皮帶配料秤控制系統(tǒng)設(shè)計說明書

1、火學(xué)LANZHOUUNIVERSITYOFTECHNOLOGY畢業(yè)設(shè)計題目皮帶配料稱控制系統(tǒng)設(shè)計學(xué)生姓名學(xué)號專業(yè)班級指導(dǎo)教師11111111111111111111111111111111111111111學(xué)院111111111111111答辯日期111111111111蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計摘要皮帶配料秤是一種用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上自動化的配料設(shè)備，通常是由帶有自動配料算法軟件的微機(jī)作為其自動配料的控制系統(tǒng)。具廣泛用于煤炭、化工、冶金、建材、食品等關(guān)乎國計民生的各個行業(yè)，配料系統(tǒng)可以對物料的配比實(shí)現(xiàn)累計控制，而準(zhǔn)確的秤量控制可以提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量，并且可以降低生產(chǎn)成本，提高勞動效率。本次設(shè)計主要

2、以水泥廠粉磨車間的熟料配料系統(tǒng)為背景，針對皮帶配料系統(tǒng)的控制問題提出方案并進(jìn)行設(shè)計。該系統(tǒng)是由單片機(jī)構(gòu)成的皮帶配料秤，設(shè)計的重點(diǎn)是皮帶上瞬時物料重量的稱重和皮帶走速的測量，物料的瞬時重量由荷重傳感器測量，經(jīng)過放大后并進(jìn)行轉(zhuǎn)換形成數(shù)字信號送至單片機(jī)，而皮帶走速信號需要測速傳感器測出信號經(jīng)過分頻處理送至單片機(jī)。該系統(tǒng)由單片機(jī)作為控制核心，重量信號和走速信號都由單片機(jī)處理，計算出瞬時流量與設(shè)定值比較，之后將信號轉(zhuǎn)換為模擬量從而控制可控硅控制板，調(diào)節(jié)滑差電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使物料流量穩(wěn)定在預(yù)期的設(shè)定值，達(dá)到皮帶配料秤運(yùn)行的目的。關(guān)鍵詞：配料秤；單片機(jī)；傳感器；荷重信號；鍵盤2AbstractBeltburde

3、nbalanceisoneoftheingredientsusedforindustrial,agriculturalproductionautomationequipment,isusuallymadewiththesoftwareofmicrocomputerautomaticbatchingalgorithmasitsautomaticbatchingcontrolsystem.Itiswidelyusedincoal,chemicalindustry,metallurgy,buildingmaterials,foodandotherrelatedindustriesofnational

4、economyandpeople'slivelihood,batchingsystemcanachievetotalcontrolofmaterialmixratio,andaccurateweighingcontrolcanimproveproductqualityandyield,andcanreduceproductioncost,improvelaborefficiency.Thisdesignmainlybytheclinkercementgrindingworkshopbatchingsystemasthebackground,inviewofthebeltofbatchi

5、ngsystemcontrolschemeanddesignareputforward.Thesystemiscomposedofsinglechipmicrocomputerbeltsbatchingscale,designisthefocusoftheinstantaneousmaterialsweighingtheweightofthebeltandbeltspeedmeasurement,theinstantaneousweightofthematerialbytheloadsensor,afteramplificationandtransformformadigitalsignals

6、enttothesingle-chipmicrocomputer,andbeltspeedsignalsneedspeedsensortomeasurethroughfrequencydivisionprocessingtosendthesignalstosinglechipmicrocomputer.Thesystemconsistsofsinglechipmicrocomputerascontrolcore,theweightsignalandspeedsignalprocessingbysingle-chipmicrocomputer,calculatetheinstantaneousf

7、lowratecomparedwiththesetvalue,thenconvertsthesignaltoanalogtocontrolthyristorcontrolpanel,adjustthespeedofslipmotor,makethematerialflowstabilityinthedesiredsetpoint,achievethegoalofbeltbatchingscaleoperation.Keywords:Batchingscale;Singlechipmicrocomputer;Sensor;Loadsignal;Keyboard州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計目錄第1章緒論11

8、.1 皮帶配料秤控制系統(tǒng)的背景11.2 研究皮帶配料秤控制系統(tǒng)的意義2第2章皮帶配料秤控制系統(tǒng)總體設(shè)計方案42.1皮帶配料秤控制系統(tǒng)的設(shè)計依據(jù)4第3章硬件結(jié)構(gòu)及原理電路73.1 MCS-51單片機(jī)73.1.1 8051單片機(jī)73.1.2 單片機(jī)8051的最小系統(tǒng)93.2 重量信號的采集103.2.1 荷重傳感器輸出全橋電路103.2.2 重量信號采集電路123.3 皮帶走速信號的測量153.3.1 皮帶走速信號的測量方法153.3.2 皮帶走速信號的測量電路153.4 鍵盤顯示器接口電路173.4.1 鍵盤輸入電路原理173.4.2 顯示器電路原理183.4.3 鍵盤顯示器接口電路193.5

9、報警電路213.6 電機(jī)的控制233.6.1 DAC0832在控制電機(jī)中的應(yīng)用233.6.2 電機(jī)調(diào)速控制電路253.7 直流穩(wěn)壓電源263.8 控制和測量原理283.8.1 系統(tǒng)控制原理283.8.2 瞬時流量的測量283.8.3 流量控制28第4章皮帶配料秤控制系統(tǒng)軟件設(shè)計304.1 軟件設(shè)計思想304.2 系統(tǒng)初始化304.3 鍵盤掃描及顯示314.3.1 鍵盤掃描314.3.2 顯示子程序324.4 鍵輸入和鍵處理334.4.1 WR鍵處理334.4.2 S鍵處理334.4.3 MON鍵、Z鍵、STOP鍵、RUN鍵處理344.5 運(yùn)行管理程序354.5.1 采樣程序354.5.2 數(shù)值

10、轉(zhuǎn)換程序364.5.3 計算過程364.5.4 顯示程序374.5.5 報警處理37設(shè)計總結(jié)38參考文獻(xiàn)39外文原文和譯文40致謝62附錄1:程序清單64附錄2:元件清單73V蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計第1章緒論1.1 皮帶配料秤控制系統(tǒng)的背景根據(jù)最新的定義，皮帶配料秤是一種連續(xù)累計自動衡器。衡器是利用作用在物體上的重力來確定物體質(zhì)量的計量儀器，按操作方式的不同可分為：自動衡器和非自動衡器。自動衡器就是指在稱量過程中不需要操作者干預(yù)就能按設(shè)定的處理程序自動稱量的衡器。其中，連續(xù)累計自動衡器是不需要對質(zhì)量細(xì)分的就可以對皮帶上散裝物料進(jìn)行連續(xù)稱量。皮帶配料秤就是在皮帶輸送物料時對物料進(jìn)行連續(xù)累計稱量的一

11、種自動衡器。皮帶配料秤廣泛用于煤炭、化工、食品加工、建材等行業(yè)的物料配比當(dāng)中，其配料的準(zhǔn)確與否直接影響著國民生產(chǎn)的各個部門。配料系統(tǒng)的使用可以提高各個部門的自動化水平和各個生產(chǎn)系統(tǒng)的可靠性，降低工人勞動強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，從而擴(kuò)大公司的效益。在煤炭行業(yè)，配料系統(tǒng)用于定量供煤，能否準(zhǔn)確配料直接決定配煤質(zhì)量。在化工行業(yè)，配料系統(tǒng)用于多種原材料的定量配比，它可以起到減員增效，節(jié)約成本，減少誤差,從而創(chuàng)造更大的利潤。在食品加工行業(yè)，配料系統(tǒng)的使用代替了大量的手工勞動，提高了勞動生產(chǎn)效率，使得食品加工更方便、快捷。在建材行業(yè)，沙子、粘土、水泥、石灰、石子等物料的混合需要用配料系統(tǒng)對其進(jìn)行定量配

12、比。由此可見，配料系統(tǒng)的應(yīng)用非常廣泛。皮帶配料系統(tǒng)簡稱為配料系統(tǒng)，它與皮帶傳輸系統(tǒng)的設(shè)計原理和組成結(jié)構(gòu)基本相同，不同的是，配料系統(tǒng)在皮帶傳輸系統(tǒng)的基礎(chǔ)上又增加了-S料I這一功能。它起源于19世紀(jì)末，各項(xiàng)新技術(shù)發(fā)展的十分迅速，隨著皮帶輸送系統(tǒng)的出現(xiàn)，配料系統(tǒng)也隨之產(chǎn)生。最早的皮帶輸送系統(tǒng)稱重原理來自于斗式輸送機(jī)對物料連續(xù)自動稱量的裝置。隨著傳感器技術(shù)的迅速發(fā)展，配料系統(tǒng)的發(fā)展也是十分迅速。配料系統(tǒng)的發(fā)展大致有四個階段：第一階段是五、六十年代的純機(jī)械式配料系統(tǒng)，通常采用機(jī)械式、光電式掃描或增量式編碼器等，這種配料系統(tǒng)只具有識別計數(shù)和啟動功能。第二階段是六、七十年代的傳感器電子儀表配料系統(tǒng)，隨著模擬

13、電路和數(shù)字電路的發(fā)展，逐漸出現(xiàn)了各種小型的配料電動儀表。它可以實(shí)現(xiàn)平衡、識別和累計計算等功能。第三、四階段是20世紀(jì)七十年代末的微機(jī)智能化配料系統(tǒng)。電子配料系統(tǒng)首次引入計算機(jī)，提高了集成度。配料系統(tǒng)中的累計量運(yùn)算采用累加法代替了積分法。第一、二階段的配料系統(tǒng)只能進(jìn)行簡單的累計計算和測量，而且準(zhǔn)確度較低，對系統(tǒng)運(yùn)行過程中的變化不能進(jìn)行有效控制，因此其計量過程準(zhǔn)確度較低，缺乏穩(wěn)定性，動態(tài)性能差。而第三、四階段的配料系統(tǒng)結(jié)合了微機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代計量技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通訊技術(shù)、工業(yè)控制等技術(shù)，不但增強(qiáng)了計量的準(zhǔn)確性，而且對在計量過程中出現(xiàn)的問題能夠進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測和控制，同時，儀表的顯示、調(diào)零、報警等功能也越來

14、越完善。而通訊技術(shù)的發(fā)展更是增強(qiáng)了儀表的遠(yuǎn)程維護(hù)診斷與數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?。單片機(jī)配料系統(tǒng)是在大規(guī)模集成芯片技術(shù)成熟的基礎(chǔ)上應(yīng)運(yùn)而生的。單片機(jī)配料系統(tǒng)設(shè)計電路復(fù)雜程度低，可靠性大大提高，可以滿足客戶實(shí)用性的要求。所以迄今為止，單片機(jī)配料系統(tǒng)在一定程度上占據(jù)了中小型企業(yè)配料生產(chǎn)的主控地位。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，計算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，基于STD總線或PC總線的工業(yè)控制計算機(jī)已經(jīng)提上日程，并且在我國占據(jù)了一定地位，因?yàn)楣I(yè)控制計算機(jī)可靠性比較高，組成系統(tǒng)功能靈活，組態(tài)方便，具有模塊化、組合化、標(biāo)準(zhǔn)化的特點(diǎn)。隨著工業(yè)控制計算機(jī)的廣泛應(yīng)用，基于工控機(jī)的配料系統(tǒng)也出現(xiàn)在工業(yè)場合。這種配料系統(tǒng)大

15、多采用集中控制方式，計算機(jī)除具有工藝流程控制、工況實(shí)時顯示、提供數(shù)據(jù)存儲、報表打印等功能外，還要完成對各對象的直接控制和數(shù)據(jù)采集任務(wù)。計算機(jī)配料控制系統(tǒng)有很多功能是單片機(jī)配料系統(tǒng)不能完成的，但是它的整體構(gòu)造比較龐大，因此不適合中小規(guī)模的企業(yè)應(yīng)用。并且它的操作要求比較高不適合一線工人的具體操作要求，往往需要配料的量不是一成不變的，需要一線工人時刻的調(diào)整和控制，因此,單片機(jī)控制的皮帶配料秤具有更廣泛的應(yīng)用。1.2 研究皮帶配料秤控制系統(tǒng)的意義配料秤是冶金、水泥、化工、建材、食品等工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的一個重要環(huán)節(jié)，也是冶金、水泥、化工、建材、食品等生產(chǎn)過程中的源頭工序。例如水泥生產(chǎn)時需要由各種原料按一定的

16、比例進(jìn)行混合處理；飼料的生產(chǎn)需根據(jù)牲畜的生長規(guī)律，在不同的生長期需生產(chǎn)成份含量不同的飼料；各種化工產(chǎn)品、建筑材料、農(nóng)藥等產(chǎn)品的生產(chǎn)也是一樣的。配料質(zhì)量的高低直接關(guān)系著下游生產(chǎn)過程能否順利的進(jìn)行。如果配料的質(zhì)量達(dá)不到要求，輕則造成原料和能源的浪費(fèi)，重則影響產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，并且有些特殊生產(chǎn)崗位的配料錯誤會給整個生產(chǎn)釀成嚴(yán)重事故。因此，配料精度的高低和配料速度的大小影響著整個生產(chǎn)過程，我們應(yīng)該足夠重視配料過程的質(zhì)量和產(chǎn)量控制。目前，隨著自動化控制程度的提高，物料秤自動控制不僅關(guān)系到生產(chǎn)質(zhì)量而且還關(guān)系著人身安全，在早期的混凝土配置中完全是依靠大量的人力來完成的，不僅勞動強(qiáng)度大并且水泥粉塵的污染損害工

17、人的身體健康。現(xiàn)在許多建筑工程和工廠大規(guī)模的建設(shè)等都要求建設(shè)生產(chǎn)時必須使用皮帶配料秤單片機(jī)控制器來控制物料的自動配比，利用皮帶配料秤單片機(jī)控制器來完成配料的輸送和配比，只需一人或幾人就可以在現(xiàn)場或遠(yuǎn)離物料配料場控制配料的完成，不僅節(jié)省了人力物力，也減少了環(huán)境污染，很大程度的提高了生產(chǎn)效率，并為企業(yè)降低了生產(chǎn)成本。為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，物料必須實(shí)現(xiàn)科學(xué)的配比，在食品、冶金、化工、飼料加工等行業(yè)也越來越注重物料配比的準(zhǔn)確度和配料的控制速度，也就需要高精度高速度的皮帶配料秤控制系統(tǒng)來進(jìn)行自動控制。我設(shè)計的皮帶配料秤控制系統(tǒng)正是為了此目的。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用越來越多?，F(xiàn)在利用單片機(jī)和微機(jī)組

18、成的皮帶配料秤已廣泛地應(yīng)用在冶金、化工、建材、飼料加工等多種行業(yè)，皮帶配料秤控制系統(tǒng)不僅具有自動化程度高，操作人員勞動強(qiáng)度低，而且配料精度較高，產(chǎn)品質(zhì)量可以得到保障，還能實(shí)現(xiàn)物料的配比，自動和手動相互結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了自動跟蹤誤差調(diào)整、混合、顯示、稱重。單片機(jī)配料秤控制系統(tǒng)是配料過程控制和質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。微機(jī)配料控制系統(tǒng)可以按照設(shè)定好的配比和流量控制各種物料的瞬時流量，達(dá)到控制各種產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量的目的，同時它也是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化、安全穩(wěn)定生產(chǎn)和節(jié)能降耗的重要技術(shù)。單片機(jī)配料控制系統(tǒng)在生產(chǎn)中不僅可以提高配料產(chǎn)量和質(zhì)量，也減輕了工人的勞動強(qiáng)度，從而提高了生產(chǎn)效率。因此使用皮帶配料秤單片機(jī)控制系統(tǒng)能

19、顯著地提高工作效率，增加經(jīng)濟(jì)效益，提升管理的現(xiàn)代化水平，同時研制技術(shù)先進(jìn)、設(shè)備成熟、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的單片機(jī)配料控制系統(tǒng)也是至關(guān)重要的。隨著我國工業(yè)自動化程度的提高，配料系統(tǒng)將在現(xiàn)在和未來的市場需求中占據(jù)相當(dāng)大的比例。皮帶配料系統(tǒng)作為一種新興的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)而越來越受到世界各國的普遍關(guān)注。在西方發(fā)達(dá)國家，配料系統(tǒng)的生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)相對完善；而在中國，由于先前的技術(shù)水平落后，這使得積極開發(fā)研制更加精確、方便、可靠、功能更強(qiáng)大的配料系統(tǒng)控制器具有重要意義。而且，中國地大物博、資源豐富，各項(xiàng)工業(yè)生產(chǎn)正在以不可阻擋的勢頭向前發(fā)展。可以看到，中國廣大的市場為配料系統(tǒng)的發(fā)展提供了廣闊的前景。另一方面,我國目前的主要矛盾

20、是落后的生產(chǎn)力滿足不了人民日益增長的物質(zhì)文化需要。在物質(zhì)方面，我們需要又快又好的生產(chǎn)出我們所需要的物質(zhì)產(chǎn)品，所以我們要進(jìn)行生產(chǎn)自動化，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的快速性與精確性。綜上所述，我們可以看到配料自動控制系統(tǒng)的研究設(shè)計對我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著很重要的意義，精確的配料技術(shù)不僅可以擴(kuò)大生產(chǎn)量，還可以是生產(chǎn)出來的產(chǎn)品具有很高的質(zhì)量和性能，經(jīng)得起市場的考驗(yàn)，使我們的產(chǎn)品在世界經(jīng)濟(jì)市場上更具有競爭力。8第2章皮帶配料秤控制系統(tǒng)總體設(shè)計方案皮帶配料秤是一種動態(tài)控制型平衡器，它利用皮帶的運(yùn)轉(zhuǎn)將皮帶上運(yùn)載的物料進(jìn)行稱重，并且能夠根據(jù)設(shè)定流量的要求通過改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)整皮帶的運(yùn)行速度，從而是物料流量達(dá)到設(shè)定流量保持在附近，并且

21、能夠通過數(shù)碼管顯示瞬時流量。下面就介紹以8051單片機(jī)為核心的皮帶配料秤的工作原理和整體結(jié)構(gòu)。2.1 皮帶配料秤控制系統(tǒng)的設(shè)計依據(jù)皮帶輸送機(jī)廣泛地應(yīng)用于礦山、冶金、碼頭和化工等行業(yè)，對于散裝的固態(tài)原料（如礦石、水泥、煤粉）進(jìn)行自動輸送，特別適合于高溫、高空和有害環(huán)境作業(yè)。水泥廠粉磨車間的熟料配料系統(tǒng)就是依靠調(diào)節(jié)皮帶輸送機(jī)的速度來控制水泥磨的進(jìn)料量，完成對各種熟料的配比。皮帶配料稱是一種用于測量和控制皮帶輸送機(jī)的速度和物料流量的實(shí)時控制器，具工藝結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。圖2-1:皮帶配料秤工藝結(jié)構(gòu)圖圖2-1中，皮帶上方有一個料斗，皮帶轉(zhuǎn)動時物料隨皮帶輸送出去。輸送皮帶由滑差電機(jī)M（電磁調(diào)速異步電機(jī)）

22、進(jìn)行驅(qū)動，測速傳感器SR輸出信號的頻率和皮帶的速度成正比，皮帶下方裝設(shè)荷重傳感器W輸出的電壓信號與皮帶上的物料成正比。皮帶配料稱控制器BWFS受SR的速度信號和W的重量信號，計算皮帶上物料的瞬間流量并且顯示出來，將流量實(shí)際值和流量設(shè)定值進(jìn)行比較，通過PID調(diào)節(jié)，輸出電流控制信號，經(jīng)前置放大器和功率放大器Q放大，控制可控硅VT的導(dǎo)通角，從而調(diào)節(jié)滑差電機(jī)M的轉(zhuǎn)速，使物料流量穩(wěn)定在預(yù)期的設(shè)定值附近。物料流量的設(shè)定值由操作員在鍵盤上設(shè)定，系統(tǒng)運(yùn)行后，單片機(jī)對皮帶的荷重信號和走速信號進(jìn)行采集，并且計算瞬時流量和控制電流（4-20mA）,實(shí)現(xiàn)對流量的控制。2.2 總體設(shè)計方案根據(jù)皮帶配料秤的技術(shù)要求，本次

23、設(shè)計采用以8051單片機(jī)為控制核心構(gòu)成皮帶配料秤控制器BWF硬件部分主要有8051單片機(jī)、荷重傳感器、皮帶走速測量、A/D轉(zhuǎn)換器（ADC0809）、D/A轉(zhuǎn)換器（DAC0832）、鍵盤掃描電路、顯示電路等組成，系統(tǒng)硬件組成框架如圖2-2所示。圖2-2:系統(tǒng)硬件組成框圖皮帶配料秤控制系統(tǒng)的設(shè)計思想為：皮帶輸送機(jī)工作之前，皮帶上物料流量的設(shè)定值由操作人員在鍵盤上進(jìn)行設(shè)定。系統(tǒng)投入正常運(yùn)行后，單片機(jī)采樣皮帶荷重信號（通過ADC0809專換）和皮帶走速信號，將皮帶走速信號與皮帶單位長度上的瞬時重量相乘即可計算出皮帶上物料的瞬間流量F（t）。瞬間流量可通過6個八段數(shù)碼管顯示出來，為操作人員提供數(shù)據(jù)參考。

24、單片機(jī)系統(tǒng)再將流量實(shí)際值和它的設(shè)定值進(jìn)行比較，經(jīng)增量PID調(diào)節(jié)運(yùn)算后計算出控制量Vi,通過DAC0832轉(zhuǎn)換為電流輸出信號（420mA）,而后經(jīng)放大去控制可控硅的導(dǎo)通角，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)滑差電機(jī)電磁離合器勵磁電流的功能，從而調(diào)節(jié)滑差電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使得物料的流量盡可能穩(wěn)定在設(shè)定值附近。根據(jù)現(xiàn)場控制和操作的實(shí)際需要，對皮帶配料稱控制器有以下要求：1 .可以設(shè)定輸入流量設(shè)定值等參數(shù)和操作命令。2 .有6位順勢流量顯示。3 .輸出一路420mA的滑差電機(jī)速度調(diào)節(jié)信號。4 .接受010mV的皮帶荷重信號和速度信號。5 .系統(tǒng)控制誤差小于5%。軟件部分的設(shè)計主要是針對鍵的掃描，對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集處理，計算瞬時流量，再進(jìn)

25、行PID調(diào)節(jié)，控制可控硅的導(dǎo)通角，從而控制滑差電機(jī)的轉(zhuǎn)速。1P1.0VC(:402P1.1P0.0393P1.2P0.1384P1.3P0 2375P1.4P0.3P1.5P0.4366357P1.6P0.5P1.7P0.6RST/VPDP0.7RXD P3.0TA/VPFTXD P3.1ALE/PROINT0 P3.2PSE(NT1 P3.3P2.7T0 P3.4P2 6348339321031 ,113012G29 L|13N28142715T1 P3.5P2.5WR P3.6P2.4RD P3.7P2.3XTAL2P2.2XTAL1P2.1VSSP2.026162517241823192

26、220218051圖3-1 8051單片機(jī)圖3-1 : 805斗修腳排列圖第3章硬件結(jié)構(gòu)及原理電路3.1MCS-51單片機(jī)單片機(jī)是一種集成的電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機(jī)存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能(可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路)集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的計算機(jī)系統(tǒng)。3.1.1 8051單片機(jī)MCS-51(8051)單片機(jī)是在一塊芯片中集成了CPU,RAM,ROM、定時器/計數(shù)器和多種功能的I/O線等一臺計算機(jī)所需要的基本功能部件，由英特爾公司于1

27、981年制造。8051單芯片是同步式的順序邏輯系統(tǒng)，整個系統(tǒng)的工作完全是依賴系統(tǒng)內(nèi)部的時脈信號，用以來產(chǎn)生各種動作周期及同步信號。在8051單片機(jī)中已內(nèi)建時鐘產(chǎn)生器，在使用時只需接上石英晶體諧振器(或其它振蕩子)及電容，就可以讓系統(tǒng)產(chǎn)生正確的時鐘信號。MCS-51單片機(jī)內(nèi)包含下列幾個部件：(1) 一個8位CPU;(2) 一個片內(nèi)振蕩器及時鐘電路；(3) 4K字節(jié)ROM程序存儲器；(4) 128字節(jié)RAM數(shù)據(jù)存儲器；(5)兩個16位定時器/計數(shù)器；(6)可尋址64K外部數(shù)據(jù)存儲器和64K外部程序存儲器空間的控制電路；32條可編程的I/O線(四個8位并行I/O端口)；(8) 一個可編程全雙工用行口

28、；(9) 具有五個中斷源、兩個優(yōu)先級嵌套中斷結(jié)構(gòu)。8051單片機(jī)都采用40引腳的雙列直插封裝方式，引腳排列圖如圖3-1,40條引腳說明如下：1. 主電源引腳Vcc和Vss(1Vcc正常工作時為+5V電源；(2)Vss接地。2. 外接晶振引腳XTAL1和XTAL2(1) XTAL1為內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸入端，是外接晶體的一個引腳0當(dāng)米用外部振蕩器時，此引腳接地。(2) XTAL2為內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸出端。是外接晶體的另一端。當(dāng)采用外部振蕩器時，此引腳接振蕩源。3. 控制或與其它電源復(fù)用引腳RST/VPDALE/PROG,PSEN和EA/Vpp(1) RST/VPD當(dāng)振蕩器運(yùn)行時，在

29、此引腳上出現(xiàn)兩個機(jī)器周期的高電平(由低到高跳變)，將使單片機(jī)復(fù)位在Vcc掉電期間，此引腳可接上備用電源，可以由VPD向內(nèi)部提供備用電源，以保持內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)。(2) ALE/PROG正常操作時為ALE功能(允許地址鎖存)提供把地址的低字節(jié)鎖存到外部鎖存器，ALE引腳以不變的頻率(振蕩器頻率的六分之一)周期性的發(fā)出正脈沖信號。因此，它可用作對外輸出的時鐘信號，或者用于定時目的。值得注意的是每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將越過一個ALE脈沖，ALE端可以驅(qū)動(吸收或輸出電流)八個LSTTL電路。對于EPROM型單片機(jī)，在EPROM編程期間，此引腳接收編程脈沖(PROG功能)。(3) PSEN為外部

30、程序存儲器讀選通信號輸出端，在從外部程序存儲讀取指令(或數(shù)據(jù))期間，PSEN在每個機(jī)器周期內(nèi)兩次有效。PSEN同樣可以驅(qū)動八個LSTTL輸入。(4) EA/Vpp為內(nèi)部程序存儲器和外部程序存儲器的選擇端。當(dāng)EA/Vpp是高電平時，則訪問內(nèi)部程序存儲器，當(dāng)EA/Vpp是低電平時，則訪問外部程序存儲器。4. 輸入/輸出弓I腳P0.0-P0.7、P1.0-P1.7、P2.0-P2.7和P3.0-P3.7(1) P0口(P0.0-P0.7)是一個8位漏極開路型雙向I/O口，在訪問外部存儲器時，它是分時傳送的低字節(jié)地址和數(shù)據(jù)總線，P0口能以吸收電流的方式驅(qū)動八個LSTTL負(fù)載；(2) P1口(P1.0-

31、P1.7)是一個帶有內(nèi)部提升電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口。能驅(qū)動(吸收或輸出電流)四個LSTTL負(fù)載；(3) P2口(P2.0-P2.7)是一個帶有內(nèi)部提升電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口，在訪問外部存儲器時，它輸出高8位地址。P2口可以驅(qū)動(吸收或輸出電流)四個LSTTL負(fù)載；(4) P3口（P3.0-P3.7）是一個帶有內(nèi)部提升電阻的8位準(zhǔn)雙向I/O口。能驅(qū)動（吸收或輸出電流）四個LSTTL負(fù)載。P3口還具有第二功能，用于特殊信號輸入輸出和控制信號（屬控制總線）。3.1.2單片機(jī)8051的最小系統(tǒng)單片機(jī)8051的最小系統(tǒng)如圖3-2所示。3DALE加16PMDP? 7聲*417RTT1SrwnrKT 由

32、 Ll33P0 XTALE3HP0.1PN上3?PQEPQ-336L Ed. JRXD35PQ *P&.SXP0 5tenP06X犯P07RST32PS.1PIS21pt 4S4PI-37F 6PL£27PP6Pl 1Pl.7PIjO£0*HEFhiTTXI圖3-2:單片機(jī)8051的最小系統(tǒng)1 .電源對于一個完整的電子設(shè)計來講，首要問題就是為整個系統(tǒng)提供電源供電模塊，電源模塊的穩(wěn)定可靠是系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行的前提和基礎(chǔ)。51單片機(jī)雖然使用時間最早、應(yīng)用范圍最廣，但是在實(shí)際使用過程中，一個和典型的問題就是相比其他系列的單片機(jī)，51單片機(jī)更容易受到干擾而出現(xiàn)程序跑飛的現(xiàn)象，克服

33、這種現(xiàn)象出現(xiàn)的一個重要手段就是為單片機(jī)系統(tǒng)配置一個穩(wěn)定可靠的電源供電模塊。所以，電源是必不可少的，單片機(jī)使用的是5V電源，其中正極接40管腳，負(fù)極（地）接20管腳。2 .振蕩電路單片機(jī)系統(tǒng)里都有晶振，在單片機(jī)系統(tǒng)里晶振作用非常大，全稱叫晶體振蕩器，單片機(jī)晶振提供的時鐘頻率越高，那么單片機(jī)運(yùn)行速度就越快，單片機(jī)一切指令的執(zhí)行都蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計是建立在單片機(jī)晶振提供的時鐘頻率上。晶振用一種能把電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定，精確的單頻振蕩。單片機(jī)晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時鐘信號。單片機(jī)是一種時序電路，必須供給脈沖信號才能正常工作，在單片機(jī)內(nèi)部已集成了振蕩器，可以使

34、用晶體振蕩器接18、19腳。3 .復(fù)位電路單片機(jī)復(fù)位電路原理是在單片機(jī)的復(fù)位引腳RST上外接電阻和電容，實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位。當(dāng)復(fù)位電平持續(xù)兩個機(jī)器周期以上時復(fù)位有效。復(fù)位電平的持續(xù)時間必須大于單片機(jī)的兩個機(jī)器周期。具體數(shù)值可以由RC電路計算出時間常數(shù)。按圖3-2中畫法連好,RST引腳需保持2個機(jī)器周期以上的高電平。3.2重量信號的采集3.2.1 荷重傳感器輸出全橋電路1 .傳感器傳感器（英文名稱：transducer/sensor是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。傳感器的特

35、點(diǎn)包括：微型化、數(shù)字化、智能化，它是實(shí)現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。傳感器的存在和發(fā)展，讓物體有了觸覺、味覺和嗅覺等感官，讓物體慢慢變得活了起來。通常根據(jù)其基本感知功能分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類。通常，我們把非電信號通過傳感器轉(zhuǎn)換為電信號，并加以放大。然后將放大后的電壓經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后送到單片機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，通過編程達(dá)到自動控制的目的。本次設(shè)計是將重量信號通過傳感器轉(zhuǎn)化為電信號，然后通過單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對物體重量的自動檢測，并顯示出來。因此，要達(dá)到設(shè)計的性能要求，傳感器的精度起著決定性作用。2 .傳感器的

36、選擇稱重傳感器是一種能夠?qū)⒅亓D(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕牧﹄娹D(zhuǎn)換裝置，是電子衡器的一個關(guān)鍵部件。能夠?qū)崿F(xiàn)力電轉(zhuǎn)換的傳感器有多種，常見的有電阻應(yīng)變式、電磁力式和電容式等。電磁力式主要用于電子天平，電容式用于部分電子吊秤，而絕大多數(shù)衡器產(chǎn)品所用的還是電阻應(yīng)變式稱重傳感器。電阻應(yīng)變式稱重傳感器結(jié)構(gòu)較簡單，準(zhǔn)確度高，適用面廣，且能夠在相對比較差的環(huán)境下使用。因此電阻應(yīng)變式稱重傳感器在衡器中得到了廣泛地運(yùn)用。傳感器中的電阻應(yīng)變片具有金屬的應(yīng)變效應(yīng)，即在外力作用下產(chǎn)生機(jī)械形變，從而使電阻值隨之發(fā)生相應(yīng)的變化。電阻應(yīng)變片主要有金屬和半導(dǎo)體兩類，金屬應(yīng)變片有金屬絲式、箔式、薄膜式之分。半導(dǎo)體應(yīng)變片具有靈敏度高（通常是絲式

37、、箔式的幾十倍）1蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計橫向效應(yīng)小等優(yōu)點(diǎn)。電容式傳感器是將被測非電量的變化轉(zhuǎn)換為電容量變化的傳感器。電容式傳感器的優(yōu)點(diǎn)是高阻抗、小功率、溫度穩(wěn)定性好、結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性強(qiáng)、動態(tài)響應(yīng)好。電容式傳感器存在的不足之處是輸出阻抗高、負(fù)載能力差、寄生電容影響大。電感式傳感器是利用電磁感應(yīng)把被測的物理量如位移，壓力，流量，振動等轉(zhuǎn)換成線圈的自感系數(shù)和互感系數(shù)的變化，再由電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化量輸出，實(shí)現(xiàn)非電量到電量的轉(zhuǎn)換。電感式傳感器的特點(diǎn)有結(jié)構(gòu)簡單、傳感器無活動電觸點(diǎn)、靈敏度和分辨力高、傳感器的輸出信號強(qiáng)、線性度和重復(fù)性都比較好。皮帶配料秤控制系統(tǒng)需要具有很快的測量速度，而且輸出還要具有

38、良好的線性特點(diǎn)，所以電容式傳感器和電感式傳感器都不能很好的應(yīng)用于本次設(shè)計，因此設(shè)計所需的傳感器選用電阻應(yīng)變式傳感器。3 .荷重傳感器輸出全橋電路本次設(shè)計的荷重電路采用橋式測量電路，用的是電阻應(yīng)變式傳感器半橋式測量電圖3-3:荷重傳感器輸出全橋電路路。其原理是用應(yīng)變片直接測量彈性元件的應(yīng)變量，間接的測量出壓力。這種方法彈性元件變形極小，可以測量高頻率變化的壓力，應(yīng)變元件其實(shí)是一個測力應(yīng)變筒，組成應(yīng)變電橋即可得到輸出電壓值，從而測出壓力值的大小，電路圖如圖3-3所示。直流電橋的特點(diǎn)是信號不會受到各元件和導(dǎo)線的分布電感及電容的影響，抗干擾能力強(qiáng)，但因?yàn)闄C(jī)械應(yīng)變的輸出信號較小，要求用高增益和高穩(wěn)定性的

39、放大器進(jìn)行放大。它的兩只應(yīng)變片和兩只電阻貼在彈性梁上，測量電阻隨重力變化導(dǎo)致彈性梁應(yīng)變而產(chǎn)生的變化，電阻的變化使橋式測量電路的輸出電壓發(fā)生變化，即輸出電壓的變化反映出重力的變化。4 .電路輸出計算當(dāng)電橋輸出端接無窮大負(fù)載電阻時，可視輸出端為開路，此時直流電橋稱為電壓橋,1蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計即只有電壓輸出。當(dāng)忽略電源的內(nèi)阻時，由分壓原理有:u0 - UBD - UAB -'UAD二 E(RiR4RiR2 >3R4匚 Ri R3 - R2 R4二 E ,(RiR2)(R3R4)(3-1)當(dāng)滿足條件R mR3 = R2 mR4時，即(3-2)u0=0,即電橋平衡，式(3-2)為平衡條

40、件應(yīng)變片測量電橋在測量前使電橋平衡，從而使測量時電橋輸出電壓只與應(yīng)變片感受的應(yīng)變所引起的電阻變化有關(guān)。若差動工作，即R1=R+AR,R2=R,R3=R,R4=R-AR,按式(3-1),則電橋輸出為：RUoutE2R(3-3)二kE25 .2.2重量信號采集電路1.ADC0809的主要特性ADC0809是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有一個8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的一個進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。目前在單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計中較為常見。其主要特性有下列幾點(diǎn)：(1) 8路輸入通道，8位A/D轉(zhuǎn)換器，即分辨率為8位；(

41、2)具有轉(zhuǎn)換起停控制端；(3)轉(zhuǎn)換時間為100仙s(時鐘為640KHz時)，130仙s(時鐘為500KHz時)；(4)單個+5V電源供電；(5)模擬輸入電壓范圍0+5V,不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)；(6)工作溫度范圍為-40+85攝氏度；1蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(7)低功耗，約15mW。2 .ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示，它由8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關(guān)樹型A/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、邏輯控制和定時電路組成。ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝。下面說明各引腳功能：(1) IN0IN7:8路模擬量輸入

42、端；(2) 2-12-8:8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。(4) ALE:地址鎖存允許信號，輸入端，產(chǎn)生一個正脈沖以鎖存地址；(5) START:A/D轉(zhuǎn)換啟動脈沖輸入端，輸入一個正脈沖(至少100ns寬)使其啟動(脈沖上升沿使0809復(fù)位，下降沿啟動A/D轉(zhuǎn)換)；(6) EOC:A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出端，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一個高電平(轉(zhuǎn)換期間一直為低電平)；(7) OE:數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入端，高電平有效。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)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。

43、要求時鐘頻率不高于640KHz;(9) REF(+)、REF(-):基準(zhǔn)電壓；(10) Vcc：電源，單一+5V,GND:地。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。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動A/D轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。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，這個信號可用作中斷申請。當(dāng)OE輸入高電平時，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。3 .ADC080S電路中的應(yīng)用經(jīng)過放大電路的信號是一個模擬信號，為了實(shí)

44、現(xiàn)本次設(shè)計的目的必須把它變成數(shù)字信號送入單片機(jī)控制系統(tǒng)受理，因此本系統(tǒng)需要用A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。經(jīng)過資料搜尋，我決定采用8位A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809來完成本次設(shè)計的A/D轉(zhuǎn)換部分，ADC0809是8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器。它由一個8路模擬開關(guān)、一個A/D轉(zhuǎn)換器、一個地址鎖存譯碼器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可以選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時進(jìn)行輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。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，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)1蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計換完的數(shù)據(jù)。單位長度皮帶上物料的瞬時重量信號(皮帶上的物料荷重信號)采集

45、方法如下：(1)由荷重傳感器檢測出瞬時變化的應(yīng)變情況，并轉(zhuǎn)化為模擬信號以010mv輸出；(2)經(jīng)過放大器變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)電壓05V,送入A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809輸入電路IN0(A/D轉(zhuǎn)換器的0通道)；(3)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器把模擬信號轉(zhuǎn)換為8位的數(shù)字信號送入8051的P0口；(4)在8051中對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理就可以得到單位長度皮帶上物料的瞬時重量。4 .重量信號采集電路該系統(tǒng)采用的是8路逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809，由8051的P2.7來進(jìn)行對A/D轉(zhuǎn)換進(jìn)程，同時從ADDC均接地,表示選ADC0809的選通。8051的WR和RD分別通過兩個或非門來啟動ADC0809中讀出轉(zhuǎn)換后的結(jié)果。ADC080

46、9的ADDA、ADDB、中0通道IN0o的輸出ADC0809的時鐘頻率為500KHz,可以由分頻電路74LS74把8051的ALE分頻后來滿足兩者時鐘信號匹配的要求。重量信號采集電路原理圖如圖3-4。ADC0809在該系統(tǒng)中工作的過程如下：圖3-4:重量信號采集電路原理圖(1)置P2.7為0,選中ADC0809;(2)再用輸出指令啟動A/D轉(zhuǎn)換(WR=0);1蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(3)判斷EOC(轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)記)是否為1,若為1,則轉(zhuǎn)換結(jié)束；(4)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，用讀信號(RD=0)來控制三態(tài)門(在ADC0809內(nèi)部)，將轉(zhuǎn)換后的結(jié)果讀入8051單片機(jī)，并存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。3.3皮帶走速信

47、號的測量3.3.1 皮帶走速信號的測量方法要實(shí)現(xiàn)速度環(huán)節(jié)的控制必須檢測出電機(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。轉(zhuǎn)速檢測的精度和快速性對于電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性和動態(tài)特性影響較大。數(shù)字測速具有測速精確度高、分辨能力強(qiáng)、受器件影響小等特點(diǎn)。本設(shè)計采用光柵數(shù)N=1024線的光電編碼器作為轉(zhuǎn)速傳感器，它產(chǎn)生的測速脈沖頻率與電機(jī)轉(zhuǎn)速有固定的比例關(guān)系。采用旋轉(zhuǎn)編碼器的數(shù)字測速方法有三種：M法、T法和M/T法測速。其中M法是在一定的時間內(nèi)測取光電編碼器輸出的脈沖個數(shù)，用以計算這段時間的平均轉(zhuǎn)速，M法測速僅適合用于高速段；T法測速是在編碼器兩個相鄰輸出脈沖的間隔時間內(nèi)，用一個計數(shù)器對已知頻率為f的高頻

48、脈沖進(jìn)行計數(shù)，并由此來計算轉(zhuǎn)速，T法測速與M法測速正好相反，僅適合用于低速段；M/T法測速是把以上兩種方法結(jié)合在一起，既檢測一定時間內(nèi)編碼器輸出的脈沖個數(shù)，又檢測一定時間間隔的高頻時鐘脈沖個數(shù)，用來計算轉(zhuǎn)速，M/T法測速能適用于高速又適用于低速，是目前最廣泛應(yīng)用的一種測速方法。在本設(shè)計中，皮帶傳輸系統(tǒng)上物料較多時電機(jī)轉(zhuǎn)速較低，皮帶傳輸系統(tǒng)上物料較少時電機(jī)轉(zhuǎn)速較高，所以采用M/T法測速處理。3.3.2 皮帶走速信號的測量電路1.74LS74應(yīng)用在TTL電路中，比較典型的d觸發(fā)器電路有74LS74。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(dú)立的邊沿觸發(fā)d觸發(fā)器電路。

49、邊沿D觸發(fā)器:負(fù)跳沿觸發(fā)的主從觸發(fā)器工作時，必須在正跳沿前加入輸入信號。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。而邊沿觸發(fā)器允許在CP觸發(fā)沿來到前一瞬間加入輸入信號。這樣，輸入端受干擾的時間大大縮短，受干擾的可能性就降低了。邊沿D觸發(fā)器也稱為維持-阻塞邊沿D觸發(fā)器。電路結(jié)構(gòu):該觸發(fā)器由6個與非門組成，其中G1和G2構(gòu)成基本RS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；1蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(4) CLR1、CLR2為直接復(fù)位端(低電平有效)；(5) PR

50、1、PR2為直接置位端(低電平有效)。2 .LM393概述LM393是雙電壓比較器集成電路。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Vcc端電壓值的限制.此輸出能作為一個簡單的對地SPS開路(當(dāng)不用負(fù)載電阻沒被運(yùn)用)，輸出部分的陷電流被可能得到的驅(qū)動和器件的B值所限制.當(dāng)達(dá)到極限電流(16mA)時，輸出晶體管將退出而且輸出電壓將很快上升。3 .LM393的電路特點(diǎn)該電路的特點(diǎn)如下：(1)工作溫度范圍：0°C-+70°C;(2)SVHC(高度關(guān)注物質(zhì)):NoSVHC(18-Jun-2010);(3)工作電源電壓范圍寬，單電源、雙電源均可工作，單電源：23

51、6V,雙電源：±1土18V;(4)消耗電流小，ICC=0.8mA;(5)輸入失調(diào)電壓小，VIO=±2mV;(6)共模輸入電壓范圍寬，VIC=0VCC-1.5V;(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。4 .LM393的應(yīng)用LM393是高增益，寬頻帶器件，像大多數(shù)比較器一樣，如果輸出端到輸入端有寄生電容而產(chǎn)生耦合，則很容易產(chǎn)生振蕩。這種現(xiàn)象僅僅出現(xiàn)在當(dāng)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(biāo)準(zhǔn)PC板的設(shè)計對減小輸入一輸出寄生電容耦合是有助的。減小輸入電阻至小于1

52、0K將減小反饋信號，而且增加甚至很小的正反饋量(滯回1.010mV)能導(dǎo)致快速轉(zhuǎn)換，使得不可能產(chǎn)生由于寄生電容引起的振蕩，除非利用滯后，否則直接插入IC(集成電路板integratedcircuit,縮寫：IC)并在引腳上加上電阻將引起輸入一輸出在很短的轉(zhuǎn)換周期內(nèi)振蕩，如果輸入信號是脈沖波形，并且上升和下降時間相當(dāng)快，則滯回將不需要。比較器的所有沒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2.030V無關(guān)，通常電源也不需要加旁路電容。差分輸入電壓可以大于Vcc并不會損壞器件，保護(hù)部分必須能阻止輸入電壓向負(fù)端超過-0.3V。當(dāng)負(fù)載電流很小時，輸出品體管的低失調(diào)電壓(約1.0mV

53、)允許輸出箝位在零電平。5 .皮帶走速信號測量電路1蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計皮帶走速信號測量電路如圖3-5。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(biāo)準(zhǔn)脈沖信號，輸入到74LS74進(jìn)行分頻，74LS74的Q輸出方波接到8051的而1;(3)由8051的定時器布測出方波的周期，然后而1選用門控方式定時計數(shù)，當(dāng)Q輸出高電平時T1計數(shù)，當(dāng)Q輸出低電平時T1停止計數(shù)，最后讀出INT1的計數(shù)值m；接8051 的INT1+ |2V圖3-5:皮帶走速信號測量電路(4)由公式n=60f/pm計算電

54、機(jī)的轉(zhuǎn)速，然后查表得到轉(zhuǎn)換系數(shù)，計算出皮帶走速大小。3.4 鍵盤顯示器接口電路3.4.1 鍵盤輸入電路原理鍵盤輸入是人機(jī)交互界面中非常重要的組成部分，它是系統(tǒng)接受用戶指令的直接途徑。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。對于單片機(jī)系統(tǒng)來說鍵盤接口信號是輸入信號，因此鍵盤模塊設(shè)計的成功與否直接關(guān)系到系統(tǒng)整體的1蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計可靠性和穩(wěn)定性。鍵盤是由若干個按鍵組成的開關(guān)組，當(dāng)沒有一個鍵按下時，所有行線輸出為1;當(dāng)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。1 .鍵盤信號的識別本次設(shè)計采用的是非編碼式鍵

55、盤，采用軟件方法來判斷是那一個鍵按下。具判斷識別過程如下：(1)先進(jìn)行整體掃描，從74LS164輸出的列值00H判斷P3.4和P3.5是否為0,當(dāng)為0時則表示有鍵被按下；(2)當(dāng)有鍵被按下時，進(jìn)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(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算出按鍵的所在位置。因本系統(tǒng)鍵盤只有兩行，所以行值加列值就可以得到鍵值。其中，第一行的行值是00H,第二行的行值是08H。2 .鍵盤消抖的處理機(jī)械按鍵在閉合時不會立刻穩(wěn)定的接通，在斷開時也不可能立馬斷開，而是伴隨著一連串的抖動。為

56、了保證CPU寸按鍵的一次閉合只進(jìn)行一次處理，所以對抖動信號必須進(jìn)行消抖處理。本系統(tǒng)采用軟件消抖，調(diào)用子程序來延時10ms,待鍵閉合穩(wěn)定后再一次接受鍵入的信號，此時抖動已經(jīng)停止，鍵盤狀態(tài)是有效的，達(dá)到消抖的目的。3.4.2 顯示器電路原理1 .LED顯示器工作原理數(shù)碼管由8個發(fā)光二極管(以下簡稱字段)構(gòu)成，通過不同的組合可用來顯示數(shù)字09、字符AF、H、L、P、R、U、Y、符號“-”及小數(shù)點(diǎn)”.”。數(shù)碼管又分為共陰極和共陽極兩種結(jié)構(gòu)。數(shù)碼管工作原理如下：(1)共陽極數(shù)碼管的8個發(fā)光二極管的陽極(二極管正端)連接在一起。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。當(dāng)某段驅(qū)動電路的輸出端為