自动加料机控制系统设计

摘 要摘 要本设计实现了以基于单片机AT89C51为核心的自动加料机控制系统的硬件和软件设计，实现了加料系统的自动化。控制系统的控制器有单片机89C51和扩展电路组成，单片机控制继电器，继电器控制交流接触器，又由接触器控制电机等执行机构运动。本控制系统可以根据送料工艺的需要，设置两条生产线的输送、排料、满料、空料等参数值，也可装载系统前次工艺参数值。本系统的特点是在控制系统中，可用一个电机控制两个加料生产线，通过方向阀切换加以控制。两个生产线既可单独运行，也可同时运行。假如两者同时运行，当一条生产线输送结束后，判断到另一个生产线排料已经结束，则电机不停转而方向阀换向，从而为另一个生产线送料。这样可以发挥控制系统和电机的效率，从而实现供料自动化。考虑到控制系统工作时所处的复杂环境，为了能让控制系统在复杂的工作环境中正常工作，在设计时做了相应的抗干扰措施。关键字：自动加料，AT89C51单片机 ，继电器 IAbstractAbstractThe design and Implementation Based on AT89C51 single chip computer as the core of the automatic feeding machine control system hardware and software design, realizes the automation of feeding system. A controller of the control system is composed with single chip 89C51 and expansion circuit, single-chip microcomputer to control the relay, AC contactor control relay and contactor control by the motor, such as the executing agency of the movement. The control system based on feed the needs of technology, set up the delivery of two production lines, discharging, full feed, air feed and other parameter values, the system can also be loaded with the value of the previous process parameters.The system is characterized in the control system, can control two motors feed a production line, from the direction switching valve. Can separate the two production lines running, can also be run at the same time. If both run, when a transmission line after the line judge production, to another production line layout has ended, then turn to the direction of the motor, stop valve, which is another production line feeding. This is a motor control system and the efficiency, thus realizing feeding automation. Considering the control system of the complex environment, in order to make the control system in complex work environment work normally, the designer made corresponding anti-interference measures.Keywords: automatic adding, AT89C51 SCM, Relay II目 录目 录摘要IABSTRACTII目 录III第一章 绪 论11.1目的与意义11.2 现状及存在问题1第二章 论证系统方案及硬件电路设计32.1 系统的功能及特点32.2 系统总体方案42.3单元电路的选择42.3.1单片机的选择42.3.2 物位传感器的选择52.3.3 LED显示电路选择102.4主机电路核心器件介绍112.4.1 振荡电路112.4.2 LED显示电路122.4.3 MC14511B芯片介绍132.5单元电路介绍132.5.1 LED接口电路132.5.2 继电器控制电路142.5.3 键盘接口152.5.4 外部存储器扩展电路172.5.5 看门狗MAX813L电路20第三章 系统的抗干扰及可靠性223.1 硬件抗干扰223.2 软件抗干扰23第四章 系统软件设计25结 论27参考文献28致 谢29附 录30IV第一章 绪 论第一章 绪 论1.1目的与意义目前单片机已经迅速渗透到各个行业，其迅猛和普及之势是许多人始料未及的。单片机解放了人类的智力，提高了人类的能力和工作效率，又随着现代工业生产规模的日益扩大，使得自动化和先进控制方法成为了必不可少的部分。现在单片机已经几乎出现在任何的场合，如实时控制、监控、数据采集、信息处理等等。单片机已经在工业领域中成为了不可或缺和不可替代的强有力的控制工具。随着科学技术的不断进步和对生产效率要求的不断提高，在工厂中越来越重视自动化技术的应用，这样不单可以尽最大可能的提高生产效率，在用工成本不断提高的今天，也有它深刻的现实意义。本文以单片机作为核心控制器的自动加料机控制系统，利用控制器来实现生产的自动化，在满足生产需求的同时，提高了生产的现代化程度，并且结构简单，工作稳定，有很好的应用价值和应用前景。早先的闭环控制仅用于很简单和偏差变化较慢的控制系统，控制系统开始的稳定性差，控制外部显著的变化，影响送料装置控制系统的精密度，复杂控制系统的数学模型不容易建立，控制参数难以集成开发环境，跟不上时代的潮流。如今，送料装置精度高，性能强，系统越来越复杂、精密，饲料生产过程控制的任务越来越重，所以，馈线自动化是许多电力设备是很重要的组成，据现在的装置是根据经验进行控制的，容易造成浪费，又因为加料装置为一个复杂的物理特征，所以很难采用到准确的数学模型1。1.2 现状及存在问题 如今，国内外有很多由单片机控制的自动送料机，但也普遍存在自动化程度不高，生产效率低的问题，严重约束着该厂生产的现代化提高，不断完善并做了较多的质量控制，其发展之迅速。目前，芯片兼容，片上系统，多功能、- 1 -第一章 绪 论低功率方向发展。现在，我们的生活中处处应用着单片机，不用单片机的领域已经很少了，可以说是没有了。比如具有导航作用的导航装置，具有控制作用的飞机上的各种仪表，数据的传输和网络的通讯，实时的控制和数据的处理等工业自动化技术，各种智能卡，轿车的安全及保障功能，因此，未来的科学家和工程师在单片机方面必有造诣。综合各种系列单片机的性能和设备单片机实用的要求，本设计选择了AT89C 51单片机作为控制器。单片机目前技术发展迅速，已完全打破国内单一型号（如MCS51系列）的一统天下，新产品新型号的单片机层出不穷，以及嵌入式16、32位微处理器和开发平台的出现和应用。计算机系统的发展明显地向三个方向发展：巨型化，单片化，网络化。以解决复杂系统计算和高速数据处理的还是巨型机在起作用，所以，巨型机在当前在朝高速和处理能力的方向进军2 3。首次出现单片机，Intel公司就给其单片机取名为嵌入式微控制器（embedded microcontroller）。单片机的最明显的优势，就是可以嵌入到各种仪器、设备中。这一点是巨型机和网络不可能做到的。 - 30 -第二章 论证系统方案及硬件电路设计第二章 论证系统方案及硬件电路设计2.1 系统的功能及特点图2-1 加料机的工作原理图料斗式加料机的工作原理，如图2-1所示，是一条生产线的加料机工作原理图。当风扇转动时，负压将产生，在其中形成真空气流，当材料进料管，形成流动，通过吸管，到达接驳箱，使用的过滤材料和空气分离，当物料仓满，通过控制使真空加料机停止工作，和仓门自动打开，料斗，材料设备。同时，压缩空气脉冲反吹阀自动清洗过滤器直到时间或料位传感器发出信号，自动上料机真空泵产生的高真空泵，真空粉末上料机是利用泵旋转发生在高真空物料输送转达材料消除了分层，确保均匀混合物的组成部分，是纺布机械压片机胶囊充填机，干法造粒机，包装机，磨床，等机械自动送料装置的选择，本文介绍的设计送料机控制系统的基础上，饲料技术的需求，设立了提供生产线两条，排料，全空的材料，材料等参数。本设计利用单片机作为控制器设计了自动上料系统是与料斗式干燥机，是相匹配的。根据加料工艺要求，其原理可描述如下：首先，真空管，启动电机，用低真空气流，塑料树脂颗粒吸入真空管，使电机停转，颗粒进入料斗，并最终以上述步骤循环操作。在控制系统的设计中，可以控制电机的饲料生产线，从方向切换阀。可以单独的两条生产线运行，也可以运行在同一时间。如果两者同时运行，当一个传输线后线生产，到另一个生产线布局已经结束，然后转向电机的方向，截止阀，这是另一个生产线料。优化控制系统和电机的效率，从而实现自动化。控制系统的控制器有单片机AT89C51和扩展电路组成，单片机控制继电器，继电器控制交流接触器，又由接触器控制电机等执行机构的运动。本控制系统可以根据送料工艺的需要，设置两条生产线的输送、排料、满料、空料等参数值，也可装载系统前次工艺参数值。本控制系统的主要性能指标如下：1用一台电机控制两条生产线；2要能检测到满料状态，并显示出输送、排料、满料时间；3时间误差：0.1秒；4具有抗干扰能力；2.2 系统总体方案主电路采用89C51，内含4KB容量，所以在设计中不需要外扩ROM。硬件电路主要有LED显示电路、键盘接受电路、继电器控制电路，以及看门狗MAX813L等。系统的总体结构如图2-2所示。 图 2-2 系统的总体结构图2.3单元电路的选择2.3.1单片机的选择目前单片机渗透到我们生活的各个领域，而且种类繁多，品种规格也多样，先后经历四位机、八位机、16位机、等有代表性的发展阶段。四位机主要用于家用电器如电视机、空调器、洗衣机中，随着八位机价格的下降，在家用电器中一开始大量采用八位机，以便在家用电器中采用一些新技术4，例如模糊控制等，16位机具有很强的数值运算能力和较快的反应速度，常用在需要实时控制、实时处理的系统中。单片机在推广应用的初期，主要是用汇编语言，那是由于当时的开发 工具只能支持汇编语言，随之技术的越来越发展，单片机开发工具的功能也越来越好，对于8051单片机，有四种语言可以提供支持，有C语言，BASIC语言，汇编语言，、C语言是一种通用的程序设计语言，代码的效率比较高，二位数据类型丰富，运算符多样化，具有良好的程序结构，用在各种应用程序中很方便。支持MCS-51用C语言编程的编译器存在两种：弗兰克C51和KeilC51编译器，简称C51，C51是专门为MCS-51开发的一种高性能C编译器，C51产生目标代码，而且运行速速极高，同时，需要的存储空间也很少，几乎可以和汇编想并论，相比之下，MCS应用程序具有很多优点：我们只需要了解MCS-51的存储器结构就可以，不需要了解器件及其指令系统；C51能方便地管理内部寄存器的管理分配、相异存储器的寻址和数据类型等的细节方面；但是汇编却可以实现对资源的完全控制；C51可以在一些小的应用程序中，大量的产生代码，但是执行的速度较慢；在一些较大的程序中效率就有些高。相比之下汇编可以再小应用程序中产生高速的紧凑的代码；C51的程序是有很多函数构成的，具有很好的模块结构，同时有利于扩充和改善；当即性改变的时候，汇编编制的程序，无法直接移植使用，但是C语言程序是面向客户的应用程序，可移植性很好，可以在不同的机器上运行56。2.3.2 物位传感器的选择在现代工业生产过程中，物位检测具有相当重要的地位，通过检测无为可以确定器件中被测介质的存储量，以保证物料在生产过程中的平衡，也可以为经济的核算提供一个可靠的依据。同时，可以控制物位保持在可靠的范围内，是具有相当的重要意义，保证产量和质量的同时保证了安全生产。物位是指容器（打开或关闭）在液体培养基中页面的高度（称为物位），两种液体介质的高度（称为水平）和固体块，散体材料桩高度（称为材料）。用于检测液体的液位仪称为计，测试接口的仪器称为界面计，料位测量仪器称为料位计，它们统称为料位计7。水平检测在现代工业生产过程中具有重要的地位。通过测量材料的水平可以通过检测确定容器内介质的存储容量，不仅确保了生产过程的物料平衡，同时也为经济核算提供可靠的依据，通过料位检测与控制可以使水平保持在一个预定的范围，以确保生产质量产品，保证安全生产的重要意义。例如，火电厂锅炉汽包水位，如果水位太高，会导致系统的水，它不仅会增加管道和蒸汽轮机污染，降低压力和效率，但也造成严重的汽轮机事故；水位太低的水循环不良，可能水冷壁管局部过热甚至爆炸。因此，必须对汽包水位检测不准确，并控制在一定的范围内。最常见也是最直观的物位检测是直接式读取，它是在容器上开一些窗口（称为视镜）以便于进行观测。对于液位检测，可以使用与被测容器相连通的玻璃管（玻璃板）来显示容器内的液位高度。这种方法可靠、结果准确，它只能使用压力不高，只需现场指示的被测对象8。除此之外，目前常用的物位检测方法可分为下列几种。下面介绍几种实用化的物位传感器及应用。1电容式物位传感器电容式物位传感器是利用敏感元件把物位直接转换为电容量的变化，渐渐地电容器结构有圆筒形，检测原理如图2-3所示。图2-3 检测原理图它是由两个产度为L，半径分别为R和r的圆筒形金属导体组成。当两圆筒间冲以介电常数为的气体时，由此圆通组成的电容器的电容量为： （2-1）目前在物位检测中，常见的电容检测方法有交流电桥法、充放电法和谐振电路法等。2平衡式物位传感器该传感器利用检测的平衡浮子浮力变化的液位来测量。可以配备微机，使它有一个自我诊断和远程传输功能，它可以使用高精度测量大跨度水平。3压力式物位传感器通过硅油填充压力传递到半导体应变计测量液体水平。因为固态压力传感器（压阻桥）提高性能和微处理技术的发展，压力式液位传感器的使用越来越广泛。近些年，已制定了一个规模小，温度范围较宽，可靠性能好，精度高的压力式物位传感器，与此同时，其应用的范围也不断拓宽。4超声波物位传感器声波是一种机械波，机械振动在介质传播的过程中，当振动频率在十余合子到万余赫兹时可以被人听到，成为闻声波，更低频率的机械波成为次声波，20kHz以上频率的机械波称为超声波，作为物位检测，我们使用超声波。（1） 和其他声波一样，超声波可以在气体、液体以及固体中传播，并有各自的传播速度。（2） 声波在介质中传播时会被吸收而衰减，气体吸收最强而衰减最大，液体其次，固体最少，因此，对于一定强度的声波，在固体中传播的距离会明显的比在气体和液体中传播的距离长。（3） 声波传播随着声波的频率升高也增强，发出的声束也就越尖锐，所以我们可以将超声波近似为直线传播，方向性较好。（4） 当声波由一种介质向着另一种介质传播的时候，由于两种介质密度不同和传播的速度也不同，所以在分界面上就会产生反射与折射。5激光式物位传感器是一种高性能非接触式的高精度的液位传感器。工作原理和超声波液位传感器类似，我们只是改超声波为光波。6阻力式料位传感器阻力式料位传感器是指物料对机械运动所呈现的阻挡力。粉末颗粒状物料比液态物质流动性差，对运动物体有明显的阻力，利用这一特点可构成各种料位传感器。（1）重锤探索法，传感器放在仓顶，锤是由电动机驱动通过一个不锈钢带或钢丝绳牵引悬挂在仓内，仪器控制传感器定时自动水平检测，每次测量锤从筒仓顶部起始位置开始下降，会立即返回到仓库高层下测量。该仪器通过落锤过程的遥感信号处理可得到仓面间距，箱高是由用户设定的，此方法在本设计中较为复杂，此设计不予采用。（2）旋桨或推板法：为一个位置传感器，或料位开关。位置传感器。利用微型电机传动装置，传动轴和离合器连接，在不接触材料时，电动机正常运转，当刀片接触到材料，电机停止转动，检测装置输出联络信号，同时，切断电源，停止转动。当材料是降低时，叶片阻力消失，检测装置扭转弹簧恢复到初始的状态。根据不同的原料配比可调节扭力。由于这种方法在安装使用时有很多限制且应用不那么广泛，所以次设计也不予采用。（3）音叉法：此原理不需要恨大幅度的机械运动，而且驱动功率很小，机械结构不复杂、可靠又灵敏，通过材料对音叉（振动中）有无阻力得到料位是否达到和超过设定高度，同时发出控制信号。音叉式料位开关通过音叉基座安装在一对压电音叉共振频率振动。当它是在与被测介质接触时，音叉的振幅和频率将发生突变，智能电路检测这种变化转换为开关信号。其内部结构如图2-4所示。图2-4 音叉式物位计的结构原理图 采用音叉法，音叉法：根据物料对振动中的音叉有无阻力探知料位是否到达或超过某高度，并发出通断信号，这种原理不需要大幅度的机械运动，驱动功率小，机械结构简单、灵敏而可靠。音叉由弹性良好的金属制成，本身具有确定的固有频率，如外加交变力的频率与其固有频率一致，则叉体处于共振状态。由于周围空气对振动的阻尼微弱，金属内部的能量损耗又很少，所以只需微小的驱动功率就能维持较强的振动。当粉粒体物料触及叉体之后，能量消耗在物料颗粒间的摩擦上，迫使振幅急剧衰减，音叉停振。为了给音叉提供交变的驱动力，利用放大电路对压电元件施加交变电场，靠逆压电效应产生机械力作用在叉体上。用另外一组压电元件的正压电效应检测振动，它把振动力 为微弱的交变电信号。再由电子放大器和移相电路，把检振元件的信号放大。经过移相，施加到驱动元件上去，构成闭环振荡器。在这个闭环中，既有机械能也有电能，叉体是其中的一个环节，倘若受到物料阻尼难以振动，正反馈的幅值和相位都将明显的改变，破坏了振荡条件，就会停振。只要在放大电路的输出端接以适当的器件，不难得到开关信号。为了保护压电元件免受物料损坏和粉尘污染，将驱动和检振元件装在叉体内部，经过金属膜片传递振动。如果在容器的上下方都装叉体，可以实现自动进料或自动出料的逻辑控制，或者把料位越限信号远传到控制室。在控制室里的控制电路判断料位是否越限，并按要求使被控的进出料设备启停。并且叉体的制造和装配良好时，音叉也可用于液体测量和控制。在测量时不需要大幅度的机械运动，驱动功率小，机械结构简单、灵敏而可靠9。系统采用LD-YC/YG 型 音叉式物位限位开关如2-5图所示。图2-5 LD-YC/YG型音叉式物位限位开关通过上述方案的比较，本文选择音叉法阻力式料位传感器。2.3.3 LED驱动方式选择当前，单片机的显示器主要有两种应用的比较广泛，一种是比较简单的LED显示器，另一种是较复杂的LCD显示器。当要显示的内容比较多时，LCD显示器的优势就会比较明显的显示出来，在使用效果上会比简单的LED显示要好很多。由于在本设计中要显示的内容相对较少，所以我们选择使用LED显示器。有关LED显示器的具体内容将在电路的具体设计中进行介绍。LED显示器有静态显示和动态显示两种显示方式10。LED数码管如果要正常显示，就需要用驱动电路来驱动数码管每个段码，进而得到出我们需要的数位，所以根据LED数码管驱动方式不同，有静态式和动态式。1静态显示驱动 静态驱动也可以叫直流驱动。在静态驱动方式下，每一个数码管的各个部分是由一个单一的芯片的输入输出端口驱动程序。静态驱动具有编程简单，高亮度显示，缺点是占用的输入/输出口较多。每一个字符显示一旦确定，相应的锁存器的输出将保持不变，直到显示下一个字符。也因为这样，静态显示亮度高。这显示界面编程容易。2动态显示驱动动态数码管显示接口芯片是一个最广泛使用的一个显示，动态驱动器是所有数码管显示“A，B,C,D,E,F,G,dp”同名端连一起，除了每个数码管的公共电极组件增加门位控制电路，一位选通由独立的输入/输出线控制，当单片机输出字体代码的时候，所有的数码管收到了一样的字体代码，但无论在数码管上显示字符，决定于单片机控通讯电路，所以只需要显示数码管选通控制位显示字体打开，没有选通的数码管会不亮。透过控制各个LED数码管的COM端（分是轮流控制），这样就使各个数码管轮流受控进行显示，这就是动态驱动。在轮流显示的过程中，每一个元数码管亮灯的时间为12ms，因为人的视觉暂留现象和led余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示资料，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O埠，而且功耗更低。 通过时变控制数码管组件，使得每个数码管轮流控制显示，这是动态驱动。在旋转过程中，每个数码管发光时间是1毫秒2毫秒，由于持续的视觉和发光二极管余辉效应，尽管使劲上的数码管不会同时点亮，但是只要扫描的速度够快，给我们的印象是一个稳定的显示，没有闪烁感觉，动态与静态显示的一样，就可以节省大量的输入/输出端口，和更低的能耗11。所以，在此设计中只涉及2位输出，所以采用LED静态显示，即2片8位移位寄存器串级使用。另外，通过比较矩阵式键盘接口和独立式键盘接口，本设计所需要的键较少，所以采用独立式键盘接口。为了存储自动加料及两条生产线的输送、排料、满料、空料等重要信息，还要在控制系统扩展外部存储空间，来存储上述信息。2.4主机电路核心器件2.4.1 振荡电路AT89C51中有一个放大器，在内部振荡器起高增益反相作用，XTAL与XTAL2分别为放大器的输入及输出端。该放大器与片外石英晶体（为反馈元件）或陶瓷谐振器一起，构成了自激振荡器，振荡电路图如图2-6所示。图2-6 内部振荡电路图2-7 外部振荡电路也可以用外部时钟，如图2-7所示。在这样的状态下，外部时钟脉冲连到XTAL1，XTAL2悬空。因为外部时钟信号由一个触发器后作为内部时钟信号，这个触发器是两分钟触发器，所以对外部时钟的信号的占空比没有很特别的要求，但是最小高电平持续的时间与最大的低电平持续的时间应该符合产品技术条件的要求。2.4.2 LED显示电路在单片机系统中，常常用LED 数码管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。如图2-8所示为八段LED数码管显示器。图 2-8 八段LED数码显示器共阴极、阳极的数码管显示每个笔划和安排的立场是相同的。当二极管传导，相应的段闪亮，闪亮的部分，显示各种字符笔画。8笔划对应一个字节（8位）的d7d6d5d4d3d2d1d0，8位二进制代码可以说表现目标代码。自动送料机控制系统的操作需要显示送料、空料、满料、排料，有时间切换键和标志线的发光二极管显示的位数表示，在设计中，我们使用了静态显示模式。如果使用的输入/输出接口，那么需要四个8位输入输出口，如果锁存器接口，是74ls373芯片领域的应用研究所在，用四个。该设计中，LED显示电路采用74LS377锁存器和MC14511B驱动LED显示器。2.4.3 MC14511B芯片介绍 MC14511B是一种将BCD码转换成LED七段显示的译码器，该器件中包含保护电路以防止静电损坏。其引脚图如图3-6所示。其中A B C D四个引脚为信号输入端，a b c d e f g为信号输出端，连接LED显示器，为了正常使用，要使LT、BI两个引脚接地，LE引脚接电源，引脚图如图2-9。图2-9 MC14511B引脚图2.5单元电路介绍2.5.1 LED接口电路LED显示电路采用74LS377驱动器和MC14511B译码器控制LED数码管。两个LED显示一条生产线一个工作过程的秒数。两片MC14511B把P0口的高四位和低四位译码成十进制控制LED显示，电路图如图2-10所示。2-10 MC14511B电路图2.5.2 继电器控制电路在电气控制领域或产品中，凡是需要逻辑控制的场合，几乎都需要使用继电器，从家用电器到工农业应用，甚至国民经济各个部门，可谓无所不见。继电器是一种利用各种物理量的变化，将电量或非电量信号转化为电磁力（有触头式）或使输出状态发生阶跃变化（无触头式），从而通过其触头或突变量促使在同一电路或另一电路中的其它器件或装置动作的一种控制元件。按照转化的物理量的区别，可形成各种不同功能的继电器，用于各种控制电路的信号传输，放大，转换，互锁，从而控制主电路与辅助电路的装置或设备根据预定的程序，实现自动控制和保护。当继电器被激励，从一个起始位置达到预定的工作位置，并完成电路的切换动作，即为继电器的工作特性，包括吸合。不吸合，保持与释放状态。当输入变化时，上述回升值或小于其释放值，继电器动作，继电器触点的触点闭合或开放，无触点继电器输出进一步变化，以便提供一个逻辑变量。自动加料机是把塑料粒子送到一个真空管，在输送时真空管关闭合，排料时真空管需要打开，将粒子送到排料漏斗。本设计共需2个继电器控制交流接触器，一个接带动生产的电动机。另一个为控制工作方向的方向阀。经考虑采用4123无极12V直流控制24V的交流继电器，并利用光耦合器件P521和MCU隔开12。89C51的P1初始值为0FFH，所以加一个74LS04反相器使得继电器初始不产生闭合，使用MC1413为无源驱动器，IN4007组成继电器的续流二极管。电路图如2-11。图2-11继电器控制电路2.5.3 键盘接口非编码键盘接口与单片机系统所使用的键盘编码和非编码键盘键盘两种。编码键盘自身除了按键，还包括产生键码硬件电路，只需按一个键，就可以生成关键代码，通常被称为键码，同时，还可以产生一个脉冲信号，通知处理器接收（输入）键码。这个键盘使用方便，也不需要写很多程序，非编码键盘是由若干按键排列成一个行列矩阵。按键的功能，只是简洁地实现接点的接通和关闭，但是需要有一套对应的程序和它配合，才能产生出对应的键码。非编码键盘几乎不需要附加什么硬件电路，目前，在微型计算机控制系统中使用比较普遍。使用非编码键需要用软件来解决按键的识别，阻止抖动以及键码的产生等工作。在本设计中使用的键盘都是机械开关的键盘，在按键操作时，机械触点的弹性及电压突跳等原因，在触点闭合或开启的瞬间会出现电压抖动的现象，在实际应用中如果不进行处理将会造成误触发，具体情况如2-12所示。图2-12 按键电平抖动示意图为了防止此类事情的发生，就必须要进行去抖动。可通过硬件去抖动，也可以通过软件去抖动。由于增加硬件会导致成本的提高，在这里我们用软件来实现按键的去抖动操作，同样可以达到满意的效果。按键去抖动主要在于寻找稳定的低电平状态，滤除按键前后的抖动毛刺。对此，我们可也在第一次检测到有低电平信号时，在延时1020ms，再次检测是否还是低电平，如果是，那么就可以确认，按键已被按下，可以执行相应的操作，如果在延时之后检测到信号变为高电平，那么我们可以确定，此次操作是一个误操作，不去执行相应操作。这样就可以防止按键产生的误操作。其操作表如表2-1，电路图如2-13所示。图2-13 8255A扩展电路图表2-1 8255A功能操作表A1A0操 作001010000111000A口数据总线B口数据总线C口数据总线输入操作00110101111100000000数据总线A口数据总线B口数据总线C口数据总线控制口输出操作x1xx1xX01x11100数据总线为高阻态非法状态数据总线为高阻态禁止操作2.5.4 外部存储器扩展电路自动加料机存在两条生产线的输送、排料、满料、空料，共8个设置的重要数据需要读/写，并且能够提供掉点保护，所以就需要外阔程序存储器。程序存储器一般采用自读存储器，因为这种存储器在电源关断后，仍能保存程序，在系统上电后，CPU可取出这些指令予以重新执行。只读存储器简称ROM。ROM中的信息一旦写入之后，就不能随意更改，特别是不能在程序运行的过程中写入新的内容，故称之为只读存储器。向ROM中写入信息叫做ROM编程。根据编程的方式不同，ROM分为以下几种：1掩膜ROM是在制造过程中编程。因编程是以掩膜工艺实现的，因此称为掩膜ROM。这种芯片存储结构简单，集成度高，但由于掩膜工艺由于成本较高，因此只适合于大批量生产。2可编程ROM（PROM）PROM芯片出厂是并没有任何程序信息，是由用户用独立的编程器写入的，但PROM只能写入一次，写入内容后，就不能在进行修改。 3EPROMEPROM是用电信号编程，用紫外线擦除的只读存储器芯片。在芯片外壳上的中间位置有一个圆形窗口，通过这个窗口照射紫外线射就可擦除原有的信息。 4E2PROM这是一种用电信号编程，也用电信号擦除的ROM芯片，对E2PROM的读写操作与RAM存储器几乎没有什么差别，只是写入的速度慢一些，但断电后能够保存信息。此设计是采用外扩的E2PROM的扩展方式。也叫电擦除可编程自读存储器，它突出的优点是可以在线擦除与改写，无须像ERPOM一定要用紫外线照射才可以擦除，较新的E2PROM产品在写入时能自动完成擦除，且不再需要专用的编程电源，我们可以直接使用带有正5V电源的单片机系统。一般较常用的E2PROM芯片有2816/1816A、2817/2817A、还有2864A。本设计采用的是用2864A的扩展方式。2864A与单片机接口时，2864A的片选端与高地址线P2.7连接，P2.7=0才能选中2864A，这种线选法决定了2864A对应多组地址空间，即：0000H1FFFFH，2000H3FFFH，4000H5FFFH，6000H7FFFH。这8K字节存储器可作为数据存储器使用，但掉电后数据不丢失。2864A与AT89C51接口电路如图：单片机由于受引脚数的限制，数据线和地址线是复用的，由P0口兼用。为了将它们分离出来，以便同单片机片外的扩展芯片正确的连接，需要在单片机外部增加地址锁存器。我们这本设计中使用74LS373。74LS373是一种带有三态门的8D锁存器，其引脚如图2-14所示，74LS373的功能表见表2-2，连接电路图如图2-15所示。其引脚的功能如下：D7D0：8位数据输入线。Q7Q0：8位数据输出线。G：数据输入锁存选通信号，高电平有效。当该信号为高电平的时候，外部数据选通到内部锁存器，负跳变时，数据锁存到锁存器中。：数据输出允许信号，低电平有效。当该信号为低电平的时候，三态门打开，锁存器中数据输出到数据输出线。当该信号为高电平的时候，输出线为高阻态。图 2-14锁存器74LS373的引脚表2-2 74LS373的功能表GDQ0111010000不变1高阻态图2-15 74LS373连接电路图2.5.5 看门狗MAX813L电路在复杂的生产环境中，单片机控制系统要受到环境中各种因素的影响。例如供电系统突然掉电，使控制系统中需要保存的重要数据丢失，还有当cpu受到干扰时，导致程序无法正常运行，而使程序陷入死循环，导致控制系统失去控制功能。这些都会对正常的生产造成不可估量的损失。为了防止这种现象的发生，我们在电路中加入MAX813L电路，来保证系统的正常运行。MAX813L的引脚如图2-16 所示。图2-16MAX813L引脚图手动复位输入端:当在该端口手动输入一个持续140ms以上的低电平时，MAX813L就会在RESET端输出高电平，当它与单片机的复位端相连是，就会使单片机系统复位。MAX813L的电路如2-17图所示。图2-17 MAX813L的电路MAX813L与单片机的相连可按如下所述。将WDI接P3.4，来实现定时的对定时狗的计数器进行清零；将PFO与外部中断相接，来实现当外部供电将要断电时，系统及时中断来保存重要数据；将RESET与单片机的RST相连，来实现当系统程序出现死循环时的复位操作，让系统恢复正常运行。总括上述内容，可以得到系统的整理控制原理图见附录。第三章 系统的抗干扰及可靠性第三章 系统的抗干扰及可靠性 所谓干扰，就是有用信号以外的噪声或造成计算机设备不能正常工作的破坏因素。提到干扰，不得不介绍电磁兼容性。电磁兼容性的定义包含三个含义：电子设备应该具有抑制外部电磁干扰的功能；电子设备产生的电磁干扰该低于规定的限度，不影响其他电子设备的工作；电磁兼容性可测量。要想使系统在复杂的环境中正常的运行，应该采取必要的软硬件措施，消除和减小各种不良因素对系统的影响，尽可能的提高系统的抗干扰能力、系统工作的稳定性。3.1 硬件抗干扰系统抗干扰中一个重要的方面就是硬件抗干扰，硬件抗干扰是系统设计过程中从头到尾一直要考虑的问题。通过以前的实践证明，只要硬件电路设计的合理，就可以消弱或者抑制绝大一部分的干扰。 首先对于电子系统，接地是一个不得不考虑的一个方面。正确的接地系统，应当是电气和电子系统的所有部分，在任何时候都能通过所提供的低阻抗途径，均衡整个系统的能量，使其保持在同一电位上。高频的电源、交流电源、强电设备产生的电火花都能产生电磁波，从而成为电磁干扰的噪声源。当距离较近时，电磁波会通过分布电容和电感耦合到信号回路而形成电磁干扰；较远距离时，电磁波则以辐射形式构成干扰。为了防止电磁干扰将电缆屏蔽金属外壳、电子设备的金属外壳、屏蔽罩等进行接地以达到电磁兼容性的要求。在本设计中，要达到这一点，就要在单片机的控制器外面加一个金属外壳等屏蔽体，并将屏蔽体接地。隔离供电系统对控制器的影响的最好方法就是使用隔离变压器，通过隔离变压器，来防止到电网的一些干扰进入单片机系统造成干扰。集成电路的电源和地线形成的回路要尽量短小。布线时，电源线和地线尽量粗，除减小接地电阻，减小压降外，公众要的是降低耦合噪声。印刷电路板地线布置严格，可以有效抑制电磁干扰。电源和地是从供电电源的两端接到印刷电路板上的，电源和地分别一个接点。为了避免内部干扰，在印刷电路板上有多个信号返回地线，如数字地和模拟地等，这些地线在印刷电路板上分开，但最终都汇聚到电源的接地点上。同时还要用地线把数字地与模拟区隔离，数字低于模拟地要分离，最后在一点接于电源地。印刷电路板以外的信号线相互连接时，采用屏蔽电缆来抑制。屏蔽电缆的屏蔽层要合理接地。信号的隔离，是从电路上把干扰源和工作系统的部分隔离开，使设备和现场仅保持信号联系，不直接发生电的联系，实质上就是把引进的干扰通道切断，达到隔离干扰的目的。例如在继电器控制电路中，采用了光电隔离TLP521，这种光电耦合器适合于外部输入的开关量信号。通过采用光耦合器件可以完成 模拟装置或者数字量的光电隔离，避免干扰影响。由于数字电路中包含很多方波，具有比正弦波更高的高次谐波成分，容易引起电磁干扰。去耦电容一方面是集成电路的蓄能电容，提供和吸收集成电路开门关门瞬间的充放电能量，另一方面滤掉器件的高频噪声。通过在电路板上电源输入端跨接220uf、10uf的电解电容器和在集成电路并接0.010.1uf的高频电容，可以减少集成电路和电源之间的影响。在前面所述的MAX813L电路也是一种硬件的抗干扰方法。其可以实现系统突然断电时的数据保护和当系统因干扰而导致程序飞跑情况是的系统恢复，可以大大提高系统的稳定性能。3.2 软件抗干扰干扰系统的信号，它的频谱往往是非常广泛的，是随机的，如果只是采用硬件抗干扰的措施，也只能是抑制某一个频率段的干扰，仍有一些干扰可能侵入系统。同时，由硬件去解决系统抗干扰问题，就会增加设计的成本，即使是这样，有的时候还是不能很好的解决问题，所以，有必要通过软件的抗干扰来提高系统的稳定性。 首先在系统的存储器中存储着系统运行时的各种数据，由于外界的干扰，有可能会使存储器中储存的数据损坏。为了让保证系统可以正确的参数来执行程序，就必须要保证存入数据的准确性。此时，就要对系统的参数和重要数据进行备份，这里复制存储3份，在读取数据时，先对三分数据进行比较，如果数据都相同，那就可以放心使用，当有数据不同时，就要由系统发出警告来提示操作者。同时为了防止在CPU受到干扰时程序执行的混乱，在程序加入软件陷阱，来使程序执行错误时的正确返回。例如在跳转和返回指令处加NOP指令。第四章 系统软件设计 第四章 系统软件设计系统中用到了一共两个中断定时器：定时器0每隔上1.2s，就使P1.7产生一个脉冲信号；当定时器1产生一个1s的定时时，就会使LED显示出递减。故障处理程序就会使PC指针转跳回到起始起动的对应程序段；主程序终结内部RAM数据区的初始化、8255的初始化，并且依照按键信号转跳到对应的程序段。下图4-1和4-2为中断流程图和扫描程序框图，主