【正文】 ：（1）IN0～IN7：8路模擬量輸入端；（2）21～28：8位數(shù)字量輸出端；（3）ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路。當A/D轉換結束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量；（8）CLK：時鐘脈沖輸入端。ADC0809的工作過程：首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。START上升沿將逐次逼近寄存器復位。直到A/D轉換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示A/D轉換結束，結果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。經(jīng)過放大電路的信號是一個模擬信號，為了實現(xiàn)本次設計的目的必須把它變成數(shù)字信號送入單片機控制系統(tǒng)受理，因此本系統(tǒng)需要用A/D轉換器將模擬信號轉換為數(shù)字信號。它由一個8路模擬開關、一個A/D 轉換器、一個地址鎖存譯碼器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。三態(tài)輸出鎖存器被用于鎖存A/D 轉換完的數(shù)字量，當OE 端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉換完的數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)采用的是8路逐次比較型A/D轉換器ADC0809,。ADC0809的ADDA、ADDB、ADDC均接地，表示選中0通道IN0。重量信號采集電路原理圖如圖34。要實現(xiàn)速度環(huán)節(jié)的控制必須檢測出電機的轉速，并將轉速輸入到單片機進行處理運算。數(shù)字測速具有測速精確度高、分辨能力強、受器件影響小等特點。采用旋轉編碼器的數(shù)字測速方法有三種：M法、T法和M/T法測速。在本設計中，皮帶傳輸系統(tǒng)上物料較多時電機轉速較低，皮帶傳輸系統(tǒng)上物料較少時電機轉速較高，所以采用M/T法測速處理。74LS74是一個邊沿觸發(fā)器數(shù)字電路器件，每個器件中包含兩個相同的、相互獨立的邊沿觸發(fā)d觸發(fā)器電路。如果在CP高電平期間輸入端出現(xiàn)干擾信號，那么就有可能使觸發(fā)器的狀態(tài)出錯。觸發(fā)沿來到前一瞬間加入輸入信號。邊沿D觸發(fā)器也稱為維持阻塞邊沿D觸發(fā)器。下面介紹74LS74的引腳功能：（1）1Q、2Q、1Q＿、2Q＿為輸出端；（2）1CP、2CP為時鐘輸入端；（3）1D、2D為數(shù)據(jù)輸入端；（4）CLRCLR2為直接復位端（低電平有效）；（5）PRPR2為直接置位端（低電平有效）。輸出負載電阻能銜接在可允許電源電壓范圍內(nèi)的任何電源電壓上，不受 (當不用負載電阻沒被運用)，(16mA)時，輸出晶體管將退出而且輸出電壓將很快上升。C +70176。1～177。2mV；（6）共模輸入電壓范圍寬，VIC=0～；（7）輸出與TTL，DTL，MOS，CMOS 等兼容；（8）輸出可以用開路集電極連接“或”門；（9）表面安裝器件:表面安裝。這種現(xiàn)象僅僅出現(xiàn)在當比較器改變狀態(tài)時，輸出電壓過渡的間隙，電源加旁路濾波并不能解決這個問題，標準PC板的設計對減小輸入—輸出寄生電容耦合是有助的。比較器的所有沒有用的引腳必須接地，其偏置網(wǎng)絡確立了其靜態(tài)電流與電源電壓范圍 ~30V無關，通常電源也不需要加旁路電容。當負載電流很小時,輸出晶體管的低失調(diào)電壓()允許輸出箝位在零電平。由圖可知皮帶走速的測量步驟如下：（1）由測速傳感器輸出的信號，其頻率為皮帶走速的線性函數(shù)，該頻率由光碼盤檢測回路獲得；（2）該輸出信號通過衰減送給比較器整形為標準脈沖信號，輸入到74LS74進行分頻，74LS74的Q輸出方波接到8051的；（3）由8051的定時器測出方波的周期，然后選用門控方式定時計數(shù)，當Q輸出高電平時T1計數(shù)，當Q輸出低電平時T1停止計數(shù)，最后讀出的計數(shù)值m；圖35：皮帶走速信號測量電路（4）由公式計算電機的轉速，然后查表得到轉換系數(shù)，計算出皮帶走速大小。操作者需要通過鍵盤向系統(tǒng)發(fā)出各種指令或者置入必要的數(shù)據(jù)信息。鍵盤是由若干個按鍵組成的開關組，當沒有一個鍵按下時，所有行線輸出為1；當某個鍵按下時，該鍵所在的行線和列線短接，行線的輸出由列線的輸入電平來決定，74LS164可以為鍵盤提供列掃描信號。其判斷識別過程如下：（1）先進行整體掃描，當為0時則表示有鍵被按下；（2）當有鍵被按下時，進行逐列掃描找出這個鍵所在的行值，此時74LS164逐次輸出所對應的列值，分別為01H、02H、04H、08H、10H、20H、40H、80H；（3）由鍵值所在的行值和列值即可計算出按鍵的所在位置。其中，第一行的行值是00H，第二行的行值是08H。為了保證CPU對按鍵的一次閉合只進行一次處理，所以對抖動信號必須進行消抖處理。數(shù)碼管由8個發(fā)光二極管（以下簡稱字段）構成，通過不同的組合可用來顯示數(shù)字0~字符A數(shù)碼管又分為共陰極和共陽極兩種結構。通常，公共陽極接高電平（一般接電源），其它管腳接段驅(qū)動電路輸出端。根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。（2）共陰極數(shù)碼管的8個發(fā)光二極管的陰極（二極管負端）連接在一起。當某段驅(qū)動電路的輸出端為高電平時，則該端所連接的字段導通并點亮，根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。表31：八段LED顯示器段碼表顯示符0123456789.段碼3FH06H5BH4FH66H6DH07H7DH7EH6FH80H本次設計中的顯示器采用八段數(shù)碼管，需要由驅(qū)動電路（反向器）來進行驅(qū)動，并采用共陽極接法。在該系統(tǒng)中由移位寄存器74LS164來提供需要顯示的段碼?！?，用于控制各個顯示器的接地端。這樣巡回掃描速度較快，每秒可以重復多次。這種顯示為動態(tài)顯示，此時，段選碼和位選碼都是由軟件控制。在調(diào)試過程中需要輸入設定值及各種參數(shù)（P、I、D、a、b、c、d轉換系數(shù)）。LED顯示器有靜態(tài)和動態(tài)顯示兩種方法。這種方法顯示可靠，主要缺點是使用元件多，線路復雜，成本較高。這種方法的優(yōu)點是線路簡單，價格便宜。動態(tài)掃描顯示按數(shù)據(jù)輸出方式又可分為并行和串行兩種。在對顯示器要求不是太高的場合，也常采用串行數(shù)據(jù)輸出方式進行動態(tài)掃描，這種方式利用8051內(nèi)部的串行口和某個并行口（如P1口）組成了控制電路。原理圖中74LS164是串行輸入并行輸出移位寄存器，它與8051的串行口按方式0連接。每輸出一個字節(jié)，8051內(nèi)部的硬件自動使SCON寄存器的中斷標志TI置位，通過對TI的測試，即可確定一個字節(jié)是否發(fā)送完畢。圖36：鍵盤顯示器接口電路74LS1674LST164是高速硅門CMOS器件，與低功耗肖特基型TTL(LSTTL)器件的引腳兼容。數(shù)據(jù)通過兩個輸入端（DSA 或 DSB）之一串行輸入；任一輸入端可以用作高電平使能端，控制另一輸入端的數(shù)據(jù)輸入。時鐘(CP)每次由低變高時，數(shù)據(jù)右移一位，輸入到Q0，Q0是兩個數(shù)據(jù)輸入端（DSA和 DSB）的邏輯與，它將上升時鐘沿之前保持一個建立時間的長度。在硬件電路中，74LS164的功能是進行鍵掃描時提供列值以及進行LED顯示時提供段碼。LED顯示時，74LS164用于提供段碼，控制待顯示的數(shù)據(jù)由8051的串行口提供?！?jīng)過反向驅(qū)動器來實現(xiàn)。鍵掃描處理采取了軟件消抖等一系列抗干擾措施。一般用雙極型（TTL）工藝制作的稱為555，用互補金屬氧化物（CMOS）工藝制作的稱為7555，除單定時器外，還有對應的雙定時器556/7556。555定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它內(nèi)部包括兩個電壓比較器，三個等值串聯(lián)電阻，一個RS觸發(fā)器，一個放電管T及功率輸出級。555 定時器的功能主要由兩個比較器決定。在電源與地之間加上電壓，當 5 腳懸空時，則電壓比較器 C1 的同相輸入端的電壓為2VCC /3，C2的反相輸入端的電壓為VCC /3。如果閾值輸入端 TH 的電壓大于2VCC/3，同時TR端的電壓大VCC /3，則C1的輸出為0，C2的輸出為1，可將RS觸發(fā)器置0，使輸出為低電平。當此端接低電平，則時基電路不工作，此時不論TR、TH處于何電平，時基電路輸出為“0”，該端不用時應接高電平；5腳：VC為控制電壓端。該端與放電管集電極相連，用做定時器時電容的放電；8腳：外接電源VCC， ~ 16V，CMOS型時基電路VCC的范圍為3 ~ 18V。物料在超出設定值或低于設定值時就被系統(tǒng)識別為超限。如果報警條件滿足。當檢測到異常情況時，使揚聲器發(fā)出報警信號。圖37：報警電路原理圖由于P1口是準雙向口，要想將某一位作輸出位時，必須先在鎖存器中寫入“1”。這就是在硬件上加一個反向器的原因。 DAC0832在控制電機中的應用在本系統(tǒng)中,執(zhí)行機構滑差電機的轉速可由經(jīng)DAC0832輸出的控制電流來調(diào)節(jié),從而實現(xiàn)對皮帶上物料的流量控制。這個DA芯片以其價格低廉、接口簡單、轉換控制容易等優(yōu)點，在單片機應用系統(tǒng)中得到廣泛的應用。：（1）分辨率8位；（2）電流穩(wěn)定時間1us；（3）可單緩沖、雙緩沖或直接數(shù)字輸入；（4）只需在滿量程下調(diào)整其線性度；（5）單一電源供電（+5V～+15V）；（6）低功耗，20mW。由ILE、CS、WR1的邏輯組合產(chǎn)生LE1，當LE1為高電平時，數(shù)據(jù)鎖存器狀態(tài)隨輸入數(shù)據(jù)線變換，LE1的負跳變時將輸入數(shù)據(jù)鎖存；（5）XFER：數(shù)據(jù)傳輸控制信號輸入線，低電平有效，負脈沖（脈寬應大于500ns）有效；（6）WR2：DAC寄存器選通輸入線，負脈沖（脈寬應大于500ns）有效。（7）IOUT1：電流輸出端1，其值隨DAC寄存器的內(nèi)容線性變化；（8）IOUT2：電流輸出端2，其值與IOUT1值之和為一常數(shù)；（9）Rfb：反饋信號輸入線，改變Rfb端外接電阻值可調(diào)整轉換滿量程精度；（10）Vcc：電源輸入端，Vcc的范圍為+5V～+15V；（11）VREF：基準電壓輸入線，VREF的范圍為10V～+10V；（12）AGND：模擬信號地；（13）DGND：數(shù)字信號地。DAC0832的地址可以設為C000H。本系統(tǒng)DAC0832工作于單緩沖方式，只用輸入寄存器鎖存數(shù)據(jù)。 D/A轉換原理圖見圖38。 電機調(diào)速控制電路在晶體管功率放大和電源電路中，脈沖寬度調(diào)制器以其功耗低、效率高得到了廣泛的應用。在本次設計中采用IGBT作為開關器件的單相橋式PWM逆變電路來控制電機的轉速。單相橋式PWM逆變電路如圖39所示。由于它具有調(diào)速范圍廣、速度調(diào)節(jié)開滑、起動轉矩大、控制功率小、有速度負反饋、自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)時機械特性硬度高等一系列優(yōu)點。異步電機作為原動機使用，當它旋轉時帶動離合器的電樞一起旋轉，電氣控制裝置是提供滑差離合器勵磁線圈勵磁電流的裝置。電樞為鑄鋼制成的圓筒形結構，它與鼠籠式異步電動機的轉軸相連接，俗稱主動部分；磁極做成爪形結構，裝在負載軸上，俗稱從動部分。當勵磁線圈通過電流時產(chǎn)生磁場，爪形結構便形成很多對磁極。磁極隨電樞旋轉的原理與普通異步電動機轉子跟著定子繞組的旋轉磁場運動的原理沒有本質(zhì)區(qū)別，所不同的是：異步電動機的旋轉磁場由定子繞組中的三相交流電產(chǎn)生，而電磁滑差離合器的磁場則由勵磁線圈中的直流電流產(chǎn)生，并由于電樞旋轉才起到旋轉磁場的作用。在電子電路及設備中，一般都需要穩(wěn)定的直流電源供電。具體步驟為交流電網(wǎng)220V的電壓通過電源變壓器將變?yōu)樾枰碾妷褐?，然后通過整流電路將交流電壓變成脈動的直流電壓。在整流、濾波電路之后，還須接穩(wěn)壓電路，保證輸出的直流電壓穩(wěn)定。變壓器副邊電壓有效值決定后面電路的需要。所以變壓器將220V交流電壓變換成符合需要的交流電壓，然后送給整流電路。在直流穩(wěn)壓電源中利用二極管的單項導電特性，將方向變化的交流電整流為直流電。這種整流電路使用普通的變壓器，但是比全波整流多用了兩個整流二極管。交流電經(jīng)過整流后得到的是脈動直流，這樣的直流電源由于所含交流紋波很大，不能直接用作電子電路的電源。之所以使用電容濾波電路是利用電容的充放電原理來達到濾波的作用。在C1還沒有完全放電時再次開始進行充電。其作用是當交流電網(wǎng)電壓波動或負載變化時，保證輸出直流電壓的穩(wěn)定。目前市場上通用的集成穩(wěn)壓電圖310：12V直流穩(wěn)壓電源路已非常普遍。常用的集成穩(wěn)壓器有三端固定集成穩(wěn)壓器和三端可調(diào)集成穩(wěn)壓器，它們都屬于電壓串聯(lián)反饋型。圖311：+5V直流穩(wěn)壓電源輸送皮帶上物料流量的設定值由操作員在鍵盤上設定，系統(tǒng)投入運行后，單片機采樣皮帶荷重信號和走速信號，并且計算瞬時流量和輸出控制電流(4～20mA)，實現(xiàn)對流量的控制。圖312：系統(tǒng)閉環(huán)控制回路原理圖當輸送皮帶以運作時，物料在皮帶上一般為不均勻分布，瞬時流量為： （34）式中：P(t)為單位長度上物料的瞬時重量； V(t)為皮帶的瞬時線速度。由調(diào)試過程中現(xiàn)場測定，可通過鍵盤輸入。在流量測試的基礎上，把流量設定值和實際測試得到的瞬時流量進行比較，計算出誤差。增量式PID控制算法只需計算增量，當存在計算誤差或精度不足時，對控制量計算的影響較??；增量式積分項運算僅與本次偏差有關，不易產(chǎn)生積分飽和，可取得較好的調(diào)節(jié)效果；在實際系統(tǒng)中，易于實現(xiàn)手動和自動的無擾動切換，故在控制策略的選用中得到了廣泛的推廣。 輸出控制變量Vi的表達式為： （38）式中：為上一時刻輸出的控制變量。所以，整個系統(tǒng)的軟件設計編程部分是本次設計實現(xiàn)自動控制的一個重要環(huán)節(jié)。依據(jù)系統(tǒng)功能，可以將軟件部分劃分為若干個功能相對獨立的模塊，然后為每一個模塊設計算法并規(guī)劃出程序流程圖，再根據(jù)流程圖編寫程序。皮帶配料秤監(jiān)控軟件從功能上可劃分為系統(tǒng)初始化、鍵掃描及顯示、鍵輸入和鍵命令處理、運行管理程序（包括信號采集、計算瞬時流量及控制輸出三部分）幾個主要模塊。系統(tǒng)初始化的主要任務是在程序開始運行時，對控制系統(tǒng)中所用到的各個串行口、地址和定時器的工作方式進行初始化設定，同時對用戶地址進行計算規(guī)劃。表41初始化狀態(tài)表工作單元存 放 數(shù) 據(jù)初始化狀態(tài)38H,39H,3AH(上次