【正文】 ：（1）IN0～I(xiàn)N7：8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(xiàn)，用于選通8路模擬輸入中的一路。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開(kāi)輸出三態(tài)門(mén)，輸出數(shù)字量；（8）CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。ADC0809的工作過(guò)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(fù)位。直到A/D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。經(jīng)過(guò)放大電路的信號(hào)是一個(gè)模擬信號(hào)，為了實(shí)現(xiàn)本次設(shè)計(jì)的目的必須把它變成數(shù)字信號(hào)送入單片機(jī)控制系統(tǒng)受理，因此本系統(tǒng)需要用A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。它由一個(gè)8路模擬開(kāi)關(guān)、一個(gè)A/D 轉(zhuǎn)換器、一個(gè)地址鎖存譯碼器和一個(gè)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(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE 端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器ADC0809,。ADC0809的ADDA、ADDB、ADDC均接地，表示選中0通道IN0。重量信號(hào)采集電路原理圖如圖34。要實(shí)現(xiàn)速度環(huán)節(jié)的控制必須檢測(cè)出電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并將轉(zhuǎn)速輸入到單片機(jī)進(jìn)行處理運(yùn)算。數(shù)字測(cè)速具有測(cè)速精確度高、分辨能力強(qiáng)、受器件影響小等特點(diǎn)。采用旋轉(zhuǎn)編碼器的數(shù)字測(cè)速方法有三種：M法、T法和M/T法測(cè)速。在本設(shè)計(jì)中，皮帶傳輸系統(tǒng)上物料較多時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速較低，皮帶傳輸系統(tǒng)上物料較少時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速較高，所以采用M/T法測(cè)速處理。74LS74是一個(gè)邊沿觸發(fā)器數(shù)字電路器件，每個(gè)器件中包含兩個(gè)相同的、相互獨(dú)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(hào)，那么就有可能使觸發(fā)器的狀態(tài)出錯(cuò)。觸發(fā)沿來(lái)到前一瞬間加入輸入信號(hào)。邊沿D觸發(fā)器也稱(chēng)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(shí)鐘輸入端；（3）1D、2D為數(shù)據(jù)輸入端；（4）CLRCLR2為直接復(fù)位端（低電平有效）；（5）PRPR2為直接置位端（低電平有效）。輸出負(fù)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(dāng)不用負(fù)載電阻沒(méi)被運(yùn)用)，(16mA)時(shí)，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(kāi)路集電極連接“或”門(mén)；（9）表面安裝器件:表面安裝。這種現(xiàn)象僅僅出現(xiàn)在當(dāng)比較器改變狀態(tài)時(shí)，輸出電壓過(guò)渡的間隙，電源加旁路濾波并不能解決這個(gè)問(wèn)題，標(biāo)準(zhǔn)PC板的設(shè)計(jì)對(duì)減小輸入—輸出寄生電容耦合是有助的。比較器的所有沒(méi)有用的引腳必須接地，其偏置網(wǎng)絡(luò)確立了其靜態(tài)電流與電源電壓范圍 ~30V無(wú)關(guān)，通常電源也不需要加旁路電容。當(dāng)負(fù)載電流很小時(shí),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(cè)量步驟如下：（1）由測(cè)速傳感器輸出的信號(hào)，其頻率為皮帶走速的線(xiàn)性函數(shù)，該頻率由光碼盤(pán)檢測(cè)回路獲得；（2）該輸出信號(hào)通過(guò)衰減送給比較器整形為標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào)，輸入到74LS74進(jìn)行分頻，74LS74的Q輸出方波接到8051的；（3）由8051的定時(shí)器測(cè)出方波的周期，然后選用門(mén)控方式定時(shí)計(jì)數(shù)，當(dāng)Q輸出高電平時(shí)T1計(jì)數(shù)，當(dāng)Q輸出低電平時(shí)T1停止計(jì)數(shù)，最后讀出的計(jì)數(shù)值m；圖35：皮帶走速信號(hào)測(cè)量電路（4）由公式計(jì)算電機(jī)的轉(zhuǎn)速，然后查表得到轉(zhuǎn)換系數(shù)，計(jì)算出皮帶走速大小。操作者需要通過(guò)鍵盤(pán)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(pán)是由若干個(gè)按鍵組成的開(kāi)關(guān)組，當(dāng)沒(méi)有一個(gè)鍵按下時(shí)，所有行線(xiàn)輸出為1；當(dāng)某個(gè)鍵按下時(shí)，該鍵所在的行線(xiàn)和列線(xiàn)短接，行線(xiàn)的輸出由列線(xiàn)的輸入電平來(lái)決定，74LS164可以為鍵盤(pán)提供列掃描信號(hào)。其判斷識(shí)別過(guò)程如下：（1）先進(jìn)行整體掃描，當(dāng)為0時(shí)則表示有鍵被按下；（2）當(dāng)有鍵被按下時(shí)，進(jìn)行逐列掃描找出這個(gè)鍵所在的行值，此時(shí)74LS164逐次輸出所對(duì)應(yīng)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(jì)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(duì)按鍵的一次閉合只進(jìn)行一次處理，所以對(duì)抖動(dòng)信號(hào)必須進(jìn)行消抖處理。數(shù)碼管由8個(gè)發(fā)光二極管（以下簡(jiǎn)稱(chēng)字段）構(gòu)成，通過(guò)不同的組合可用來(lái)顯示數(shù)字0~字符A數(shù)碼管又分為共陰極和共陽(yáng)極兩種結(jié)構(gòu)。通常，公共陽(yáng)極接高電平（一般接電源），其它管腳接段驅(qū)動(dòng)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(gè)發(fā)光二極管的陰極（二極管負(fù)端）連接在一起。當(dāng)某段驅(qū)動(dòng)電路的輸出端為高電平時(shí)，則該端所連接的字段導(dǎo)通并點(diǎn)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(shè)計(jì)中的顯示器采用八段數(shù)碼管，需要由驅(qū)動(dòng)電路（反向器）來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，并采用共陽(yáng)極接法。在該系統(tǒng)中由移位寄存器74LS164來(lái)提供需要顯示的段碼?！糜诳刂聘鱾€(gè)顯示器的接地端。這樣巡回掃描速度較快，每秒可以重復(fù)多次。這種顯示為動(dòng)態(tài)顯示，此時(shí)，段選碼和位選碼都是由軟件控制。在調(diào)試過(guò)程中需要輸入設(shè)定值及各種參數(shù)（P、I、D、a、b、c、d轉(zhuǎn)換系數(shù)）。LED顯示器有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)顯示兩種方法。這種方法顯示可靠，主要缺點(diǎn)是使用元件多，線(xiàn)路復(fù)雜，成本較高。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是線(xiàn)路簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。動(dòng)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(duì)顯示器要求不是太高的場(chǎng)合，也常采用串行數(shù)據(jù)輸出方式進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描，這種方式利用8051內(nèi)部的串行口和某個(gè)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(gè)字節(jié)，8051內(nèi)部的硬件自動(dòng)使SCON寄存器的中斷標(biāo)志TI置位，通過(guò)對(duì)TI的測(cè)試，即可確定一個(gè)字節(jié)是否發(fā)送完畢。圖36：鍵盤(pán)顯示器接口電路74LS1674LST164是高速硅門(mén)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(guò)兩個(gè)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(shí)鐘(CP)每次由低變高時(shí)，數(shù)據(jù)右移一位，輸入到Q0，Q0是兩個(gè)數(shù)據(jù)輸入端（DSA和 DSB）的邏輯與，它將上升時(shí)鐘沿之前保持一個(gè)建立時(shí)間的長(zhǎng)度。在硬件電路中，74LS164的功能是進(jìn)行鍵掃描時(shí)提供列值以及進(jìn)行LED顯示時(shí)提供段碼。LED顯示時(shí)，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(guò)反向驅(qū)動(dòng)器來(lái)實(shí)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(chēng)為555，用互補(bǔ)金屬氧化物（CMOS）工藝制作的稱(chēng)為7555，除單定時(shí)器外，還有對(duì)應(yīng)的雙定時(shí)器556/7556。555定時(shí)器成本低，性能可靠，只需要外接幾個(gè)電阻、電容，就可以實(shí)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(gè)電壓比較器，三個(gè)等值串聯(lián)電阻，一個(gè)RS觸發(fā)器，一個(gè)放電管T及功率輸出級(jí)。555 定時(shí)器的功能主要由兩個(gè)比較器決定。在電源與地之間加上電壓，當(dāng) 5 腳懸空時(shí)，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(shí)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(dāng)此端接低電平，則時(shí)基電路不工作，此時(shí)不論TR、TH處于何電平，時(shí)基電路輸出為“0”，該端不用時(shí)應(yīng)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(shí)器時(shí)電容的放電；8腳：外接電源VCC， ~ 16V，CMOS型時(shí)基電路VCC的范圍為3 ~ 18V。物料在超出設(shè)定值或低于設(shè)定值時(shí)就被系統(tǒng)識(shí)別為超限。如果報(bào)警條件滿(mǎn)足。當(dāng)檢測(cè)到異常情況時(shí)，使揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。圖37：報(bào)警電路原理圖由于P1口是準(zhǔn)雙向口，要想將某一位作輸出位時(shí)，必須先在鎖存器中寫(xiě)入“1”。這就是在硬件上加一個(gè)反向器的原因。 DAC0832在控制電機(jī)中的應(yīng)用在本系統(tǒng)中,執(zhí)行機(jī)構(gòu)滑差電機(jī)的轉(zhuǎn)速可由經(jīng)DAC0832輸出的控制電流來(lái)調(diào)節(jié),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)皮帶上物料的流量控制。這個(gè)DA芯片以其價(jià)格低廉、接口簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點(diǎn)，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。：（1）分辨率8位；（2）電流穩(wěn)定時(shí)間1us；（3）可單緩沖、雙緩沖或直接數(shù)字輸入；（4）只需在滿(mǎn)量程下調(diào)整其線(xiàn)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(dāng)LE1為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)鎖存器狀態(tài)隨輸入數(shù)據(jù)線(xiàn)變換，LE1的負(fù)跳變時(shí)將輸入數(shù)據(jù)鎖存；（5）XFER：數(shù)據(jù)傳輸控制信號(hào)輸入線(xiàn)，低電平有效，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns）有效；（6）WR2：DAC寄存器選通輸入線(xiàn)，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)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(xiàn)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(hào)輸入線(xiàn)，改變Rfb端外接電阻值可調(diào)整轉(zhuǎn)換滿(mǎn)量程精度；（10）Vcc：電源輸入端，Vcc的范圍為+5V～+15V；（11）VREF：基準(zhǔn)電壓輸入線(xiàn)，VREF的范圍為10V～+10V；（12）AGND：模擬信號(hào)地；（13）DGND：數(shù)字信號(hào)地。DAC0832的地址可以設(shè)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(zhuǎn)換原理圖見(jiàn)圖38。 電機(jī)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(yīng)用。在本次設(shè)計(jì)中采用IGBT作為開(kāi)關(guān)器件的單相橋式PWM逆變電路來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)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(kāi)滑、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、控制功率小、有速度負(fù)反饋、自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)時(shí)機(jī)械特性硬度高等一系列優(yōu)點(diǎn)。異步電機(jī)作為原動(dòng)機(jī)使用，當(dāng)它旋轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)離合器的電樞一起旋轉(zhuǎn)，電氣控制裝置是提供滑差離合器勵(lì)磁線(xiàn)圈勵(lì)磁電流的裝置。電樞為鑄鋼制成的圓筒形結(jié)構(gòu)，它與鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸相連接，俗稱(chēng)主動(dòng)部分；磁極做成爪形結(jié)構(gòu)，裝在負(fù)載軸上，俗稱(chēng)從動(dòng)部分。當(dāng)勵(lì)磁線(xiàn)圈通過(guò)電流時(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng)，爪形結(jié)構(gòu)便形成很多對(duì)磁極。磁極隨電樞旋轉(zhuǎn)的原理與普通異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子跟著定子繞組的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的原理沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別，所不同的是：異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(chǎng)則由勵(lì)磁線(xiàn)圈中的直流電流產(chǎn)生，并由于電樞旋轉(zhuǎn)才起到旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用。在電子電路及設(shè)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(guò)電源變壓器將變?yōu)樾枰碾妷褐?，然后通過(guò)整流電路將交流電壓變成脈動(dòng)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(xiàng)導(dǎo)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(gè)整流二極管。交流電經(jīng)過(guò)整流后得到的是脈動(dòng)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(lái)達(dá)到濾波的作用。在C1還沒(méi)有完全放電時(shí)再次開(kāi)始進(jìn)行充電。其作用是當(dāng)交流電網(wǎng)電壓波動(dòng)或負(fù)載變化時(shí)，保證輸出直流電壓的穩(wěn)定。目前市場(chǎng)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(shè)定值由操作員在鍵盤(pán)上設(shè)定，系統(tǒng)投入運(yùn)行后，單片機(jī)采樣皮帶荷重信號(hào)和走速信號(hào)，并且計(jì)算瞬時(shí)流量和輸出控制電流(4～20mA)，實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的控制。圖312：系統(tǒng)閉環(huán)控制回路原理圖當(dāng)輸送皮帶以運(yùn)作時(shí)，物料在皮帶上一般為不均勻分布，瞬時(shí)流量為： （34）式中：P(t)為單位長(zhǎng)度上物料的瞬時(shí)重量； V(t)為皮帶的瞬時(shí)線(xiàn)速度。由調(diào)試過(guò)程中現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，可通過(guò)鍵盤(pán)輸入。在流量測(cè)試的基礎(chǔ)上，把流量設(shè)定值和實(shí)際測(cè)試得到的瞬時(shí)流量進(jìn)行比較，計(jì)算出誤差。增量式PID控制算法只需計(jì)算增量，當(dāng)存在計(jì)算誤差或精度不足時(shí)，對(duì)控制量計(jì)算的影響較??；增量式積分項(xiàng)運(yùn)算僅與本次偏差有關(guān)，不易產(chǎn)生積分飽和，可取得較好的調(diào)節(jié)效果；在實(shí)際系統(tǒng)中，易于實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)的無(wú)擾動(dòng)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(dá)式為： （38）式中：為上一時(shí)刻輸出的控制變量。所以，整個(gè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)編程部分是本次設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的一個(gè)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(gè)功能相對(duì)獨(dú)立的模塊，然后為每一個(gè)模塊設(shè)計(jì)算法并規(guī)劃出程序流程圖，再根據(jù)流程圖編寫(xiě)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(yùn)行管理程序（包括信號(hào)采集、計(jì)算瞬時(shí)流量及控制輸出三部分）幾個(gè)主要模塊。系統(tǒng)初始化的主要任務(wù)是在程序開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，對(duì)控制系統(tǒng)中所用到的各個(gè)串行口、地址和定時(shí)器的工作方式進(jìn)行初始化設(shè)定，同時(shí)對(duì)用戶(hù)地址進(jìn)行計(jì)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