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1、河北联合大学轻工学院QINGGONG COLLEGE, HEBEI UNITED UNIVERSITY毕业设计说明书设计（论文）题目：定量给料皮带秤控制器的软件设计 2012年05月20日摘 要随着微电子技术的应用，市场上使用的传统称重工具已经满足不了人们的要求。为了改变传统称重工具在使用上存在的问题，在本设计中将智能化、自动化、人性化用在了电子秤重控制系统中。本系统主要由单片机来控制，感知物体重量部分由称重传感器及A/D转换器组成，控制部分由单片和电机等组成，加上显示单元，此电子皮带秤具备了功能多、性能价格比高、功耗低、系统设计简单、使用方便直观、速度快、测量准确、自动化程度高等特点。 本系
2、统以89C51单片机为主控芯片，外围附以测重电路、显示电路、键盘电路、可控硅过零调功调速电路等构成智能称重控制系统电路板，从而实现自动称重系统的各种控制功能。可以说,此设计所完成的电子皮带秤很大程度上满足了工业应用需求。当被测物料均匀落置在秤体的称重区上时，其重量便通过皮带秤体传递到称重传感器，传感器随之产生力电效应，将物体的重量转换成与被称物体重量成一定函数关系(一般成正比关系)的电信号(电压或电流等)。此信号由放大电路进行放大、经滤波后再由模/数（A/D）器进行转换，数字信号再送到微处器的CPU处理，CPU不断扫描键盘和各种功能开关，根据键盘输入内容和各种功能开关的状态进行必要的判断、分析
3、、由相应的软件来控制各种运算。运算结果送到内存贮器，需要显示时，CPU发出指令，从内存贮器中读出送到显示器显示，或送打印机打印；当需要对皮带秤的速度作出相应的调整时，通过数字键盘向89C51单片机输入相应的数值，通过IO口接收到该信号的CPU对该数值信号进行再处理并转换成命令信号，该命令信号送至可控硅过零调功调速电路，可控硅调功调速电路根据该命令信号去调节电机的速度，因为皮带的传输速度直接取决于电机的速度，电机速度的改变使得皮带的传输速度也随之发生变化。一般地信号的放大、滤波、A/D转换以及信号各种运算处理都在各自仪表或电路中完成。关键词：89C51单片机; 称重传感器; LED显示器 ; 软
4、件ABSTRACT With the application of micro-electronics technology, tradition ponderation instrument used in market has been not satisfaction with human requirements already. In order to make up for the traditional apparatus shortcoming, we improve the apparatuss control system with intelligence and aut
5、omation. This system is mainly controlled by microcontroller, the section of height measurement accomplish by supersonic sensor, the section of weight measurement accomplish by weight sensor and A/D transformer, this apparatus have many characteristic such as having more function, consume less energ
6、y, small and move easily, low price, measure precisely, the speed is quick, automatic work without people and so on. The system is mainly controlled by the microcontroller89C51, the periphery is consist of the circuit of clock and calendar, the circuit of measure height and weight, the circuit of di
7、splay and print, all of these comprise the circuit board of the intelligent apparatus of height and weight. It can achieve all function of the apparatus. When he was called in the objects placed on the scale, the weight and belt scales body through to weighing transducer, sensor generates electricit
8、y effect - the weight of the object, will be converted to a certain weight called objects (general function relation is proportional to the relationship between signal (the) voltage or current, etc.). This signal by amplifying circuit, the amplification by filter / (A/D) device, digital signals into
9、 tiny place of CPU, CPU scanning switch, all sorts of functions and keyboard according to various functions and keyboard input switch to judge, analysis, by the software to control all kinds of instruments. Computational results showed that need to Cun Zhu Qi inside when the CPU, from inside CunZhuQ
10、i instruction in reading to display, or send the printer. Generally, the signal filter, A/D conversion and signal processing various operations in instrumentation.Keywords: 89C51 singlechip ; ponderation sensor; LED display ; software目 录摘 要IABSTRACTII第1章 前 言11.1 定量给料皮带秤与称重技术简介11.2 定量给料皮带秤的组成21.2.1 定
11、量给料皮带秤的结构21.2.2 定量给料皮带秤的工作原理31.3 系统设计思路4第2章 系统方案论证与选型52.1 控制器选择52.2 系统检测控制部分的硬件选择62.2.1 传感器的选择62.2.2 放大电路选择72.2.3 A/D转换器的选择92.2.4交流电机调速控制电路的选择142.2.5 键盘处理部分方案论证16图2-8 矩阵式键盘结构图172.3 显示电路选择部分17第3章 系统硬件设计183.1 微分处理器的发展183.2 X5045 EEPROM存储芯片介绍193.3 74LS374芯片和74LS145芯片介绍213.4 主控电路硬件设计22第4 章 系统软件设计244.1 程
12、序的总体设计244.2 系统主程序实现254.3 子程序设计254.3.1 系统看门狗介绍254.3.2 动态显示和按键扫描处理程序实现284.3.3 A/D转换程序实现294.3.4 显示处理子程序实现304.3.5 键盘子程序实现314.3.6调速电路的中断子程序334.4 软件仿真调试354.5 用户使用说明354.5.1 控制面板介绍354.5.2 控制面板功能说明36结 论37谢 辞38参考文献39附 录40第1章 前 言1.1 定量给料皮带秤与称重技术简介定量给料皮带秤被广泛地应用于矿山、煤炭、化学工业和码头等行业它是一种非常重要的动态测量系统和配料系统。利用MCS-51单片机特点
13、，在电子皮带秤原有机械结构的基础上加入了由单片机称重控制的自动控制系统，实现了电子皮带秤调节的自动化。定量给料皮带秤是皮带输送机输送固体散状物料过程中对物料进行连续自动称重的一种计量设备，它可以在不中断物料流的情况下测量出皮带输送机上通过物料的瞬时流量和累积流量，同时它可以根据操作人员在数字键盘上所输入的给定值通过改变控制电机的速度达到相应的改变皮带的传输速度，从而能快速简便的实现工业控制中人们所需要的皮带速度。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、内外贸易等各个领域，与人民的生活紧密相连。电子皮带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
14、生、国防建设、工农业生产、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，它起到了缩短作业时间、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、改善经营管理等多方面的作用。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。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，经过40多年的不
15、断改进与完善，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，特别是对快速称重和动态称重的研究与应用。通过分析近年来电子衡器产品的发展情况及国内外市场的需求，电子衡器总的发展趋势是小型化、模块化、集成化、智能化；其技术性能趋向是速率高、准确度高、稳定性高、可靠性高；其功能趋向是称重计量的控制信息和非控制信息并重的“智能化”功能；其应用性能趋向于综合性和组合性1。定量给料皮带秤也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
16、、国防建设、工农业生产、科学研究、内外贸易、生产建设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，所以对该课题的研究是对社会发展很有推动效应的一件事情。1.2 定量给料皮带秤的组成1.2.1 定量给料皮带秤的结构定量给料皮带秤主要由机械秤体、电机、可控硅调功调速电路、检测电路及装置、控制器（包含相应的控制器辅助电路）、液晶显示器组成。机械部分主要包括：供料溜子、称重传力复位系统装置、皮带张力自动调整装置、传动及减速装置、皮带、电机;检测电路及装置主要包括：称重传感器及其相应电路，速度传感器及其相应电路。控制器主要包括单片机以及单片机为实现某些功
17、能所需要的辅助电路，如A/D转换电路，扩展电路,看门狗电路等。其工艺结构图如图1所示：称重传感器重量信号单片机皮带电机可控硅调功调速电路LED料斗称重区图1 定量给料皮带秤工艺结构图（1）料斗用来盛放各种物料，通常为块、粒、粉体物料，并向皮带供应各种物料。（2）皮带在电机带动滚轮作用下，获得相应的速度（它的速度只决定于电机），完成传送物料的功能(3) 称重、传力复位系统 它是被称物体与转换元件之间的机械、传力复位系统，又称电子皮带秤的秤体，一般包括接受被称物体载荷的承载器、秤桥结构、吊挂连接部件和限位减振机构等。（4）电机 受单片机控制的一个执行装置，为皮带提供动力，带动皮带的转动，使皮带的传
18、送功能得以实现，控制皮带的速度，是单片机相应的速度控制功能得以实现（5）可控硅调功调速电路它是一种较新型交流电机调速电路，电路中采用了过零双向可控硅型光耦 MOC3041，它集光电隔离、过零检测、过零触发等功能于一身，避免了输入输出通道同时控制双向可控硅触发的缺陷，大大简化了输出通道隔离-驱动电路的结构。(6) 称重传感器即由非电量（质量或重量）转换成电量的转换元件，它是把支承力变换成电的或其它形式的适合于计量求值的信号所用的一种辅助手段。按照称重传感器的结构型式不同，可以分直接位移传感器（电容式、电感式、电位计式、振弦式、空腔谐振器式等）和应变传感器（电阻应变式、声表面谐振式）或是利用磁弹性
19、、压电和压阻等物理效应的传感器。对称重传感器的基本要求是：输出电量与输入重量保持单值对应，并有良好的线性关系；有较高的灵敏度；对被称物体的状态的影响要小；能在较差的工作条件下工作；有较好的频响特性；稳定可靠。 (7) 测量显示和数据输出的载荷测量装置即处理称重传感器信号的电子线路（包括放大器、模数转换、电流源或电压源、调节器、补尝元件、保护线路等）和指示部件（如显示、打印、数据传输和存贮器件等）。这部分习惯上称载荷测量装置或二次仪表。在数字式的测量电路中，通常包括前置放大、滤波、运算、变换、计数、寄存、控制和驱动显示等环节。1.2.2 定量给料皮带秤的工作原理加电后，电机驱动皮带开始旋转，微处
20、理机根据当前操作控制电机转速，通过链传动辊筒使皮带进行运转。料斗中的物料落在落料区，经皮带运送到达称重区，其重量便通过皮带秤体传递到称重传感器，传感器随之产生力电效应，将物体的重量转换成与被称物体重量成一定函数关系(一般成正比关系)的电信号(电压或电流等)。此信号由放大电路进行放大、经滤波后再由模/数（A/D）器进行转换，数字信号再送到微处器的CPU处理，CPU不断扫描键盘和各种功能开关，根据键盘输入内容和各种功能开关的状态进行必要的判断、分析、由仪表的软件来控制各种运算。运算结果送到内存贮器，需要显示时，CPU发出指令，从内存贮器中读出送到显示器显示，或送打印机打印，同时它可以根据操作人员在
21、数字键盘上所输入的给定值通过改变控制电机的速度达到相应的改变皮带传输速度，从而能快速简便的实现工业控制中人们所需要的皮带速度。一般地信号的放大、滤波、A/D转换以及信号各种运算处理都在仪表中完成。1.3 系统设计思路微控制器技术传感器技术的发展和计算机技术的广泛应用,电子产品的更新速度达到了日新月异的地步。本系统在设计过程中,除了能实现系统的基本功能外,还增加了打印和通讯功能,可以实现和其他机器或设备（包括上位PC机和数据存储设备）交换数据.除此之外,系统的微控制器部分选择了兼容性比较好的AT89系列单片机,在系统更新换代的时候,只需要增加很少的硬件电路,甚至仅仅删改系统控制程序就能够实现。另
22、外由当中，称可以有一定于实际应用量的过载，但不能超出要求的范围。综上所述,本系统的主要设计思路是：利用压力传感器采集因压力变化产生的电压信号，经过电压放大电路放大，然后再经过模数转换器转换为数字信号，最后把数字信号送入单片机。单片机经过相应的处理后，得出当前所称物品的重量，然后再显示出来。同时依据操作人员所给的设定值，单片机通过调节电机的转速达到对皮带的速度相应的调节，以此达到工作时人们所想要的皮带速度。第2章 系统方案论证与选型本系统由5个部分组成:控制部分、测量部分、数据显示部分、键盘部分、和电路电源部分,系统设计总体方案框图如图2-1所示。单片机AD转换称重传感器皮带机电机放大电路LED
23、键盘可控硅调功调速电路图2.1 设计思路框图测量部分是利用称重传感器检测压力信号，得到微弱的电信号（本设计为电压信号），而后经处理电路（如滤波电路，差动放大电路，）处理后，送A/D转换器，将模拟量转化为数字量输出。控制器部分接受来自A/D转换器输出的数字信号，经过复杂的运算，将数字信号转换为物体的实际重量信号，并将其存储到存储单元中。同时控制器还可以接受来自键盘输入的数字速度数值命令，经过控制器相应的软件处理，指令信号通过IO口送入可控硅调功调速电路，可控硅调功调速电路依据指令调节电机的转速，而受电机转速控制的皮带的传输速度也发生相应的改变。控制器还可以通过对扩展I/O的控制，对键盘进行扫描，
24、而后通过键盘散转程序，对整个系统进行控制数据显示部分根据需要实现显示功能。2.1 控制器选择本系统由于要求必须使用单片机作为系统的主控制器,而且以单片机为主控制器的设计，可以容易地将计算机技术和测量控制技术结合在一起，组成新型的只需要改变软件程序就可以更新换代的“智能化测量控制系统”。这种新型的智能仪表在测量过程自动化、测量结果的数据处理、控制过程的便捷性以及功能的多样化方面，都取得了巨大的进展。根据总体方案设计的分析,可以选用带EEPROM的单片机,由于应用程序不大,应用程序直接存储在片内,不用在外部扩展存储器，这样电路也可简化。intel公司的8051和8751都可使用，在这里选用ATME
25、NL生产的AT89CXX系列单片机。AT89CXX有两大优势:第一，片内存储器采用闪速存储器,使程序写入更加方便；第二，提供了更小尺寸的芯片,使整个硬件电路体积更小,此外价格低廉性能比较稳定的MCPU,具有8K8ROM、2568RAM、2个16位定时计数器、4个8位I/O接口,这些配置能够很好地实现本仪器的测量和控制要求。2最后方案确定选择AT89C51这个比较常用的单片机来实现系统的功能要求。2.2 系统检测控制部分的硬件选择由于定量给料皮带秤的数据采集部分主要包括称重传感器、处理电路和A/D转换电路，而对电机的控制是可控硅电路，因此此部分的论证主要分以下四方面。2.2.1 传感器的选择传感
26、器是一个十分重要的元件,因此对传感器的选择也显的特别的重要,不仅要注意其量程和参数,还有考虑到与其相配置的各种电路的设计的难以程度和设计性价比等等。传感器量程的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、可能产生的最大偏载及动载等因素综合评价来确定。一般来说，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高。但在实际使用时，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，因此选用传感器量程时，要考虑诸多方面的因素，保证传感器的安全和寿命。传感器量程的计算公式是在充分考虑到影响秤体的各个因素后，经过大量的实验而确定的。其公式如下：C=K0
27、K1K2K3(WmaxW)/N (2-1) C单个传感器的额定量程；W秤体自重；Wmax被称物体净重的最大值；N秤体所采用支撑点的数量；K0保险系数，一般取值在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。3综合考虑,本系统采用CHBW电阻应变式传感器,其最大量程为1000kg的称重传感器由双弯曲梁结构，优质合金钢制造。四角误差校准，偏听偏信心载荷保持精度。长期稳定性好，可靠性高，密封防尘设计，感器测量精度高、温度特性好、工作稳定等优点。广泛应用于基于单片机的电子皮带秤。该称重传感器主要由弹性体、电阻应变片电缆线等组成。【4】其工作原理如图2-2所示： 图2.2 称重传
28、感器工作原理图表2-1 压力传感器主要技术指标准确度等级 Accuracy class C3 0.02 0.03 额定载荷Rated load kg 50-1000灵敏度 Sensitivity mV/V 1.5-2.0非线性 Nonlinearity %F.S. 0.02-0.05 滞后 Hysteresis 0.02-0.05重复性 Repeatability 0.02-0.05蠕变 Creep %F.S./30min 0.03蠕变恢复 creep recovery 零点输出 Zero balance %F.S. 1 零点温度系数 Zero temperature coefficient
29、%F.S./10 0.03 额定输出温度系数Rated output temperature coefficient 输入电阻 Input resistance 3802输出电阻 Output resistance 3502绝缘电阻 Insulation resistance M 5000 2.2.2 放大电路选择称重传感器输出电压振幅范围020mV。而A/D转换的输入电压要求为02V，因此放大环节要有100倍左右的增益。对放大环节的要求是增益可调的（70150倍），根据本设计的实际情况增益设为100倍即可，零点和增益的温度漂移和时间漂移极小。按照输入电压20mV，分辨率20000码的情况，漂
30、移要小于1V。由于其具有极低的失调电压的温漂和时漂（1V），从而保证了放大环节对零点漂移的要求。残余的一点漂移依靠软件的自动零点跟踪来彻底解决。稳定的增益量可以保证其负反馈回路的稳定性，并且最好选用高阻值的电阻和多圈电位器。【5】由图2-2称重传感器的工作原理图可知，电阻应变片组成的传感器是把机械应变转换成R/R，而应变电阻的变化一般都很微小，例如传感器的应变片电阻值120，灵敏系数 K=2，弹性体在额定载荷作用下产生的应变为1000，应变电阻相对变化量为：R/R=K=210006 =0.002 （2-2）由式2-2可以看出电阻变化只有0.24，其电阻变化率只有0.2%。这样小的电阻变化既难以
31、直接精确测量，又不便直接处理。因此，必须采用转换电路，把应变计的R/R变化转换成电压或电流变化，但是这个电压或电流信号很小，需要增加增益放大电路来把这个电压或电流信号转换成可以被A/D转换芯片接收的信号。在前级处理电路部分，我们考虑可以采用以下两种方案：方案一：利用普通低温漂运算放大器构成前级处理电路；普通低温漂运算放大器构成多级放大器会引入大量噪声。由于A/D转换器需要很高的精度，所以几毫伏的干扰信号就会直接影响最后的测量精度。所以，此种方案不宜采用。方案二：主要由高精度低漂移运算放大器构成差动放大器，而构成的前级处理电路；差动放大器具有高输入阻抗，增益高的特点，可以利用普通运放(TL062
32、)做成一个差动放大器。【6】其设计电路如图2.3所示：图2.3 利用普通运放设计的差动放大器比较称重传感器和差动放大器的放大倍数，如果差动放大器倍数略大于称重传感器（5%），则系统设计满足要求。其计算结果如下： 称重传感器输出电压为5V，并且它的灵敏度为2MV/V，则放大倍数为： 52 = 10 MV 差动放大器运算放大倍数： K =（1+R3/R4）（1+2R5/W） =（1+400/100）（1+2*200/4） = 505倍2.2.3 A/D转换器的选择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
33、点并能满足不同的具体应用要求。1、ADC集成电路类型介绍 并行比较A/D转换器：如ADC0808、 ADC0809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。缺点是：并行比较式A/D转换的抗干扰能力差，由于工艺限制，其分辨率一般不高于8位，因此并行比较式A/D只适合于数字示波器等转换速度较快的仪器中，不适合本系统。 逐次逼近型A/D转换器：如：ADS7805、ADS7804等。逐次逼近型AD
34、C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。 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AD
35、C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。 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
36、。【7】2、MAX187功能及应用介绍 根据系统的精度要求以及综合的分析其优点和缺点，本设计采用了12位A/D MAX187转换器。A/D MAX187转换器是美国MAXIM公司生产的一种串行A/D 转换器,具有低功耗、高精度、高速度、体积小、接口简单等特点。它是一种单通道12 位逐次逼近型串行A/ D 转换器,内部设有采样保持电路,采用单一的+5V 供电,接收0+5V 模拟信号输入。 MAX187特点 12位分辨率； 单一+ 5V 工作电压,工作电流1.5mA ,关断电流2A ； 内部采样/ 保持电路,75Ksps 采样速率； 1/2LSB 整体非线形度； 内部4.096V 基准电压, 与S
37、PI、QSPI 及Mi2crowire 兼容的3 线串行接口。 MAX187结构 MAX187引脚MAX187 串行A/ D 转换器有DIP/ SO 两种封装。如图2-4所示(DIP封装) 。VDD ：电源端接+ 5V ；AIN ：采样模拟信号输入端,0 - VREF ；SHDN ：三电平关闭输入端；REF : 用于模拟转换的基准电压端,使用外部基准电源时用作输；;GND : 模拟地和数字地；CS: 片选信号输入端；SCLK:串行时钟输入端；DOUT:串行数据输入端,数据在SCLK下降沿输出。 MAX187内部结构 图2.4 MAX187内部结构图 MAX187内部结构如图2.4所示。片内包括
38、12 位逐次逼近ADC、比较器、DAC、采样/ 保持器、输出移位寄存器等。【8】 MAX187特性及特点 工作方式控制选择1）SHDN = 0 ,MAX187 工作在关断方式,仅需提供10A 电流；2）SHDN = 1 ,MAX187 工作在普通方式,使用内部参考电源；3) SHDN 悬空,MAX187 内部参考电压无效,允许在REF 管脚输入外部参考电源。 工作过程简述MAX187 工作时序图如图2.5所示。 图2.5 MAX187工作时序图MAX187 的工作过程实现如下：1）保持SCLK= 0 ,CS 的下降沿使采样/ 保持器开始工作,转换器进行转换; 在转换期间应始终保持SCLK= 0
39、 ;数据输出前应保持CS = 0。2）经过一个内部8. 5s 转换周期后,DOUT 被拉为高点平,转换结束,数据在SCLK的时序控制下从OUT 端输出。3) 在转换结束后,可在任何时刻通过SCLK时钟将数据移出移位寄存器。DOUT 在SCLK的下降沿开始输出,下一个时钟的下降沿在DOUT 端产生一个MSB ,由于有12 位和一个开始位,所以至少有13 个时钟周期来移出这些数据。4) 连续13 个SCLK周期后,使CS = 1 ,DOUT 变为高阻态,结束一个完整的转变周期。如果13 个SCLK周期后,CS 仍为0 ,这时SCLK仍不断发生,DOUT 端在LSB 后将输出“0”,成为无效位。5)
40、 在两个操作周期间应保持一个最小时间间隔Tcs = 0.5s ,以使A/ D 转换器完成初始化,这样整个一个转换输出的周期大约为12.25s。 MAX187 在工业污水水质及排放总量在线实时监控系统中的应用 MAX187 与AT89C51 单片机的接口MAX187 和AT89C51 的接口电路如图2.6所示。 图2.6 MAX187与89C51接口电路工业污水水质及排放总量在线实时监控系统主要有污水采样和污水水质参数检测两部分功能。在污水水质参数检测中采用MAX187 将采集到的模拟信号转换成数字信号。污水水质参数主要包括PH值、COD、重金属、色度、瞬时流量和累积流量等。传感器将采集到的信号
41、经放大、滤波,通过8 选1 模拟开关输给A/ D 转换器MAX187 ,转换后的数字信号通过DOUT 端输入给单片机。这里我们采用软件合成的方式模拟SPI 接口将单片机与MAX187 连接,从而完成串行数据的A/ D 转换。MAX187 的SCLK、CS、DOUT 端直接与单片机的通用I/ O 口相连,不需要任何接口变换。由于MAX187 内部有2.5V 参考电源所以只需在REF 引脚上接4.7F 电容,用参考电源提供工作电压。为减少来自电源的干扰,在VDD 端接10F 和0.1F 的滤波电容。【9】 MAX187 与AT89C51 接口程序MAX187 :SETB CS ;置CS 无效CLR
42、 SCLK ;SCLK初始化为低NOP NOPCLR CS ;CS 有效ACALL D134NS ;调延时子程序ACALL D134NS NOP SETB SCLK NOP CLR SCLK ;转换开始;片选信号无效,输出结束NOP MOV R7 , # 12 ;延时子程序CLR SCLKRLC APUSH ACCMOV A ,BRLC AMOV B ,APOP ACCNOPDJNZ R7 ,MAX1871ACALL D134NSSETB CSRETD134NS： MOV R7 , # 5MOV A , # 0 ;A 累加器清零MOV B , # 0MAX1871：SETB SCLK; 串行数
43、据输出DJNZ R7 ,D134NS1MOV C ,DOUTD134NS1：NOPRET 2.2.4交流电机调速控制电路的选择 （1） 交流电机的调速主要分为三类:第一类：串级调速，这种调速系统复杂，而且不容易控制。第二类：变频器调速，随着晶闸管研制成功，交流电机调速技术迅速发展，出现了变频器，通过改变供电电源的频率来调节异步电动机的转速，这种调速方式可以获得很大的调速范围，很好的调速平滑性和足够的机械特性硬度，但成本高，控制系统复杂。 第三类: 可控硅移相调压调速, 由能量守恒原理U I = F V ，在外部阻力不变的情况下，改变电压U的值，速度V也跟着改变，因此只要控制可控硅导通角调节输出
44、电压就可以达到调速目的，但这种方法要求触发电路发生相位可变且具有一定幅值的脉冲，而且还要解决触发脉冲与主回路电压之间的同步问题。同时由于工作波形是正弦波，转速与导通角的关系比较复杂，利用汇编语言计算编程时有比较大的难度。另外，移相触发可控硅调压装置，在可控硅导通瞬间会产生高次谐波，造成电网电压波形畸变，将影响其他用电设备和通讯系统的正常工作。（2）本次设计是在第三类可控硅移相调压调速电路的基础上选择了它的升级版可控硅过零调功调速电路装置。可控硅过零调压调速控制电路的原理：理论分析：P = F V ，在外部情况不变即F 保持不变时，在规定时间内电功率P 的变化将使速度V 跟着改变。因此调电功P
45、就可达到调速的目的。过零调功通过的工作电压是完整的正弦波形，过零导通且过零截止。过零调功方式就是通过在给定的时间内改变加进负载的交流正弦波个数来调节负载功率的一种控制方法。由于可控硅是在电压（电流）过零时触发导通的，导通时的波形是完整的正弦波或半波，所以不存在可控硅移相调压方式所存在的一切缺点。同时也由于可控硅是在电压过零时导通，其负载浪涌电流和电流变化率都很小，有利于可控硅的安全工作。实现可控硅的过零控制，需要解决两个问题：（1）要能实现工频电压的正负过零检测；并在过零时产生脉冲信号。（2）过零脉冲信号必须受单片机输出控制信息控制。从而控制可控硅过零触发脉冲的个数。这两个问题的解决由软硬件协同完成。（3）可控硅过零调压调速控制电路硬件电路 AT89C51单片机的作用：工频电压的正、负过零检测。由单片机发出的控制电平，去控制门控电路，以控制可控硅的过零触发脉冲数。过零检测电路：过零检测电路的最终目标是实现在 50HZ 的交流电压通过零点时取出其脉冲。由于可控硅过零调功方式是通过控制可控硅导通与关断的比值来调节输出功率，相位和移相触发的同步脉冲问题都不必考虑，因此输出的脉冲宽度可以放宽，这也使得电路更易实现。设计中利用两个光电耦合器实现过零电路。其电路原理图及波形如图1 所示3 4。此电路的工
