【正文】 存儲(chǔ)器可有效地降低開(kāi)發(fā)成本。AT89C51是一個(gè)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k bytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，內(nèi)置功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89C51提供了高性?xún)r(jià)比的解決方案[7]。但考慮到由于設(shè)計(jì)的是擺錘運(yùn)動(dòng)控制，F(xiàn)PGA的高速處理功能不能得到充分的體現(xiàn)，并且由于其集成度高，使其成本偏高，同時(shí)芯片的引腳多使實(shí)物硬件電路板布線復(fù)雜，加重了電路設(shè)計(jì)的實(shí)際焊接的工作，降低了PCB板的靈活性。FPGA可作為實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能，特別用于大電流、大電壓場(chǎng)合的控制，規(guī)模大，密度高，它將所有的器件集成在一塊芯片上，減少了體積，提高了穩(wěn)定性，并且可用EDA軟件仿真、調(diào)試，易于進(jìn)行功能擴(kuò)展。因?yàn)镃PLD具有豐富的可編程I/O引腳，使用方便靈活，不但可實(shí)現(xiàn)常規(guī)的邏輯器件功能，還可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的時(shí)序邏輯功能，適合完成各種算法和組合邏輯[9]。5V電源電壓時(shí)，典型值）；，即千、百、十、個(gè)位BCD碼分時(shí)在Q0—Q3輪流輸出，同時(shí)在DS1—DS4端輸出同步字位選通脈沖，很方便實(shí)現(xiàn)LED的動(dòng)態(tài)顯示?！?77。%177。MC14433是美國(guó)Motorola公司推出的單片3 1/2位A/D轉(zhuǎn)換器，其中集成了雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器所有的CMOS模擬電路和數(shù)字電路[3]。另外雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器較強(qiáng)的抗干擾能力，和精確的差分輸入，低廉的價(jià)格。故而采用雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器可大大降低對(duì)濾波電路的要求。只要干擾電壓的平均值為零，對(duì)輸出就不產(chǎn)生影響。雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器具有很強(qiáng)的抗工頻干擾能力。ADC0809是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，雙列直插式，最快的轉(zhuǎn)換速度為100us，其引腳圖如圖21所示：圖21 ADC0809引腳圖 它由8路模擬開(kāi)關(guān)，8位A/D轉(zhuǎn)換器，三態(tài)輸出鎖存器以及地址鎖存器譯碼器等組成。％。最后利用單片機(jī)AT89C51對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，控制數(shù)碼管顯示等。而且本設(shè)計(jì)電路簡(jiǎn)單，成本低，抗工頻干擾強(qiáng)，具有很好的推廣價(jià)值。本課題正是從這一方面出發(fā)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，使得本課題設(shè)計(jì)的自動(dòng)稱(chēng)重系統(tǒng)既能獲取稱(chēng)重信息，又能實(shí)現(xiàn)對(duì)稱(chēng)重信息的管理，而且其穩(wěn)定性好，稱(chēng)量速度快、精度高，可連續(xù)自動(dòng)稱(chēng)重，顯示稱(chēng)量結(jié)果，實(shí)現(xiàn)了稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)，并且該自動(dòng)稱(chēng)重系統(tǒng)還實(shí)現(xiàn)了可視化，從而杜絕不真實(shí)計(jì)量現(xiàn)象，維護(hù)企業(yè)和客戶(hù)的利益。隨著工業(yè)自動(dòng)化和管理現(xiàn)代化的進(jìn)展，自動(dòng)在線稱(chēng)重、快速在線稱(chēng)重和稱(chēng)重系統(tǒng)有了很大發(fā)展。據(jù)國(guó)外資料介紹，在電子稱(chēng)重裝置中，稱(chēng)重傳感器的價(jià)格這幾年變動(dòng)不大，儀表價(jià)格隨著電子器件價(jià)格下降而成下降趨勢(shì)，而占成本比重比較大的承載器由于鋼材和加工費(fèi)用的上漲使成本提高。承載器是承載重力并將力傳遞到稱(chēng)重傳感器的機(jī)械結(jié)構(gòu)。為了適應(yīng)各種應(yīng)用的需要，當(dāng)前稱(chēng)重儀表發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)是：通過(guò)硬件或軟件的積木式組合來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的功能需求。為了具備這一性能，市場(chǎng)上的電子衡器的電路普遍較復(fù)雜，相對(duì)地，成本也較高。如西門(mén)子SIWARE稱(chēng)重儀的輸出能直接與兩門(mén)子PLC控制器的總線相連。如RS232C、RS485或RS422A、20mA電流環(huán)、模擬量(4～20mA)以及繼電器接點(diǎn)輸出。由于采用了比較方式測(cè)量，傳感器供橋電源和 A/D轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)電源共用一個(gè)電源，使電源波動(dòng)的影響得到了補(bǔ)償。這些新技術(shù)的采用，進(jìn)一步提高了儀表性能和可靠性，井為儀表小型化創(chuàng)造了有利條件。稱(chēng)重儀表由于采用了低漂移高增益放大器、高分辨率A/D轉(zhuǎn)換器、單片微型機(jī)、電可擦存儲(chǔ)器(EEPROM)和非易失性隨機(jī)存儲(chǔ)器(NOVRAM)，使其性能和功能都有了很大提高[1]。稱(chēng)重儀是電子衡器的一種，電子衡器是自動(dòng)化稱(chēng)重控制和貿(mào)易計(jì)量的重要手段，對(duì)加強(qiáng)企業(yè)管理、嚴(yán)格生產(chǎn)、貿(mào)易結(jié)算、交通運(yùn)輸、港口計(jì)量和科學(xué)研究都起到了重要作用。由于取消了儀表中的模擬放大、A/D轉(zhuǎn)換的環(huán)節(jié)，使儀表大為簡(jiǎn)化在計(jì)算機(jī)中顯示和控制的場(chǎng)合，可以不用稱(chēng)重儀表。隨著工業(yè)控制系統(tǒng)向數(shù)字化發(fā)展，近幾年來(lái)數(shù)字式稱(chēng)重傳感器也被開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。它在稱(chēng)重傳感器中所占的比例達(dá)90％以上。稱(chēng)重傳感器是電子稱(chēng)重的核心部件，它把重力轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。在品種方面隨著生產(chǎn)發(fā)展的需要和新技木的應(yīng)用，出現(xiàn)了新品種，如非連續(xù)式自動(dòng)累加秤、電腦組合包裝秤、高速自動(dòng)包裝秤等、這些自動(dòng)秤往往與生產(chǎn)過(guò)程緊密相連，成為生產(chǎn)線的一個(gè)組成部分，或者與生產(chǎn)機(jī)械組合成一臺(tái)機(jī)電一體化設(shè)備。在可靠性方面稱(chēng)重傳感器在正常使用條件下的壽命一般在十年以上，儀表的平均故障間隔時(shí)（MTBF）都超過(guò)2000小時(shí)，有些產(chǎn)品達(dá)到5000小時(shí)。目前作為貿(mào)易結(jié)算用的靜態(tài)秤（如平臺(tái)秤、汽車(chē)衡、靜態(tài)軌道衡等）己能做到O、l、M、L規(guī)定的3000d（分度），最高可做到6000d。自七十年代以來(lái)，發(fā)達(dá)國(guó)家在電子稱(chēng)重方面，無(wú)論從技術(shù)水平、品種和規(guī)模等方面都達(dá)到了較高水平。稱(chēng)重裝置應(yīng)用己遍及到國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。快速、淮確、操作方便、消除人為誤差、功能多樣化等方面己成為現(xiàn)代稱(chēng)重技術(shù)的主要特點(diǎn)。自六十年代以后，由于傳感器技術(shù)和電子技術(shù)的迅速發(fā)展，電子稱(chēng)重技術(shù)日趨成熟，并逐步取代機(jī)械秤。稱(chēng)重裝置或衡量器是不可缺少的計(jì)量工具。自動(dòng)稱(chēng)重系統(tǒng)主要包括稱(chēng)重裝置和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)兩大部分。 電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文目 錄第1章 緒論 1 引言 1 電子稱(chēng)重技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 1 稱(chēng)重傳感器 2 稱(chēng)重儀表 3 承載器 4 論文研究的目的及意義 4 本課題研究的主要內(nèi)容 4第2章 主要元器件選型……..........................................................................................................5 轉(zhuǎn)換電路芯片選擇 5 主控芯片選擇 6 儀表放大器選擇 7 電源選擇 9 顯示模塊選擇 10 本章小結(jié) 10第3章 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 11 電路總體原理框圖設(shè)計(jì) 11 主芯片引腳應(yīng)用 11 控制模塊與轉(zhuǎn)換模塊的連接 14 前級(jí)放大模塊INA121 15 自動(dòng)稱(chēng)重模塊 16 顯示模塊與控制模塊的連接 16 本章小結(jié)……………………………………………………………………………..18第4章 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)……........................................................................................................19 主程序模塊 19 子程序模塊 19 中斷程序模塊圖 20 T0中斷程序 21 T1中斷子程序 .21 調(diào)零程序模塊圖……………………………………………………………………..21 顯示程序流程圖……………………………………………………………………..22 退出程序流程圖……………………………………………………………………..23 顯示總數(shù)程序流程圖………………………………………………………………..24 本章小結(jié)……………………………………………………………………………..24第5章 系統(tǒng)測(cè)試............................................................................................................................25 硬件抗干擾的設(shè)計(jì) .25 電源的干擾以及抑制措施 25 空間干擾的防御措施 26 本章小結(jié)……………………………………………………………………………..26第6章 設(shè)計(jì)方案評(píng)價(jià)……………………………………………………………………………27 硬件部分設(shè)計(jì)評(píng)價(jià) 27 軟件部分設(shè)計(jì)評(píng)價(jià) 27 本章小結(jié)……………………………………………………………………………..27結(jié) 論 28致 謝 29參 考 文 獻(xiàn) 30附錄A 譯文 31 單片機(jī)的歷史……………………………………………………………………………….31附錄B 外文原文 40附錄C 設(shè)計(jì)總電路圖 53附錄D 程序 5556第1章 緒論 引言電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，促進(jìn)了微型計(jì)算機(jī)測(cè)量和控制技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，從國(guó)防技術(shù)、航空航天等到日常生活中的電梯、微波爐等都采用到了微機(jī)測(cè)控技術(shù)。工業(yè)生產(chǎn)中的自動(dòng)稱(chēng)重系統(tǒng)就是微機(jī)測(cè)控技術(shù)的應(yīng)用。物料計(jì)量是工業(yè)生產(chǎn)和貿(mào)易流通中的重要環(huán)節(jié)。隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和商品流通的擴(kuò)大，衡量器的需求也日益增多，過(guò)去沿用的機(jī)械杠桿秤已不能適應(yīng)自動(dòng)化和管理現(xiàn)代化的要求。尤其是七十年代初期，微處理機(jī)的出現(xiàn)使電子稱(chēng)重技術(shù)得到了進(jìn)一步的發(fā)展。稱(chēng)重裝置不僅是提供重量數(shù)據(jù)的單體儀表，而且作為工業(yè)控制系統(tǒng)和商業(yè)管理系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，推進(jìn)了工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化和管理的現(xiàn)代化，它起到了縮短作業(yè)時(shí)間、改善操作條件、降低能源和材料的消耗、提高產(chǎn)品質(zhì)量以及加強(qiáng)企業(yè)管理、改善經(jīng)營(yíng)等多方面的作用。但是，我國(guó)在這方面的產(chǎn)品少且功能不齊全，所以改善現(xiàn)有稱(chēng)重裝置、開(kāi)發(fā)研究功能齊全的自動(dòng)稱(chēng)重系統(tǒng)是勢(shì)在必行的。在技術(shù)水平方面的主要標(biāo)志是準(zhǔn)確度、長(zhǎng)期穩(wěn)定性和可靠性。在穩(wěn)定性方面要求一年內(nèi)不允許超差。在生產(chǎn)過(guò)程用電子秤方面，由于加強(qiáng)了應(yīng)用技術(shù)開(kāi)發(fā)，能夠適應(yīng)各種惡劣環(huán)境（高溫、振動(dòng)、粉塵、電磁干擾、爆炸危險(xiǎn)等）下使用；～％。電子稱(chēng)重裝置主要由承載器、稱(chēng)重傳感器和稱(chēng)重儀表三部分組成，稱(chēng)重方式也是電子稱(chēng)重技術(shù)不可分割的內(nèi)容，下面分別敘述其進(jìn)展和發(fā)展趨勢(shì)。稱(chēng)重傳感器從原理上分有很多種，包括電阻應(yīng)變式、壓磁式、電容式、振弦式、電感式、核輻射式等，但從準(zhǔn)確度、重復(fù)性、經(jīng)濟(jì)性、使用方便等方面綜合考慮，目前大量生產(chǎn)的仍然是電阻應(yīng)變式傳感器。電阻應(yīng)變式傳感器近幾年在性能上又有了提高。由干它直接輸出數(shù)字量，大大提高了傳輸中的抗干擾能力，并使得與計(jì)算機(jī)的通信極為方便[12]。目前這種傳感器大致有兩類(lèi)：電阻應(yīng)變式數(shù)字稱(chēng)重傳感器和新型數(shù)字式稱(chēng)重傳感器。電子衡器具有反應(yīng)速度快、測(cè)量范圍廣、應(yīng)用面廣、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用操作方便、信號(hào)遠(yuǎn)傳便于計(jì)算機(jī)控制等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于煤炭、石油、化工、電力、輕工、冶金、礦山、交通運(yùn)輸、港口建筑機(jī)械制造和國(guó)防等各個(gè)領(lǐng)域。近幾年來(lái)稱(chēng)重儀表又增加了兩項(xiàng)新技術(shù)：Σ－Δ(積分的增量)調(diào)制型模數(shù)轉(zhuǎn)換器和印刷電路板的表面安裝技術(shù)(SMT)。在性能上已能做到：％，A/D轉(zhuǎn)換速度一般為10～30次/秒，用于動(dòng)態(tài)稱(chēng)重可達(dá) 100次/秒以上。為了便于與計(jì)算機(jī)通信，現(xiàn)代稱(chēng)重儀表都配有各種輸出接口供選用。有些制造廠為了加強(qiáng)儀表與計(jì)算機(jī)的通信，采用直接與工業(yè)控制機(jī)總線相連的方式[5]。在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和環(huán)境中干擾源是各種各樣的，如噪音干擾、工頻干擾等，抗工頻干擾能力成為衡量電子衡器性能的重要指標(biāo)。而本產(chǎn)品電路簡(jiǎn)單，成本低，抗工頻干擾強(qiáng)，具有很好的推廣價(jià)值。例如在儀表機(jī)箱內(nèi)通過(guò)不同電路板的組合或更換軟件存儲(chǔ)芯片，來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的功能，以滿(mǎn)足各種用途。國(guó)外已較多的采用CAD進(jìn)行承載器(秤臺(tái)或秤架)的設(shè)計(jì)，在保證一定強(qiáng)度和剛度的前提下優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而達(dá)到節(jié)省鋼材，降低造價(jià)的目的[2]。因此要降低成本提高競(jìng)爭(zhēng)力，重點(diǎn)是降低秤臺(tái)造價(jià)，所以?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)，發(fā)展薄型結(jié)構(gòu)己是制造廠向的主要目標(biāo)。進(jìn)一步采用新技術(shù)，開(kāi)發(fā)各種自動(dòng)稱(chēng)重系統(tǒng)，提高動(dòng)態(tài)稱(chēng)重的準(zhǔn)確度，加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)功能是當(dāng)今各國(guó)發(fā)展的重點(diǎn)[3]。另外，其界面直觀，便于使用。本課題是設(shè)計(jì)一種基于AT89C51 單片機(jī)的乳粉包裝稱(chēng)重控制的電路，主旨是設(shè)計(jì)一稱(chēng)重儀，對(duì)模擬器輸出的微弱信號(hào)(0～12mV)進(jìn)行前級(jí)放大處理，再以較小的失真、誤差來(lái)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并要求具備較強(qiáng)的抗工頻干擾能力。主要要求：(1)該稱(chēng)重系統(tǒng)中每袋乳粉額定重量為500克；(2)要求每小時(shí)包裝數(shù)量為200袋；(3)系統(tǒng)的稱(chēng)重控制控制精度要求為177。 第2章 主要元器件選型 轉(zhuǎn)換電路芯片選擇采用8位A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809。但由于其抗工頻干擾能力較弱，因此綜合考慮下來(lái)，我們決定采用雙積分A/D轉(zhuǎn)換器。對(duì)正負(fù)對(duì)稱(chēng)的工頻干擾信號(hào)積分為零，所以對(duì)50HZ的工頻干擾抑制能力較強(qiáng)，對(duì)高于工頻干擾（例如噪聲電壓）已有良好的濾波作用[5]。尤其對(duì)本系統(tǒng)，緩慢變化的壓力信號(hào)，很容易受到工頻信號(hào)的影響。作為稱(chēng)重儀，系統(tǒng)對(duì) AD的轉(zhuǎn)換速度要求并不高，精度上11位的AD足以滿(mǎn)足要求。綜合的分析其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，我最終選擇了MC14433。具有外接元件少，輸入阻抗高，功耗低，電源電壓范圍寬，精度高等特點(diǎn)，并且具有自動(dòng)校零和自動(dòng)極性轉(zhuǎn)換功能，只要外接少量的阻容件即可構(gòu)成一個(gè)完整的A/D轉(zhuǎn)換器，其主要功能特性如下：：讀數(shù)的177。1字；：；：2—25次/s；：大于1000MΩ ；：177。8V；：8mW（177。MC1443內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖22所示： 圖22 MC1443內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 主控芯片選擇本設(shè)計(jì)開(kāi)始時(shí)，我原本想采用CPLD（復(fù)雜可編程邏輯電路）或FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)列陣）作為系統(tǒng)的控制器。但是功耗要比較大 ,且集成度越高越明顯。FPGA采用并行的輸入輸出方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)模實(shí)時(shí)系統(tǒng)的控制核心。因此我們決定改變思路，采用普通單片機(jī)控制，第一個(gè)想到的便是8位的51單片機(jī)AT89C51。 單片機(jī)AT89C51是一個(gè)低功耗高性能單片機(jī)，40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，AT89C51可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。如圖為AT89C51引腳圖：圖23 AT89C51引腳圖 儀表放大器選擇由于壓力傳感器輸出的電壓信號(hào)為