公路超重监测

1、介绍一种动态测重系统的结构和实现方式，要紧功能动态测量行驶车辆的轮胎受力，并计算相应静态车辆重量，完全自动、不断车测重。硬件设计中介绍数字电路的组成，A/D转换器、信号差分放大和LED显示电路。软件设计中提出了依如实际采样波形而设计的独特数据处置方式。关键词：目录引言1绪论课题背景超重检测器的概述研究的目的和意义系统设计的要紧任务硬件问题软件问题2系统方案的设计超重检测系统的设计要求设计的大体思路方案比较和论证操纵器前级放大器A/D转换器3系统组成压力传感器传感器的概念传感器的作用传感器的组成传感器的分类传感器设计要点仪器放大器采纳op27模数转换器采纳A/D0809继电器单片机采纳AT89S

2、52MCS-51单片机的组成电源线端口线操纵线LED数码管变压器4硬件电路设计设计利用的大体知识介绍芯片介绍及相关电路模块设计测重传感器电桥原理图前端信号放大处置电路图A/D0809转换电路A/D电路的信号流程主操纵电路复位电路晶振电路下载接口人机交互界面键盘接口电路LED数码管显示电路电源电路其它扩展电路警告电路引言：随着运算机技术的高速进展，单片机以其自身的特点，已普遍应用于智能化测控设备和产品普遍应用到各个领域，单片机嵌入到对象体系中的嵌入式系统已渗透到单位、家庭和个人，单片机技术产品和设备增进了生产技术水平的提高。本次设计的高速公路超重检测系统正是单片机应用系统中的一种。单片机应用系统

3、由硬件和软件组成。硬件是指单片机扩展的存储器、输入/出设备和各类实现单片机系统操纵要求的接口电路和有关的外围电路芯片或部件；软件是指单片机应用系统实现其特定操纵功能的各类工作程序和治理程序。只有系统硬件和软件紧密配合、和谐一致，才可能组成高性能的单片机应用系统。在单片机应用系统开发的进程中，应不断调整软、硬件，和谐地进行软、硬件设计，以提高工作效率。单片机应用系统的开发进程一样包括系统的整体设计、硬件设计、软件设计和系统调试几个时期。这几个系统开发时期并非是彼此独立、各行其是的，而应依照开发的实际需要，彼此和谐、交叉，有机的进行。高速公路超重检测需要应变片式压力传感器。从广义上讲，传感器确实是

4、能感受外界信息并能按必然规律将这些信息转换成可用信号的装置。狭义上讲，传感器确实是能将外界信息转换成电信号的装置。随着新技术和自动化的进展，传感器的利用数量愈来愈大，一切现代化仪器、设备几乎都离不开传感器。在工业生产中，尤其是自动化生产进程中，用各类传感器来检测和操纵生产进程中的各个参数，如温度、压力、流量、PH值等，以便使设备工作在最正确状态，产品达到最好的质量。本次设计中所利用到的压力传感器确实是要测量行驶车辆车轮向压力传感器施压致使电压转变的动态信号，而且利用数模转换芯片将电压值转换为数字值，实现整个系统车辆超重的检测，实现智能操纵。本次设计车辆超重检测系统的确实是单片机应用系统的一种典

5、型应用，要求能够检测高速公路上行驶车辆的载重，而且对违章超重车辆进行自动称重、并显示出相应的信息警告司机，同时启动抓拍系统，对违章车辆进行抓拍。由于车辆超载引发大量交通事件、路面、桥梁隧道等严峻受损。为了保护国家财产不受损失，保证人民的生命平安，爱惜公路畅通无阻，设计动态称重设备来限制超载车辆相当重要。随着电子技术与运算机技术的进展，面对各类检测对象和大量的测试点，需要利用数据搜集系统将多路被测量值转换成数字量，再通过单片机或微型运算机进行数据处置，实现实时测控。而现在采纳单片机来实现高速公路超重检测不仅具有搜集操纵方便、简单、灵活等优势，而且能够大幅度提高搜集点的技术指标，从而大大提高系统的

6、可利用性。这次检测系统正是把ADC080*AT89S52单片机有机的结合起来，实现了数据搜集系统，也符合了本设计的要求。本人在这次设计中要紧担任了系统的硬件电路图的设计、硬件的焊接和调试、软件的设计、和各个芯片资料查找与整理等工作。1绪论课题背景我国的高速公路进展比西方发达国家晚近半个世纪的时刻，从80年代末开始起步,到2004年年末已经超过3万千米。依照交通部最新发布的国家高速公路网计划从2005年起到2030年，国家将斥资两万亿元，新建万千米高速公路，使我国高速公路里程达到万千米。随着经济的进展，交通量的迅速增加，各类运输车的数量和比重逐年递增，专门是一些运输单位或个人不顾车辆、公路承载能

7、力及行车平安，擅自对车辆进行改装，致使公路、桥梁及其附属设施受到严峻破坏，由此而引发大量交通事件、路面、桥梁、隧道等严峻受损。为了保护国家财产不受损失，保证人民的生命平安，爱惜公路畅通无阻，设计动态称重设备来限制超载车辆相当重要。同时，动态称重设备能普遍应用于自动化交通调查、收费系统、交通平安治理等场合，并能产生庞大的经济效益和社会效益。还可推行应用于企业、码头等载货车辆称重和治理。动态称重系统应用面很广，国内外研究部门和企业都在研制、生产出相应的产品，其中德国和美国研究水平较高。德国PAT公司生产的动态称重系统的精度已达±3%而国内研制的固定式动态车辆称重系统误差为土5%，一样都是

8、在高速公路入口收费车道前安装一台低速测重系统，向收费系统运算机传输轴重、整车重、车速、车轴数量、车型、轴距、速度、车道号和行驶方向、日期和时刻、数据记录序号、车辆加速度、超限判别标识等信息，实现计重收费和超限检测功能。为此，咱们采纳MCS-51系列ADC89S52单片机设计一种动态称重系统用于高速公路上的超重检测。（本系统仅模拟其原理）MCS-51单片机是美国INTE公司于1980年推出的产品，AT89S52是MCS-51系列单片机中的代表产品，它的大寻址范围和指令系统也超级适合数字信号处置，将AT89S52其引入动态称重系统，使其系统的运算速度更快、检测更精度，而且的高速并行运算方式能够运行

9、加倍复杂的数据运算体系，为以后的系统完善留有充分余地。超重检测器的概述长期以来，超重汽车超载运行是高速公路损害的要紧缘故之一，杜绝载重汽车超载是高速公路治理和平安运行的重要方法，高速公路自动超重检测系统对行驶车辆自动测重，并发出警告信息提示司机，判定是不是超重运行，保护了高速公路的平安运行，保证了公路的利用寿命。研究的目的和意义设计出一种全自动高速公路动态超重检测系统，自动检测超重车辆，并显示红灯警告，同时启动抓拍系统（抓拍系统不做）。目前的超重检测系统多用于高速公路入口匝道出，通过手费治理人员实行半自动检测，这种检测系统不仅降低了工作人员的工作效率，而且阻碍了进入高速公路的交通量。因此，本次

10、设计实行全自动检测系统，对超重车辆抓拍，其优势在于：该产品无需专业人员操作，只要放在适合位置，通电即可，持续利用、方便简捷；此系统通过改良可同时检测超限车辆（即单轴轴载）；同时本系统采纳高运算、大寻址范围的AT89S52K片，有利于尔后对该系统进一步完善。系统设计的要紧任务本次设计利用单片机电路制作高速公路自动动态超重检测系统。设计进程中最关键的两个部份：系统硬件的设计和操纵软件的编写。这也是在设计进程中需要解决的最关键的问题。硬件问题高速公路动态超重检测系统的硬件要紧有3大部份，即压力信号的搜集部份、主控部份和警告及抓拍部份。压力信号搜集要紧由压力传感器组成，它是整个系统中最关键的元件。主控

11、部份由单片机及其相关软件组成，由程序对单片机进行操纵。警告要紧由发光二级管组成，那个部份是对运行车辆的载重发出警告信息，同时启动抓拍系统；对没有超重的车辆，发出提示信息许诺通过。硬件的设计需要单片机、模电及其数电的相关知识。在解决这一问题的进程中，需要查阅大量资料，结合所学知识，向教师获取帮忙。软件问题它的软件设计要紧包括主程序和中断处置两大部份：主程序要完成I/OO,按时器的初始化及对中断输入的设定，然后延时使传感器进入稳固工作状态，等待按时器的中断；中断处置程序依照具体情形需要有相应的子程序。要对程序进行多次调试，分块编程。对各个子程序块所解决的问题要相当明确。最后在制作完成硬件电路板后要

12、调试出设计要求的功能。2系统方案的设计设计确实是依照题目的要求而对硬件和软件进行计划，并选择最适合的硬件电路和软件程序来达到目的。硬件设计是通过对设计要求的分析，对各类元器件的了解，而得出分立元件与集成块的某些连接方式，以达到设计的功能要求。而且把这些元器件焊接在一块电路板上。它包括对各类元器件的功能和接法的了解，和对各类元器件的选择和设计方案的选择。软件设计是分析设计的硬件用程序实现其功能，而且调试优化产品功能。超重检测系统的设计要求当高速公路行驶的车辆进入测重检测区内，车轮向压力传感器施压时，压力传感器传出微弱的电压信号，通过差分运放和单片机的判定等运算，对违章超重车辆进行自动称重、并用发

13、光二极管显示红色警告信息，同时启动抓拍系统，对违章车辆进行抓拍；关于不超重车辆那么绿灯亮，许诺车辆通过。设计的大体思路在高速公路测重检测区，设置4个相同的压力传感器，具散布如图1所示。当车辆进入检测区，车轮压向承载板时，4个压力传感器输出与车轮压力对应的电压信号，经OP27差分比较器放大后，把模拟信号传输ADC0809专换成数字信号。然后把数字信号传输给单片机AT89S52进行处置。通过单片机判定运算，关于不超重车辆，传送信号给发光二级管使绿灯亮，许诺车辆通过；关于超重车辆，那么传送信号给发光二级管使红灯亮，同时用LED显示其车重，而且输出一路信号启动抓拍系统（抓拍系统不做）。本次设计只是模拟

14、其原理，考虑到条件有限，只用了一个传感器检测其压力信号，如图1中填充部份。压力传感器承载板图1压力传感器设置示用意方案比较和论证操纵器方案一基于51系列单片机来实现。目前单片机技术比较成熟，功能壮大，比较大的寻址空间，被测信号经放大整形后送入单片机，由单片机对测量信号进行处置并依照相应的数据关系通过LED数码管显示出被测物体的重量。单片机操纵适合于功能比较简单的操纵系统，而且其具有本钱低，功耗低，体积小算术运算功能强，技术成熟，寻址范围广，易于产品开发等优势。方案二采纳现场可编程门阵列（FPGA）为操纵核心采纳现场可编程门阵列（FPGA）为操纵核心S利用EDA软件编程，下载烧制实现。系统集成于

15、一片Xilinx公司的SpartanII系歹XC2s100出片上，体积有所减小、逻辑单元灵活、集成度高和适用范围广等特点，可实现大规模和超大规模的集成电路。本次设计没有必要用那个测量频率范围大，编程灵活等特点的高集成芯片，何况本钱比较高，不适合产品的开发。因此，咱们决定采纳方案一，即采纳51单片机为操纵核心。前级放大器压力传感器输出的电压信号为毫伏级，因此对运算放大器要求很高。咱们考虑能够采纳以下几种方案能够采纳：方案一利用一般低温漂运算放大器组成多级放大器。一般低温漂运算放大器组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，因此几毫伏的干扰信号就会直接阻碍最后的测量精度。因此，

16、其中方案不宜采纳。方案二由高精度低漂移运算放大器组成差动放大器。差动放大器具有高输入阻抗，增益高的特点，能够利用一般运放（如OP07）故成一个差动放大器。优势：输入级加入射随放大器，增大了输入阻抗，中间级为差动放大电路，滑动变阻器R6能够调剂输出零点，最后一级能够用于微调放大倍数，使输出知足满量程要求。输出级为反向放大器，因此输出电阻不是专门大，比较符合应用要求。方案三采纳专用仪表放大器INA126实现。此芯片内部采纳差动输入，共模抑制比高，差模输入阻抗大，增益高，精度也超级好，且外部接口简单。但本钱很高，不易于开发。基于以上分析，咱们决定采纳方案二实现前级放大功能，既能维持精度，又方便实现A

17、/D转换器由上本设计利用的压力传感器和精度的分析可知：A/D转换器误差应在回谒以下8位A/D精度：10Kg/256=;12位A/D精度：10Kg/4096=方案一逐次逼近型A/D转换器，如：ADC080舞。逐次逼近型A/D转换，一样具有采样/维持功能。采样频率高，功耗比较低，是理想的高速、高精度、省电型A/D转换器件。高精度逐次逼近型A/D转换器一样都带有内部基准源和内部时钟，依照系统的要求，8位AD足以知足精度要求，太高的精度就反而浪费了系统资源。因此此方案是理想的选择。方案二双积分型A/D转换器：如：TLC7135/ICL713五、ICL7109等。双积分型A/D转换器精度高，但速度较慢（

18、如：TLC7135），具有精准的差分输入，输入阻抗高（大于103MQ）,可自动调零，超量程信号，全数输出于TTL电平兼容。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，因此对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，对输出就不产生阻碍。尤其对本系统，缓慢转变的压力信号，很容易受到工频信号的阻碍。故而采纳双积分型A/D转换器可大大降低对滤波电路的要求。作为高速公路超重检测系统，对A/D的转换速度要求并非高，精度上8位的AD足以知足要求。8综合的分析其优势和缺点，咱们最终选择了方案一，即利用ADC080

19、9寸信号进行A/D转换。3系统组成本系统由压力传感器，仪器放大器，模数转换器，继电器，单片机，LE嗽码管组成，变压器，如图2所示。图2系统结构压力传感器传感器的概念人们通常将能把非电量转换为电量的器件称为传感器，传感器实质是一种功能块，其作用是以后自外界的各类信号转换成电信号：它是实现测试与自动操纵系统的首要环节。若是没有传感器对原始参数进行精准靠得住的测量，那么，不管是信号转换或信息处置，或最正确数据的显示和操纵部将无法实现。同时传感器技术是现代信息技术的要紧内容之一。传感器的作用(1)信息的搜集科学研究中的计量测试，产品制造与销售中所需的计量等都要由测量而取得准确的定量数据对某种特定要求，

20、需检测目标物的存在状态，把某状态的信息转换为数据：对系统或装置的运行状态进行监测，也由传感器来实现，发觉异样情形时，发出警告信号并启动爱惜电路工作。如此能够对系统或装置进行正常运行与平安治理。判定产品是不是合格，或人体某部位的异样诊断等都需由传感器的测量来完成。(2)信息数据的互换把以文字、符号、代码、图形等多种形式记录在纸或胶片上的信号数据转换成运算机、机等易处置的信号数据。或读出记录在各类媒介体上的信息并进行转换。例如，磁盘与光盘的信息读出磁头确实是一种传感器。(3)操纵信息的搜集。检测操纵系统处于某种状态的信息，并由此操纵系统的状态，或跟踪系统转变的目标值。传感器的组成传感器一样由灵敏元

21、件、传感元件和测量电路三部份组成有时还加上辅助电源。通常可用方块图来表示，如以下图3所示：2d图3传感器构造图传感器的分类传感器的分类见表所示：传感器设计要点依照以上对传感器相关知识的介绍，咱们能够明确传感器是测量、操纵系统的入口，必需具有良好的性能。在设计中，应该注意以下要点：(1)输入和输出之间成比例，直线性好、灵敏度高、分辨力强、测量范围宽。(2)滞后、漂移误差小，(3)动态特性良好。(4)功耗小。(5)时刻老化特性优良，抗侵蚀性强。(6)与被测体匹配良好，即不因接入传感器而使被测对象受到阻碍，受被测量之外的量阻碍小。(7)体积小、重量轻、价钱低廉。(8)故障率低，易于校准和维修。(9)

22、由于传感元件的输出信号一样比较小，为了便于能够驱动操纵电路，在传感器电路中还应该包括放大器。鉴于上述选择要点，采纳的LS-1型传感器，外观如图4所示，他是一种应变片式专用压力传感器，其中包括电阻应变片、弹性体和检测电路几个要紧的部份电阻应变片电阻应变片是把一根电阻丝机械的散布在一块有机材料制成的基底上，即成为一片应变片。他的一个重要参数是灵敏系数K。弹性体弹性体是一个有特殊形状的结构件。它的功能有两个，第一是它经受称重传感器所受的外力，对外力产生反作使劲，达到相对静平稳；第二，它要产生一个高品质的应变场(区)，使粘贴在此区的电阻应变片比较理想的完成应变秦电信号的转换任务。检测电路检测电路的功能

23、是把电阻应变片的电阻转变转变成电压输出。因为惠斯登电桥具有很多优势，如能够抑制温度转变的阻碍，能够抑制侧向力干扰，能够比较方便的解决称重传感器的补偿问题等。分类方法传感器的种类说明按输入量分类位移传感器、速度传感器、温度传感器、压力传感器等传感器按被测物理量命名按工作原理分类应义式、电容式、电感式、压电式、热电式等传感器以工作原理命名按物理现象分类结构型传感器传感器依赖其结构参数变化实现信息的变化物性型传感器传感器依赖其敏感元件的物理特性来实现信息的变化按能量关系分类能量转换型传感器传感器直接将被测量的能量直接转化成输出量的能量能量控制型传感器由外部供给传感器能量，而由被测量来控制输出能量按输

24、出信号分类模拟式传感器输出量为模拟量数字式传感器输出量为数字量表传感器的分类叵一图4LS-1型传感器仪器放大器采纳OP27OP2这一种超低噪声、高精度运算放大器，具有很低的输入失调电压和漂移。OP27勺优良特性使它专门适合作前级放大器，放大微弱信号。利用OP07-样不用考虑调零和频率问题就能够知足要求。要紧特点： 低输入失调电压：75uV（最大） 低失调电压温漂：C（最大） 低失调电压时漂：月（最大） 低噪声：P-P（最大） 宽输入电压范围：±14V 宽电源电压范围：3V18V模数转换器采纳A/D0809A/D转换器是测控系统中将模拟信号转换成数字信号的重要器件。A/D转换器的经常使

25、用技术有：计数式A/D转换；逐次逼近型A/D转换；双积分式A/D转换；并行A/D、用/并行A/D转换及V/F变换等。在这些转换中，要紧区别是速度、精度和价钱，一样来讲速度越快、精度越高那么价钱也就越高。逐次逼近型A/D转换既照顾了转换速度，又具有必然的精度，是目前应用最多的一种。在对体积要求不高的应用中，可采纳由运放、模拟开关等组成的双积分式A/D转换电路，在速度、精度和价钱上具有必然的优势。V/F转换器是输出信号的频率随输入电压而转变的器件，测出输出的频率即可求出所对应的模拟量，它经常使用于要求A/D输出端引线较少的场合。通过以上综合比较，咱们选用集成A/D芯片ADC0809ADC0809有

26、8路模拟量输入,可在程序操纵下对任意通道进行A/D转换，输出8位二进制数字量。其结构框图如下图。芯片的要紧部份是一个8为逐次逼近式A/D转换器。为了能实现8路模拟信号的分时采样，片内设置了8路模拟选通开关和相应的通道地址锁存及译码电路。转换的数据送入三态输出数据锁存器。ADC0809卜部引脚如图5所示，其引脚功能为：IN7-IN0:8路模拟量输入端，在多路开关操纵下，任一时刻只能有一路模拟量实现A/D转换。A、B、C:多路开关地址选择输入端，当取值000111时，与A/D转换对应的通道为IN0IN7。ALE地址锁存输入线，该信号的上升沿可将地址选择信号A、B、C锁入地址寄放器。START启动转

27、换输入线，该信号的上升沿用以清楚A/D内部寄放器，具下降沿用以启动内部操纵逻辑，开始A/D转换工作。EOC转换完毕输出线，其上显现高电平常表示A/D转换终止。OE许诺输出操纵端，高电平有效。低电平常，数据输出端为高电阻态；高电平常，将A/D转换后的8位数据送出。CLOCK转换按时脉冲输入端。它的频率决定了A/D转换器的转换速度。利用频率小于等于640kHZ；对应转换速度大于等于100小。Ref(+),ref(-):是内部D/A转换器的参考电压输入线。VCC为+5V,GN的地。四一一图5ADC080切脚结构图继电器继电器是一种电子操纵器件，如图6所示，它具有操纵系统（又称输入回路）和被操纵系统（

28、又称输出回路），通常应用于自动操纵电路中，它事实上是用较小的电流去操纵较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调剂、平安爱惜、转换电路等作用。本设计选用的是HRS2H-S-DC5V电器，他是一种电磁式继电器，由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成的。只要在线圈两头加上必然的电压，线圈中就会流过必然的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作使劲返回原先的位置，使动触点与原先的静触点（常闭触点）吸合。如此吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。关

29、于继电器的“常开、常闭”触点，能够如此来区分：继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为“常闭触点”c图6继电器单片机采纳AT89S52MCS-5律片机是美国INTE公司于1983推出的产品，8051是MCS-5保列单片机中的初期典型代表产品，它内部集成了功能壮大的中央处置器，包括了硬件乘除法器、21个专用操纵寄放器、4kB的程序存储器、128字节的数据存储器、4组8位的并行口、两个16位的可编程按时/计数器、一个全双工的用行口和布尔处置器。咱们采纳的是AT89S52,外观如图6所示，是一种性能更强运算更快的升级产品,MCS-51系列单片机结构和功能大体

30、相似，具有比较大的寻址空间，地址线宽达16条，即外部数据存储器和程序存储器的寻址范围达216=64kB,这作为单片机操纵来讲已是比较大的，这同时具有对I/O的访问能力。因为MCS-51采纳模块化结构，因此能够方便地增删一个模块就可引脚和指令兼容的新产品。从而容易使产品形成系列化。图6MCS-51系列单片机MCS-51单片机的组成MCS-51单片机包括CPU（进行运算、操纵卜RAM（数据存储器/ROM（程序存储器）、I/O口（串口、并口）、内部总线和中断系统等。组成框图如图7。图7MCS-51单片机组成框图内部结构如图8。图8MCS-51单片机内部结构结构图(1)中央处置器(CPU)中央处置器有

31、运算器和操纵器组成。运算器组成：8位算术逻辑运算单元ALU(ArithmeticLogicUnit)8位累加器A(Accumulator)、8位寄放器B、程序状态字寄放器PSW(ProgramStatusWord)、8位暂存寄放器TMP1和TMP2等。功能：完成算术运算和逻辑运算。操纵器组成：程序计数器PC(ProgramCounter)指令寄放器IR(InstructionRegister)指令译码器ID(InstructionDecoder)、堆栈指针SP、数据指针DPTR、按时操纵逻辑和振荡器OSC等电路。功能：CPU依口PC中的地址将欲执行指令的指令码从存储器中掏出，寄存在IR中，ID

32、对IR中的指令码进行译码，按时操纵逻辑在OSC配合下对ID译码后的信号进行分时，以产生执行本条指令所需的全数信号。(2)存储器MCS-51的存储器可分为程序存储器和数据存储器，又有片内和片外之分。程序存储器一样将只读存储器(ROM)用做程序存储器。可寻址空间为64KB,用于寄存用户程序、数据和表格等信息。数据存储器一样将随机存储器(RAM)用做数据存储器。可寻址空间为64KB。MCS-51数据存储器可分为片内和片外两部份。片外RAM:最大范围：0000HFFFFH,64KB;用指令MOVX访问。片内RAM:最大范围：00HFFH,256B;用指令MOV访问。又分为两部份：低128B(007FH

33、)为真正的RAM区，高128B(80FFH)为特殊功能寄放器(SFR)区。如右图9所示。图9片内数据存储器的配置图内部RAM的行寻址。位地址为00H7FHCPU能直接寻址这些位（称MCS-51具有布尔处置功能），位地址20H2FH单元为位寻址区，既可作为一样单元用字节寻址，也可对它们的位进分派如表所示。表位地址分派表（3）特殊功能寄放器（SFR）MCS-51有21个特殊功能寄放器（也称为专用寄放器），包括算术运算寄放器、指针寄放器、I/O锁存器、按时器/计数器、串行口、中断、状态、操纵寄放器等，它们被离散地散布在内部RAM的80HFFH地址单元中（不包括PC）,共占据了128个存储单元，组成了

34、SFR存储块。其字节地址可被8整除的SFR可位寻址。SFR反映了MCS-51单片机的运行状态。程序计数器PC（ProgramCounter）程序计数器PC在物理上是独立白1它不属于SFR存储器块。PC是一个16位的计数器，专门用于寄存CPU将要执行的指令地址（即下一条指令的地址），寻址范围为64KB,PC有自动加1功能,不可寻址，用户无法对它进行读写，可是能够通过转移、挪用、返回等指令改变其内容，以操纵程序执行的顺序。累加器A（Accumulator）累加器A是8位寄放器，又记做ACC,是一个最经常使用的专用寄放器。在算术/逻辑运算顶用于寄存操作数或结果。寄放器B寄放器B是8位寄放器，是专门为

35、乘除法指令设计的，也作通用寄放器用。工作寄放器内部RAM的工作寄放器区00H1FH共32个字节被均匀地分成四个组（区），每一个组（区）有8个寄放器，别离用R0R7表示，称为工作寄放器或通用寄放器，其中，R0、R1还常经常使用于间接寻址的地址指针。在程序中通进程序状态字寄放器（PSW）第3、4位设置工作寄放器区。程序状态字PSW（ProgramStatusWord）程序状态字PSW是8位寄放器，用于寄存程序运行的状态信息，PSW中列位状态一般是在指令执行的进程中自动形成的，但也能够由用户依照需要采纳传送指令加以改变。其概念格式如表所示。|IMa.,4aa.i区表PSW列位概念表其中：Cy：进借位

36、标志；AC:辅助进借位标志；F0:用户标志；RS一、RS0:工作寄放器组（区）选择（如下表所示）；OV:溢出标志位，有溢出时置1;P:奇偶标志位。A中有奇数个1时置1。数据指针DPTR（DataPointer）数据指针DPTR是16位的专用寄放器，即可作为16位寄放器利用，也可彳为两个独立的8位寄放器DPH（高8位）、DPL（低8位）禾1J用。DPTR要紧用作16位间址寄放器，访问程序存储器和片外数据寄放器。堆栈指针SP（StackPointer）堆栈是一种数据结构，是内部RAM的一段区域。堆栈存取数据的原那么是“后进先出”。堆栈指针SP是一个8位寄放器，用于指示堆栈的栈顶，它决定了堆栈在内部

37、RAM中的物理位置。MCS-51单片机的堆栈地址向大的方向转变（与微机堆栈地址向小的方向转变相反）。系统复位后，SP初值为07H,实际应用中通常依照需要在主程序开始处对堆栈指针SP进行初始化，一样设置SP为60H。设立堆栈的目的是用于数据的暂存，中断、子程序调历时断点和现场的爱惜与恢复。I/O口专用寄放器(P0,P1,P2,P3)8051片内有4个8位并行I/O接口P0,P1,P2和P3,在SFR中相应有4个I/O寄放器P0,P1,P2和P3。按时器/计数器（TL0,TH0,TL1和TH1）MCS-51单片机中有两个16位的按时器/计数器T0和T1,它们由4个8位寄放器（TL0,TH0,TL1

38、和TH1）组成，2个16位按时器/计数器是完全独立的。能够单独对这4个寄放器进行寻址，但不能把T0和T1当做16位寄放器来利用。串行数据缓冲器（SBUF）串行数据缓冲器SBUF用于寄存需要发送和接收的数据，它由两个独立的寄放器组成（发送缓冲器和接收缓冲器），要发送和接收的操作其实都是对串行数据缓冲器SBUF进行的。（4） I/O接口I/O接口是MCS-51单片机对外部实现操纵和信息互换的必经之路，用于信息传送进程中的速度匹配和增加它的负载能力。8051内部有4个8位并行接口P0,P1,P2,P3,有1个全双工的可编程串行I/O接口。（5）按时器/计数器8051内部有两个16位可编程序的按时器/

39、计数器，均为二进制加1计数器，别离命名为T0和T1。T0和T1均有按时器和计数器两种工作模式。在按时器模式下，T0和T1的计数脉冲能够由单片机时钟脉冲经12分频后提供。在计数器模式下，T0和T1的计数脉冲能够从和引脚上输入。对T0和T1的操纵由按时器方式选择寄放器TMOD和按时器操纵寄放器TCON完成。（6）中断系统中断：指CPU暂停原程序执行，转而为外部设备效劳（执行中断效劳程序），并在效劳完后返回到原程序执行的进程。中断系统：指能够处置上述中断进程所需要的硬件电路。中断源：指能产生中断请求信号的源泉。8051可处置5个中断源（2个外部，3个内部）发出的中断请求并可对其进行优先权处置。外部中

40、断的请求信号能够从，（即和）引脚上输入，有电平或应网师触发力哺部中断源有3个，2个按时器/计数器中断源和1个串行口中断源。8051的中断系统要紧由中断许诺操纵器IE和中断优先级操纵器IP等电路组成。MCS-51单片机外部引脚：MCS-51系列单片机中，各类单片机都是彼此兼容的，只是引脚功能略有不同。MCS-51系列单片机引脚分为端口线、电源线和操纵线三类。其引脚如图7所示。图7MCS-51单片机外部引脚电源线GND:接地引脚。VCC:正电源引脚。接+5V电源端口线P0P3口：4X8=32条。（1） P0口（）8位双向三态I/O口，可作为外部扩展时的数据总线/低8位地址总线的分时复用口。又可作为

41、通用I/O口，每一个引脚可驱动8个TTL负载。对EPROM型芯片（如8751）进行编程和校验时，P0口用于输入/输出数据。（2） P1口（）8位准双向I/O口，内部具有上拉电阻，可作为通用I/O口。每一个引脚可驱动4个TTL负载。（3） P2口（）8位准双向I/O口，内部具有上拉电阻，可作为外部扩展时的高8位地址总线。又可作为通用I/O口，每一个引脚可驱动4个TTL负载。对EPROM型芯片（如8751）进行编程和校验时，用来接收高8位地址。（4） P3口（）8位准双向I/O口，内部具有上拉电阻。它是双功能复用口，作为通用I/O口时，功能与P1口相同，经常使用第二功能。每一个引脚可驱动4个TTL

42、负载。作为第二功能利历时，列位的作用如下表所示。操纵线（1） RST/VPDRST/VPD引脚是复位信号/备用电源线引脚。当8051通电时，在RST引脚上显现24个时钟周期以上的高电平，系统即初始复位。（2） ALE/团1,地址锁存许诺/编程引脚。当访问外部程序存储器时，ALE的输出用于锁存地址的低位字节，以便P0话柄现地址/数据复用。当不访问外部程序存储器时，ALE端将输出一个1/6时钟频率的正脉冲信号。ALE国至珈弓|脚，其第二功能是对EPROM型芯片（如8751）进行编程和校验时，此引脚传送52ms宽的负脉冲选通信号，程序计数器PC的16位地址数据将出此刻P0和P2口上，外部程序存储器那

43、么把指令码放到P0口上，由CPU读入并执行。（3）囱P许诺访问片外程序存储器/编程电源引脚。关于片内无程序存储器的MCS-51单片机（如8031）,必需血垃片内有程序存储器的MCS-51单片机（如8051）,必需接高电平。回I/VPP是复用引脚，其第二功能是片内EPROM编程/校验时的电源线，在编程时，VPP脚需加上21V的编程电压。（4） XTAL1和XTAL2XTAL1脚为片内振荡电路的输入端，XTAL2脚为片内振荡电路的输出端。8051的时钟有两种方式,一种是片内时钟振荡方式，但需在XTAL1和XTAL2脚外接石英晶体（频率为12MHz）和振荡电容，振荡电容的值一样取1030pF,典型值

44、为30pF;另外一种是外部时钟方式，即将XTAL1接地，外部时钟信号从XTAL2脚输入，如以下图所示。（5） |国7片外ROM选通线。在执彳T访问片外ROM的指令MOVC时，8051自动在国岷现一个负脉冲，用于对片外ROM的选通。其他情形下，该引脚均为高电平封锁状态。LED数码管将发光二级管做成段状并按数码形式组合即组成LEC段状数码管。在单片机应用系统中最经常使用的是七段LED。在生产数码管时，为了减少引线数量，通常将发光二极管的所有阳极或阴极连在一路作为公共端引出，也就组成了共阳极型与公阴极型的两种LED数码管。通常的七段数码管中有8个发光二极管，其中7个发光二极管组成“8”字型，1个发光

45、二极管用来显示小数点。七段LEEB码管的显示可采纳硬件译码如二七段译码逻辑芯片74LS47、74LS4将直接译码显示，也能包采纳软件译码，用I/O线直接操纵显示，即将欲显示数码管所组成对应段的发光二极管点亮即可。变压器本设计选用的是将220V专变成12V勺小型变压器。变压器是电工、电子技术中经常使用的电气设备，它是由两个耦合线圈在一个一起的心子上制成，其中，一个线圈作为输入，接入电源后形成一个回路，称为原边回路（或低级回路）；另一个线圈作为输出，接入负载后形成另一个回路，称为边回路（或次级回路）。为了使司机和工作人员能看到车辆车载信息，咱们采纳发光二级管发出警告信息，进去测试区车辆的单轴轴载没

46、有超重时，发光二级管绿灯亮，许诺车辆通过；关于超重车辆，发光二级管红灯亮，同时用LEES示其车重（单轴轴载），输出一路信号启动抓拍系统（抓拍系统不做）。实际应用中可用多组发光二级管作为红绿信号灯发出警告信息，而且用LEDK阵构造的汉字提示司机是不是超重，设置了超亮大型数码管显示器。显示器可由74HC164区动，静态显示。4硬件电路设计设计利用的大体知识介绍咱们在学校里学到的几乎都属于大体知识，它是指最基础的东西，咱们只有把握了它才能作更深一步的学习。在实际的应用中，大体知识的把握程度相当重要，它阻碍到应用的好坏。本设计应用到的大体的硬件和软件知识将在本节里作简单的介绍。本设计用到的硬件知识要紧

47、有：模拟电子技术、数字电子技术、电子线路的设计与调试、单片机的输入输出、用口通信技术、ADC080驮数转换器的利用方式。在模拟电子技术方面，要紧用来放大传感器检测信号和驱动发光二极管以显示传感器检测到车辆轴载。数字电子技术用来把模拟量转换成数字量，把从传感器检测到的模拟量转换成数字值。利用单片机实现综合操纵。芯片介绍及相关电路模块设计集成块显现使硬件电路设计加倍简单易懂，从而取得了普遍的应用。在这次毕业设计顶用到的要紧芯片有单片机89S5二、模数转换器ADC08Q/L、LED数码显示器等。下面详细介绍它们具体的应用方式。测重传感器电桥原理图依照设计的要求，只能模拟其测重原理，咱们选用的传感器是

48、湖南宇航科技限公司生产的LS-1型传感器，其工作原理：外界的作使劲使传感器的弹性梁发生形变，随之使贴在弹性梁部位的应变片也发生阻止转变，四个应变片是接成桥式测量电路，在鼓励电压的作用下，输出信号也发生正比的转变（电量）。传感器的精度直接阻碍称量的精度。表1为称重传感器的技术指标。其量程为20Kg,精度为土匚E，满量程时误差匚|。其原理如图8所示灵敏度mv/v1士(13kg)2土(625kg)非线性%FS土重复性蠕变%FS/30min±零点输出%FS±1零点温度系数%FS/10C土输入电阻Q420土15输出电阻350±3绝缘电阻MQ>5000供桥电压V10(D

49、C/AC)MAX:15(DC/AC)温度补偿范围C10+50允许温度范围20+60允许过负荷%FS150连接电缆mm4X400连接方式输入：红（十）、黄（-）输出：蓝（+）白（）表1LS-1型传感器的技术指标图8称重传感器电桥原理图LS-1称重传感器是利用电阻应变原理组成，当外力F直接作用在贴有R1,R2,R3,R4四片应变的弹性体上时，弹性体发生变形，电阻应变片的阻值发生转变，致使电桥发失去平稳，在R、R3输入额定桥压时，R二、R4上刚有与外力成正比的电压信号输出。输出信号电压可由下式给出:前端信号放大处置电路图当汽车以10km/h的速度通过测重板时，1只轮胎通过测重板的时刻为，在这段时刻采

50、样200个点，能够取得采样值v和时刻t的关系曲线如下图。由图能够看出，此曲线近似梯形。又由于压力传感器输出的信号为毫伏级信号，比A/D转换器的输入信号低2-3个数量级，故需要设计一个前置放大器。通过方案比较和论证，咱们选择了仪用放大器op07,组成一个前级差分比较放大电路和后级反向比例运算放大电路。其电路原理图如下图。（参考）动态测重曲线图前置放大硬件电路图图中，通过运放电路设置了固定的放大倍数。其放大增益为微弱信号|-$口|区*皮别离放大后传送给A/D0809的IN0脚，A/D转换器0809的输入电压转变范围是0+10V,传感器的输出电压信号在020mv左右，因此放大器的放大倍数在1000左

51、右。由于要对压力传感器的输出的微弱信号放大1000倍，因此本设计采纳两极放大，前级差分比较放大电路，后级反向比例运算放大电路。A/D0809转换电路A/D0809是一个8位逐次逼近式A/D转换器，转换时刻为1000。其工作原理：是由地址锁存信号ALE的上升沿将引脚ADDAADDBF口ADDCh的信号锁存到地址寄放器内用以选择模拟量输入通道；START信号的下降沿启动A/D转换器开始工作；转换终止时，ADC0809使EOC引脚由低电平变成高电平，程序能够通过查询EOC读取转换结果，也能够通过中断方式读取转换结果。CLOCK为转换时钟输入端，频率为100KHz-,推荐值为640KHz。其工作时序如

52、下图国A/D电路的信号流程传感器的输出信号通过前级op07进行差分放大，再通过反相较例运算放大，由反馈网络操纵放大倍数，取得稳固的彳t号，该信号进入A/D电路的模拟输入口进行模/数转换，A/D电路必需有稳固的工作电压，稳固的基准电压，稳固的低漂移的输入信号，标准的时钟信号，在单片机的操纵下转换出数字信号(BCD码。“INT1,INT0”中断信号使系统识别被测对象的量值转变。其要紧性能是：(1) .分辨率：8位；(2) .转换时刻：100ds;(3) .相对精度:±1LSB;(4) .采纳单电源供电、电源电压为+5V、功耗为15mW数据搜集系统电路图如所示：系统电路图ADC0809是带

53、有8:1多路模拟开关的8位A/D转换芯片，因此它可有8个模拟量的输入端,由芯片的A,B,C三个引脚来选择模拟通道中的一个。A,B,C三端别离与8051的相接。地址锁存信号（ALE）和启动转换信号（START）,由和/WR或非取得。输出许诺，由和/RD或非取得。时钟信号，可有8051的ALE输出取得，只是当采纳6M晶振时，应该先进行二分频，以知足ADC0809的时钟信号必需小于640K的要求。由于A/D转换器精度与外接的积分电阻、积分电容的精度无关，故能够降低对元件质量的要求。只是积分电容和积分电容的介质损耗会阻碍到A/D转换器的精度，因此应采纳介质损耗较小的聚丙乙烯电容。主操纵电路本设计以AT

54、ME公司的MCS-51系列的89S52芯片为操纵核心，该高速公路超重检测系统以89S52为操纵器实现测重的各项功能。主控电路包括复位电路、晶振电路、下载接口和开关等组成，系统实现的功能要紧通过C语言实现。复位电路单片机在启动运行时需要复位，使CPU和其他功能部件处于一个确信的初始状态（如PC的值为0000H）,并从那个状态开始工作，单片机应用程序必需以次作为设计前提。另外，在单片机工作进程中，若是显现死机时，也必需对单片机进行复位，使其从头开始工MCS-51的复位电路包括上电复位电路和按键（外部）复位电路，不管是何种复位电路，都是通过复位电路产生复位信号（高电平有效）由RST/VPD引脚送入到

55、内部的复位电路，对MCS-51进行复位。复位信号要持续两个机械周期（24个时钟周期）以上，才能使MCS-51单片机靠得住复位。按键复位电路又包括按键脉冲复位和按键电平复位。按键脉冲复位电路由外部提供一个复位脉冲，复位脉冲的宽度应大于两个机械周期。按键电平复位电路是按下复位按键，电容C被充电，RST/VPD端的电位慢慢升高为高电平，实现复位操作，按键释放后，电容器经内手下拉电阻放电，RST/VPD端恢复低电平。本设计用的是按键电平复位。其电路如下图。按键电平复位电路晶振电路运算机执行指令的进程可分为取指令、分析指令和执行指令三个步骤，每一个步骤又由许多微操作所组成，这些微操作必需在一个统一的时钟脉冲的操纵下才能依照正确的顺序执行。时钟脉冲由时钟振荡器产生，MCS-51的时钟振荡器是由单片机内部反相放大器和外接晶振及微调电容组成的一个三点式振荡器，将晶振和微调电容接到89S52的XTAL1和XTAL2端即可产生自激振荡。通常振荡器输出的时钟频率fosc为676MHz调剂微调电容能够微调振荡频率fosc。MCS-51也能够利用外部时钟。单片机的时序是指CPU在执行指令时所需操纵信号的时刻循序。时序信号是以时钟脉冲为基准产生的。CPU发出的时序信号有两类：一类用于片内各功能部件的操纵，由于这种信号在CPU内部利用，