自动分选称的系统设计

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1、山东大学自考毕业设计（本科）山东英才学院毕业设计题 目 电子分选称的系统设计专 业 机电一体化姓 名 毕志伟指导教师 袁向荣2010 年12 月15 日2目 录第一章 概述 1.1 设计内容和任务1.2 工作原理及组成1.3 本论文的结构安排第二章 电子称的研究目的、意义及研究现状2.1 研究目的及意义2.2国内外的研究现状第三章 系统实现方案及论证3.1 系统实现方案 3.2 方案可行性论证3.3 具体实施方案简介第四章 系统硬件设计 4.1 机械部分的设计 4.2 ADC0809芯片4.3 AT89C51单片机第五章 控制系统的总体设计5.1 主程序 5.2 子程序总结致谢参考文献摘 要在

2、现有电子分选称的基础上，对其测控系统进行了重新设计,该系统为单片机控制。在保持原有测控功能的前提下，操作更加灵活、简便，降低了设备成本。该单片机测控系统以AT89C51为核心，配以称重传感器、输入键盘、输出显示等几个部分。工作时，由电机驱动输送链轮将成品送入输送道，通过安装在输送道下的压力传感器检测成品重量，将成品的重量信号转换为模拟的电压信号，模拟电压信号先经过信号调理电路放大、滤波，再经A/D转换器模数转换后，送入以AT89C51为核心的主机电路进行数据处理。当主机采集到代表成品重量的数字信号时，系统软件对信号进行运算和判断，得出成品是否合格,向相应分选开关发出开关量信号，这里，开关量信号

3、必须通过软件延时，确保成品到达分选口时，电磁阀才将分选开关打开，从而使得不合格成品准确地落入相应的分选容器中，从而剔除不合格成品。最终实现对成品的动态称重和实时分选控制。该测控系统设计方案合理可行，操作简便灵活；能够预先设置分选等级，实现多种产品的分选，具有较好的通用性和灵活性。 关键词: 单片机；电子称量；成品分选；检测系统AbstractIn the existing electronic sorting says, on the basis of its redesigned the measurement and control system, the system for singl

4、e-chip microcomputer control. In keep original under the premise of measurement and control functions, operating more flexible, simple and reduce the equipment cost. The microcontroller measure-control system USES AT89C51 as core, match with weighing transducer, input/outputkeyboard display several

5、parts. Work, driven by A motor transport sprocket the finished into conveying word, by installing in transmission way under pressure sensor detects the finished product weight, weight signals are converted to simulate voltage signal and simulation voltage signal after signal regulate circuit amplifi

6、cation, filtering, then after A/D converter frequency-field, to USES AT89C51 as core host circuit data processing. When a host acquisition to represent finished the weight of the digital signal, the system software to signal calculations and judgment, draw the finished product, if they are qualified

7、 to corresponding sorting switch switch quantity issued signals, here, switch quantity signals must through software delay, ensure products reach sorting mouth, electromagnetic valve will sorting switch, thus make the non-conformity goods accurately fall into the corresponding sorting containers, th

8、ereby eliminating unqualified products. Finally realize for the finished products of dynamic weighting and real-time sorting control. The measurement and control system design scheme is rational and feasible, simple operation flexibility, Can a preset level to achieve a variety of product.Keywords:

9、SCM, Electronic weighing, Finished sorting, Detection system第一章 概述1.1 设计内容及任务1.在温度、压力、流量、机械量（含位移、速度、加速度等）、液位、组分、成等常见参数中，选择有工程应用价值的一个或几个参数作为本课程设计要构造的检测系统的被测参数。本文选取压力这一参数。2.初步拟定技术方案，经与指导老师协商并经老师同意后展开具体的系统设计。3.合理选择传感器的种类与型号。4.正确选择或设计电子分选称各部分电路（包括放大电路、低通滤波电路A/D转换电路和显示部分电路）。5.按机械制图标准绘制机械装配图（A0）、电气原理图各一张。

10、学会正确使用各种设计手册、国家标准、设计规范等。1.2工作原理及组成系统的工作原理是：称重传感器的输出信号经处理后输入到单片机，单片机判断后输出信号到执行机构，检测物体的重量，把重量不在设定范围内的物体剔除。系统由软件和硬件两大部分组成。电气部分的设计可以采用单片机AT89C51 ，包括称重传感器、放大、A/D转换、输入键盘、输出显示部分等。机械部分的设计多采用金属材质，包括整体支架、动力模块、传送模块和分选模块。1.3本论文的结构安排 本文的结构安排如下： 第一章 明确了设计内容和任务，介绍了工作原理及组成，说明了本论文的结构安排。 第二章 简单介绍了本课题电子称的研究背景、研究目的、意义及

11、国内外的研究状况。 第三章 系统方案设计，本章主要内容是电子分选称的方案设计，首先是对整体的方案进行选择与设计，再针对各个模块（传感器模块、放大模块、A/D转换模块、输入输出模块）进行具体的方案论证及设计。第四章 系统硬件设计，在选定各个模块的方案中，对方案的用到的主要芯片进行简单功能介绍及应用，并且给出了本次电路设计的具体电路图。第五章 系统软件设计，本章主要是介绍电子称的软件设计，给出了本次设计的主程序流程图及一些模块的子程序图。第二章 电子称的研究目的、意义及现状 2.1电子称的研究目的及意义称重技术自古以来就被人们所重视，作为一种计量手段，广泛应用于工农业、科研、交通、内外贸易等各个领

12、域，与人民的生活紧密相连。电子秤是电子衡器中的一种，衡器是国家法定计量器具，是国计民生、国防建设、科学研究、内外贸易不可缺少的计量设备，衡器产品技术水平的高低，将直接影响各行各业的现代化水平和社会经济效益的提高。称重装置不仅是提供重量数据的单体仪表，而且作为工业控制系统和商业管理系统的一个组成部分，推进了工业生产的自动化和管理的现代化。 先进精密的电子分选称必将缩短作业时间、改善操作条件、降低能源和材料的消耗、提高产品质量以及加强企业管理、改善经营管理。称重装置的应用已遍及到国民经济各领域，取得了显著的经济效益。电子秤是称重技术中的一种新型仪表，广泛应用于各种场合。电子秤与原有的机械秤相比较有

13、体积小、重量轻、结构简单、价格低、实用价值强、维护方便等特点，可在各种环境工作，重量信号可远传，易于实现重量显示数字化，易于与计算机联网，实现生产过程自动化，提高劳动生产率。例如标签秤在超市中的应用已经是耳闻目睹的了。一张小小的标签包含着：品名、价格、重量等，一一列表在这小小的电子标签上。标签机的使用大大加快了销售速度，也方便了顾客。顶尖条码标签称有着许多卓越的特点，以太网功能使管理更加方便。因此，称重技术的研究和衡器工业的发展各国都非常重视。50年代中期电子技术的渗入推动了衡器制造业的发展。60年代初期出现机电结合式电子衡器以来，随着时代科技的迅猛发展，微电子学和计算机等现代电子技术的成就给

14、传统的电子测量与仪器带来了巨大的冲击和革命性的影响。经过40多年的不断改进与完善，衡器技术也在不断进步和提高。从世界水平看，衡器技术已经经历了四个阶段，从传统的全部由机械元器件组成的机械称到用电子线路代替部分机械元器件的机电结合秤，再从集成电路式到目前的单片机系统设计的电子计价秤。我国电子衡器从最初的机电结合型发展到现在的全电子型和数字智能型。现今电子衡器制造技术及应用得到了新发展：电子称重技术从静态称重向动态称重发展；计量方法从模拟测量向数字测量发展；测量特点从单参数测量向多参数测量发展。常规的测试仪器仪表和控制装置被更先进的智能仪器所取代，使得传统的电子测量仪器在远离、功能、精度及自动化水

15、平定方面发生了巨大变化，并相应的出现了各种各样的智能仪器控制系统，使得科学实验和应用工程的自动化程度得以显著提高。2.2国内外电子称 随着第二次世界大战后的经济繁荣，为了把称重技术引入到生产工艺过程中去，我们对称重技术提出了新的要求，希望称重过程自动化，为此电子技术渗入衡器制造业。在1954年使用了带新式打印机的倾斜式秤，其输出信号能控制商用结算器，并且用电磁铁机构与人工操作的按键与办公机器联用。在1960年开发出了与衡器相联的专门称重值打印机。当时带电子装置的衡器其称量工作是机械式的，但与称量有关的显示、记录、远传式控制器等功能是电子方式的。电子称的发展过程与其他事物一样，也经历了由简单到复

16、杂、又粗糙到精密、由机械到机电结合再到全电子化、由单一功能到多功能的过程。特别是近30年以来，工艺流程中的现场称重、配料定量称重、以及产品质量的监测等工作，都离不开能输出信号的电子衡器。这是由于电子衡器不仅给出质量或重量信号，而且也能作为总系统中的一个单元承担着控制和检验功能，从而推进工业生产和贸易交往的自动化和合理化。近年来电子称已愈来愈多地参与到数据的处理和控制过程中。现代称重技术和数据系统已经成为工艺技术、储运技术、预包装技术、收货业务及商业销售领域中不可或缺的组成部分。随着称重传感器各项性能的不断突破，为电子称的发展奠定了基础，国外如美国、西欧等一些国家在20世纪60年代就出现了0.1

17、%称量准确度的电子称，并在70年代中期约对75%的机械称进行了机电结合式改造。我国的衡器在20世纪40年代以前还全是机械式的，40年代开始发展了机电结合式的衡器。50年代开始出现了以称重传感器为主的电子衡器。80年代以来，我国通过自行研究引进消化吸收和技术改造。已由传统的机械式衡器步入集传感器、微电子技术、计算机技术与一体化的电子衡器发展阶段。目前，由于电子衡器具有称量快、读数方便、能在恶劣条件下工作、便于与计算机技术相结合而实现称重技术和过程控制的自动化特点，已被广泛应用于工矿企业、能源交通、商业贸易和科学技术等各个部门、随着称重传感器技术以及超大规模集成电路和微处理器的进一步发展，电子称重

18、技术及其应用范围将更进一步的发展，并被人们越来越重视。电子衡器产品量大面广、种类繁多，从通用的各种规格的电子称到大型的电子称重系统，从单纯的称重、计价到生产过程检测系统的一个测量控制单元，其应用领域不断地扩大。根据近些年来电子称重技术和电子衡器的发展情况及电子衡器市场的需求，电子称的发展动向为：小型化、模块化、智能化、集成化；其技术性能趋向于速率高、准确度高、可靠性高；其应用性趋向综合性、组合性。第三章 系统的实现方案及论证3.1系统总体实现方案本设计由以下六部分组成：应变式压力传感器、放大器、A/D转换、单片机、显示模块、4X4键盘和执行模块。如图3.1所示。压力传感器放大器A/D转换显示模

19、块4X4键盘执行模块AT89C51图3.1硬件设计框图由电阻应变式传感器感受被测物体的质量（称重传感器），通过电桥输出电压信号，通过放大电路将输出信号放大，而后送入A/D转换单元进行模数转换，将转换后的数字信号送给单片机；单片机接收数据后，对数据进行处理，将其转换为对应的重量信息，送液晶显示模块进行显示。单片机同时也可以进行去皮调零操作，因此单片机还需查寻键盘是否有输入，执行相应的功能。传感器：传感器的定义：能感受规定的被测量，并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。通常传感器由敏感元件和转换元件组成。其中敏感元件指传感器中能直接感受被测量的部分，转换部分指传感器中能将敏感元件输出量转换

20、为适于传输和测量的电信号部分。现代科技的快速发展使人类社会进入了信息时代，在信息时代人们的社会活动将主要依靠对信息资源的开发和获取、传输和处理，而传感器处于自动检测与控制系统之首，是感知获取与检测信息的窗口；传感器处于研究对象与测控系统的接口位置，一切科学研究和生产过程要获取的信息，都要通过它转换为易传输与处理的电信号。因此，传感器的地位与作用特别重要。传感器的作用是人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。而单靠人们自身的感觉器官，在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。为适应这种情况，就需要传感器。因此可以说，传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。 传感器早已渗透到诸

21、如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。 传感器的静态特性是指对静态的输入信号，传感器的输出量与输入量之间所具有相互关系。因为这时输入量和输出量都和时间无关，所以它们之间的关系，即传感器的静态特性可用一个不含时间变量的代数方程，或以输入量作横坐标，把与其对应的输出量作纵坐标而画出的特性曲线来描述。表征传感器静态特性的主要参数有：线性度、灵敏度、迟滞、重复性、漂移等。传感器动态特性是指传感器在输入变化时，它的输出的特

22、性。在实际工作中，传感器的动态特性常用它对某些标准输入信号的响应来表示。这是因为传感器对标准输入信号的响应容易用实验方法求得，并且它对标准输入信号的响应与它对任意输入信号的响应之间存在一定的关系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的标准输入信号为阶跃信号和正弦信号两种，所以传感器的动态特性也常用阶跃响应和频率响应来表示。称重传感器在选用时要考虑到很多因素，实际的使用当中我们主要从下列几个因素考虑。另外，称重传感器的灵敏度、最大分度数、最小检定分度值等也是传感器选用中必须考虑的指标。(1)传感器的数量和量程 传感器数量的选择是根据电子衡器的用途、秤体需要支撑的点数(支撑点数应根据秤体几何重心和实

23、际重心重合的原则而确定)而定。一般秤体有几个支撑点就选用几只传感器。 传感器的量程选择可依据秤的最大称量值、选用传感器的个数、秤体的自重、可产生的最大偏载及动载因素综合评价来决定。高一般来讲，传感器的量程越接近分配到每个传感器的载荷，其称量的准确度就越。但是在实际的使用当中，由于加在传感器上的载荷除被称物体外，还存在秤体自重、皮重、偏载及振动冲击等载荷，因此选用传感器时，要考虑诸多方面的因素，保证传感器的安全和寿命。下面给出一个经过大量实验验证的经验公式。 公式如下： C=K0K1K2K3(Wmax +W)N 式中 C单个传感器的额定量程 W秤体的自重 Wmax被称物体净重的最大值 N秤体所采

24、用支撑点的数量 K0保险系数，一般取1.21.3之间 K1冲击系数 K2秤体的重心偏移系数 K3风压系数(2)传感器的准确度等级选择称重传感器的准确度等级包括传感器的非线性、蠕变、重复性、滞后、灵敏度等技术指标。在选用的时候不应该盲目追求高等级的传感器，应该考虑电子衡的准确度等级和成本。一般情况下，选用传感器的总精度为非线性、不重复性和滞后三项指标的之和的均方根值略高于秤的精度。(3)各种类型传感器的使用范围 称重传感器形式的选择主要取决于称重的类型和安装空间，保证安装合适，称重安全可靠；另一方面要考虑厂家的建议。对于传感器制造厂家来讲，它一般规定了传感器的受力情况、性能指标、安装形式、结构形

25、式、弹性体的材质等。譬如铝合金悬臂梁传感器适合于电子计价秤、平台秤、案秤等；钢式悬臂梁传感器适用于电子皮带秤、分选秤等；钢质桥式传感器适用于轨道衡、汽车衡等；柱式传感器适用于汽车衡、动态轨道衡、大吨位料斗秤等。(4)使用环境称重传感器实际上是一种将质量信号转换成可测量的电信号输出装置。用传感器首先要考虑传感器所处的实际工作环境，这点对于正确选用传感器至关重要，它关系到传感器能否正常工作以及它的安全和使用寿命，乃至整个衡器的可靠性和安全性。一般情况下，高温环境对传感器造成涂覆材料融化、焊点开化、弹性体内应力发生结构变化等问题；粉尘、潮湿对传感器造成短路的影响；在腐蚀性较高的环境下会造成传感器弹性

26、体受损或产生短路现象；电磁场对传感器输出会产生干扰。相应的环境因素下我们必须选择对应的称重传感器才能满足必要的称重要求方案一 压电传感器压电传感器是一种典型的有源传感器，又称自发电式传感器。其工作原理是基于某些材料受力后在其相应的特定表面产生电荷的压电效应。压电传感器体积小、重量轻、结构简单、工作可靠，适用于动态力学量的测量，不适合测频率太低的被测量，更不能测静态量。目前多用于加速度和动态力或压力的测量。压电器件的弱点：高内阻、小功率。功率小，输出的能量微弱，电缆的分布电容及噪声干扰影响输出特性，这对外接电路要求很高。方案二 电容式传感器电容式传感器是将被测非电量的变化转换为电容变化的一种传感

27、器。它有结构简单、灵敏度高、动态响应好、可实现非接触测量、具有平均效应等优点。电容传感器可用来检测压力、力、位移以及振动学非电参量。电容传感器的基本工作原理可用最普通的平行极板电容器来说明。两块相互平行的金属极板，当不考虑其边缘效应（两个极板边缘处的电力线分布不均匀引起电容量的变化）时，其电容量为 （3.1）式（3.1）中两极板间的距离； A两平行极板相互覆盖的有效面积；介质的相对介电常数；真空中介电常数。若被测量的变化使式中、A、三个参量中任一个发生变化，都会引起电容量的变化，通过测量电路就可转换为电量输出4。 虽然电容式传感器有结构简单和良好动态特性等诸多优点，但也有不利因素：（1）小功率

28、、高阻抗。受几何尺寸限制，电容传感器的电容量都很小，一般仅几皮法至几十皮法。因C太小，故容抗=1/C很大，为高阻抗元件，负载能力差；又因其视在功率P=C ，C很小，则P也很小。故易受外界干扰，信号需经放大，并采取抗干扰措施。（2）初始电容小，电缆电容、线路的杂散电路所构成的寄生电容影响很大。方案三 电阻应变式传感器电阻应变式传感器是一种利用电阻应变效应，将各种力学量转换为电信号的结构型传感器。电阻应变片式电阻应变式传感器的核心元件，其工作原理是基于材料的电阻应变效应，电阻应变片即可单独作为传感器使用，又能作为敏感元件结合弹性元件构成力学量传感器。下面图3.2为其具体结构图 3.2金属应变片结构

29、图导体的电阻随着机械变形而发生变化的现象叫做电阻应变效应。电阻应变片把机械应变信号转换为R/R后，由于应变量及相应电阻变化一般都很微小，难以直接精确测量，且不便处理。因此，要采用转换电路把应变片的R/R变化转换成电压或电流变化。其转换电路常用测量电桥。直流电桥的特点是信号不会受各元件和导线的分布电感及电容的影响，抗干扰能力强，但因机械应变的输出信号小，要求用高增益和高稳定性的放大器放大。下图为一直流供电的平衡电阻电桥，接直流电源E：图3.3 传感器结构原理图 当电桥输出端接无穷大负载电阻时，可视输出端为开路，此时直流电桥称为店压桥，即只有电压输出。当忽略电源的内阻时，由分压原理有：= （3.2

30、）当满足条件R1R3=R2R4时，即（3.3）=0，即电桥平衡。式（3.3）称平衡条件。应变片测量电桥在测量前使电桥平衡，从而使测量时电桥输出电压只与应变片感受的应变所引起的电阻变化有关。若差动工作，即R1=R-R,R2=R+R,R3=R-R，R4=R+R,按式（2.2），则电桥输出为 应变片式传感器有如下特点：（1）应用和测量范围广，应变片可制成各种机械量传感器。（2）分辨力和灵敏度高，精度较高。（3）结构轻小，对试件影响小， 对复杂环境适应性强，可在高温、高压、强磁场等特殊环境中使用，频率响应好。（4）商品化，使用方便，便于实现远距离、自动化测量。 通过以上对传感器的比较分析，最终选择了第

31、三种方案。题目要求称重范围05Kg,满量程量误差不大于0.005Kg，考虑到秤台自重、振动和冲击分量，还要避免超重损坏传感器，所以传感器量程必须大于额定称重5Kg。我们选择的是电阻应变片压力传感器，量程为5Kg，精度为0.01% ，满足本系统的精度要求。放大器放大器的输入信号一般是由传感器输出的。传感器的输出信号不仅电平低，内阻高，还常伴有较高的共模电压。因此，一般对放大器有如下一些要求：1、输入阻抗应远大于信号源内阻。否则，放大器的负载效应会使所测电压造成偏差。2、抗共模电压干扰能力强。3、在预定的频带宽度内有稳定准确的增益、良好的线性，输入漂移和噪声应足够小以保证要求的信噪比。从而保证放大

32、器输出性能稳定。4、能附加一些适应特定要求的电路。如放大器增益的外接电阻调整、方便准确的量程切换、极性自动变换等。由于传感器输出的信号比较微弱，必须通过一个放大器对其进行放大，才能满足A/D转换器对输入信号电平的要求。本设计中选用由三运放构成的具有高输入阻抗，高共模抑制比的仪表放大器作为前级，再接一个反相比例放大器作为后级输出。另外，仪表放大电路中电阻Rw1可用于微调放大倍数；而后级放大器原接地端现在通过Rw2接入一电压值，可以对输出电平进行平移。放大电路图如图3.4所示。图3.4 传感器输出信号放大电路图键盘输入 键盘输入是人机交互界面中重要的组成部分，它是系统接受用户指令的直接途径。操作者

33、通过键盘向系统发送各种指令或置入必要的数据信息。因此键盘模块设计的好坏，直接关系到系统的可靠性和稳定性。键盘是由若干个按键开关组成，键的多少根据单片机应用系统的用途而定。键盘由许多键组成，每一个键相当于一个机械开关触点，当键按下时，触点闭合，当键松开时，触点断开。单片机接收到按键的触点信号后作相应的功能处理。因此，相对于单片机系统来说键盘接口信号是输入信号。方案一 专用芯片式设计专用键盘处理芯片一般功能比较完善，芯片本身能完成对按键的编码、扫描、消抖和重键等问题的处理，甚至还集成了显示接口功能。例如Intel8279是一种为8位微处理器设计的比较成熟的通用键盘/显示器接口芯片，其功能有：接收来

34、自键盘的输入数据，并作预处理；数据显示的管理和数据显示器的控制。专用键盘处理芯片的优点很明显，可靠性高，口简单，使用方便，适合处理按键较多的情况。但在很多应用场合，考虑成本因素，可能并不是最佳选择。 方案二 矩阵式键盘设计矩阵式键盘又叫行列式键盘。用I/O口线组成行、列结构，按键设置在行列的交点上。例如，用22的行列结构可构成4个键的键盘，44行列结构可构成16个键的键盘。因此，在按键数量较多时，可以节省I/O口线。相对于专用芯片式可以节省成本，且更为灵活。缺点就是需要用软件处理消抖、重键等问题。图3.5组合型显示器本系统采用的显示是内含驱动逻辑电路，尽管无法解剖这个电路，但根据外部特性，可以

35、自行设计出来。图25是显示器外部引脚图，可以知道它是一串行信号传输显示数据，有3个引脚，分别定义为：CLOCK：时钟节拍， 它确定了传输显示数据的波特率；DATA： 数据线，传输显示数据脉冲序列；ON/OFF：控制信号，根据时序要求，控制刷新（ON），保持（OFF），它防止显示器在线数据因受干扰丢失。在显示器上刷新显示数据时，控制信号“ON/OFF”处于“OFF”状态，锁存器关闭，不允许改变数据，而输入的数据按“CLOCK”时钟节拍逐位由“DATA”线送移位寄存器。由于每次仅刷新一位数码管的数字，故这种显示方式仍为动态扫描形式。单片机采用定时中断服务程序，进行定时刷新。图3.6显示电路单片机选

36、择单片机型号的出发点有以下几个方面： 市场货源:系统设计者只能在市场上能够提供的单片机中选择，特别是作为产品大批量生产的应用系统，所选的单片机型号必须有稳定、充足的货源。 单片机性能:应根据系统的功能要求和各种单片机的性能，选择最容易实现系统技术指标的型号，而且能达到较高的性能价格比。单片机性能包括片内硬件资源、运行速度、可靠性、指令系统功能、体积和封装形式等方面。影响性能价格比的因素除单片机的性能价格外，还包括硬件和软件设计的容易程度、相应的工作量大小，以及开发工具的性能价格比。 研制周期:在研制任务重、时间紧的情况下，还要考虑所选的单片机型号是否熟悉，是否能马上着手进行系统的设计。与研制周

37、期有关的另一个重要因素是开发工具，性能优良的开发工具能加快系统地研制进程。在众多的51系列单片机中，要算 ATMEL 公司的AT89C51、AT89S51更实用，因他不但和8051指令、管脚完全兼容，而且其片内的4K程序存储器是FLASH工艺的，这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写，一般专为 ATMEL AT89xx 做的编程器均带有这些功能。显而易见，这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。写入单片机内的程序还可以进行加密，这又很好地保护了你的劳动成果。再者，AT89C51、AT89S51目前的售价比8031还低，市场供应也很充足。89C51系列单片机的内部结构是各种

38、逻辑单元及其之间的互连构成的。其主要由中央处理器（CPU）、程序存储器（ROM）、数据存储器（RAM）、串行接口、并行I/0接口、定时/计数器、中断系统等几大单元，以及数据总线、地址总线和控制总线组成。AT89C51是一种带4K字节闪存可编程可擦除只读存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准

39、的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案7。AT89C51单片机特点能与MCS-51 兼容，有 4K字节可编程闪烁存储器，寿命能够达到1000写/擦循环，数据可以保留时间长达10年，全静态工作：0Hz-24MHz，三级程序存储器锁定，1288位内部RAM，32可编程I/O线，两个16位定时器/计数器，5个中断源，可编程串行通道，低功耗的闲置和掉电模式，片内振荡器和时钟电路。所以AT89C51符合本

40、次设计的主控芯片。A/D转换目前，世界上有多种类型的ADC，有传统的并行、逐次逼近型、积分型ADC，也有近年来新发展起来的-型和流水线型ADC，多种类型的ADC各有其优缺点并能满足不同的具体应用要求。目前， ADC集成电路主要有以下几种类型：（1）并行比较A/D转换器：如ADC0808、 ADC0809等 。ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。该设计运用的是8位A/D转换器ADC0809，A/D转换误的位数确定与整个测量控制系统所需测量控制的范围和精度有关，系统精度涉及的环节很多，包括传感

41、器的变换精度，信号预处理电路精度A/D转换器以及输出电路等。并行比较ADC是现今速度最快的模/数转换器，采样速率在1GSPS以上，通常称为“闪烁式”ADC。它由电阻分压器、比较器、缓冲器及编码器四种分组成。这种结构的ADC所有位的转换同时完成，其转换时间主取决于比较器的开关速度、编码器的传输时间延迟等。 (2） 逐次逼近型A/D转换器：如：ADS7805、ADS7804等。逐次逼近型ADC是应用非常广泛的模/数转换方法，这一类型ADC的优点：高速，采样速率可达 1MSPS；与其它ADC相比，功耗相当低；在分辨率低于12位时，价格较低。缺点：在高于14位分辨率情况下，价格较高；传感器产生的信号在

42、进行模/数转换之前需要进行调理，包括增益级和滤波，这样会明显增加成本。(3）积分型A/D转换器：如：ICL7135、ICL7109、ICL1549、MC14433等。积分型ADC又称为双斜率或多斜率ADC，是应用比较广泛的一类转换器。它的基本原理是通过两次积分将输入的模拟电压转换成与其平均值成正比的时间间隔。与此同时，在此时间间隔内利用计数器对时钟脉冲进行计数，从而实现A/D转换。积分型ADC两次积分的时间都是利用同一个时钟发生器和计数器来确定，因此所得到的表达式与时钟频率无关，其转换精度只取决于参考电压VR。此外，由于输入端采用了积分器，所以对交流噪声的干扰有很强的抑制能力。若把积分器定时积

43、分的时间取为工频信号的整数倍，可把由工频噪声引起的误差减小到最小，从而有效地抑制电网的工频干扰。这类ADC主要应用于低速、精密测量等领域，如数字电压表。其优点是：分辨率高，可达22位；功耗低、成本低。缺点是：转换速率低，转换速率在12位时为100300SPS。 (4 ）压频变换型ADC：其优点是：精度高、价格较低、功耗较低。缺点是：类似于积分型ADC，其转换速率受到限制，12位时为100300SPS。 考虑到本系统中对物体重量的测量和使用的场合，精度要求不是很苛刻，转换速率要求也不高，而双积分型A/D转换器精度高，具有精确的差分输入，重要的是输入阻抗高（大于），可自动调零，有超量程信号输出，全

44、部输出于TTL电平兼容。且双积分型A/D转换器具有很强的抗干扰能力。对正负对称的工频干扰信号积分为零，所以对50Hz的工频干扰抑制能力较强，对高于工频干扰（例如噪声电压）已有良好的滤波作用。只要干扰电压的平均值为零，对输出就不产生影响。尤其对本系统，缓慢变化的压力信号，很容易受到工频信号的影响。3.2 方案可行性论证及简介鉴于以上介绍各个模块的优缺点，选用应变式压力传感器，4X4键盘，LED显示器，ADC0809。还有AT89C51单片机。 89系列单片机的型号编码由三个部分组成，它们分别是前缀，型号、后缀。它们的格式如下： AT89C； 其中：AT是前缀；89C是型号,是后缀。下面分别对这三

45、个部分进行说明，并且对其中有关参数的表示和意义作出相应的解释。 1前缀 前缀由字母“AT”组成，它表示该器件是ATMEL公司的产品。 2型号 型号由“89C”或“89LV”或“89S”等表示。 “89C”中，9是表示内部含Flash存储器；C表示是CMOS产品。“89LV”中，LV表示低电压产品。“89S”中，S表示含可下载Flash存储器.在这个部分的表示器件型号数，例如：51，1051，8252等。 3后缀 后缀由“”这4个参数组成。每个参数的表示和意义不同。在型号与后缀部分有“-”号隔开。 后缀中的第一个参数用于表示速度，它的意义如下： 12，表示速度为12MHz， 16，表示速度为16

46、MHz， 20，表示速度为20MHz， 24，表示速度为24MHz， 后缀中的第二个参数用于表示封装。它的意义如下： D，Cerdip。 J，塑料J引线芯片载体。 L，无引线芯片载体。 P，表示塑料双列直插DIP封装。 S，表示SOIC封装。 Q，表示PQFP封装。 A，表示TQFP封装。 W，表示裸芯片。 后缀中第三个参数用于表示温度范围，它的意义如下： C，表示商业产品，温度范围为0至+70。 I，表示工业产品，温度范围为-40至+85。 A，表示汽车用产品，温度范围为-40至+125。 M，表示军用产品，温度范围为-55至+150。 后缀中的第四个参数用于说明产品的处理情况，它的意义如下

47、： 为空，则表示处理工艺是标准工艺。 /883，则表示处理工艺采用MIL-STD-883标准。例如，有一个单片机型号为“AT89C51-12-DIP”，则表示意义为，该单片机是ATMEL公司的Flash单片机，内部是C51结构，速度为12MHz，封装为DIP，是工业用产品，按标准处理工艺生产。第四章 系统硬件设计4.1 机械部分的设计 机械部分包括：主体支架、动力、传送和执行。示意图如下：执行机构执行机构传送成品成品成品 传感器 主体支架 动力图4.1 示意图 工作过程如下：首先，该分选秤是通过带传动来输送成品，在线称重检测经称重系统判断后，在范围内的通过，过轻与过重的靠推杆把他们退下，实现剔

48、除，达到分选目的。目前使用的剔除方式有喷气式，档杆式和下坠式三种。 传动的选择 常用的传动机构有带传动链传动摩擦轮传动齿轮传动等，这里初选带传动和链传动。下面比较带传动和链传动的优缺点： 1.带传动 带传动是具有中间挠性的一种传动，具有缓和载荷冲击，运行平稳无噪音。同时也有过载时打滑可防止其他零件的损坏，适用于中心距较大的工作条件等优点。 其缺点在于：有弹性滑动和打滑现象，等效低不能保持准确的传动比；使用寿命较短。 2.链传动 与带传动相比较，链传动的主要优点是：没有滑动；工作条件相同时，传动尺寸比较紧凑；不需要很大的张紧力，工作在轴上的载荷很小；效率较高；能在温度较高，湿度较大的环境中使用等

49、。因链传动有中间元件（链），需要时轴间距可以很大。 传动链的缺点是：只能用于平行轴之间的传动；瞬时速度不均匀，高速转动时不如带传动平稳；不宜在载荷很大和极速反向的传动中应用；工作时有噪音；制造费用比带传动要高。这里考虑到分选机的成本和传输环境，综合决定选用带传动。动力 步进电机是将电脉脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量

50、，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。利用步进电机可以基本实现传送要求的精度。现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）、混合式步进电机（HB）和单相式步进电机等。 步进电机优点1电机旋转的角度正比于脉冲数； 2电机停转的时候具有最大的转矩（当绕组激磁时）； 3由于每步的精度在百分之三到百分之五，而且不会将一步的误差积累到下一步因而有较好的位置精度和运动的重复性； 4优秀的起停和反转响应； 5由于没有电刷，可靠性较高，因此电机的寿命仅仅取决于轴承的寿命； 6电机的响应仅由数字输入脉冲确定，因而可以采用开

51、环控制，这使得电机的结构可以比较简单而且控制成本较低。 7仅仅将负载直接连接到电机的转轴上也可以极低速的同步旋转。 8由于速度正比于脉冲频率，因而有比较宽的转速范围。 步进电机缺点1如果控制不当容易产生共振； 2难以运转到较高的转速。4.2 ADC0809芯片 关于 ADC0809的介绍：ADC0809 是CMOS 单片型逐次逼近式AD 转换器，内部结构如4.2 所示，它由8 路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型DA 转换器、逐次逼近，寄存器、三态输出锁存器等其它一些电路组成。因此，ADC0809 可处理8路模拟量输入，且有三态输出能力，既可与各种微处理器相连，也可单独工作。输入

52、输出与TTL 兼容。主要特性：1）8路8位AD 转换器，即分辨率8 位。2）具有转换起停控制端。3）转换时间为100s4）单个5V 电源供电5）模拟输入电压范围05V，不需零点和满刻度校准。6）工作温度范围为-4085 摄氏度7）低功耗，约15mW。图4.2 ADC0809管脚图对ADC0809主要信号引脚的功能说明如下：IN7IN0模拟量输入通道ALE地址锁存允许信号。对应ALE上跳沿，A、B、C地址状态送入地址锁存器中。START转换启动信号。START上升沿时，复位ADC0809；START下降沿时启动芯片，开始进行A/D转换；在A/D转换期间，START应保持 低电平。本信号有时简写为

53、ST.A、B、C地址线。 通道端口选择线，A为低地址，C为高地址，引脚图中为ADDA，ADDB和ADDC。其地址状态与通道对应关系见表9-1。CLK时钟信号。ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提供，因此有时钟信号引脚。通常使用频率为500KHz的时钟信号EOC转换结束信号。EOC=0,正在进行转换；EOC=1,转换结束。使用中该状态信号即可作为查询的状态标志，又可作为中断请求信号使用。D7D0数据输出线。为三态缓冲输出形式，可以和单片机的数据线直接相连。D0为最低位，D7为最高 OE输出允许信号。用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE=0，输出数据线呈高阻；O

54、E=1，输出转换得到的数据。Vcc +5V电源。 Vref参考电源参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准。其典型值为+5V(Vref(+)=+5V, Vref(-)=-5V).MCS-51单片机与ADC0809的接口电路ADC0809与MCS-51单片机的连接如图4.3所示:电路连接主要涉及两个问题。一是8路模拟信号通道的选择，二是A/D转换完成后转换数据的传送。图4.3 ADC0809与 AT89C51的连接A/D转换完成数据的输送A/D 转换后得到的是数字量的模拟量，这些数据应传诵给单片机进行处理。数据串的关键是如何确定A/D 转换完成。因为只有确定数据转换完成后，才进行

55、传送。为此可采用以下三种方式：1定时传送方式：对于一种A时子程序。A/D 转换启动后，就调动这个子程序，延迟时间一到，转换肯定已经完成了。接着，就可以进行数据传送/D 转换来说，转换时间作为一项技术指标是已知的和固定的。例如ADC0809转换时间为128us，相当于6MHZ的MCS-51单片机共60 个机器周期。可根据此设计一个延时程序了。2 查询方式A/D 转换芯片表明有转换完成的状态信号，例如ADC0809 的E 端，因此可以通过查询方式用软件测试EOC的状态，即可知道转换是否完成，若完成，则接着进行数据传送。3中断方式中断方式ADC0809与8031的中断方式接口电路只需将0809的EO

56、C端经过一非门连接到8031的INITl 端即可。采用中断方式可大大节省CPU的时间，当转换结束时，EOC发出一个脉冲向单片机提出中断请求，单片机响应中断请求， 由外部中断1 的中断服务程序读AD 结果，并启动0809的下一次转换，外部中断1 采用边沿触发方式。程序如下：INIT l： SETB ITl ； 外部中断1 初始化编程SETB EASETB EXlMOV DPTR，#7FF8H ； 启动0809 对IN0 通道转换MOVX DPTR，AMOV DPTR，#7FF8H ；读取AD结果送缓冲单元30HMOVX A，DPTRMOV 30H，AMOVX DPTR，A ；启动0809 对IN

57、0通道下一次转换RETI不管使用上述那种方式，一旦确定转换完成，即可通过指令进行数据传送，首先送出口地址，并以RD 做选通信号，OE 信号即有效，把转换数据送上数据总线，供单片机接受。A/D转换程序：ORG 0000H MOV DPTR,#0FEF8H ;AD转换IN0通道地址 MOV A,#00H MOVX DPTR,A ;启动AD转换 START: CLR ST SETB ST CLR ST JNB EOC SETB OE MOV 30H, P2 CLR OEMOV A, 30H MOV B,#100 DIV AB LOOP: MOV BAI,A MOV SHI,B MOV A,SHI M

58、OV B,#10 DIV AB MOV SHI,A MOV GEWEI,BMOV A,BAI MOV P1,A CLR P3.2 LCALL DELAY SETB P3.2MOV A,SHI MOV P1,A CLR P3.1 LCALL DELAY SETB P3.1 MOV A, GEWEI MOV P1,A CLR P3.0 LCALL DELAY SETB P3.0 SJMP START4.3 AT89C51单片机 AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128 bytes的随机存取数据

59、存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大AT89C51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。主要性能参数：与MCS-51产品指令系统完全兼容4k字节可重擦写Flash闪速存储器1000次擦写周期全静态操作：0Hz24MHz三级加密程序存储器1288字节内部RAM32个可编程IO口线2个16位定时计数器6个中断源可编程串行UART通道低功耗空闲和掉电模式图4.4单片机AT89C51管脚图功能特性概述：AT89C51 提供以下标准功能：4k 字节Flash 闪速存储器，128字节内部RAM，32个IO 口线，两个16位定时计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止