耐火材料配料毕业论文Word格式.docx
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1、称重传感器把称重信息转换为模拟信号，通过两级放大电路进行放大。
2、放大后的模拟信号通过模数转换芯片ADS7805转换成数字信号送入单片机。
3、单片机采用AT89C52芯片，对信号进行处理。
4、单片机通过数据总线连接8279键盘/显示接口芯片，8279芯片通过SL0~SL2扫描输出端连接3线-8线译码器74HC138，使用8279芯片的RL0~RL3引脚与74HC138的电平信号输出端Y0~Y4组成键盘矩阵。
另一方面，8279芯片通过显示信息输出端连接八位LED数码管显示器。
单片机通过数据总线连接74HC377触发器也可直接与LED数码管显示器连接，构成另外八位显示。
5、单片机通过可编程并行通信接口芯片8255A连接光电耦合器构成I/O接口，连接两个主要设备：
1、接近开关，起车位检测作用；
2、三相电机（通过操作按钮控制的变频器来连接），控制称量车的移动。
6、单片机系统通过TTL／RS232电平转换芯片来连接打印机。
打印加料时间、料仓号以及重量等数据。
1.3硬件框图
LED显示器
电机
变频调速器
74HC138
键盘
8255
74HC377
2片
8279
称量车车体
数据线，控制线
8位数据总线
1.4软件流程图
N
下料结束
Y
第二章要元器件选型及介绍
AT89C52芯片：
（简介）
单片机芯片AT89C52是系统的核心控制部分,采用ATMEL高密度非易失性存储器技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出引脚相兼容。
它具有具有内部Flash（闪速）存储器可反复擦写。
由于将多功能8位CPU和FLASH存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C52是一种低电压，高效微控制器，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。
该芯片是8052的兼容芯片，与51系列芯片的不同在于：
片内数据存储器增至256个字节；
片内程序存储器增至8KB（8032无）；
有三个16位定时器/计数器；
其他性能均与51子系列相同。
可编程并行通信接口芯片8255A：
8255A是用于Intel8086／8O88系列的通用可编程并行输入／输出接口芯片。
它可以和MCS-51系列单片机系统相连，以扩展MCS-51系统的I／0口。
8255A与单片机相连时是作为外部RAM的单元来处理的：
在与外设相连时，有三个8位的输入／输出端口，根据不同的初始化编程可用于无条件传送，查询式传送，中断式传送，以完成单片机与外设的数据交换。
8255A内部结构由四部分组成：
数据端口A、B、C；
内部控制电路A组控制和B组控制；
读/写控制逻辑电路；
数据总线缓冲器。
（如图所示）
（1）数据端口A、B、C
每一个端口都是8位的，可以编程选择为输入或输出端口，端口C也可以编程分为两个4位的端口来用，还常常用来配合A口和B口工作，分别用来产生A口和B口的输出控制信号和输入A口和B口的端口状态信号。
具体结构上，三者略有差别：
端口A包含一个8位的数据输出锁存器／缓冲器，一个8位的数据输入锁存器，因此A口作输入或输出时数据均能锁存；
端口B包含一个8位的数据输入／输出、锁存／缓冲存储器，一个8位的数据输入缓冲器；
端口C包含一个8位的数据输出锁存器／缓冲器，一个8位的数据输入缓冲器，无输入锁存功能，当它被分成两个4位端口时，每个端口有一个4位输出锁存器与3个端口相连的24根输入输出引线分别是PA7~PA0，PB7~PB0，PC7~PCO，这些线用来与外部设备连接。
（2）数据总线缓冲器
这是双向三态的8位缓冲驱动器用于和单片机的数据总线（P0）连接，以实现单片机和接口之间的数据传送和控制信息的传送。
（3）内部控制电路
分为A组和B组，A组控制端口A和端口C的高4位，B组控制端口B和端口C的低4位。
控制电路的工作受一个控制寄存器的控制，控制寄存器中存放着决定端口工作方式的信息，既工作方式控制字。
这两组控制逻辑都从读／写控制逻辑接受命令信号，从内部数据总线接收控制字，然后向各有关端口发出相应的控制命令。
（4）读写控制逻辑
读写控制电路控制端口和CPU的数据交换，管理所有的内部或外部数据信息以及控制字或状态字的传送过程。
接收从CPU的地址总线和控制总线来的信号并产生对A组和B组控制逻辑进行操作的控制信号。
它对外共有6种控制信号：
CS：
片选信号，低电平有效。
片选信号一般由译码器提供，以决定8255A芯片的高位地址。
低位地址则由8255的A1、A0和CPU的连接来决定。
A1、A0：
端口选择信号。
8255有A、B、C三个数据口，还有一个控制寄存器，一般称为控制端口。
故可用A0、A1的状态来选择四个端口。
在和CPU连接时，A1、A0一般是和P0口的PO．1和P0．0相连，也就是和最低两位地址线相连，这时一片8255A要占用4个外设地址。
如果A0、A1是和其他的地址线相连，则占用的地址数将会增加。
RD：
读信号，低电平有效
WR：
写信号，也是低电平有效
RESET：
复位信号。
高电平有效，清除控制寄存器，将各端口置成输入方式
8255A的读写操作控制
A1
A0
RD非
WR非
CS非
操作
1
端口A→CPU
端口B→CPU
端口C→CPU
CPU→端口A
CPU→端口B
CPU→端口C
CPU→控制寄存器
非法操作
×
数据总线浮空
未选该8255A，数据总线浮空
8255A中各端口有3种基本工作方式：
1、方式0是一种基本输入或输出方式，它适用于无需握手信号的简单输入输出应用场合，端口A、B、C都可作为输入或输出数据使用，输出有锁存而输入无锁存。
2、方式1也称选通的输入/输出方式。
在这种方式下，无论是输入还是输出都通过应答关系实现，这时端口A或B用作数据口，端口C的一部分引脚用作握手信号线与中断请求线。
若端口A工作于方式1,则B可工作于方式0；
若端口B工作于方式1,则A可工作于方式0或余下的13位可工作于方式0；
若端口A和B同时工作于方式1,端口C余下的两位还可用于传送数据或控制信号。
3、方式2也称选通的双向I/O方式，仅适用于端口A，这时A口的PA7-PA0作为双向的数据总线，端口C有5条引脚用作A的握手信号线和中断请求线，而B口和C口余下的3位仍可工作于方式0或1。
光电耦合器：
光电耦合器（OpticalCoupler）是由发光器件和光敏器件组成的一种器件，是用光来传输信号的电隔离器件。
其中，发光器件一般都是发光二极管，而光敏器件的种类较多，除光敏二极管外，还有光敏三极管、光敏电阻等。
光电耦合器具有体积小、使用寿命长、工作温度范围宽、抗干扰性能强．无触点且输入与输出在电气上完全隔离等特点，因而在各种电子设备上得到广泛的应用．光电耦合器可用于隔离电路、负载接口及各种家用电器等电路中．
本次设计所用的光电耦合器为如图所示的16脚光电耦合器TLP521-4，，当发光二极管导通时，发出的光使得右侧的光敏二极管也导通，于是从光电耦合器左侧输入的电信号就从右侧输出。
在本系统中使用光电耦合器是为了将+5V电压的内部电路与+24V的外部负载相隔离。
8279可编程键盘/显示器接口芯片：
Intel8279是一种通用的可编程序的键盘、显示接口器件，单片器件就能够完成键盘输入和显示控制两种功能。
键盘部分提供一种扫描的工作方式，可以和具有64个按键的矩阵键盘相连接，能对键盘不断扫描，自动消抖，自动识别按下的键并给出编码，能对双键或n键同时按下实行保护。
显示部分为发光二极管、荧光管及其它显示器提供了按扫描方式工作的显示接口，它为显示器提供多路复用信号，可以显示多达16位的字符或数字。
8279的组成和基本工作原理:
（1）输入/输出控制及数据缓冲器
数据缓冲器是双向缓冲器，用于传送CPU和8279之间的命令或数据。
A0用于区别信息的状态。
A0=1，输入：
指令
输出：
状态字
A0=0，输入：
数据
数据
（2）控制及定时寄存器和控制及定时
控制及定时寄存器用于寄存键盘及显示的工作方式，以及由CPU编程的其它操作方式。
定时控制包括基本的计数链。
首级计数器是一个可编程的N级计数器，N可在2-31之间由软件控制，以便从外部时钟CLK得到内部所需要的100KHZ时钟信号。
然后经过分频为键盘提供适当的逐行扫描频率和显示的扫描时间。
（3）扫描计数器
扫描计数器有两种工作方式。
按编码方式工作时，计数器作二进制计数。
四位计数状态从扫描线SL0-SL3输出，经外部译码器译码后，为键盘和显示器提供扫描线。
按译码方式工作时，扫描计数器的最低二位被译码后，从SL0-SL3输出。
（4）回复缓冲器、键盘消抖及控制
来自RL0-RL7八根回复线的回复信号，由回复缓冲器缓冲并储存。
在键盘工作方式中，这些线被接到键盘矩阵的列线。
在逐行扫描时，回复线用来搜索一行中闭合的键。
当某一键闭合时，消振电路就被置位，延时等待100mS之后，再检验该键是否是连续保持闭合。
若闭合，则该键的地址和附加的位移、控制状态一起形成键盘数据被送入8279内部的FIFO存储器。
键盘的数据格式如下：
D7
D6
D5D4D3
D2D1D0
控制
移位
扫描
回复
控制和位移（D7和D6）的状态由两个独立的附加开关决定，而扫描（D5、D4、D3）和回复（D2、D1、D0）则是被按键的位置数据。
D5、D4、D3三位来自扫描计数器，是按键的行编码，而D2、D1、D0三位则是来自列计数器，它们是根据回复信号而确定的列编码。
在传感器矩阵方式中，回复线的内容直接被送往相应的传感器RAM（即FIFO存储器）。
在选通输入方式时，回复线的内容在CNTL/STB线的脉冲上升沿时，被送入FIFO存储器。
（4）FIFO/传感器RAM及其状态
FIFO/传感器RAM是一个双重功能的8X8RAM。
在键盘或选通工作方式时，它是FIFO存储器。
每次新的输入都顺序写入到RAM单元，而每次读出时，总是按输入的顺序，将最先输入的数据读出。
FIFO状态寄存器用来存放FIFORAM的工作状态。
例如：
RAM是满还是空；
其中存有多少字符；
是否操作出错等等。
当FIFO存储器不空时，状态逻辑将产生IRQ=1信号，向CPU申请中断。
在传感器矩阵方式时，这个存储器又是传感器RAM。
它存放着传感器矩阵中每一个传感器的状态。
在此方式中，若检索出传感器的变化，IRQ信号便变为高电平，向CPU请求中断。
（6）显示RAM和显示地址寄存器
显示RAM用来存储显示数据。
该区具有16个字节，也就是最多可以存储16个字节的显示信息。
显示地址寄存器用来积存由CPU进行读/写的显示RAM的地址，它可以由命令设定，也可以设置成每次读出或写入之后自动递增。
74HC138译码器：
译码器的逻辑功能是将每个输入的二进制代码译成对应的输出高、低电平信号。
因此，译码是编码的反操作。
常用的译码器电路有二进制译码器、二-十进制译码器和显示译码器三类。
74HC138译码器是3位二进制译码器。
输入的3位二进制代码共有8种状态，译码器将每个输入代码译成对应的一根输出线上的高、低电平信号。
这个译码器也叫做3线-8线译码器。
逻辑图如下：
真值表：
如逻辑图所示，74HC138译码器是用TTL与非门组成的3线-8线译码器。
A、B、C是输入端，Y0~Y78个输出端。
G2A、G2B、G1为3个附加的控制端，控制译码器的工作状态。
这3个控制端也叫做“片选”输入端，利用片选的作用可以将多片连接起来以扩展译码器的功能。
用译码器可以扩展多片芯片，用译码器对多余的高位地址线进行译码，其输出分别去连接不同芯片的片选端、选通不同的芯片。
其特点是不会产生地址空间的重迭，也避免空间分散的缺点（即各芯片的地址可以相互连接）。
74HC377D触发器：
触发器是指能够记忆一位二值信号的基本逻辑单元,也是构成各种数字系统的基本逻辑单元。
按结构形式,有基本（RS）触发器、门控（RS）触发器、主从结构触发器、边沿触发器等;
按功能分有:
RS触发器、JK触发器、D触发器和T触发器等。
1．基本RS触发器的特点
具有置0、置1和保持功能；
输入信号`R、`S是直接加在输出门的输入端，因此，在输入信号的全部作用时间内，它都将直接控制和改变输出端的状态；
基本RS触发器的输入信号是一组有约束的变量，使用触发器时，应遵守约束方程。
2．门控RS触发器的特点
当控制信号E=0时：
Qn+1=Qn，触发器保持原态不变；
当控制信号E=1时：
实现基本RS触发器功能；
在控制信号的有效期内，输入都将直接控制和改变输出端的状态；
输入信号是一组有约束的变量。
3．D锁存器的特点
具有置0、置1功能；
控制信号E=0时：
Qn+1=Qn，具有保持功能，E=1时：
Qn+1=D（接受D信号）；
由于D锁存器只有一个输入信号，解决了RS触发器输入信号间有约束的问题；
在E=1的全部作用时间里，输入信号D的变化都将引起触发器输出状态的变化，若输入信号在E有效期间多次变化，触发器的输出也将随之多次变化。
4．主从型（JK）触发器的特点
具有置0、置1、保持和翻转功能
触发器分两步动作，在CP＝1期间，主触发器接收J、K输入信号，从触发器保持原态不变；
当CP下降沿到来时，从触发器按主触发器接收的状态变化，以确定输出的状态。
5．边沿型D触发器的特点
具有置0和置1的功能；
触发器的次态仅取决于CP触发沿到达时输入信号的逻辑状态。
对于电路结构上有区别的主从型和边沿型两种类型的触发器，应注意它们的动作特点：
主从型触发器要求输人信号的变化在时钟CP=1期间完成电路的输出变化在CP＝1向CP＝O之后完成。
主从型JK触发器具有“一次翻转”的问题，这要求输人信号在CP=1期间应稳定，不能产生不需要的干挠误动作。
边沿型触发器对输人信号的采样及输出变量的状态（变化）均发生在时钟脉冲的边沿（上升沿或下降沿）。
边沿型触发器的抗干挠能力要优主从型触发器。
本次设计系统中采用74HC377为D型上升沿触发器主要是考虑了其较强的抗干扰能力。
其引脚图如下：
ULN2803A达林顿驱动阵列：
该NPN达林顿连接晶体管是低逻辑电平数字电路（如TTL，CMOS）和大电流高电压要求的灯、继电器、打印机锤和其他类似负载间的接口的理想器件。
广泛用于计算机，工业和消费类产品中。
所有器件有集电极开路输出和用于瞬变抑制的续流箝位二极管。
ULN2803A达林顿驱动阵列采用塑料封装。
典型电原理图：
LED显示器：
在专用的微机控制系统，测量系统及智能化仪表中，为缩小体积和加工成本，往往采用简易的数字显示装置来指示系统的状态和报告运行的结果。
常用7七段LED显示器和液晶显示器来设计这类数字显示装置。
七段LED显示器主要用来显示16进制数字，在单片机、袖珍计算器和许多微型计算机控制系统及数字化仪器仪表中都用LED作输出显示器。
在单片机系统中，也通常用LED数码显示器来显示各种数字或符号。
由于它具有显示清晰、亮度高、使用电压低、寿命长的特点，因此使用非常广泛。
7段数码管，习惯上说是7段，实际含小数点是8段。
八段LED显示器由8个发光二极管组成。
基中7个长条形的发光管排列成“日”字形，另一个贺点形的发光管在显示器的右下角作为显示小数点用，它能显示各种数字及部份英文字母。
LED显示器有两种不同的形式：
一种是8个发光二极管的阳极都连在一起的，称之为共阳极LED显示器；
另一种是8个发光二极管的阴极都连在一起的，称之为共阴极LED显示器。
如下图所示。
在电路设计时应根据情况决定采用共阳或共阴，其基本原则是：
若单片机I/O口直接驱动数码管每段，最好采用共阳数码管，因为51单片机I/O口输出高电平时输出的电流很小，数码管不会太亮；
若数码管是通过驱动芯片与单片机相连的，就要看驱动芯片对数码管极性的要求了。
共阴和共阳结构的LED显示器各笔划段名和安排位置是相同的。
当二极管导通时，相应的笔划段发亮，由发亮的笔划段组合而显示的各种字符。
8个笔划段hgfedcba对应于一个字节（8位）的D7D6D5D4D3D2D1D0,于是用8位二进制码就可以表示欲显示字符的字形代码。
例如，对于共阴LED显示器，当公共阴极接地（为零电平），而阳极hgfedcba各段为0111011时，显示器显示"
P"
字符，即对于共阴极LED显示器，“P”字符的字形码是73H。
如果是共阳LED显示器，公共阳极接高电平，显示“P”字符的字形代码应为10001100（8CH）。
接近开关：
在工业自动化控制系统中，传感器可以感测并传送给单片机所需输入信号。
接近开关即是一种工业应用中常用的传感器。
在这次所设计的系统中，它用来给单片机提供称量车的定位信息，通过它单片机可以清楚地确定目前所在下料口。
接近开关主要分为电感型（高频振荡型）和电容型（静电容型）两种。
电感型接近开关由振荡器、触发电路、输出级电路三部分构成。
当接通工作电压后，开关内部振荡器开始振荡，振荡线圈产生的电磁线通过磁芯，形成电磁场，当金属物体接近于电磁场时，将形成涡流，消耗电磁能量，振荡幅度减小，靠近到一定程度，使振荡停止。
通过触发电路和输出级电路，输出形成两个形态：
振荡时为1个状态，停振时为1个状态。
通过状态的变化即能感测到是否有金属物体接近。
电感型接近开关的传感范围为零点几到50毫米，这一类传感器只能检测金属物体。
电容型接近开关由高频振荡器、开关级电路和输出级电路构成。
高频振荡器晶体管的基极和一个浮动电极相振荡，并激励开关级和输出级。
通过输出级二种不同的状态，就可感测出是否有物体连。
当接上电源时，振荡器并不振荡，但当有物体接近浮动电极时，形成一个电容，振荡器接近。
电容型接近开关除能检测金属物体外，也可以检测非金属物体，如木材、纸、塑料、水等。
检测距离一般在1~40mm之间。
本次设计系统中接近开关的选型考虑到连接的负载为光电耦合器，负载较小，并且工业现场只需要检测接近的金属物体即可获取定位信息，以及节约成本等方面，我选择华光电子工业有限公司的树脂外壳高频振荡型接近开关APS10-18GK-E。
此型号的接近开关主要技术指标为：
电源为DC+24V，消费电流20mA以下，负荷电流最大200mA,饱和电压1.5V以下，漏电流100uA以下，使用环境温度-25℃~+70℃,耐电压AC500V50/60HZ1min，绝缘电阻5M欧姆以上，标准动作距离10mm，响应材料为铁质。
变频器：
变频器用于三相交流异步电动机的无级调速。
其原理是：
根据电动机拖动负载的性质及状态，改变电机工作电源的电压（380V或中、高压）和频率（一般为50HZ），使电机在拖动不同非负载时达到最佳工作状态。
其作用是：
一、节约能源：
其节电率可达20-80%；
二、保护电动机及负载设备免受瞬时启动的冲击，延长其工作寿命；
三、提高电动机及负载设备的工作精度。
本次设计系统中采用三星E7系列变频器。
该系列变频器使用数字操作面板以及数字旋钮，使得操作简单便利，内建速度控制；
外型小巧；
内建的数字调速器采用32位RISC微处理器允许进行高精度、高性能的频率控制和电压控制，兼容多种操作功能，并有多种保护功能。
主要外接端子功能为：
主回路电源输入R，S，T；
变频器输出U，V，W；
正向运转FX，反向运转RX；
错误复位RST；
多步命令和点动P；
公共CM。
第三章具体系统设计方案
（输入输出控制电路部分）
4.1由8255A控制的接口电路
一个单片机应用系统需要连接较多的并行输入输出的外围设备（如打印机、键盘、显示器等等）就要扩展并行接口。
常用的MCS-51并行接口扩展器件主要有以下几种：
1、标准MCS-80／85并行接口电路。
如：
2、TTL或CMOS电路的三态门，锁存器，如：
74LS377、74LS244、74LS245等。
3、RAM／IO或EPROM/IO扩展器。
8155、8156等。
在本次设计中，结合实际情况为了将来可以更多的扩展该系统的功能，所以选用了8255A作为扩展芯片。
8255A是用于Intel8080／8088系列的通用可编程并行输入／输出接口芯片。
它可以和MCS-51系列单片机系统相连，以扩展MCS-51系统的I／O口。
另外，外部设备
与单片机在运行速度上存在很大的差异，要把快速的单片机和慢速的外部设备有机的联系起来，就需要在芯片和外部设备之间搭一缓冲桥梁，使两者很好的匹配。
8255的引脚图：
8255的引脚功能如下：
A1、A
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