎo)通。 當晶閘管承受正向陽極電壓時，為使晶閘管導(dǎo)銅，必須使承受反向電壓的PN結(jié)J2失去阻擋作用。 晶閘管T在工作過程中，它的陽極A和陰極K與電源和負載連接，組成晶閘管的主電路，晶閘管的門極G和陰極K與控制晶閘管的裝置連接，組成晶閘管的控制電路?？煽毓韬推渌雽?dǎo)體器件一樣，其有體積小、效率高、穩(wěn)定性好、工作可靠等優(yōu)點。 綜上所述，由于全橋式等臂電橋靈敏度很高，而且抗干擾能力很強，結(jié)合本系統(tǒng)的實際情況和運行所需，本系統(tǒng)采用電阻應(yīng)變式全橋電路來檢測皮帶上的重量信號。電流計G 的 B、D兩點電位 由上式看出，當R1R3 = R2Rx時，電流計G 的 B、D兩點電位差Uo=0，電橋處于平衡，這就是惠斯登電橋。1, 10，100，1000七檔。因為惠斯登電橋具有很多優(yōu)點，如可以抑制溫度變化的影響，可以抑制側(cè)向力干擾，可以比較方便的解決稱重傳感器的補償問題等，所以惠斯登電橋在稱重傳感器中得到了廣泛的應(yīng)用。 需要說明的是，上面分析的應(yīng)力狀態(tài)均是“局部”情況，而應(yīng)變片實際感受的是“平均”狀態(tài)。下面列出肓孔底部中心點的應(yīng)變表達式，而不再推導(dǎo)。 肓孔底部中心是承受純剪應(yīng)力，但其上、下部分將會出現(xiàn)拉伸和壓縮應(yīng)力。 以托利多公司的SB系列稱重傳感器的彈性體為例，來介紹一下其中的應(yīng)力分布。這樣，式（29）常寫作： ΔR/R=Kε (211) 彈性體 彈性體是一個有特殊形狀的結(jié)構(gòu)件。 需要說明的是：靈敏度系數(shù)K值的大小是由制作金屬電阻絲材料的性質(zhì)決定的一個常數(shù)，它和應(yīng)變片的形狀、尺寸大小無關(guān)，—；其次K值是一個無因次量，即它沒有量綱。μ是表示材料橫向效應(yīng)泊松系數(shù)。 對式（24）求全微分，即求出電阻絲伸長后，他的電阻值改變了多少。設(shè)其伸長ΔL，其橫截面積則縮小，即它的截面圓半徑減少Δr。 設(shè)有一個金屬電阻絲，其長度為L，橫截面是半徑為r的圓形，其面積記作S，其電阻率記作ρ，這種材料的泊松系數(shù)是μ。他的一個重要參數(shù)是靈敏系數(shù)K。下面就這三方面簡要論述。 電阻應(yīng)變式稱重傳感器原理：電阻應(yīng)變式稱重傳感器是基于這樣一個原理，彈性體（彈性元件，敏感梁）在外力作用下產(chǎn)生彈性變形，使粘貼在他表面的電阻應(yīng)變片（轉(zhuǎn)換元件）也隨同產(chǎn)生變形，電阻應(yīng)變片變形后，它的阻值將發(fā)生變化（增大或減?。俳?jīng)相應(yīng)的測量電路把這一電阻變化轉(zhuǎn)換為電信號（電壓或電流），從而完成了將外力變換為電信號的過程。這就允許制造廠對構(gòu)成計量總誤差的各個分量進行調(diào)整，從而獲得期望的準確度。在各種衡器和質(zhì)量計量系統(tǒng)中，通常用綜合誤差帶來綜合控制傳感器準確度，并將綜合誤差帶與衡器誤差帶聯(lián)系起來，以便選用對應(yīng)于某一準確度衡器的稱重傳感器。它能將作用在被測物體上的重力按一定比例轉(zhuǎn)換成可計量的輸出信號。舊國標共有21項指標，均在常溫下進行試驗；并用非線性、滯后誤差、重復(fù)性誤差、蠕變、零點溫度附加誤差以及額定輸出溫度附加誤差6項指標中的最大誤差，來確定稱重傳感器準確度等級，、......。傳統(tǒng)概念上，負荷傳感器是稱重傳感器、測力傳感器的統(tǒng)稱，用單項參數(shù)評價它的計量特性。其中穩(wěn)定性是基礎(chǔ)，沒有穩(wěn)定性談何稱量準確度和工作可靠性。 本系統(tǒng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器選擇根據(jù)以上各項指標和本系統(tǒng)實際需求，可選擇主芯片ARM7上自帶的10位A/D轉(zhuǎn)換器，直接把輸入模擬信號轉(zhuǎn)換為實際所需的數(shù)字信號。例如，逐次比較型的 AD0801 ～ 0803 、 0808 ～ 0809 的轉(zhuǎn)換時間為 100μs ； AD571 為 25μs ； AD574 為 35μs ； AD578 為 μs 。 轉(zhuǎn)換誤差通常以相對誤差的形式給出，它表示 AD 轉(zhuǎn)換器實際輸出的數(shù)字量與理想輸出的數(shù)字量之間的差別，并用最低有效位 LSB 的倍數(shù)來表示。顯然，它與輸出的二進制數(shù)的位數(shù)有關(guān)，輸出二進制數(shù)的位數(shù)越多，分辨率越小，分辨能力越高。小于此最小變化量的輸入模擬電壓，將不會引起輸出數(shù)字量的變化。 圖2. 4 轉(zhuǎn)換器 AD 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度與轉(zhuǎn)換時間 l AD 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度 在單片 AD 轉(zhuǎn)換器中，也用分辨率和轉(zhuǎn)換誤差來描述轉(zhuǎn)換精度。 間接 AD 轉(zhuǎn)換器是把待轉(zhuǎn)換的輸入模擬電壓先轉(zhuǎn)換為一個中間變量，例如時間 T 或頻率 F ，然后再對中間變量量化編碼，得出轉(zhuǎn)換結(jié)果。直接型 AD 轉(zhuǎn)換器能把輸入的模擬電壓直接轉(zhuǎn)換為輸出的數(shù)字代碼，而不需要經(jīng)過中間變量。這種誤差稱為 量化誤差 。這些代碼就是 AD 轉(zhuǎn)換的結(jié)果。若數(shù)字信號最低有效位用 LSB 表示， 1LSB 所代表的數(shù)量大小就等于△，即模擬量量化后的一個最小分度值。 數(shù)字信號具有在時間上離散和幅度上斷續(xù)變化的特點。 量化后的值再按數(shù)制要求進行 編碼 ，以作為轉(zhuǎn)換完成后輸出的數(shù)字代碼。uo，所以 D 1 和 D 2 都不導(dǎo)通，保護電路不起作用。鉗位于u i U D2 。當uo39。被鉗位于u i+ U D1 。接入 D 1 和 D 2 以后，當uo39。的變化可能很大，以致于使 A 1 的輸出進入非線性區(qū)，uo39。 圖中還有一個由二極管 D 1 、 D 2 組成的保護電路。因電壓跟隨器的輸出電阻十分小，故對 C h 充電很快結(jié)束。同時uo39。 A 1 、 A 2 接成單位增益的電壓跟隨器，故uo=uo39。圖2. 2 采樣波形 采樣保持電路 圖2. 3所示的是一個實際的采樣保持電路 ，圖中 A 1 、 A 2 是兩個運算放大器， S 是模擬開關(guān)， L 是控制 S 狀態(tài)的邏輯單元電路。采樣頻率越高，留給每次進行轉(zhuǎn)換的時間就越短，這就要求 AD 轉(zhuǎn)換電路必須具有更高的工作速度。這一關(guān)系稱為采樣定理 。 采樣定理 如圖2. 2是某一輸入模擬信號經(jīng)采樣后得出的波形。例如，采樣和保持是利用同一電路連續(xù)完成的。一個完整的 AD 轉(zhuǎn)換過程，必須包括采樣、保持、量化、編碼四部分電路。 因配料系統(tǒng)需要增減少補，故本設(shè)計采用閉環(huán)控制系統(tǒng)進行差值比較、反饋、補償?，F(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。三種方法各有其特點，其共同點都是通過試驗，然后按照工程經(jīng)驗公式對控制器參數(shù)進行整定。二是工程整定方法，它主 要依賴工程經(jīng)驗，直接在控制系統(tǒng)的試驗中進行，且方法簡單、易于掌握，在工程實際中被廣泛采用。它主要是 依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過理論計算確定控制器參數(shù)。它是根據(jù)被 控過程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時間和微分時間的大小。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在 調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。 自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn) 態(tài)誤差。積分項對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。對一個自動控制系統(tǒng)，如果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的 或簡稱有差系統(tǒng)（System with Steadystate Error）。當僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（Steadystate error）。比例（P）控制：一種最簡單的控制方式。PID控制，實際中也有PI和PD控制。當被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時，控制理論的 其它技術(shù)難以采用時，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。 PID控制的原理和特點 在工程實際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。控制系統(tǒng)的性能可以用穩(wěn)、準、快三個字 來描述。 階躍響應(yīng) 階躍響應(yīng)是指將一個階躍輸入（step function）加到系統(tǒng)上時，系統(tǒng)的輸出。如果沒有眼睛，就沒有了反饋