【正文】 能儀表、實(shí)時(shí)工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。因?yàn)樗w積小，通常都藏在被控機(jī)械的“肚子”里。這種計(jì)算機(jī)就是把智能賦予各種機(jī)械的單片機(jī)（亦稱微控制器）。它由主機(jī)、鍵盤(pán)、顯示器等組成。 可以說(shuō)，二十世紀(jì)跨越了三個(gè)“電”的時(shí)代，即電氣時(shí)代、電子時(shí)代和現(xiàn)已進(jìn)入的電腦時(shí)代。 單片機(jī)在硬件資源方面的利用率必須很高才行，所以匯編雖然原始卻還是在大量使用。但由于單片機(jī)對(duì)成本是敏感的，所以目前占統(tǒng)治地位的軟件還是最低級(jí)匯編語(yǔ)言，它是除了二進(jìn)制機(jī)器碼以上最低級(jí)的語(yǔ)言了，既然這么低級(jí)為什么還要用呢？很多高級(jí)的語(yǔ)言已經(jīng)達(dá)到了可視化編程的水平為什么不用呢？原因很簡(jiǎn)單，就是單片機(jī)沒(méi)有家用計(jì)算機(jī)那樣的CPU，也沒(méi)有像硬盤(pán)那樣的海量存儲(chǔ)設(shè)備。 通過(guò)將 8 位 RISC CPU 與系統(tǒng)內(nèi)可編程的 Flash 集成在一個(gè)芯片內(nèi)，ATmega8 成為一個(gè)功能強(qiáng)大的單片機(jī)，為許多嵌入式控制應(yīng)用提供了靈活而低成本的解決方案。引導(dǎo)程序可以使用任意接口將應(yīng)用程序下載到應(yīng)用Flash存儲(chǔ)區(qū)(Application Flash Memory)。 本芯片是以 Atmel 高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)生產(chǎn)的。 ATmega8 有如下特點(diǎn) :8K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程 Flash( 具有同時(shí)讀寫(xiě)的能力，即 RWW)，512 字節(jié) EEPROM，1K 字節(jié) SRAM，32 個(gè)通用 I/O 口線，32 個(gè)通用工作寄存器，三個(gè)具有比較模式的靈活的定時(shí)器 / 計(jì)數(shù)器 (T/C), 片內(nèi) / 外中斷，可編程串行 USART，面向字節(jié)的兩線串行接口， 10 位 6 路 (8 路為 TQFP 與 MLF 封裝 )ADC，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門(mén)狗定時(shí)器，一個(gè) SPI 串行端口，以及五種可以通過(guò)軟件進(jìn)行選擇的省電模式。所有的寄存器都直接與算邏單元(ALU) 相連接，使得一條指令可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)訪問(wèn)兩個(gè)獨(dú)立的寄存器。AVR單片機(jī)關(guān)于這方面最好的例子便是AVR單片機(jī)了。此外，處理器的NVIDIA nForce解決方案提供了支持最新圖片的功能。NVIDIA公司提供了用于解決臺(tái)式機(jī)和工作站的性能的最好解決方案。內(nèi)建的NVIDIA RAID技術(shù)，提供了優(yōu)化的系統(tǒng)的性能。 降低延遲：今天的64位微處理器仍然是基于類(lèi)似的設(shè)計(jì)，微處理器仍然是最復(fù)雜的大規(guī)模生產(chǎn)的產(chǎn)品，它機(jī)內(nèi)超過(guò)550萬(wàn)個(gè)晶體管，并進(jìn)行著每秒超過(guò)幾億次的計(jì)算量，而且這種微處理器肯定會(huì)更新淘汰的很快。但英特爾的Ted Hoff的并不這樣認(rèn)為，他認(rèn)為新的硅門(mén)控MOS技術(shù)可以使單芯片CPU（中央處理單元）的制造成為可能，因此他也就成為史上有這前衛(wèi)意識(shí)的第一人。英特爾又提出了一個(gè)聰明的市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)計(jì)劃，以鼓勵(lì)促進(jìn)4004芯片的應(yīng)用開(kāi)發(fā)，這也使得4004芯片在幾個(gè)月之內(nèi)便得到了人們的廣泛使用。次年Busi變破產(chǎn)了，他們生產(chǎn)的產(chǎn)品從未使用過(guò)4004芯片。巧妙的是，英特爾決定以40046萬(wàn)美元回購(gòu)Busi的設(shè)計(jì)和銷(xiāo)售權(quán)。最終英特爾和Busi在共同資助新的可編程，多用途邏輯芯片上達(dá)成了協(xié)議。英特爾工程師泰德霍夫覺(jué)得英特爾可以制作出具有12項(xiàng)功能的芯片。雖然英特爾沒(méi)有適合做這項(xiàng)工作的人才，但他們確能提出一個(gè)關(guān)于這項(xiàng)工作的解決方案。而事實(shí)上羅克在不到兩天內(nèi)就賺了$250萬(wàn)美元。諾伊斯和摩爾人喜歡被昵稱為“Fairchildren”。正在為Fairchild半導(dǎo)體公司工作的鮑勃諾伊斯和戈登摩爾兩個(gè)工程師工作的并不快樂(lè)，因此他們準(zhǔn)備離開(kāi)公司去創(chuàng)造屬于他們自己的公司，而當(dāng)時(shí)Fairchild的許多員工也都紛紛離開(kāi)公司去尋求更好的出路。這些也都使得人類(lèi)對(duì)非生命性物質(zhì)的智能化處理成為了可能。英特爾4004芯片通過(guò)將所有的電腦系統(tǒng)（即中央處理單元，存儲(chǔ)器，輸入和輸出控制）都集中在一塊集成電板上而使電腦芯片越來(lái)越小。在發(fā)明了集成電路這一革命性的電腦設(shè)計(jì)后，電腦芯片愈來(lái)愈小的趨勢(shì)開(kāi)始顯現(xiàn)出來(lái)。特別感謝我的舍友們，他們對(duì)本課題做了不少工作，給予我不少的幫助。兩年多來(lái)，學(xué)院的很多老師不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時(shí)還在思想、生活上給我以無(wú)微不至的關(guān)懷，在此謹(jǐn)向李老師及其他老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。她嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵(lì)著我。信息時(shí)代的高速發(fā)展使得嵌入式產(chǎn)品獲得了巨大的發(fā)展空間和機(jī)遇，相信在未來(lái)的發(fā)展中，會(huì)有越來(lái)越多的行業(yè)、越來(lái)越廣泛的場(chǎng)合使用嵌入式設(shè)備，使嵌入式產(chǎn)品得到長(zhǎng)足的發(fā)展。此套裝置實(shí)施方便、可靠。通過(guò)了解現(xiàn)階段各個(gè)領(lǐng)域中稱重控制系統(tǒng)的應(yīng)用方案以及使用場(chǎng)合，國(guó)內(nèi)外嵌入式發(fā)展的現(xiàn)狀，對(duì)比各種嵌入式處理器的性能和結(jié)構(gòu)，最終選擇了基于C51單片機(jī)的嵌入式控制系統(tǒng)。步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)粗調(diào)的目的，當(dāng)乳粉的重量接近預(yù)期重量的時(shí)候，就要停止步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)為用異步電機(jī)實(shí)現(xiàn)細(xì)調(diào)的階段，直到一袋乳粉的重量等于我們想要的重量為止。結(jié) 論乳粉包裝自動(dòng)稱重系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)的原理，也就是在系統(tǒng)中應(yīng)用電動(dòng)機(jī)、單片機(jī)、還有內(nèi)部程序的共同作用，使乳粉從落粉槽中落下，在各種內(nèi)部結(jié)構(gòu)的控制下，看一袋乳粉的重量是否達(dá)到預(yù)期的重量，如果達(dá)到則通過(guò)傳送帶傳送出去進(jìn)行下一袋乳粉的自動(dòng)稱重；否則將次品袋作丟棄處理。本設(shè)計(jì)的目的不僅僅是溫度控制本身，主要提供了單片機(jī)外圍電路及軟件包括控制算法設(shè)計(jì)的思想，應(yīng)該說(shuō)，這種思想比控制系統(tǒng)本身更為重要。但是在程序編寫(xiě)方面，沒(méi)有對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行具體的優(yōu)化。 硬件部分設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)本設(shè)計(jì)硬件具有簡(jiǎn)單化，且可靠性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)；但由于實(shí)驗(yàn)室提供的電容精度不夠高以及各種干擾對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響，導(dǎo)致了系統(tǒng)具有一定的浮動(dòng)誤差，若把放大模塊中的電容換成高精度的電容以及增強(qiáng)系統(tǒng)本身的抗干擾能力，系統(tǒng)的精度也必然會(huì)提高。 本章小結(jié)本章對(duì)可能影響系統(tǒng)精確度的因素進(jìn)行分析，并相繼的提出提高系統(tǒng)精確度的方法，這樣才能最好的解決系統(tǒng)精度低的問(wèn)題。將電源布置的盡可能粗，并使電源、地線的走向與數(shù)據(jù)傳遞方向盡可能一致，以增強(qiáng)抗噪聲能力?？臻g干擾主要是指電磁場(chǎng)在線路、導(dǎo)線、殼體上的輻射、吸收與調(diào)制。由于工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的電源都接自電網(wǎng)，故由于現(xiàn)場(chǎng)的用電情況復(fù)雜。由于電源是整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)，并且危害最嚴(yán)重的干擾源是電源的污染。一般常用的抗干擾措施有合理布置電源、屏蔽干擾源、隔離、濾波、接地等。因此，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡可能避開(kāi)干擾源，并針對(duì)不同的干擾源，對(duì)耦合通道采取有效的方法。 硬件抗干擾的設(shè)計(jì)各種干擾是機(jī)電一體化系統(tǒng)和裝置出現(xiàn)瞬時(shí)故障的主要原因。乳粉包裝自動(dòng)稱重系統(tǒng)的單片機(jī)部分放置于現(xiàn)場(chǎng)，在現(xiàn)場(chǎng)中由于強(qiáng)電磁干擾，電網(wǎng)干擾，空間干擾等，以及大量的粉塵等導(dǎo)體，使主機(jī)系統(tǒng)的工作環(huán)境變的很惡劣[19]。所以決定系統(tǒng)精確性最根本的因素就是系統(tǒng)本身所具有的抗干擾能力。通過(guò)研究，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)浮動(dòng)誤差的根本原因是：儀表放大模塊的濾波電路中電容的精度不高和系統(tǒng)抗干擾能力較弱。程序如圖46所示：停異步電機(jī)是RETURN？返回NY圖46退出鍵程序流程圖當(dāng)所有稱重工作結(jié)束后，按下該鍵后會(huì)顯示系統(tǒng)的累計(jì)乳粉袋數(shù)，程序流程如圖47所示：BDC碼轉(zhuǎn)換調(diào)顯示子程序是RETURN？恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)返回NY保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)圖47 顯示總數(shù)程序流程圖 本章小結(jié)本章主要對(duì)本設(shè)計(jì)的軟件部分進(jìn)行分析，良好的軟件部分設(shè)計(jì)也是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)成功的必要因素之一。按下該鍵后可直接稱量，稱完重量后按RETURN鍵，可繼續(xù)進(jìn)行包裝稱重。使用方法是，開(kāi)機(jī)后按調(diào)零鍵，系統(tǒng)進(jìn)入調(diào)零程凋序，調(diào)整調(diào)零點(diǎn)位齊，使顯示器顯示為零后退出。 T1中斷子程序T1定時(shí)中斷嵌套在T0中斷之中，其定時(shí)初值由模糊控制子程序提供，T1中斷相應(yīng)的時(shí)間用于輸出稱重儀的控制信號(hào)。主程序流程圖如下圖41所示：開(kāi)始調(diào)用查詢子程序. R2. R3. R4中調(diào)用顯示子程序返回圖41 系統(tǒng)總流程圖查詢子程序流程圖見(jiàn)圖42所示：開(kāi)始P2口送入A千位選通信號(hào)DS1=1？NY千位送入20H高4位5位P2口送入A百位選通信號(hào) DS2=1？NY百位送入20H低4位P2口送入A十位選通信號(hào) DS3=1？NY十位送入21H高4位個(gè)位送入21H低4位結(jié)束Y個(gè)位選通信號(hào) DS4=1？P2送入AN圖42 查詢子程序流程圖 中斷程序模塊圖如圖43為中斷服務(wù)程序流程圖：恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行鍵功能散轉(zhuǎn)保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)讀鍵值開(kāi)始清除鍵存放單元開(kāi)中斷，中斷返回圖43 中斷服務(wù)程序流程圖 T0中斷程序該中斷是單片機(jī)內(nèi)部5S定時(shí)中斷，優(yōu)先級(jí)設(shè)為最低，但卻是最重要的子程序。主程序主要完成控制系統(tǒng)各部件的初始化和實(shí)現(xiàn)各功能子程序的調(diào)用，以及實(shí)際測(cè)量中各個(gè)功能模塊的協(xié)調(diào)在無(wú)外部中斷申請(qǐng)時(shí)，單片機(jī)通過(guò)循環(huán)對(duì)所稱物體進(jìn)行顯示。 顯示模塊與控制模塊的連接本系統(tǒng)的控制模塊與顯示模塊的連接相對(duì)較簡(jiǎn)單，主要實(shí)現(xiàn)以下功能：處理重量數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)重量的顯示，控制數(shù)碼管的顯示，具體分別如圖39和圖310所示：圖39 顯示模塊1與控制模塊的連接圖310 顯示模塊2與控制模塊的連接 本章小結(jié)本章主要對(duì)構(gòu)成整個(gè)硬件系統(tǒng)的各個(gè)元器件進(jìn)行分析，并對(duì)一些元器件之間的相互連接進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣的分析對(duì)整個(gè)硬件系統(tǒng)的建立大有裨益。由于輸入信號(hào)為直流電壓，在INA121的輸入管腳之前需接入濾波電路。微弱信號(hào)V和V+被分別放大后從INA121的第6腳輸出。由于引腳EOC與DU連接在一起，所以MC14433能自動(dòng)轉(zhuǎn)換。 由于MC14433的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果是動(dòng)態(tài)分時(shí)輸出的BCD碼，所以，Q0～Q3和DS1～DS4可以通過(guò)8051單片機(jī)的并行口P1或通過(guò)擴(kuò)展I/O電路與其相連。才用字位動(dòng)態(tài)掃描BCD碼輸出方式，即千，百，十，個(gè)位BCD碼輪流在Q0～Q3端輸出。對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)電壓為+200MV和+2V。Vpp電壓有兩種，類(lèi)似芯片最大頻率值要根據(jù)附加的編號(hào)或芯片內(nèi)的特征字決定。要使AT89C51只訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000HFFFFH）,這時(shí)該引腳必須保持低電平，而要使用片內(nèi)的程序存儲(chǔ)器時(shí)該引腳必須保持高電平。(3) EA/Vpp 31 外部訪問(wèn)允許端。當(dāng)AT89C51由外部程序存儲(chǔ)器取指令或常數(shù)時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期輸出2個(gè)脈沖即兩次有效。對(duì)Flash存儲(chǔ)器編程時(shí)，這個(gè)引腳用于輸入編程脈沖PROG。除此之外P3端口還用于一些專門(mén)功能，具體如表34所示：表34 P3端口的功能P3引腳兼用功能串行通訊輸入（RXD）串行通訊輸出（TXD）外部中斷0（ INT0）外部中斷1（INT1）定時(shí)器0輸入(T0)定時(shí)器1輸入(T1)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通WR外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通RD5．其它的控制或復(fù)用引腳(1) ALE/PROG 30 訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。P1－3端口在做輸入使用時(shí)，因內(nèi)部有上接電阻，被外部拉低的引腳會(huì)輸出一定的電流。輸出時(shí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL。而在訪問(wèn)8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)其引腳上的內(nèi)容在此期間不會(huì)改變。對(duì)內(nèi)部Flash程序存儲(chǔ)器編程時(shí)，接收高8位地址和控制信息。輸出時(shí)可驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL。端口置1時(shí)，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用，對(duì)內(nèi)部Flash程序存儲(chǔ)器編程時(shí)，接收低8位地址信息。(2) P1端口[－] P1是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0端口。校驗(yàn)程序時(shí)輸出指令字節(jié)，要求外接上拉電阻。作為輸出口時(shí)能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL。復(fù)位后P0－P3口均置1引腳表現(xiàn)為高電平，程序計(jì)數(shù)器和特殊功能寄存器SFR全部清零。電容取30PF左右，具體實(shí)現(xiàn)如圖32所示：圖32 晶振電路圖3．復(fù)位RST。內(nèi)部方式時(shí)，時(shí)鐘發(fā)生器對(duì)振蕩脈沖二分頻，如晶振為12MHz，時(shí)鐘頻率就為6MHz。2．外接晶體引腳XTAL1。輸入信號(hào)送入前級(jí)放大器放大，再經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成BCD碼，然后把BCD碼送入單片機(jī)AT89C51中進(jìn)行處理，最后把數(shù)據(jù)送出數(shù)碼管顯示。AT89C51是ATMEL公司的新一代8位的一片機(jī)產(chǎn)品，帶有4KROM、128BRAM，最大工作頻率24MHZ[13]；同時(shí)，具有32條輸入輸出線，16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，5個(gè)中斷源，一個(gè)串行口；它具有集成度高、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小可靠性高，處理功能強(qiáng)，速度快等特點(diǎn)。 本章小結(jié)經(jīng)過(guò)仔細(xì)的分析和比較、實(shí)際模擬和理論論證，決定了系統(tǒng)各模塊的最終方案如下：（1）電源模塊：采用自制可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓電源；（2）放大模塊：采用儀表放大器INA121；（3）A/D轉(zhuǎn)換模塊：采用雙積分A/D轉(zhuǎn)換器MC14433；（4）控制模塊：采用單片機(jī)AT89C51；（5）顯示模塊：采用七段LED數(shù)碼管。如圖26所示為CW317應(yīng)用電路圖：圖26 穩(wěn)壓器CW317應(yīng)用電路圖 顯示模塊選擇顯示模塊主要用于重量的顯示，原本采用字符型液晶模塊 JM1602C，JM1602C能顯示基本的ASCⅡ碼字符，采用CMOS工藝低功耗，內(nèi)置KS0066驅(qū)動(dòng)器，數(shù)據(jù)可直接傳送，用并行輸入輸出形式，數(shù)據(jù)傳送快，低延遲顯示體現(xiàn)多樣性，但是JM1602C的引腳電平為+5V，RAM的引腳電平為+，這樣就要解決電壓不匹配問(wèn)題，靈活性降低[10]。穩(wěn)壓器內(nèi)部含有過(guò)流、過(guò)熱保護(hù)電路。但其不可調(diào)，不能滿足所需要的正負(fù)5V電源的要求，所以我采用自制電源，可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器是輸出電壓可以連續(xù)調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓器，有輸出正電壓的CW317系列（LM317）三端穩(wěn)壓器；有輸出負(fù)電壓的CW337系列（LM337）三端穩(wěn)壓器。故剛開(kāi)始首先考慮采用MC7812(正壓)MC7912MC（負(fù)壓）構(gòu)成的的177。同時(shí)采用儀表放大器INA121構(gòu)成的電路還有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，元器件少，成本較低等優(yōu)勢(shì)。較小的前置放大倍數(shù)可以避免極化電壓的影響。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖25所示：圖25 INA121內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖INA121是Texes Instruments BB公司生產(chǎn)的FET輸入、低功耗儀器放大電路，性能優(yōu)越。 但考慮到其電路復(fù)雜，需要的元器件多，成本較高。因此我們?cè)鞠氩捎酶呔鹊推七\(yùn)算放大器構(gòu)成差動(dòng)放大器。其將通用的微處理器和Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫(xiě)的Flash