【正文】 （134）))(113230 URUIfIf ????當 R1= R2 ，R 3= Rf時，蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書12 （135）)(1210URIf??當 R1= R2 ，R 3= Rf時，U0=UI2 UI1 （136） 由于信號需放大 5 倍，取 R1=R2=10KΩ，R 3=Rf=50KΩ,正好滿足要求。并行方式一般在轉(zhuǎn)換后可直接讀取數(shù)據(jù)，但芯片的引腳比較多；串行方式所用芯片引腳少、封裝小，在 PCB 板上占用的空間也小，但需要通過軟件處理才能得到所需要的數(shù)據(jù)，故本設(shè)計采用 TLC0838。具有輸進可配置的多通道多路器和串形輸進輸出方式。另外，其輸進基準電壓大小可以調(diào)整。由于 TLC0838 采用的是串行輸進結(jié)構(gòu)，因此封裝體積小，可節(jié)省 51 系列單片機I／O 資源，價格也較適中。更高的可達－40℃～+125 ℃。TLc0838 具有 8 位分辨率；易于和微處理器接口或獨立使用；可滿量程工作；可用地址邏輯多路器選通 8 輸進通道；單 5V 供電，范圍為 0～5V：輸進和輸出與TTL、 CMOS 電平兼容；時鐘頻率為 250kHz 時，其轉(zhuǎn)換時間為 32μs ；總調(diào)整誤差為177。：TLC0838 可通過和微控制器相連的串行數(shù)據(jù)鏈路來傳送控制命令，在使用前需要蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書13對通道進行選擇和輸進端進行配置，其控制邏輯表如表 3 所列。被轉(zhuǎn)換的電壓為 V= V++ V.圖 引腳排列蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書14TLC0838 的引腳排列如圖 所示，其中 CH0～CH7 為模擬輸進端；Cs 為片選端；DI 為串行數(shù)據(jù)輸進，該端僅在多路器尋址時(MUX Settling Time)才被檢測；DO為 A／D 轉(zhuǎn)換結(jié)果的三態(tài)串行輸出端；CLK 為時鐘；SARS 為轉(zhuǎn)換狀態(tài)輸出端，該端為高電平時，表示轉(zhuǎn)換正在進行，為低電平則表示轉(zhuǎn)換完成；REF 為參考電壓輸進端；VCC 為電源； DGTLGND 為數(shù)字地，ANGL GND 為模擬地，COM 公共端；／SE 為數(shù)據(jù)保持，輸出，該端為高電平時，數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)線上，該端為低電平時，數(shù)據(jù)輸出。圖中，單片機的 接 TLC0838 的片選信號， 用于產(chǎn)生 A／D 轉(zhuǎn)換的時鐘， 為一個雙向 I／ O 口，可用于對模擬輸進進行配置及輸出轉(zhuǎn)換所得的數(shù)據(jù)。 小結(jié) 將惠斯登電橋、放大器、TLC0838 與單片機連接起來，就組成了本系統(tǒng)的采集模塊。整體接口電路如圖 所示：蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書15圖 采集模塊整體硬件接口電路 鍵盤模塊矩陣式鍵盤的結(jié)構(gòu)及工作原理：在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時，為了減少 I/O 口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式，如圖 所示。這樣，一個端口(如 P1 口)就可以構(gòu)成 4*4=16 個按鍵，比之直接將端口線用于鍵盤多出了一倍，而且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯，比如再多加一條線就可以構(gòu)成 20 鍵的鍵盤，而直接用端口線則只能多出一鍵(9 鍵)。矩陣式結(jié)構(gòu)蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書16的鍵盤顯然比直接法要復(fù)雜一些，識別也要復(fù)雜一些，上圖中，列線通過電阻接正電源，行線所接的 8255 PC 口（PC7—PC4）作為輸出端，列線所接的 8255 PC 口（PC3—PC0）作為輸入。行線輸出是低電平，一旦有鍵按下，則輸入線就會被拉低，這樣，通過讀入輸入線的狀態(tài)就可得知是否有鍵按下了。介紹一種確定矩陣式鍵盤上何鍵被按下的方法—— “行掃描法” 。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于低電平線與 4根行線相交叉的 4 個按鍵之中。判斷閉合鍵所在的位置：在確認有鍵按下后，依次將行線置為低電平，即在置某根行線為低電平時，其它線為高電平。若某列為低，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。圖 顯示電路 由圖可見，先從 PB 口選通要點亮的的數(shù)碼管代碼，然后 CPU 送來的二進制數(shù)字代碼從 8255A 的 A 口輸出，并經(jīng) 7407 驅(qū)動后與 LED 相連。為此，可編程使 PA6 輸出高電平(經(jīng)反相后輸出低電平)，其余位輸出低電平(經(jīng)反相后輸出高電平)，即數(shù)字 0 的編 碼為 01000000B＝40H，其中 PA7 未派用處，我們也將它置為 0。將蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書17數(shù)字 0～F(也可以是 0～9)所對應(yīng)的七段代碼組成一個表，進行查表，就可求得各數(shù)字對應(yīng)的七段代碼值。依次循環(huán)點亮 4 個數(shù)碼管。在工作中，單片機需要定時向上位 PC 機傳送大批量的采樣數(shù)據(jù)。為了保證下位機的數(shù)據(jù)能高速及時、安全地傳送至上位 PC 機，單片機和 PC 機之間采用 RS485 協(xié)議的串行通信方式較為合理。RS485 與RS232 相比有很多優(yōu)點：1)成本低:驅(qū)動器和接收器價格便宜，并且只需要單一的一個+5V（或者更低）的電源來產(chǎn)生差動輸出需要的最小 的壓差。2)網(wǎng)絡(luò)能力:RS485 是一個多引出線接口，這個接口可以有多個驅(qū)動器和接受器，而不是限制為兩臺設(shè)備。3)長距離連接:一個 RS485 連接最長可以達到 4000ft,而 RS232 的典型距離限制為50 到 100ft。電纜長度和比特率是有關(guān)的，較低的比特率允許較長的電纜。 MAX485 芯片MAX485 是用于 RS—485 通信的小功率收發(fā)器，含有一個驅(qū)動器和一個接收器。收發(fā)器的工作電流在120—500uA 之間，只需一個+5V 的電源。在超過功耗時，熱關(guān)閉電路將驅(qū)動器的輸出端置于高阻狀態(tài)。MAX485 是為半雙工應(yīng)用而設(shè)計的。 芯片引腳及功能MAX485 芯片引腳圖如圖 所示，引腳說明如表 4 所示 圖 MAX485 芯片表 4 MAX485 引腳說明MAX485 引腳 名稱 功能 1 RO 接收器輸出端。當 為低時 RO 有效，為高時 RO 為高阻狀態(tài) 3 DE 驅(qū)動器輸出使能端。 5 GND 地 6 A 同向接收器輸入和同向驅(qū)動器輸出端 7 B 反向接收器輸入和反向驅(qū)動器輸出端 8 VCC 正電源輸入端：— 的接口電路MAX485 在單片機系統(tǒng)中的應(yīng)用連接電路如圖 所示：圖 MAX485 在單片機系統(tǒng)中的應(yīng)用連接電路圖蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書19 看門狗模塊 隨著計算機技術(shù)、單片機技術(shù)、控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，以智能芯片為核心的單片機系統(tǒng)集成化和小型化程度的日益提高，使系統(tǒng)具備了完全的自診斷、自檢測等性能。為解決這些問題，可利用 MAX813L 芯片，實現(xiàn)了單片機系統(tǒng)的看門狗電路、電源故障監(jiān)視電路和手動、自動復(fù)位電路，可有效地解決程序運行中出現(xiàn)的“死機”現(xiàn)象和電源故障帶來的不利影響。 2 MAX813L 的引腳及功能　　 MAX813L 芯片引腳排列見圖 ，引腳功能如表 5表 5 MAX813L 引腳功能引腳名稱 引腳功能/MR 當該段輸入低電平保持 140ms 以上，MAX813 就輸出復(fù)位信號，該輸入端的最小輸入脈寬要求可以有效的消除開關(guān)的抖動VCC 工作電源，接+5V 電壓GND 電源接地端PFI 當該輸入端電壓小于 時，/PFO 引腳的輸出電壓由高電平變?yōu)榈碗娖?PFO 電源正常時，輸出高電平，當電源電壓變低或掉電時，輸出由高電平變?yōu)榈碗娖絎DI 程序正常運行時，必須在 的時間間隔內(nèi)向該輸入端發(fā)出一個脈沖信號，以清除芯片內(nèi)部的看門狗定時器。究其原因是 CPU 在執(zhí)行某條指令時，受干擾的沖擊，使它的操作碼或地址碼發(fā)生改變，致使該條指令出錯。為使這種 “跑飛”或進入“死循環(huán)”的程序自動恢復(fù)，重新正常工作，一種有效的辦法是采用硬件“看門狗”技術(shù)。若程序發(fā)生“死機” ，則看門狗產(chǎn)生復(fù)位信號，引導(dǎo)單片機程序重新進入正常運行。若設(shè)法在電源電壓降至一定的限值之前，單片機快速地保存重要數(shù)據(jù)，將會最大限度地減少損失。在單片機系統(tǒng)中可借助于一定的外部附加電路監(jiān)測電源電壓，并在電源發(fā)生故障時及時通知單片機（如通過引發(fā)中斷來實現(xiàn)）快速保存重要數(shù)據(jù)，且斷開外圍設(shè)備用電電源，使整個應(yīng)用系統(tǒng)的功耗降到最少。(2)硬件實現(xiàn)電路圖圖 給出了 MAX813L 在單片機系統(tǒng)中的典型應(yīng)用線路圖。圖 MAX813L 在單片機系統(tǒng)中的應(yīng)用連接電路圖本電路巧妙地利用了 MAX813L 的手動復(fù)位輸入端。同時使看門狗定時器清 0 和使 引腳變成高電平。圖 中 R1 的一端接未經(jīng)穩(wěn)壓的直流電源。當電源發(fā)生故障，PFI 輸入端的電平低于 1．25 V 時，電源故障輸出端電平由高變低，引起單片機中斷，CPU 響應(yīng)中斷，執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)程序，保護數(shù)據(jù)，斷開外部用電電路等。2 20C02 的引腳及功能　24C02 芯片引腳排列見圖 ，引腳功能如表 6蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書22圖 24C02 芯片引腳表 6 24C02 芯片引腳功能引腳名稱 功能A0、AA2 器件地址選擇SDA 串行數(shù)據(jù)/地址SCL 串行時鐘WP 寫保護VCC —6V 工作電壓GND 地3 24C02 與單片機的接口電路圖 給出了 24C02 與單片機的接口電路。圖 24C02 與單片機的接口電路 報警模塊系統(tǒng)要求一旦監(jiān)測到機動車超載，就要立即報警，等待工作人員來檢查，并解除報警。蜂鳴器用三極管放大驅(qū)動。蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書23圖 報警接口電路 電源模塊設(shè)計中的電源主要有 2 種：+5V 和+12V,采用傳統(tǒng)的單片集成穩(wěn)壓電源，接線圖如319 所示：圖 電源電路單片機應(yīng)用系統(tǒng)中最重要且危害最嚴重的干擾來源于電源的污染。同時，電源本身也會產(chǎn)生干擾，對本設(shè)計有較大影響的是電網(wǎng)干擾和電源干擾，因此，為了減少干擾因素，需要在設(shè)計時采用一系列抗干擾的措施，這里主要包括電源接地和電源濾波技術(shù)。b) 分別建立交流、直流和數(shù)字信號的接地通路。電源濾波的主要目的是抑制在電源線上的傳導(dǎo)高頻干擾。單片機系統(tǒng)的電源濾波通常包括交流端的濾波和直流端的濾波。直流端的濾波主要是抑制整流電路和開關(guān)電路所產(chǎn)生的高頻干擾，通常用電容濾波就足夠了。第四章 軟件設(shè)計 系統(tǒng)主程序的設(shè)計 設(shè)計思想主程序分五個模塊，包括看門狗模塊、通訊模塊、鍵盤模塊、采集模塊、顯示模塊。當檢測到超載時，報警并顯示超載量。初始化完畢后，調(diào)用鍵盤子程序，檢查設(shè)定值；檢查完后，調(diào)用采集子程序，采集數(shù)據(jù)，若超載則調(diào)用顯示子程序，顯示超載量。對參數(shù)進行恢復(fù)，就是把保存在24C02中的數(shù)據(jù)取出來存到單片機中。單片機接收到8位數(shù)據(jù)后應(yīng)作出應(yīng)答。當需要結(jié)束讀操作時，單片機接收到數(shù)據(jù)后在需要應(yīng)答的時刻發(fā)送一個非應(yīng)答信號，接著再發(fā)送一個停止信號即可。先關(guān)中斷，發(fā)送標志碼，測試響應(yīng)信號，響應(yīng)后發(fā)送 24C02 單元首地址代碼，然后發(fā)送讀控制字，開始讀數(shù)據(jù)，讀完后將所讀蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書27數(shù)據(jù)存到緩沖區(qū)，發(fā)送結(jié)束信號，開中斷，通知單片機清掉電標志。若超過1．6 s 該輸入端收不到脈沖信號，則內(nèi)部看門狗定時器溢出，8 號引腳由高電平變?yōu)榈碗娖健Ｍ瑫r使看門狗定時器清 0 和使WDO引腳變成高電平。為了做到這一點，必須把中斷優(yōu)先級（PX0）設(shè)為最高，特別是系統(tǒng)中還有其它中斷時，更應(yīng)如此。 　　至于中斷源的觸發(fā)方式。所以基于上述分析，必須選用跳變觸發(fā)方式。設(shè)計好中斷服務(wù)程序?qū)τ谙到y(tǒng)的連續(xù)可靠運行具有重要意義。往 24C02 中保存數(shù)據(jù)時，采用頁寫入方式，單片機先發(fā)送啟動信號，接著發(fā)送 1個字節(jié)的控制字 ，再發(fā)送 1 個字節(jié)的起始地址，上述各字節(jié)均得到應(yīng)答后就可以發(fā)送數(shù)據(jù)，并順序放在以指定起始地址開始的相繼單元中。 資源分配表 11 看門狗中斷子程序寄存器說明寄存器名 說明 寄存器名 說明R0 緩沖區(qū)首址 R1 數(shù)據(jù)位數(shù)R2 發(fā)送計數(shù)器 DPTR 待寫單元首地址指針蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書30表 12 看門狗中斷子程序存儲器器說明存儲器地址 說明 存儲器地址 說明30H 鍵盤設(shè)定的重量值 31H 通道 0 超載量保存值32H 通道 1 超載量保存值 33H 通道 2 超載量保存值34H 通道 3 超載量保存值 35H 通道 4 超載量保存值36H 通道 5 超載量保存值 37H 通道 6 超載量保存值38H 通道 7 超載量保存值 39H 通道 0 實際重量保存值3AH 通道 1 實際重量保存值 3BH 通道 2 實際重量保存值3CH 通道 3 實際重量保存值 3DH 通道 4 實際重量保存值3EH 通道 5 實際重量保存值 3FH 通道 6 實際重量保存值40H 通道 7 實際重量保存值 0000H 24C02 頁面單元首地址 看門狗中斷子程序流程圖當 MAX813L 檢測到故障，會通知單片機保存數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)保存在 24C02 中。蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書31圖 看門狗中斷主程序流程圖 通訊子程序的設(shè)計 設(shè)計思想 利用串行口實現(xiàn)上位機與單片機的半雙工通信。發(fā)送緩沖區(qū)的首址為WEIGH，接收緩沖區(qū)首址為 LIMIT，時鐘頻率為 6MHz。AT89C51 單片機的奇偶校驗位 P 是當累加器 A 中“1”的個數(shù)為奇數(shù)時 P=1，為偶數(shù)時 P= P 的值放入 ASCII 碼的最高位。通過查表確定 X=F3H。接收數(shù)據(jù)時，先將要接收的數(shù)據(jù)讀入接收緩沖區(qū)，并校驗是否正確，若正確，刪去校驗位后存入接收緩沖區(qū)，修改接收緩沖區(qū)指針，然后清接收中斷后返回。發(fā)送完畢后，清中斷標志后返回。列線通過上拉電阻接到+5V