...52/57畢業(yè)設(shè)計論文基于單片機的乳粉包裝稱重控制設(shè)計摘要本論文在分析了國外稱重技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，著重對一個用于工業(yè)控制且功能較齊全的自動稱重系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。隨著自動化和管理現(xiàn)代化的進(jìn)展，自動在線稱重，快速動態(tài)稱重在整個稱重系統(tǒng)中有了很大的發(fā)展。因此，進(jìn)一步采用新技術(shù)，開發(fā)各種自動稱重系統(tǒng)和提高稱重的準(zhǔn)確度已經(jīng)成為了多數(shù)國家科技發(fā)展的重中之重。本稱重系統(tǒng)除了有關(guān)于數(shù)據(jù)的收集，處理，運行和通信之外，還有更多的其他輔助功能：自動稱重系統(tǒng)除了能夠儲存數(shù)據(jù)資料到資料庫中，還可以將資料以打印稿的形式呈現(xiàn)。最重要的是，該自動稱重系統(tǒng)還可以隨時對資料庫進(jìn)行訪問和查詢。本論文所設(shè)計的自動稱重系統(tǒng)是應(yīng)用于工業(yè)上的乳粉包裝自動稱重中的，它的實現(xiàn)有兩個過程，第一階段由異步電機帶動粗螺旋推進(jìn)器給料，這一階段可看成為粗調(diào)過程，給料重量一定要小于額定重量。第二階段由步進(jìn)電機帶動細(xì)螺旋推進(jìn)器進(jìn)料，可看成是細(xì)調(diào)過程，使實際重量等于要求的額定重量。本稱重系統(tǒng)采用單片機AT89C51為控制核心，實現(xiàn)稱重儀的基本控制功能。系統(tǒng)的硬件部分包括數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理兩大部分，其中數(shù)據(jù)采集部分由稱重儀模擬器、信號的前級處理（采用儀表放大器INA121）和雙積分A/D轉(zhuǎn)換部分組成。由于稱重儀設(shè)計中電路的精度與抗工頻干擾能力要求較高，故選用精度較高的儀表放大器INA121和抗工頻干擾能力較強的雙積分A/D轉(zhuǎn)換器MC14433。本系統(tǒng)通過應(yīng)用傳感器，各種芯片與單片機使得該稱重系統(tǒng)的實際操作性更強，便于應(yīng)用于工業(yè)上。關(guān)鍵詞雙積分A/D轉(zhuǎn)換；儀表放大；AT89C51單片機；數(shù)據(jù)采集TheDesignofWeighingandPackingofMilkPowderBasedonSinglechipAbstractBasisontheresearchingoftheprogressoftheweighingtechnology,thispaperintroducesthedevelopmentofautomaticweighingsystemwhichhasacompletefunction.Withtheprogressofautomationinindustryandmodernizationinmanagement,thereismuchprogressinweighingonline,fastanddynamicweighingandsystemofweighing.Adoptingnewertechnology,developingdiversifiedautomaticweighingsystem,improvingaccuracyandenhancingnetworkfunctionareemphasizedineverycountrynowadays..Besidesthefunctionofcollecting,processing,displayingandcommunicationofdataaboutweight,theautomaticweighingsystemcanalsosavedataindatabaseandprintdatainreportform.Itcanalsovisitandquerytherecordsindatabase.Thearticleintroducedtheautomaticnamedweighingsystemwhichisappliedintheindustry,itsrealizationhastwoprocesses,thefirststageisthespiralpropellerbytheasynchronousmachinebelttoaffordthematerial,thisagewhichisworthyoflookingatisbecauseofthecoarseadjustmentprocess,certainlyitmustbesmallerthanthescheduleweightforthematerialweight.Thesecondstageisimpetuswhichismuchmoreprecisethanthefirstspiralpropellerfeeding,itmayberegardedasthespecialprocess.Thissystemhasbeenappliedinthesensor,eachkindofchipsandmonolithicintegratedcircuits.ThissystemisbasedonsinglechipAT89C51,itcanmakeelectronicscale'sbasiccontrolfunctioncometrue.System'shardwareincludessmallestsystemboardandtheacquisitionofdata.Thesmallestsystempartmainlyrealizesthedemonstrationofthediodesandthecontrolofkeyboard,thepartofdata’sacquisitionisconsistsofthesimulatorofweighingmeter,signallevelprocessing(amplifierINA121)andthefractionofthedoubleintegralA/Dconversion.Becauseofthehighrequestinprecisionoftheelectriccircuitoftheweighingmeterdesignandtheabilityofanti-powerfrequencydisturbance,theselectionofthehighprecisionappliancesuchastheamplifierINA121anddoubleintegralA/DswitchMC14433.Thesystemwouldbestrongerbyusingdifferentelements,anditwouldhavebetterperformanceinapplicationoftheindustry.KeywordsdoubleintegralA/Dtransformation;measuringapplianceenlargement;AT89C51singlechip;collectionofdata目錄第1章緒論11.1引言11.2電子稱重技術(shù)的發(fā)展趨勢11.2.1稱重傳感器21.2.2稱重儀表31.2.3承載器41.3論文研究的目的與意義41.4本課題研究的主要容4第2章主要元器件選型……52.1轉(zhuǎn)換電路芯片選擇52.2主控芯片選擇62.3儀表放大器選擇72.4電源選擇92.5顯示模塊選擇102.6本章小結(jié)10第3章硬件系統(tǒng)的設(shè)計113.1電路總體原理框圖設(shè)計113.2主芯片引腳應(yīng)用113.3控制模塊與轉(zhuǎn)換模塊的連接143.4前級放大模塊INA121153.5自動稱重模塊163.6顯示模塊與控制模塊的連接163.7本章小結(jié)……………..18第4章軟件系統(tǒng)的設(shè)計……194.1主程序模塊194.2子程序模塊194.3中斷程序模塊圖204.3.1T0中斷程序214.3.2T1中斷子程序.214.4調(diào)零程序模塊圖……………………..214.5顯示程序流程圖……………………..224.6退出程序流程圖……………………..234.7顯示總數(shù)程序流程圖………………..244.8本章小結(jié)……………..24第5章系統(tǒng)測試255.1硬件抗干擾的設(shè)計 .255.2電源的干擾以與抑制措施255.3空間干擾的防御措施265.4本章小結(jié)……………..26第6章設(shè)計方案評價……………276.1硬件部分設(shè)計評價276.2軟件部分設(shè)計評價276.3本章小結(jié)……………..27結(jié)論28致29參考文獻(xiàn)30附錄A譯文31單片機的歷史……………….31附錄B外文原文40附錄C設(shè)計總電路圖53附錄D程序55第1章緒論1.1引言電子技術(shù)和微型計算機的迅速發(fā)展，促進(jìn)了微型計算機測量和控制技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，從國防技術(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測控技術(shù)。工業(yè)生產(chǎn)中的自動稱重系統(tǒng)就是微機測控技術(shù)的應(yīng)用。自動稱重系統(tǒng)主要包括稱重裝置和數(shù)據(jù)的存儲兩大部分。物料計量是工業(yè)生產(chǎn)和貿(mào)易流通中的重要環(huán)節(jié)。稱重裝置或衡量器是不可缺少的計量工具。隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和商品流通的擴大，衡量器的需求也日益增多，過去沿用的機械杠桿秤已不能適應(yīng)自動化和管理現(xiàn)代化的要求。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，電子稱重技術(shù)日趨成熟，并逐步取代機械秤。尤其是七十年代初期，微處理機的出現(xiàn)使電子稱重技術(shù)得到了進(jìn)一步的發(fā)展。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)代稱重技術(shù)的主要特點。稱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)的一個組成部分，推進(jìn)了工業(yè)生產(chǎn)的自動化和管理的現(xiàn)代化，它起到了縮短作業(yè)時間、改善操作條件、降低能源和材料的消耗、提高產(chǎn)品質(zhì)量以與加強企業(yè)管理、改善經(jīng)營等多方面的作用。稱重裝置應(yīng)用己遍與到國民經(jīng)濟各領(lǐng)域，取得了顯著的經(jīng)濟效益。但是，我國在這方面的產(chǎn)品少且功能不齊全，所以改善現(xiàn)有稱重裝置、開發(fā)研究功能齊全的自動稱重系統(tǒng)是勢在必行的。1.2電子稱重技術(shù)的發(fā)展趨勢自七十年代以來，發(fā)達(dá)國家在電子稱重方面，無論從技術(shù)水平、品種和規(guī)模等方面都達(dá)到了較高水平。在技術(shù)水平方面的主要標(biāo)志是準(zhǔn)確度、長期穩(wěn)定性和可靠性。目前作為貿(mào)易結(jié)算用的靜態(tài)秤（如平臺秤、汽車衡、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。在穩(wěn)定性方面要求一年不允許超差。在可靠性方面稱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（MTBF）都超過2000小時，有些產(chǎn)品達(dá)到5000小時。在生產(chǎn)過程用電子秤方面，由于加強了應(yīng)用技術(shù)開發(fā)，能夠適應(yīng)各種惡劣環(huán)境（高溫、振動、粉塵、電磁干擾、爆炸危險等）下使用；準(zhǔn)確度一般能做到0.1～0.3％。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)式自動累加秤、電腦組合包裝秤、高速自動包裝秤等、這些自動秤往往與生產(chǎn)過程緊密相連，成為生產(chǎn)線的一個組成部分，或者與生產(chǎn)機械組合成一臺機電一體化設(shè)備。電子稱重裝置主要由承載器、稱重傳感器和稱重儀表三部分組成，稱重方式也是電子稱重技術(shù)不可分割的容，下面分別敘述其進(jìn)展和發(fā)展趨勢。1.2.1稱重傳感器稱重傳感器是電子稱重的核心部件，它把重力轉(zhuǎn)換成電壓信號。稱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。它在稱重傳感器中所占的比例達(dá)90％以上。電阻應(yīng)變式傳感器近幾年在性能上又有了提高。隨著工業(yè)控制系統(tǒng)向數(shù)字化發(fā)展，近幾年來數(shù)字式稱重傳感器也被開發(fā)和應(yīng)用。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，并使得與計算機的通信極為方便[12]。由于取消了儀表中的模擬放大、A/D轉(zhuǎn)換的環(huán)節(jié)，使儀表大為簡化在計算機中顯示和控制的場合，可以不用稱重儀表。目前這種傳感器大致有兩類：電阻應(yīng)變式數(shù)字稱重傳感器和新型數(shù)字式稱重傳感器。1.2.2稱重儀表稱重儀是電子衡器的一種，電子衡器是自動化稱重控制和貿(mào)易計量的重要手段，對加強企業(yè)管理、嚴(yán)格生產(chǎn)、貿(mào)易結(jié)算、交通運輸、港口計量和科學(xué)研究都起到了重要作用。電子衡器具有反應(yīng)速度快、測量圍廣、應(yīng)用面廣、結(jié)構(gòu)簡單、使用操作方便、信號遠(yuǎn)傳便于計算機控制等特點，被廣泛應(yīng)用于煤炭、石油、化工、電力、輕工、冶金、礦山、交通運輸、港口建筑機械制造和國防等各個領(lǐng)域。稱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、電可擦存儲器(EEPROM)和非易失性隨機存儲器(NOVRAM)，使其性能和功能都有了很大提高[1]。近幾年來稱重儀表又增加了兩項新技術(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)。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。在性能上已能做到：非線性優(yōu)于0.01％靈敏度優(yōu)十0.2V/d，A/D轉(zhuǎn)換速度一般為10～30次/秒，用于動態(tài)稱重可達(dá)100次/秒以上。由于采用了比較方式測量，傳感器供橋電源和A/D轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)電源共用一個電源，使電源波動的影響得到了補償。為了便于與計算機通信，現(xiàn)代稱重儀表都配有各種輸出接口供選用。如RS232C、RS485或RS422A、20mA電流環(huán)、模擬量(4～20mA)以與繼電器接點輸出。有些制造廠為了加強儀表與計算機的通信，采用直接與工業(yè)控制機總線相連的方式[5]。如西門子SIWARE稱重儀的輸出能直接與兩門子PLC控制器的總線相連。在工業(yè)現(xiàn)場和環(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)。為了具備這一性能，市場上的電子衡器的電路普遍較復(fù)雜，相對地，成本也較高。而本產(chǎn)品電路簡單，成本低，抗工頻干擾強，具有很好的推廣價值。為了適應(yīng)各種應(yīng)用的需要，當(dāng)前稱重儀表發(fā)展的一個趨勢是：通過硬件或軟件的積木式組合來實現(xiàn)不同的功能需求。例如在儀表機箱通過不同電路板的組合或更換軟件存儲芯片，來實現(xiàn)不同的功能，以滿足各種用途。1.2.3承載器承載器是承載重力并將力傳遞到稱重傳感器的機械結(jié)構(gòu)。國外已較多的采用CAD進(jìn)行承載器(秤臺或秤架)的設(shè)計，在保證一定強度和剛度的前提下優(yōu)化設(shè)計，從而達(dá)到節(jié)省鋼材，降低造價的目的[2]。據(jù)國外資料介紹，在電子稱重裝置中，稱重傳感器的價格這幾年變動不大，儀表價格隨著電子器件價格下降而成下降趨勢，而占成本比重比較大的承載器由于鋼材和加工費用的上漲使成本提高。因此要降低成本提高競爭力，重點是降低秤臺造價，所以優(yōu)化設(shè)計，發(fā)展薄型結(jié)構(gòu)己是制造廠向的主要目標(biāo)。1.3論文研究的目的與意義隨著工業(yè)自動化和管理現(xiàn)代化的進(jìn)展，自動在線稱重、快速在線稱重和稱重系統(tǒng)有了很大發(fā)展。進(jìn)一步采用新技術(shù)，開發(fā)各種自動稱重系統(tǒng)，提高動態(tài)稱重的準(zhǔn)確度，加強網(wǎng)絡(luò)功能是當(dāng)今各國發(fā)展的重點[3]。本課題正是從這一方面出發(fā)進(jìn)行設(shè)計的，使得本課題設(shè)計的自動稱重系統(tǒng)既能獲取稱重信息，又能實現(xiàn)對稱重信息的管理，而且其穩(wěn)定性好，稱量速度快、精度高，可連續(xù)自動稱重，顯示稱量結(jié)果，實現(xiàn)了稱重數(shù)據(jù)的存儲，并且該自動稱重系統(tǒng)還實現(xiàn)了可視化，從而杜絕不真實計量現(xiàn)象，維護企業(yè)和客戶的利益。另外，其界面直觀，便于使用。而且本設(shè)計電路簡單，成本低，抗工頻干擾強，具有很好的推廣價值。1.4本課題研究的主要容本課題是設(shè)計一種基于AT89C51單片機的乳粉包裝稱重控制的電路，主旨是設(shè)計一稱重儀，對模擬器輸出的微弱信號(0～12mV)進(jìn)行前級放大處理，再以較小的失真、誤差來進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并要求具備較強的抗工頻干擾能力。最后利用單片機AT89C51對數(shù)字信號進(jìn)行處理，控制數(shù)碼管顯示等。主要要求：(1)該稱重系統(tǒng)中每袋乳粉額定重量為500克；(2)要求每小時包裝數(shù)量為200袋；(3)系統(tǒng)的稱重控制控制精度要求為±0.1％。第2章主要元器件選型2.1轉(zhuǎn)換電路芯片選擇采用8位A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809。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2-1所示：圖2-1ADC0809引腳圖它由8路模擬開關(guān)，8位A/D轉(zhuǎn)換器，三態(tài)輸出鎖存器以與地址鎖存器譯碼器等組成。但由于其抗工頻干擾能力較弱，因此綜合考慮下來，我們決定采用雙積分A/D轉(zhuǎn)換器。雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器具有很強的抗工頻干擾能力。對正負(fù)對稱的工頻干擾信號積分為零，所以對50HZ的工頻干擾抑制能力較強，對高于工頻干擾（例如噪聲電壓）已有良好的濾波作用[5]。只要干擾電壓的平均值為零，對輸出就不產(chǎn)生影響。尤其對本系統(tǒng)，緩慢變化的壓力信號，很容易受到工頻信號的影響。故而采用雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器可大大降低對濾波電路的要求。作為稱重儀，系統(tǒng)對AD的轉(zhuǎn)換速度要求并不高，精度上11位的AD足以滿足要求。另外雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器較強的抗干擾能力，和精確的差分輸入，低廉的價格。綜合的分析其優(yōu)點和缺點，我最終選擇了MC14433。MC14433是美國Motorola公司推出的單片31/2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]。具有外接元件少，輸入阻抗高，功耗低，電源電壓圍寬，精度高等特點，并且具有自動校零和自動極性轉(zhuǎn)換功能，只要外接少量的阻容件即可構(gòu)成一個完整的A/D轉(zhuǎn)換器，其主要功能特性如下：1.精度：讀數(shù)的±0.05%±1字；2.模擬電壓輸入量程：1.999V和199.9mV兩檔；3.轉(zhuǎn)換速率：2—25次/s；4.輸入阻抗：大于1000MΩ；5.電源電壓：±4.8V—±8V；6.功耗：8mW（±5V電源電壓時，典型值）；7.采用字位動態(tài)掃描BCD碼輸出方式，即千、百、十、個位BCD碼分時在Q0—Q3輪流輸出，同時在DS1—DS4端輸出同步字位選通脈沖，很方便實現(xiàn)LED的動態(tài)顯示。MC1443部結(jié)構(gòu)如圖2-2所示：圖2-2MC1443部結(jié)構(gòu)圖2.2主控芯片選擇本設(shè)計開始時，我原本想采用CPLD（復(fù)雜可編程邏輯電路）或FPGA（現(xiàn)場可編程門列陣）作為系統(tǒng)的控制器。因為CPLD具有豐富的可編程I/O引腳，使用方便靈活，不但可實現(xiàn)常規(guī)的邏輯器件功能，還可實現(xiàn)復(fù)雜的時序邏輯功能，適合完成各種算法和組合邏輯[9]。但是功耗要比較大,且集成度越高越明顯。FPGA可作為實現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能，特別用于大電流、大電壓場合的控制，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)行功能擴展。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)模實時系統(tǒng)的控制核心。但考慮到由于設(shè)計的是擺錘運動控制，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，同時芯片的引腳多使實物硬件電路板布線復(fù)雜，加重了電路設(shè)計的實際焊接的工作，降低了PCB板的靈活性。因此我們決定改變思路，采用普通單片機控制，第一個想到的便是8位的51單片機AT89C51。AT89C51是一個低電壓，高性能CMOS8位單片機，片含4kbytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和128bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，置功能強大的微型計算機的AT89C51提供了高性價比的解決方案[7]。

單片機AT89C51是一個低功耗高性能單片機，40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時含2個外中斷口，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，AT89C51可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。如圖為AT89C51引腳圖：圖2-3AT89C51引腳圖2.3儀表放大器選擇由于壓力傳感器輸出的電壓信號為毫伏級，所以對運算放大器精度的要求很高。因此我們原本想采用高精度低漂移運算放大器構(gòu)成差動放大器。因為差動放大器具有高輸入阻抗，增益高的特點，可以利用普通運放(如OP07)做成一個差動放大器，如圖2-4所示：圖2-4OP07構(gòu)成的差動放大器電阻R1、R2電容C1、C2、C3、C4用于濾除前級的噪聲，C1、C2為普通小電容，可以濾除高頻干擾，C3、C4為大的電解電容，主要用于濾除低頻噪聲。但考慮到其電路復(fù)雜，需要的元器件多，成本較高。因此綜合討論下來我們還是選用儀表放大器INA121芯片。其部結(jié)構(gòu)圖如圖2-5所示：圖2-5INA121部結(jié)構(gòu)圖INA121是TexesInstrumentsBB公司生產(chǎn)的FET輸入、低功耗儀器放大電路，性能優(yōu)越。前置放大電路的放大倍數(shù)設(shè)置為50。較小的前置放大倍數(shù)可以避免極化電壓的影響。電壓放大電路的放大倍數(shù)設(shè)置的較高（取為100~200倍），則可以保證總的放大倍數(shù)。同時采用儀表放大器INA121構(gòu)成的電路還有結(jié)構(gòu)簡單，元器件少，成本較低等優(yōu)勢。2.4電源選擇放大模塊與A/D轉(zhuǎn)換模塊需要正負(fù)電源，且要求電源具有穩(wěn)定性。故剛開始首先考慮采用MC7812(正壓)MC7912MC（負(fù)壓）構(gòu)成的的±12V穩(wěn)壓電源。但其不可調(diào)，不能滿足所需要的正負(fù)5V電源的要求，所以我采用自制電源，可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器是輸出電壓可以連續(xù)調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓器，有輸出正電壓的CW317系列（LM317）三端穩(wěn)壓器；有輸出負(fù)電壓的CW337系列（LM337）三端穩(wěn)壓器。其中，CW317系列穩(wěn)壓器輸出連續(xù)可調(diào)的正電壓，CW337系列穩(wěn)壓器輸出連續(xù)可調(diào)的負(fù)電壓。穩(wěn)壓器部含有過流、過熱保護電路。自制電源輸出電壓的可調(diào)圍為Uo=-12~12V，滿足要求。如圖2-6所示為CW317應(yīng)用電路圖：圖2-6穩(wěn)壓器CW317應(yīng)用電路圖2.5顯示模塊選擇顯示模塊主要用于重量的顯示，原本采用字符型液晶模塊JM1602C，JM1602C能顯示基本的ASCⅡ碼字符，采用CMOS工藝低功耗，置KS0066驅(qū)動器，數(shù)據(jù)可直接傳送，用并行輸入輸出形式，數(shù)據(jù)傳送快，低延遲顯示體現(xiàn)多樣性，但是JM1602C的引腳電平為+5V，RAM的引腳電平為+3.3V，這樣就要解決電壓不匹配問題，靈活性降低[10]。因此經(jīng)過反復(fù)比較決定選用七段LED數(shù)碼管顯示，LED能顯示數(shù)字和一些基本的字母，簡單易用，把它和74LS164（串入并出移位寄存器）相使用，大大減少了控制器的I/O口。2.6本章小結(jié)經(jīng)過仔細(xì)的分析和比較、實際模擬和理論論證，決定了系統(tǒng)各模塊的最終方案如下：（1）電源模塊：采用自制可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓電源；（2）放大模塊：采用儀表放大器INA121；（3）A/D轉(zhuǎn)換模塊：采用雙積分A/D轉(zhuǎn)換器MC14433；（4）控制模塊：采用單片機AT89C51；（5）顯示模塊：采用七段LED數(shù)碼管。第3章硬件系統(tǒng)的設(shè)計3.1電路總體原理框圖設(shè)計本系統(tǒng)單片機選用ATMEL公司的閃速存儲器(flashROM)型單片機芯片AT89C51。AT89C51是ATMEL公司的新一代8位的一片機產(chǎn)品，帶有4KROM、128BRAM，最大工作頻率24MHZ[13]；同時，具有32條輸入輸出線，16位定時/計數(shù)器，5個中斷源，一個串行口；它具有集成度高、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，體積小可靠性高，處理功能強，速度快等特點。乳粉稱重控制的總體結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。輸入信號送入前級放大器放大，再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成BCD碼，然后把BCD碼送入單片機AT89C51中進(jìn)行處理，最后把數(shù)據(jù)送出數(shù)碼管顯示。輸入信號輸入信號前級放大A/D轉(zhuǎn)換AT89C51數(shù)碼管顯示鍵盤處理圖3-1系統(tǒng)總體原理框圖3.2主芯片引腳應(yīng)用1．電源引腳。2．外接晶體引腳XTAL1。XTAL1是片振蕩器的反相放大器輸入端，XTAL2則是輸出端，使用外部振蕩器時，外部振蕩信號應(yīng)直接加到XTAL1，而XTAL2懸空。部方式時，時鐘發(fā)生器對振蕩脈沖二分頻，如晶振為12MHz，時鐘頻率就為6MHz。晶振的頻率可以在1MHz-24MHz選擇。電容取30PF左右，具體實現(xiàn)如圖3-2所示：圖3-2晶振電路圖3．復(fù)位RST。在振蕩器運行時，有兩個機器周期（24個振蕩周期）以上的高電平出現(xiàn)在此引腿時，將使單片機復(fù)位，只要這個腳保持高電平，51芯片便循環(huán)復(fù)位。復(fù)位后P0－P3口均置1引腳表現(xiàn)為高電平，程序計數(shù)器和特殊功能寄存器SFR全部清零。當(dāng)復(fù)位腳由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，芯片為ROM的00H處開始運行程序，如圖3-3所示：圖3-3復(fù)位RST電路圖4．輸入輸出引腳(1)P0端口[P0.0-P0.7]P0是一個8位漏極開路型雙向I/O端口，端口置1（對端口寫1）時作高阻抗輸入端。作為輸出口時能驅(qū)動8個TTL。對部Flash程序存儲器編程時，接收指令字節(jié);校驗程序時輸出指令字節(jié)，要求外接上拉電阻。在訪問外部程序和外部數(shù)據(jù)存儲器時，P0口是分時轉(zhuǎn)換的地址(低8位)/數(shù)據(jù)總線，訪問期間部的上拉電阻起作用。(2)P1端口[P1.0－P1.7]P1是一個帶有部上拉電阻的8位雙向I/0端口。輸出時可驅(qū)動4個TTL。端口置1時，部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用，對部Flash程序存儲器編程時，接收低8位地址信息。(3)P2端口[P2.0－P2.7]P2是一個帶有部上拉電阻的8位雙向I/0端口。輸出時可驅(qū)動4個TTL。端口置1時，部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。對部Flash程序存儲器編程時，接收高8位地址和控制信息。在訪問外部程序和16位外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口送出高8位地址。而在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時其引腳上的容在此期間不會改變。(4)P3端口[P3.0－P3.7]P2是一個帶有部上拉電阻的8位雙向I/0端口。輸出時可驅(qū)動4個TTL。端口置1時，部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。P1－3端口在做輸入使用時，因部有上接電阻，被外部拉低的引腳會輸出一定的電流。對部Flash程序存儲器編程時，接控制信息。除此之外P3端口還用于一些專門功能，具體如表3-4所示：表3-4P3端口的功能P3引腳兼用功能P3.0串行通訊輸入（RXD）P3.1串行通訊輸出（TXD）P3.2外部中斷0（INT0）P3.3外部中斷1（INT1）P3.4定時器0輸入(T0)P3.5定時器1輸入(T1)P3.6外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通WRP3.7外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通RD5．其它的控制或復(fù)用引腳(1)ALE/PROG30訪問外部存儲器時，ALE（地址鎖存允許）的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE端仍以不變的頻率輸出脈沖信號(此頻率是振蕩器頻率的1/6)；在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，出現(xiàn)一個ALE脈沖。對Flash存儲器編程時，這個引腳用于輸入編程脈沖PROG。(2)PSEN29該引是外部程序存儲器的選通信號輸出端。當(dāng)AT89C51由外部程序存儲器取指令或常數(shù)時，每個機器周期輸出2個脈沖即兩次有效。但訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將不會有脈沖輸出。(3)EA/Vpp31外部訪問允許端。當(dāng)該引腳訪問外部程序存儲器時，應(yīng)輸入低電平。要使AT89C51只訪問外部程序存儲器（地址為0000H-FFFFH）,這時該引腳必須保持低電平，而要使用片的程序存儲器時該引腳必須保持高電平。對Flash存儲器編程時，該引腳用于施加Vpp編程電壓。Vpp電壓有兩種，類似芯片最大頻率值要根據(jù)附加的編號或芯片的特征字決定。如圖3-5所示為單片機最小系統(tǒng)圖：圖3-5單片機最小系統(tǒng)圖3.3控制模塊與轉(zhuǎn)換模塊的連接MC14433模擬電路部分有基準(zhǔn)電壓，模擬電壓輸入。模擬輸入電壓量程為199.9MV或1.9999V兩種，對應(yīng)的基準(zhǔn)電壓為+200MV和+2V。數(shù)字電路部分由邏輯控制BDC碼，輸出鎖存器，多路開關(guān)，時鐘，極性判別，溢出檢測等電路組成。才用字位動態(tài)掃描BCD碼輸出方式，即千，百，十，個位BCD碼輪流在Q0～Q3端輸出。同時，在DS1～DS4出現(xiàn)同步字位選通信號。 由于MC14433的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果是動態(tài)分時輸出的BCD碼，所以，Q0～Q3和DS1～DS4可以通過8051單片機的并行口P1或通過擴展I/O電路與其相連。MC14433與8051單片機的P2口相連的電路如圖3-6所示：圖3-6MC14433與單片機連接圖該電路采用查詢方式管理MC14433的操作。由于引腳EOC與DU連接在一起，所以MC14433能自動轉(zhuǎn)換。3.4前級放大模塊INA121儀表放大器INA121構(gòu)成的放大器與濾波電路如圖3-7所示：圖3-7INA121構(gòu)成的放大器這里通過調(diào)節(jié)R3的阻值來改變放大倍數(shù)。微弱信號V-和V+被分別放大后從INA121的第6腳輸出。雙積分A/D轉(zhuǎn)換器MC14433的輸入電壓變化圍是-2V～+2V，稱重儀模擬器的輸出電壓信號在0～12mv左右，因此放大器的放大倍數(shù)在100~200左右，可將R3接成1K的滑動變阻器，從而改變其放大倍數(shù)。由于輸入信號為直流電壓，在INA121的輸入管腳之前需接入濾波電路。3.5自動稱重模塊根據(jù)系統(tǒng)的技術(shù)要求，壓力傳感器選擇CYY-1型微量固態(tài)壓力傳感器，它是由半導(dǎo)體應(yīng)變片構(gòu)成的橋式輸入動態(tài)壓力傳感器，測量圍是0～1kg/cm^2，橋路供電電壓為6V,橋路輸出電壓最大為20mV，CYY-1型壓力傳感器的電路圖如圖3-8所示：圖3-8CYY-1型壓力傳感器圖中RP是電橋調(diào)零電位器，為連接調(diào)零電位器方便，橋路本身并未接成閉合橋路。3.6顯示模塊與控制模塊的連接本系統(tǒng)的控制模塊與顯示模塊的連接相對較簡單，主要實現(xiàn)以下功能：處理重量數(shù)據(jù)，實現(xiàn)重量的顯示，控制數(shù)碼管的顯示，具體分別如圖3-9和圖3-10所示：圖3-9顯示模塊1與控制模塊的連接圖3-10顯示模塊2與控制模塊的連接3.7本章小結(jié)本章主要對構(gòu)成整個硬件系統(tǒng)的各個元器件進(jìn)行分析，并對一些元器件之間的相互連接進(jìn)行設(shè)計，這樣的分析對整個硬件系統(tǒng)的建立大有裨益。第4章軟件系統(tǒng)的設(shè)計系統(tǒng)的軟件由三大模塊組成：主程序模塊、功能實現(xiàn)模塊和運算控制模塊。4.1主程序模塊主程序主要完成控制系統(tǒng)各部件的初始化和實現(xiàn)各功能子程序的調(diào)用，以與實際測量中各個功能模塊的協(xié)調(diào)在無外部中斷申請時，單片機通過循環(huán)對所稱物體進(jìn)行顯示。把設(shè)置鍵作為外部中斷0，以便能對數(shù)字按鍵進(jìn)行相應(yīng)處理。主程序流程圖如下圖4-1所示：開始開始調(diào)用查詢子程序?qū)⑶?百.十.個位依次放入R1.R2.R3.R4中調(diào)用顯示子程序返回圖4-1系統(tǒng)總流程圖4.2子程序模塊查詢子程序流程圖見圖4-2所示：開始P2口送入A千位選通信號DS1=1？N開始P2口送入A千位選通信號DS1=1？NY千位送入20H高4位5位P2口送入A百位選通信號DS2=1？NY百位送入20H低4位P2口送入A十位選通信號DS3=1？NY十位送入21H高4位個位送入21H低4位結(jié)束Y個位選通信號DS4=1？P2送入AN4.3中斷程序模塊圖如圖4-3為中斷服務(wù)程序流程圖：恢復(fù)現(xiàn)場進(jìn)行鍵功能散轉(zhuǎn)保護現(xiàn)場讀鍵值恢復(fù)現(xiàn)場進(jìn)行鍵功能散轉(zhuǎn)保護現(xiàn)場讀鍵值開始清除鍵存放單元開中斷，中斷返回4.3.1T0中斷程序該中斷是單片機部5S定時中斷，優(yōu)先級設(shè)為最低，但卻是最重要的子程序。在該中斷響應(yīng)中，單片機要完成A/D數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換、數(shù)值濾波、判斷是否有越限、標(biāo)度轉(zhuǎn)換處理、繼續(xù)顯示當(dāng)前重量、與額定值進(jìn)行比較，調(diào)用模糊控制子程序并輸出控制信號等功能。4.3.2T1中斷子程序T1定時中斷嵌套在T0中斷之中，其定時初值由模糊控制子程序提供，T1中斷相應(yīng)的時間用于輸出稱重儀的控制信號。4.4調(diào)零程序模塊圖該系統(tǒng)設(shè)置調(diào)零鍵，以方便調(diào)整硬件零件。使用方法是，開機后按調(diào)零鍵，系統(tǒng)進(jìn)入調(diào)零程凋序，調(diào)整調(diào)零點位齊，使顯示器顯示為零后退出。程序流程如圖4-4所示：轉(zhuǎn)換為BDC碼調(diào)顯示子程序轉(zhuǎn)換為BDC碼調(diào)顯示子程序是RETURN？恢復(fù)現(xiàn)場返回NY采樣并濾波停異步電機啟動A/D保護現(xiàn)場4.5顯示程序流程圖此系統(tǒng)是自動稱重系統(tǒng)，表現(xiàn)的是動態(tài)的乳粉落下裝入乳粉袋中的重量，使最終達(dá)到想要的重量，但此系統(tǒng)也可以單獨使用，為了使此稱重系統(tǒng)能單獨作為一個電子稱來使用，故設(shè)置該鍵。按下該鍵后可直接稱量，稱完重量后按RETURN鍵，可繼續(xù)進(jìn)行包裝稱重。程序流程如圖4-5所示：圖4-5顯示鍵程序流程圖停步進(jìn)電機保護現(xiàn)場停步進(jìn)電機保護現(xiàn)場啟動A/D采樣并濾波有校核標(biāo)志嗎？去皮重校核BDC碼轉(zhuǎn)換調(diào)顯示子程序是RETURN？恢復(fù)現(xiàn)場返回NYNY該鍵的作用即終止程序的運行，當(dāng)按下此鍵后系統(tǒng)的程序結(jié)束運行，要想繼續(xù)使用此系統(tǒng)中的程序，只有按RETURN鍵。程序如圖4-6所示：停異步電機是RETURN？停異步電機是RETURN？返回NY4.7顯示總數(shù)程序流程圖當(dāng)所有稱重工作結(jié)束后，按下該鍵后會顯示系統(tǒng)的累計乳粉袋數(shù)，程序流程如圖4-7所示：BDC碼轉(zhuǎn)換調(diào)顯示子程序BDC碼轉(zhuǎn)換調(diào)顯示子程序是RETURN？恢復(fù)現(xiàn)場返回NY保護現(xiàn)場4.8本章小結(jié)本章主要對本設(shè)計的軟件部分進(jìn)行分析，良好的軟件部分設(shè)計也是整個系統(tǒng)設(shè)計成功的必要因素之一。第5章系統(tǒng)測試本設(shè)計已經(jīng)基本達(dá)到了設(shè)計要求。通過研究，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)浮動誤差的根本原因是：儀表放大模塊的濾波電路中電容的精度不高和系統(tǒng)抗干擾能力較弱。但由于實驗室不能提供較高精度的電容，所以本系統(tǒng)的精度只限于目前的程度。所以決定系統(tǒng)精確性最根本的因素就是系統(tǒng)本身所具有的抗干擾能力。在微機應(yīng)用于工業(yè)控制中，由于控制現(xiàn)場環(huán)境惡劣，情況復(fù)雜，因此必須考慮系統(tǒng)的抗干擾能力，以適應(yīng)現(xiàn)場控制的需要。乳粉包裝自動稱重系統(tǒng)的單片機部分放置于現(xiàn)場，在現(xiàn)場中由于強電磁干擾，電網(wǎng)干擾，空間干擾等，以與大量的粉塵等導(dǎo)體，使主機系統(tǒng)的工作環(huán)境變的很惡劣[19]。因此，在系統(tǒng)設(shè)計和制造過程中，考慮到系統(tǒng)的抗干擾性能的要求，從硬件和軟件上都設(shè)法提高系統(tǒng)的抗干擾能力，使系統(tǒng)充分適用于現(xiàn)場的要求，保證系統(tǒng)的可靠性。5.1硬件抗干擾的設(shè)計各種干擾是機電一體化系統(tǒng)和裝置出現(xiàn)瞬時故障的主要原因。干擾的抑制要從干擾源、傳播途徑、接收器三個方面入手。因此，在系統(tǒng)設(shè)計中，應(yīng)盡可能避開干擾源，并針對不同的干擾源，對耦合通道采取有效的方法。干擾竄入系統(tǒng)的渠道有三種，即空間干擾，過程干擾，和供電系統(tǒng)的污染。一般常用的抗干擾措施有合理布置電源、屏蔽干擾源、隔離、濾波、接地等。5.2電源的干擾以與抑制措施任何電源與輸電線路都存在阻，這些阻就會引起電源的噪聲干擾。由于電源是整個系統(tǒng)運行的基礎(chǔ)，并且危害最嚴(yán)重的干擾源是電源的污染。電源性能的好壞在很大程度上將直接影響整個系統(tǒng)的可靠運行。由于工業(yè)控制計算機的電源都接自電網(wǎng)，故由于現(xiàn)場的用電情況復(fù)雜。如電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定，對計算機系統(tǒng)造成很大的干擾，干擾微機系統(tǒng)的正常工作，因此，系統(tǒng)選用帶恒溫的高精度基準(zhǔn)的電源，并對此電源的輸出電源進(jìn)行預(yù)穩(wěn)壓，這樣有效的保證了系統(tǒng)的抗干擾能力和A/D轉(zhuǎn)換精度。5.3空間干擾的防御措施空間干擾主要是指電磁場在線路、導(dǎo)線、殼體上的輻射、吸收與調(diào)制。對外來的空間干擾，主要的措施是屏蔽用金屬殼體，并將機殼接地，起封閉金屬罩的作用，對共膜干擾有較強的抑制作用，在布線時，注意模擬地和數(shù)字地分開，最后經(jīng)一點接入。將電源布置的盡可能粗，并使電源、地線的走向與數(shù)據(jù)傳遞方向盡可能一致，以增強抗噪聲能力?？偟膩碚f，該方案設(shè)計的稱重控制系統(tǒng)，電路簡單，成本較低，工作可靠；并且該自動稱重系統(tǒng)還實現(xiàn)了可視化，其界面直觀，便于使用，從而杜絕不真實計量現(xiàn)象，維護企業(yè)和客戶的利益。5.4本章小結(jié)本章對可能影響系統(tǒng)精確度的因素進(jìn)行分析，并相繼的提出提高系統(tǒng)精確度的方法，這樣才能最好的解決系統(tǒng)精度低的問題。第6章設(shè)計方案評價此次系統(tǒng)以單片機AT89C51為控制部件，稱重儀模擬信號為輸入信號,通過前級放大器,雙積分A/D轉(zhuǎn)換器,把轉(zhuǎn)換后的BCD碼送入AT89C51中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,最后在數(shù)碼管上顯示.系統(tǒng)的精度基本達(dá)到了要求。6.1硬件部分設(shè)計評價本設(shè)計硬件具有簡單化，且可靠性強等優(yōu)點；但由于實驗室提供的電容精度不夠高以與各種干擾對整個系統(tǒng)的影響，導(dǎo)致了系統(tǒng)具有一定的浮動誤差，若把放大模塊中的電容換成高精度的電容以與增強系統(tǒng)本身的抗干擾能力，系統(tǒng)的精度也必然會提高。6.2軟件部分設(shè)計評價本次軟件設(shè)計我們采用模塊化編程，思路清晰，使程序簡潔、可移植性強。但是在程序編寫方面，沒有對系統(tǒng)進(jìn)行具體的優(yōu)化。這就需要我們針對所選硬件外設(shè)對系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的優(yōu)化工作，確保工藝控制的最優(yōu)化。本設(shè)計的目的不僅僅是溫度控制本身，主要提供了單片機外圍電路與軟件包括控制算法設(shè)計的思想，應(yīng)該說，這種思想比控制系統(tǒng)本身更為重要。6.3本章小結(jié)本章主要對整個系統(tǒng)設(shè)計方案進(jìn)行分析評價，并最終使自己更好的了解自己所做設(shè)計的優(yōu)缺利弊，從而使自己更好的學(xué)習(xí)一些基于單片機方面的知識。結(jié)論乳粉包裝自動稱重系統(tǒng)實現(xiàn)了自動的原理，也就是在系統(tǒng)中應(yīng)用電動機、單片機、還有部程序的共同作用，使乳粉從落粉槽中落下，在各種部結(jié)構(gòu)的控制下，看一袋乳粉的重量是否達(dá)到預(yù)期的重量，如果達(dá)到則通過傳送帶傳送出去進(jìn)行下一袋乳粉的自動稱重；否則將次品袋作丟棄處理。此過程中重量的調(diào)節(jié)有粗調(diào)和細(xì)調(diào)，分別有兩臺電動機與部程序控制完成。步進(jìn)電機實現(xiàn)粗調(diào)的目的，當(dāng)乳粉的重量接近預(yù)期重量的時候，就要停止步進(jìn)電機的運行轉(zhuǎn)為用異步電機實現(xiàn)細(xì)調(diào)的階段，直到一袋乳粉的重量等于我們想要的重量為止。本設(shè)計的任務(wù)是設(shè)計一種稱重控制系統(tǒng)，究其實質(zhì)是一個嵌入式應(yīng)用軟件的開發(fā)。通過了解現(xiàn)階段各個領(lǐng)域中稱重控制系統(tǒng)的應(yīng)用方案以與使用場合，國外嵌入式發(fā)展的現(xiàn)狀，對比各種嵌入式處理器的性能和結(jié)構(gòu)，最終選擇了基于C51單片機的嵌入式控制系統(tǒng)。本文采用單片機AT89C51性價比高，硬件設(shè)計簡潔，整個控制系統(tǒng)通過設(shè)置的參數(shù)，根據(jù)單片機自動修正啟動稱重控制裝置，調(diào)整滿足現(xiàn)場需要，同時可通過數(shù)碼顯示，清楚的觀測到稱重值，超過限定值進(jìn)行中斷處理。此套裝置實施方便、可靠。要完成一個好的設(shè)計方案，需要對用戶提出的需求有一個清楚的認(rèn)識，針對用戶的需求指定系統(tǒng)硬件外設(shè)和編寫程序，并且細(xì)化程序，使軟件最大程度地發(fā)揮系統(tǒng)功能。信息時代的高速發(fā)展使得嵌入式產(chǎn)品獲得了巨大的發(fā)展空間和機遇，相信在未來的發(fā)展中，會有越來越多的行業(yè)、越來越廣泛的場合使用嵌入式設(shè)備，使嵌入式產(chǎn)品得到長足的發(fā)展。致本次設(shè)計是在我的導(dǎo)師澤的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。她嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵著我。從課題的選擇到項目的最終完成，老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。兩年多來，學(xué)院的很多老師不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時還在思想、生活上給我以無微不至的關(guān)懷，在此謹(jǐn)向老師與其他老師致以誠摯的意和崇高的敬意。在此，我還要感在一起愉快的度過大學(xué)四年求學(xué)生活的電氣0722各位同學(xué)們，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個一個的困難和疑惑，直至本文的順利完成。特別感我的舍友們，他們對本課題做了不少工作，給予我不少的幫助。在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的意！最后我還要感培養(yǎng)我長大含辛茹苦的父母，你們！參考文獻(xiàn)1周航慈.單片機應(yīng)用程序設(shè)計技術(shù).航空航天大學(xué),2002.2朝青.單片機原理與接口技術(shù).1999,209～210.3龍三.8051單片機C語言控制與應(yīng)用.1999.4薛棟梁.單片機原理與應(yīng)用.2001,254～265.5王瓊.單片機原理與應(yīng)用實驗教程.工業(yè)大學(xué),2005.6建華.單片機應(yīng)用的系統(tǒng)設(shè)計與產(chǎn)品開發(fā).人民郵電,2004.7悅.單片機在智能充電器中的應(yīng)用.1999,22(6):725～729.8金燕.門式起重機用電子吊秤系統(tǒng)的設(shè)計.2001,18(5):55～58.9霍愛清.基于89C51單片機的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計.2001,18(6):10～12.10閻石.數(shù)字電子枝術(shù)基礎(chǔ).1995.11紅衛(wèi).基于單片機的智能系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn).電子工業(yè),2005.12聶毅.宏匯編語言程序設(shè)計教程.電子工業(yè),1998.13文龍.單片機原理與應(yīng)用.1998. 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英特爾4004芯片通過將所有的電腦系統(tǒng)（即中央處理單元，存儲器，輸入和輸出控制）都集中在一塊集成電板上而使電腦芯片越來越小。

這些也都使得人類對非生命性物質(zhì)的智能化處理成為了可能。英特爾的歷史1968年，

正在為Fairchild半導(dǎo)體公司工作的鮑勃諾伊斯和戈登摩爾兩個工程師工作的并不快樂，因此他們準(zhǔn)備離開公司去創(chuàng)造屬于他們自己的公司，而當(dāng)時Fairchild的許多員工也都紛紛離開公司去尋求更好的出路。

諾伊斯和摩爾人喜歡被昵稱為“Fairchildren”。鮑勃?諾伊斯自己寫了一網(wǎng)頁關(guān)于他想要創(chuàng)辦的新公司的構(gòu)思，而這些構(gòu)思也足已說服舊金山風(fēng)險資本家羅克參與到諾伊斯和摩爾的新公司創(chuàng)建中。而事實上羅克在不到兩天就賺了$250萬美元。一個芯片是否能具有12種功能1969年年底，一位來自日本的潛在客戶Busicom預(yù)定了12種特制的電腦芯片。

而這些具有鍵盤掃描，顯示控制，打印機控制與其他功能的芯片都被運用在Busicom制造的計算器。雖然英特爾沒有適合做這項工作的人才，但他們確能提出一個關(guān)于這項工作的解決方案。

英特爾工程師泰德霍夫覺得英特爾可以制作出具有12項功能的芯片。

最終英特爾和Busicom在共同資助新的可編程，多用途邏輯芯片上達(dá)成了協(xié)議。作為新型芯片的程序編寫員，費德里科Faggin領(lǐng)導(dǎo)了這個新型芯片設(shè)計團隊，當(dāng)然泰德霍夫和斯坦Mazor也在這個團隊中。

九個月后，一項革命性的成果誕生了，它填補了之前芯片的一些不足之處。巧妙的是，英特爾決定以40046萬美元回購Busicom的設(shè)計和銷售權(quán)。

次年Busicom變破產(chǎn)了，他們生產(chǎn)的產(chǎn)品從未使用過4004芯片。

英特爾又提出了一個聰明的市場營銷計劃，以鼓勵促進(jìn)4004芯片的應(yīng)用開發(fā)，這也使得4004芯片在幾個月之便得到了人們的廣泛使用。英特爾4004微處理器4004是世界上第一個通用的微處理器。

在60年代后期，許多科學(xué)家曾討論過微型計算機的可能性，但幾乎所有人都認(rèn)為，集成電路技術(shù)還沒有到達(dá)這一成熟地步。但英特爾的TedHoff的并不這樣認(rèn)為，他認(rèn)為新的硅門控MOS技術(shù)可以使單芯片CPU（中央處理單元）的制造成為可能，因此他也就成為史上有這前衛(wèi)意識的第一人。霍夫和英特爾開發(fā)團隊在一個只有4毫米長3毫米寬的電腦部安裝了超過2300個的晶體管。

憑借其4位CPU，命令寄存器，譯碼器，解碼控制，控制的機器的命令和臨時登記的監(jiān)測，4004是一個一個小的發(fā)明啦！

今天的64位微處理器仍然是基于類似的設(shè)計，微處理器仍然是最復(fù)雜的大規(guī)模生產(chǎn)的產(chǎn)品，它機超過550萬個晶體管，并進(jìn)行著每秒超過幾億次的計算量，而且這種微處理器肯定會更新淘汰的很快。單片機構(gòu)架他的NVIDIAnForce媒體與通訊處理器（MCP）為桌面提供了先進(jìn)的技術(shù)和無與倫比的性能，移動和專業(yè)系統(tǒng)，并繼續(xù)在平臺技術(shù)NVIDIA傳統(tǒng)的行業(yè)處于領(lǐng)先地位。

降低延遲：

比于一樣的功能雙芯片，單芯片NVIDIA架構(gòu)提供了一種固有的性能優(yōu)勢相。

除了整體延遲降低，NVIDIAnForceMCP也顯著提高者設(shè)備的吞吐量。

極快的專用HyperTransport連接讓與CPU的NVIDIAMCP的通信速度高達(dá)8.0GBps，保證了充足的系統(tǒng)帶寬。

當(dāng)多個設(shè)備同時運行或用于支持高帶寬設(shè)備時，這種技術(shù)是十分有利的。設(shè)計效率：相比于目前市場上現(xiàn)有的0.22微米的產(chǎn)品，NVIDIA公司推出的單芯片架構(gòu)采用0.15微米工藝技術(shù)。

該技術(shù)提供了與眾不同的效果和集成功能：簡化了電路板布局和更多的功能空間板和附加芯片組，并降低了功耗和消耗的熱量，簡化了庫存管理和成本。先進(jìn)的技術(shù)特點：

建的NVIDIARAID技術(shù)，提供了優(yōu)化的系統(tǒng)的性能。

NVIDIA公司提供了用于解決臺式機和工作站的性能的最好解決方案。

此外，處理器的NVIDIAnForce解決方案提供了支持最新圖片的功能。

AVR單片機關(guān)于這方面最好的例子便是AVR單片機了。AVR核具有豐富的指令集和32個通用工作寄存器。所有的寄存器都直接與算邏單元(ALU)相連接，使得一條指令可以在一個時鐘周期同時訪問兩個獨立的寄存器。這種結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率，并且具有比普通的CISC微控制器最高至10倍的數(shù)據(jù)吞吐率。ATmega8有如下特點:8K字節(jié)的系統(tǒng)可編程Flash(具有同時讀寫的能力，即RWW)，512字節(jié)EEPROM，1K字節(jié)SRAM，32個通用I/O口線，32個通用工作寄存器，三個具有比較模式的靈活的定時器/計數(shù)器(T/C),片/外中斷，可編程串行USART，面向字節(jié)的兩線串行接口，10位6路(8路為TQFP與MLF封裝)ADC，具有片振蕩器的可編程看門狗定時器，一個SPI串行端口，以與五種可以通過軟件進(jìn)行選擇的省電模式。工作于空閑模式時CPU停止工作，而SRAM、T/C、SPI端口以與中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作；掉電模式時晶體振蕩器停止振蕩，所有功能除了中斷和硬件復(fù)位之外都停止工作；在省電模式下，異步定時器繼續(xù)運行，允許用戶保持一個時間基準(zhǔn)，而其余功能模塊處于休眠狀態(tài)；ADC噪聲抑制模式時終止CPU和除了異步定時器與ADC以外所有I/O模塊的工作，以降低ADC轉(zhuǎn)換時的開關(guān)噪聲；Standby模式下只有晶體或諧振振蕩器運行，其余功能模塊處于休眠狀態(tài)，使得器件只消耗極少的電流，同時具有快速啟動能力。本芯片是以Atmel高密度非易失性存儲器技術(shù)生產(chǎn)的。片ISPFlash允許程序存儲器通過ISP串行接口，或者通用編程器進(jìn)行編程，也可以通過運行于AVR核之中的引導(dǎo)程序進(jìn)行編程。引導(dǎo)程序可以使用任意接口將應(yīng)用程序下載到應(yīng)用Flash存儲區(qū)(ApplicationFlashMemory)。在更新應(yīng)用Flash存儲區(qū)時引導(dǎo)Flash區(qū)(BootFlashMemory)的程序繼續(xù)運行，實現(xiàn)了RWW操作。通過將8位RISCCPU與系統(tǒng)可編程的Flash集成在一個芯片，ATmega8成為一個功能強大的單片機，為許多嵌入式控制應(yīng)用提供了靈活而低成本的解決方案。ATmega8具有一整套的編程與系統(tǒng)開發(fā)工具，包括：C語言編譯器、宏匯編、程序調(diào)試器/軟件仿真器、仿真器與評估板。但由于單片機對成本是敏感的，所以目前占統(tǒng)治地位的軟件還是最低級匯編語言，它是除了二進(jìn)制機器碼以上最低級的語言了，既然這么低級為什么還要用呢？很多高級的語言已經(jīng)達(dá)到了可視化編程的水平為什么不用呢？原因很簡單，就是單片機沒有家用計算機那樣的CPU，也沒有像硬盤那樣的海量存儲設(shè)備。一個可視化高級語言編寫的小程序里面即使只有一個按鈕，也會達(dá)到幾十K的尺寸！對于家用PC的硬盤來講沒什么，可是對于單片機來講是不能接受的。單片機在硬件資源方面的利用率必須很高才行，所以匯編雖然原始卻還是在大量使用。一樣的道理，如果把巨型計算機上的操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件拿到家用PC上來運行，家用PC的也是承受不了的?？梢哉f，二十世紀(jì)跨越了三個“電”的時代，即電氣時代、電子時代和現(xiàn)已進(jìn)入的電腦時代。不過，這種電腦，通常是指個人計算機，簡稱PC機。它由主機、鍵盤、顯示器等組成。還有一類計算機，大多數(shù)人卻不怎么熟悉。這種計算機就是把智能賦予各種機械的單片機（亦稱微控制器）。顧名思義，這種計算機的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進(jìn)行簡單運算和控制。因為它體積小，通常都藏在被控機械的“肚子”里。它在整個裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個裝置就癱瘓了?，F(xiàn)在，這種單片機的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實時工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機，就能起到使產(chǎn)品升級換代的功效，常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞——“智能型”，如智能型洗衣機等?，F(xiàn)在有些工廠的技術(shù)人員或其它業(yè)余電子開發(fā)者搞出來的某些產(chǎn)品，不是電路太復(fù)雜，就是功能太簡單且極易被仿制。究其原因，可能就卡在產(chǎn)品未使用單片機或其它可編程邏輯器件上。單片機的應(yīng)用目前單片機滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機、攝像機、全自動洗衣機的控制，以與程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。更不用說自動控制領(lǐng)域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械以與各種智能機械了。因此，單片機的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計算機應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師。單片機廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理與過程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個疇：1.在智能儀器儀表上的應(yīng)用單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。采用單片機控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強大。例如精密的測量設(shè)備（功率計，示波器，各種分析儀）。這里面最好的例子便是電子秤了。現(xiàn)代社會的發(fā)展對其稱重技術(shù)提出了更高的要求。目前，臺式電了秤在商業(yè)貿(mào)易中的使用已相當(dāng)普遍，但存在較大的局限性：體積大、成本高、需要工頻交流電源供應(yīng)、攜帶不便、應(yīng)用場所受到制約。但是在工業(yè)測量中還沒有讓人們期待的電子秤出現(xiàn)。多年來，人們一直期待測量準(zhǔn)確、價格低廉的在工業(yè)發(fā)展中起到巨大作用的電子秤投放市場。目前國際化的趨勢是電子秤向小型化，模塊化，集成化，智能化，其技術(shù)性能趨向于速率高，準(zhǔn)確度高，穩(wěn)定性該，可靠性高等，其功能趨向是稱重計量的控制信息和非控制信息并重的智能化電子秤。2.在工業(yè)控制中的應(yīng)用用單片機可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報警系統(tǒng)，與計算機聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等。3.在家用電器中的應(yīng)用可以這樣說，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機控制，從電飯煲、洗衣機、電冰箱、空調(diào)機、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備，五花八門，無所不在。4.在計算機網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)代的單片機普遍具備通信接口，可以很方便地與計算機進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計算機網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實現(xiàn)了單片機智能控制，從手機，機、小型程控交換機、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動，集群移動通信，無線電對講機等。5.單片機在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用單片機在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機，各種分析儀，監(jiān)護儀，超聲診斷設(shè)備與病床呼叫系統(tǒng)等等。6.在各種大型電器中的模塊化應(yīng)用某些專用單片機設(shè)計用于實現(xiàn)特定功能，從而在各種電路中進(jìn)行模塊化應(yīng)用，而不要求使用人員了解其部結(jié)構(gòu)。如音樂集成單片機，看似簡單的功能，微縮在純電子芯片中（有別于磁帶機的原理），就需要復(fù)雜的類似于計算機的原理。如：音樂信號以數(shù)字的形式存于存儲器中（類似于ROM），由微控制器讀出，轉(zhuǎn)化為模擬音樂電信號（類似于聲卡）。在大型電路中，這種模塊化應(yīng)用極縮小了體積，簡化了電路，降低了損壞、錯誤率，也方便于更換。7.單片機在電子設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用單片機在各種電子中的應(yīng)用非常廣泛，例如汽車中的發(fā)動機控制器，基于CAN總線的汽車發(fā)動機智能電子控制器，GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，abs防抱死系統(tǒng)，制動系統(tǒng)等等。此外，單片機在工商，金融，科研、教育，國防航空航天等領(lǐng)域都有著十分廣泛的用途。在這方面最好的例子便是單片機在先進(jìn)液晶電視控制器當(dāng)中的運用。一、能量回饋單元工作原理在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)電機的負(fù)載是位能式負(fù)載如：油田抽油機、礦用提升機等；或大慣量負(fù)載如：風(fēng)機、水泥制管、動平衡機等；以與軋鋼機、大型龍門刨床、機床主軸等需要快速制動類負(fù)載時，電機都不可避免地存在發(fā)電過程，即電機轉(zhuǎn)子在外力的拖動或負(fù)載自身轉(zhuǎn)動慣量的維持下，使得電機的實際轉(zhuǎn)速大于變頻器輸出的同步轉(zhuǎn)速，電機所發(fā)出的電能將會儲存在變頻器的直流母線濾波電容中，如果不把這部分能量消耗掉，那么直流母線電壓就會迅速升高，影響變頻器的正常工作。能量回饋單元，通過自動檢測變頻器的直流母線電壓，將變頻器的直流環(huán)節(jié)的直流電壓逆變成與電網(wǎng)電壓同頻同相的交流電壓，經(jīng)多重噪聲濾波環(huán)節(jié)后連接到交流電網(wǎng)，從而達(dá)到能量回饋電網(wǎng)的目的，回饋到電網(wǎng)的電能達(dá)到發(fā)電能量的97%以上，有效節(jié)省電能。二、能量回饋單元注意事項2.1、能量回饋單元與與其相連接的設(shè)備部都有危與人身安全的高壓，錯誤的操作或不當(dāng)?shù)陌惭b可能會導(dǎo)致人身財產(chǎn)的損失，因此建議由受過專門訓(xùn)練的人員安裝操作。2.2、安裝和接線時，為確保安全，請務(wù)必將能量回饋單元和與其相連的變頻器電源全部斷開，并且等待5—10分鐘，待變頻器部電容上儲存的電能全部放電完畢后，才可操作。2.3、能量回饋單元與變頻器的距離盡可能靠近，最遠(yuǎn)不要超過2米。2.4、由于能量回饋單元部的特殊設(shè)計，使得用戶可以不考慮電網(wǎng)的相序，即：能量回饋單元的A、B、C接線端子不用與電網(wǎng)的A、B、C或變頻器的輸入R、S、T一一對應(yīng)。但是接線時要求能量回饋單元的A、B、C端子