自动供料机械手的PLC控制系统设计

1、绪论随着电子称重技术和计算机技术的发展,各种控制器件可靠性的提高和功能的不断完善，使得有可能对工业生产中，多种物料配比制造某种产品的过程实现自动的称重计量，这就是自动配料控制系统。自动配料系统在饲料加工、食品加工、化工、治炼、铸造等行业具有广阔的应用前景，可以对这些行业提高劳动生产率，提高产品质量，降低消耗起到重要的作用。例如在饲料行业，通常饲料中包括十几种原料，以前采用人工配料，劳动强度很大，生产效率低，配料的精度也不高，同时人工操作的损耗也较大。配出的饲料质量不稳定，成本也较高。采用自动计量配料系统后，各种原料的放料、进料、称重计量、出料、拌料、卸料完全实现了自动化，上述问题都可以很好地解

2、决。配料生产的质量决定着产品的质量，决定着全厂的生产状况，配料生产的自动控制对提高产品质量起着举足轻重的作用。自动配料控制系统的设计，本着“简捷、安全、实用、可靠”的原则，及时掌握和了解配料生产工艺流程的运行工况、工艺参数的变化，优化生产，保证质量，降低生产成本，提高管理水平，使生产长期稳定地运行，取得最佳效益。1 总体方案设计1.1 设计要求1、要求： （1）、8098单片机及外围电路组成 1、 8279芯片扩展 EPROM 2、测量及外围电路2、设计内容：硬件设计：（1）、电源部分（2）、传感信号放大及转换（3）、单片机外围电路（4）、键盘、显示、计算（十个数字键，用于设定初始值）、可显示

3、、设定值、重量（5）、系统干扰 软件设计： 流程图及子程序（键盘应用）.系统总体设计在该自动配料控制系统中，我们选用了两类物料：原料1和原料2，系统资源包括：放料机构、进料机构、称重传感器、出料机构和拌和设备以及卸料机构等，现将自动配料控制系统的物料流程图设计如图1-1所示： 图1-1 自动配料控制系统的物料流程图自动配料系统由放料机构、进料机构、称重计量系统、出料机构、拌和设备和卸料机构以及中心控制系统几部分组成。按计量方式可分为单计量斗多物料累计称重方式和多计量斗单物料称重方式。前者制造成本低，配料速度慢，调试较复杂，精度也较低，主要是累计误差。后者制造成本高，配料速度快，调试相对简单，精

4、度高。在这里我们选用后者，其控制系统原理框图设计如图1-2所示：图1-2 自动配料控制系统原理框图在自动配料控制系统中，配料的核心系统是放料机构，称重计量系统和中心控制系统，现对它们的工作过程分别加以介绍： 1、放料机构该系统由电机驱动。放料速度由电机速度，螺旋放料器口径和螺距来决定。适用于物料流动性差，配料精度要求较高，配料速度要求较慢的场合。如面粉、蔗糖等。为了提高配料速度和精度，通常采用一大一小双螺旋放料机构，快加料时双螺旋放料机同时工作，配到一定量时，自动关闭大放料机，小放料机继续工作，直到达到要求的配料量自动停止小放料机的工作。2、称重计量系统称重计量系统由计量斗、传感器、称重仪表组

5、成。根据要求选择合适量程、精度等级和安装方式的传感器，这里选用了两只传感器。传感器线通过接线盒送入仪表。对于精度要求不高的场合，可选用0.05级传感器，以降低成本；对于精度要求较高的场合，选用0.02级传感器。由于物料送入计量斗对传感器产生冲击，因此传感器的选择要留有余量。一般传感器容量要满足下式要求。 n>1.67(F1+F2)÷n n: 传感器个数 N: 传感器额定载荷 F1:计量斗自重 F2:额定配料量这样就可以保证传感器的使用寿命。在粉尘较大和有腐蚀性物质的场合，应将传感器用一些柔性材料罩起来，保护传感器。计量斗的设计要注意物料的安息角和混合后的流动性，要保证放料时将计

6、量斗内的全部物料迅速排放掉，不应有物料残留在侧壁上。出料机构应与计量斗成为一个整体，不对计量精度产生影响。如有必要加装破拱装置，此装置也要与计量斗形成一个整体或采用柔性连接。称重仪表应选择内分辨率高，A/D转换速度快，抗干扰性强的产品。3、中心控制系统中心控制系统是由单片机控制系统组成的。系统采用8098单片机，8098是准16位嵌入式微控制器（内部数据总线为16位，外部数据总线为8位），它与MCS-96系列中的其他芯片相比，具有性能高、功能全、售价低廉、使用方便等优点。8098采用48引脚双列直插式封装，如图1-3所示：图1-3 8098引脚定义在配料过程中，中心控制系统不断从称重仪表读取重

7、量值，与设定的配方和配料程序相比较，作出判断，通过单片机系统控制放料机的动作，放料或停止放料。判断配料是否完成，完成后出料。并根据用户需要随时调整配方。整个系统在中心控制系统的控制下，通过LED显示器，显示每一种物料的放料状态、异常警报等诸多信息。在有些配料场合，还可以安装一些各类传感器，对配好的料进行检测，与标准配方进行比较，对由于原料纯度、浓度变化引起的配料比例失准，反馈到中心控制系统，自动作出比例调整，形成一个闭环控制系统。成为更高级的自动配料系统。2硬件系统设计2.1 前向通道设计将传感器测量的被测对象信号输入到单片机数据总线的通道为前向通道。2.1.1 传感器传感器是把被测参数的信息

8、作为输入参数（如：温度、压力等）转换为电信号输出，称为一次变换。传感器输出的电信号，一般能直接用仪器、仪表显示或用作控制信号。但有时需对这种信号进行再加工，称为二次变换，也称为调理、完成二次变换的电路称为测量电路或调理电路。在该系统中我们选用称重传感器。称重传感器是一种能够将重力转变为电信号的力-电转换装置，是电子衡器的一个关键部件。能够实现力-电转换的传感器有多种，常见的有电阻应变式、电磁力式和电容式等。电磁力式主要用于电子天平，电容式用于部分电子吊秤，而绝大多数衡器产品所用的还是电阻应变式称重传感器。电阻应变式称重传感器结构较简单，准确度高，适用面广，且能够在相对比较差的环境下使用。因此电

9、阻应变式称重传感器在衡器中得到了广泛地运用。称重传感器由敏感元件+传感元件+测量电路组成，其中：敏感元件电阻应变计； 传感元件弹性体； 测量电路惠斯通电桥。称重传感器被喻为电子衡器产品的心脏，它的性能在很大程度上决定了电子衡器的准确度和稳定性。在设计电子衡器时，经常要遇到如何选用称重传感器的问题。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。环境给称重传感器造成的影响主要有以下几个方面：（1）高温环境对称重传感器造成涂覆材料熔化、焊点开化、弹性体内应力发生结构变化等问题。（2）粉尘、潮湿对称重传感器造成短路的影响。在此环境条件下应选用密闭性很高的传感器。（3）在

10、腐蚀性较高的环境下，如潮湿、酸性对传感器造成弹性体受损或产生短路等影响，应选用外表面进行过喷塑或不锈钢外罩，抗腐蚀性能好且密闭性好的传感器。（4）电磁场对称重传感器输出紊乱信号的影响。在此情况下，应对传感器的屏蔽性进行严格检查，看其是否具有良好的抗电磁能力。（5）易燃、易爆不仅对传感器造成彻底性的损害，而且还给其它设备和人身安全造成很大的威胁。其次是如何对称重传感器数量和量程作出选择。传感器数量的选用是根据电子衡器的用途、秤体需要支撑的点数（支撑点数应根据使秤体几何重心和实际重心重合的原则而确定）而定。一般来说，秤体有几个支撑点就选用几只称重传感器，但是对于一些特殊的秤体如电子吊钩秤就只能采用

11、一个传感器，一些机电结合秤就应根据实际情况来确定选用传感器的个数。称重传感器量程的选用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，保证称重传感器的安全和寿命，再次，要考虑各种类型传感器的适用范围。传感器型式的选择主要取决于称量的类型和安装空间，保证安装合适，称量安全可靠；另一方面，要考虑厂家的建议。厂家一般会根据传感器的受力情况、

12、性能指标、安装形式、结构型式、弹性体的材质等特点规定传感器的适用范围，譬如铝式悬臂梁传感器适用于计价秤、平台秤、案秤等；钢式悬臂梁传感器适用于料斗秤、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、天车秤等；柱式传感器适用于汽车衡、动态轨道衡、大吨位料斗秤等。1、传感器信号的采样/保持当传感器将非电物理量转换成电量，并经放大、滤波等一系列处理后，需经模数转换成数字量，才能送入计算机系统。在对模拟信号进行模数变换时，从启动变换到变换结束的数字量输出，需要一定的时间，即A/D转换器的孔径时间。当输入信号频率提高时，由于孔径时间的存在，会造成较大的转换误差。要防止这种误差的产生，必须在A/

13、D转换开始时将信号电平保持住，而在A/D转换结束后又能跟踪输入信号的变化，即对输入信号处于采样状态。能完成这种功能的器件叫采样/保持器，从上面分析也可知，采样/保持器在保持阶段相当于一个“模拟信号存储器”。在模拟量输出通道，为使输出得到一个平滑的模拟信号，或对多通道进行分时控制时，也常使用采样/保持器。（1）采样/保持器原理采样/保持器由存储电容C，模拟开关S等组成，如图2-1所示。当S接通时，输出信号跟踪输入信号，称采样阶段。当S断开时，电容C两端一直保持断开的电压，称保持阶段。由此构成一个简单的采样/保持器，实际上为使采样/保持器具有足够的精度，一般在输入级和输出级均采用缓冲器，以减少信号

14、源的输出阻抗，增加负载的输入阻抗。在电容选择时，使其大小适宜，以保证其时间常数适中，并选用漏泄小的电容C。图2-1 采样/保持器（2）集成采样/保持器随着大规模集成电路技术的发展，目前已生产出多种集成采样/保持器。如可用于一般目的的AD582,AD583,LF198系列等；用于高速场合的有HTS-0025,HTS-0010,HTC-0300等。为了使用方便，有些采样/保持器的内部还设置保持电容，如AD389,AD585等。集成采样/保持器的特点是：采样速度快，精度高，一般在22.5µs，即达到±0.01%±0.03%精度；下降速率慢，如AD585，AD348为0.

15、5mv/ms，AD389为0.1µv/ms。正因为集成采样/保持器有许多优点，因此得到了极广泛的应用。在这里我们选用集成采样/保持器AD582，其通用芯片特性如表2-1所示：表2-1 AD582通用芯片特性 AD582是通用低价格集成电路，有圆形和双列直插式封装两种形式，这里我们选用后者，如图2-2所示。图中Vi+和Vi-分别是模拟量输入的正端和负端，Vl-是参考逻辑端，Vl+是控制逻辑端，Vos是外接调零电位器引脚，CH是外接电容端，Vo是输出端，+Vs和-Vs分别为电源正端和负端，如果Vl-接地，那么Vl+高电平时为保持，Vl+低电平时为采样。图2-2 AD582双列封装 2、传

16、感器与微机的接口输入到微型机的信息必须是微型机能够处理的数字量信息。传感器的输出形式可分为模拟量、数字量和开关量。与此相应的有三种基本接口方式，见表2-2所示表2-2 传感器与微机的基本接口接口方式基本方法模拟量接口方式传感器输出信号 放大 采样/保持 模拟多路开关 A/D转换 I/O接口 微型机数字量接口方式数字型传感器输出数字量（二进制代码，BCD码，脉冲序列等）计数器 三态缓冲器微型机开关量接口方式开关型传感器输出二值式信号（逻辑1或0）三态缓冲器微型机根据自动配料系统的设计方案可知，我们应选择模拟量接口方式。根据模拟量转换输入的精度、速度与通道等因素有四种转换输入方式，它们是单通道直接

17、型、多通道一般型、多通道同步型、多通道并行输入型，在这四种方式中，其基本的组成元件相同。由其特点和原理在这里我们选择多通道同步型，其组成原理框图如图2-3所示，其特点是使各采样/保持同时动作，可测得在同一瞬时各传感器输出的模拟信号。 图 2-3 多通道同步型组成原理框图图2-4是典型A/D芯片0809与微机的联接线图，芯片脚Vref(-)接-5V，Vref(+)接+5，此时输入电压可在±5范围之内变动。A/D转换器的位数可以根据检测精度要求来选择，0809是8位A/D转换器，它的分辨率为满刻度值的0.4%。ALE是地址锁存端，高电平时将A、B、C锁存。A、B、C全为1时，选输入端IN

18、7。ST是重新启动的转换端，高电平有效，由低电平向高电平转换时，将已选通的输入端开始转换成数字量，转换结束后引脚EOC发出高电平，表示转换结束。OE是允许输出控制端，高电平有效。高电平时将A/D转换器中的三态缓冲器打开，将转换后的数字量送到D0D7数据线上。图 2-4 传感器与微机的连接在微机接口中有一根是地址译码线，地址线为某一状态时，它为有效电平，是I/O设备“写”信号线。微机从外设接收信息时，该信号线有效。在这里，和经一级“或非”门后用以启动A/D转换器。是I/O设备“读”信号线。微机向外设备输出信息时，该信号线有效。在这里，和经一级“或非”门后用以从A/D转换器读入数据。2.1.2 集

19、成运算放大器生产现场的各种物理量，如位移、转角、温度、流量、压力等，须先经过传感器或变速器变为电信号。这些传感器或变速器输出的电信号往往比较小，需经过放大后才能送给A/D转换器变为数字量。为了适应各种不同的需要，目前国内和国外生产各种类型的集成运放可供选用。例如通用集成运放TL08X系列、FX24系列、CF741、CF747等，高输入电阻型运放CF355/CF357/CF356,CF3130,CF3140等；高速型运放CF318,LH30032等；低失调电压运放OP-07等；高精度运放OP-15,OP-16,OP-17等；斩波稳零运放（低漂移型）F7650,HA2900等；微功耗型pC253,

20、F3078T(CA3078T)等；高压大功率运放A791等。集成运放CF355,CF356和CF357的输入级都是结型场效应管（JFET），因而具有很高的输入电阻，约1012，不仅如此，它们还有比较高的速度，CF355的转换速率SR =5V/s，LF356的SR=12V/s,LF357的SR=50V/s。这种运放要求双电源供电，供电电压的极限值为±18V。这三种运放的外引脚排列和应用电路的基本形式相同，如图2-5所示：图2-5 CF355/356/357的引脚排列和应用电路这三种运放既可以作为高输入阻抗运放使用，也可以作高速运放使用。其中CF356在12位以下A/D和D/A电路中作为

21、放大或保持器使用。使用时应该注意，这三种运放的两个输入端中的任何一端加上比负共模电压低的电压时，输出电压便倒相，使放大器不受控（变为高或低并保持不变）。如果两输入端都加上比负共模电压更低的电压，集成运放便输出“高”，因此在具有正反馈的电路中，例如振荡器和电压比较器中应该限制输入端出现过大的电压，以防止上述现象的发生，在反相端输入的线性放大器中不会出现上述故障。由于这些运放输入电阻大，速度高，应对供电加去耦电路。当闭环增益大于5时，不要使用CF357，否则会引起自激，因为此时运放内部电路的补偿电容已显得太小了。这三种运放的使用温度范围为0摄氏度70摄氏度，经过比较在这里我们选用CF356作为该自

22、动配料系统的集成运放。2.1.3 A/D转换及其与单片机接口、A/D转换器的类型A/D转换器是把模拟量转换为数字量的器件，简写为ADC，ADC的品种多。按工作原理分，ADC有：（）并行式和并串式ADC并行式ADC速度最高，但电路复杂，一般是8位以下，除要求转换速度特别高的场合外，一般较少使用。并串式ADC是并行与串行相结合的ADC。它的速度也很高，但比并行慢一些，电路比并行式简单些，价格也低一些，是速度与电路复杂程度的一个较好的折衷，用得比较多。（）逐次逼近式ADC这种ADC转换速度中等，精度高，但抗干扰能力不强，价格不高，是工业控制中用得最多的一种。（）双积分式ADC这种ADC转换速度慢，精

23、度高，抗干扰能力强，价格低，适用于要求抗干扰能力强对速度要求不高的场合，如数字电压表或参数变化缓慢的控制系统和参数(比如热电偶)。（）计数比较式ADC这种ADC也称为反馈比较式、跟踪比较式、随动系统式或计数式ADC。计数式ADC电路简单，价格低廉，但它的速度慢(比双积分式快一些)，精度不高，抗干扰能力差，因此很少使用。各种ADC中，以并行式速度最高，转换时可小到数十毫微秒，以双积分式最慢，转换时间为200ms。抗干扰能力以双积分式最强，共横抑制比可达140db。抗干扰能力最差的是计数式。成本以并行式最高，双积分式较低。双积分式和逼近比较式达到较高的精度。总起来看，逐次逼近式较好地兼顾丁性能与成

24、本，因此在自动配料控制系统中选用它。、逐次逼近(逐次比较)型ADC的选用及其工作原理ADC由比较器、D/A转换器(DAC)，逐次逼近寄存器(SAR)和控制逻辑组成。下表列出了几种常用的八位ADC的性能指标。这些单片集成芯片都是CMOS逐次逼近ADC，功耗不大于30mw。AD7574和AD570是高速ADC。这些器件的价格都不高，特别是前3种。表2-3 常用8位A/D转换器的性能指标型号精度 （LSB）转换间(µs)转换时间(µs)内部时钟KHZ模拟输入(V)启动信号电源(V)基准电压(V)ADC0801±1/4100有锁存器三态用内部振荡器或外接1001460单极

25、性差动0+5完整负脉冲单电源+5V外接+5VADC0804/0805±1ADC0809±1外接101288路单极性0+5完整正脉冲ADC0816±1/216路单极性0+5外接-10ADC7574±1150-10负脉冲AD570±225非三态内有单010双极性0±5下跳沿启动内部有内部有AD570内部有高精度基准，其余几种ADC圴需外接基准电压。ADC570虽然有8位数据输出锁存器，但它不是可控之态的，在与微处理器连接时应注意到这一点。其余几种ADCR的输出锁存器都是可控之态，即当它不向外输出数据时，对外提高阻抗的，不要注意到ADC对启

26、动信号的要求，AD570是下跳治启动，低电平转换和输出。其它几种ADC要求脉冲信号作为启动信号，只要在启动端加一个表(1)所指出的脉冲信号，即可开始并进行A/D转换。综上，从表中和分析中可以看出选用ADC0809较好。在这里我们就选择ADC0809的8位A/D转换器以用作自动配料控制系统。表(1)列出了ADC0809在-40+85条件下的性能指标，允许最大时钟频率为1280KHZ，功率为15mw。ADC0809是双列直插式封装，28只引脚，其输入输出逻辑电平为TTL电平。、ADC0809与单片机接口图2-6为ADC0809与单片机8098的接口电路。图2-6为ADC0809与单片机8098的接

27、口电路。图中由8098的ALE把低8位地址信号锁存在74LS373里。74LS373输出的低3位A2，A1和A0加到ADC0809的C，B，A，作为通道编码，由与这P4.7进行或非操作得到一个正脉冲加到ADC0809的ALE和START引脚上。ADC0809的ALE上的正脉冲把通道编码C，B，A输入并锁存于“地址锁存和译码”里，接通所需通道。如果振荡频率为12MHZ。在图中加于ADC0809的ALE(及START)的正脉冲宽度约250ns,大于200ns，满足ADC0809对ALE引脚信号的要求。START的上升沿清除ADC0809进行A/D转换期间，EOC=O，A/D转换结束时EOC上升为高

28、电平，EOC直接加到8098的EXTINT作为中断请求信号。对于8098来说，ALE的频率约为振荡频率的1/6。设振荡频率为6MHZ，那么ALE的频率约为1MHZ，经二分频后约为500KHZ，ADC0809能可靠工作。fosc=12MHZ,则把ALE二分频后为1MHZ，小于1280KHZ，ADC0809仍能正常工作。2.2 后向通道接口设计后向通道在单片机一侧主要有两种类型：数据总线及并行口。信号形式主要有数字量、开关量和频率量三种，它们分别用于不同的被控对象，在这里我们选择开关量的信号形式，其后向通道示意图如图2-7 所示：图2-7 开关量的后向通道示意图2.2.1光电隔离在机电一体化系统中

29、，机械开关一般是强电开关信号，必须把强电部分和弱电的微机部分隔离开来，最常用的方法是是使用光电耦合，为了避免外部设备电源的干扰，防止被控对象电路的强电反串，通常采取将微机的前后向通道与被连模块在电气上隔离的方法，成为光电隔离。过去常用隔离变压器或中间继电器来实现，而目前已经广泛被性能高，价格低的光电耦合器代替。光电耦合器是把发光元件与受光元件封装在一起，以光作为媒介来传输信息的。其封装形式有管型，双列直插式，光导纤维连接等。发光器件一般为砷化镓红外发光二极管。光电耦合器的类型比较多，有采用硅光电二极管作受光元件，硅光电晶体管作受光元件，光敏二极管作受光元件等。在这里我们选用硅光电二极管作受光元

30、件，其CTR(受光器件电流与发光管电流之比，简称CTR）为10%100%,一般用在100KHZ以下的频率信号，脉冲上升和下降时间小于5S，输出电路饱和压降小(0.20.3V)，电路构成简单，是目前应用较多的一种，主要用于驱动TTL电路,传输线隔离,脉冲放大等。、光电隔离输入/输出接口电路（1）光电耦合输入接口：在微机应用系统中，由于端口的性质不同接口电路也有所不同，8098的的P3口及P4口为准双向口，作为输入时拉成高电平，可由任何TTL或MOS电路所驱动，当外部输入信号为高电平时，P3口或P4口被拉成低电平,它与光电耦合器的接口如图2-9所示。对于扩展的8279的通用接口系芯片的系统当作为输

31、入端口使用时，其端口为高阻抗输入，与光电耦合器的连接与P3口相同。 图2-9 光电耦合输入接口（2）光电耦合输出接口：P3口和P4口作为输出接口时,由于P3口P4口为准双向口，高电平时对外电路泄放的电流很小，仅零点几毫安，而低电平时,外电路可经P3口或P4口流入较大电流，故P3口或P4口作为输出口时,应该采用如图2-10所示的电路当8098复位时,P3及P4 口被强迫置为高电平，使PNP三极管截止，光电耦合器中无电流通过，输出为高电平。当软件使P3口置低电平时，则输出为低电平，采用这种电路可使开机复位时不因P3口强迫置为高电平而输出不需要的信号。8279的输出口的放出及吸入电流均较大，故可直接

32、用高电平来推动三极管驱动发光管。由于8279在上电复位时，端口初置为输入状态，即高阻抗状态，为不使开机输出额外的信息，三极管基极应拉成低电平，如图2-11所示。 图2-10 光电耦合输出端口 图2-11 8279光电耦合输出端口2.2.2 继电器固态继电器简写为SSR，是一种全部由固态电子元件（如光电耦合器、晶体管、可控硅电阻、电容等）组成的无触点开关器件。与普通继电器一样，它的输入侧与输出侧之间是电绝缘的。但是与普通电磁继电器相比，SSR体积小，开关速度快，无机械触点，因而没有机械磨损，不怕有害气体腐蚀，没有机械噪声，耐振动、冲击，使用寿命长。它在通断时没有火花和电弧，有利于防爆，干扰小（特

33、别对微弱信号回路）。另外,SSR的驱动电压低,电流小，易于与计算机接口。因此SSR作为自动控制的执行部件得到越来越广泛的应用。SSR有直流SSR（简写为DCSSR）和交流SSR（简写为ACSSR）两种。DCSSR用于接通或断开直流电源供电的电路，由所设计的系统可知应所用ACSSR，ACSSR又有零电压开关型（也称过零型）和非零电压开关型（也称非过零型或调相型）两种，过零型SSR不论外加控制信号相位如何，总是在交流电源电压为零附近时SSR的输出端才导通，导通时产生的射频干扰很小。非过零型是在交流电源的任意相位上开启或关闭，此系统应选用非过零型。使SSR输入侧与输出侧电绝缘的手段有“脉冲变压器”和

34、“光电耦合器”两种（极个别的也有用“输助小型继电器”的），目前大都采用光电耦合器。以下是关于非零压开关型（非过零型）ACSSR的结构和工作原理，非零压开关型ACSSR也能为随机导通型ACSSR，在该自动配料控制系统中，我们采用图2-12所示的非零压开关型ACSSR。图2-12 非零压开关型ACSSR结构图在图2-12中，4N25是隔离器；T1，单相可控硅SCR，整流电桥和电阻R是触发电路，双向可控硅BCR是开关；R1和C1是吸收回路。整流电桥保证加于T1和SCR的电压总是正的，整个器件共有四个引脚，和为控制信号VIN控制它们对外是短接还是断开。、双向可控硅与单向可控硅不同。单向可控硅阳极A、阴

35、极K、和控制极G三个极，电流只可能从阳极流向阴极，而且只有在阳极A的电位UA高于阴极K的电位UK（即电压UAK=UAUK>0）的条件下当控制极G的电压UG（相对于阴极电位）大于某值（触发电压）UGO时才能触发，使A、K导通短接。触发之后用改变UG的大小或方向的方法不能阻断，只有令UAK0,才会截止。若此时保持UG0，那么即使UAK>0，可控硅仍不导通。总之，单向可控硅单向导通，单向（UG>0）触发，双零（UAK过零，UG保持UG0）阻断。而双向可控硅相当于两个单向可控硅反向并联，它们有三个极，如图所示，即主极P2和P1以及控制极G。对向可控硅进行测试可知，双向可控硅无论Up&

36、gt;0(Up=Up2Up1)或Up<0都有可能被触发导通。不管Up极性如何（只要不为零）也不管触发电压UG极性如何，只要|UG|UGO，就被触发导通使P2与P1短接，电流I的方向决定于Up。触发之后I不再受UG控制，只有在Up=0时才使I=0。当Up=0，同时UG=0，且一直保持UG=0不变，那么此后不管Up的极性和大小如何，双向可控硅又截止，即只有在Up=UG=0之后才阻断。总之，双向可控硅双向导通，双向触发（UG为正或负均可触发），双零阻断（Up过零，UG保持零）。双向可控硅的上述特性很适于作交流回路控制。图2-12中就是用双向可控硅控制交流回路的点和点间的通或断，在图2-12中，

37、当VIN>0且大于某数值后，4N25的光敏三极管流过集电极电流。它在R2上产生压降使三极管T1截止，从而使单向可控硅SCR的G极电位高于阳极K电位，触发SCR。SCR中的电流流过R，在R上产生的压降的绝对值大于触发电压UGO，触发了双向可控硅BCR，使与点短路。R上压降的极性因加于、间电压极性而异，但这不影响触发BCR。若VIN=0，那么在、间电压过零之后，BCR被阻断。在图2-12中，只要VIN>0且足够大，就可触发SCR，因而触发BCR，并不需要等到、间电压接近于零才触发，因而才称为非零开关ACSSR。图中，R1和C1是防止电压涌浪的吸收回路，也封装在外壳内。2.2.3 D/A

38、转换器及其与单片机接口D/A转换器简写作DAC。D/A转换器的种类很多，就工作原理而言，可分为机电阻型（电流输出型）和R-2R电阻网络型（电压输出型）。R-2R电阻网型DAC也称为T型电阻DAC。这是一种电压输出型DAC。8位DAC品种很多，表2-4列出了一些8位DAC的性能指标。表2-4 常用8位DAC的参数型号分辨率（位）精度非限性建立时间（ns）基准电压(v)供电电压(v)输入寄存器功耗(mW)说明AD140880.1%250+5+5，15无33均 为权电 阻 型DAC080081LSB0.1%1004.518无20AD752480.1%10+10+1515单缓冲20均为T形电阻型DAC

39、0832810100010+10+515双缓冲20DAC8281LSB内有15，+15无权电阻1、D/A转换器DAC0832的结构图2-13是其引脚图，其内部包括一个8位输入寄存器，一个8位DAC寄存器，一个8位D/A变换器和有关控制逻辑电路组成。其中的8位D/A变换器是R-2R T型电阻网络式的。这种D/A变换器在改变基准电压VREF的极性后输出极性也改变所有输入均于TTL电平兼容。图 2-13 DAC0832引脚图在图2-13中D7D0是数据量输入脚，D7是最高位（MSB），DO是最低位（LSB）VREF是基准电压接线脚，VREF可为正（例+5V）也可为负（例-5V）。VCC接供电电压IO

40、UT1和IOUT2的电流输出脚，和分别为两个寄存器的锁存端，当=1时，8位DAC寄存器数据输入，当=0时，数据锁存。当TLE=1，=0时，=1，8位输入寄存器的数据输入;当ILE=0或和之一为1（或两者均为1）时，=0，数据锁存。当=0时，8位DAC寄存器数据输入，当与中有一个或两者均为1时，=0，数据锁存。8为D/A变换器不断地进行D/A转换，其输出一直对应于8位D/A寄存器输出的当时值，当8位DAC寄存器的输出改变时，8位D/A变换器的输出也随之改变。因此，为了保证8位D/A变换器的输出对应于某一个时刻的D7D0在8位D/A变换器之前必须有寄存器，这就是图中的8位DAC寄存器。在这里，寄存

41、器起了零阶保持器的作用，另外，寄存器也起了缓冲作用。在使用时，可以采用双缓冲方式（利用两个寄存器），也可以采用单缓冲方式（只用一级锁存，另一级直通）还可以采用直通方式，DAC0832只需一组供电电源，其值可在+5V+10V范围内。DAC0832的基准电压VREF=-10V+10V，因而可以通过改变VREF的符号来改变输出极性。2、DAC0832的单极性输出图2-14的DAC0832在单片机8098的控制下实现模似量单极性输出电路。图2-14 DAC0832与8098单片机的接口电路图2-14中由地址锁存器74LS373把低8位地址从地址/数据总线P3口分离出来并锁存。由地址译码器对地址译码，产

42、生片选信号送到DAC0832的端和在单片机执行一条输出指令时，立即在，出现一个负脉冲并把8位数据从P3口输出，脉冲为低电平期间，把8位数据送到DAC0832的“8位输入寄存器”和“8位DAC寄存器”并到达“8位D/A变换器”开始D/A变换。当脉冲上升沿之后，数据被锁存在“8位输入寄存器”和“8位DAC寄存器”，因而输出指令执行完之后，P3口上数据的变化不会改变D/A变换结果。一般在此电路正式使用以前,先要进行调整，包括调试零点和增益。2.3 8279键盘/显示芯片及其接口电路设计2.3.18279芯片简介8279芯片是一种专用于键盘显示器的接口器件，它能对显示器自动扫描，能识别键盘上闭合键的键

43、号，提高CPU的工作效率。8279内部有键盘且FIFO(先进先出堆栈)传感器，双重功能的8×864B RAM，键盘控制部分可控制8×864个按键或控制8×8阵列方式的传感器。该芯片能自动消除键抖动并且具有双键锁定保护功能。显示RAM的容量为16×8，即显示器最大配置可达16位LED数码显示，这里我们简单介绍一下8279的引脚,工作方式，命令字及接口电路设计。1、8279引脚及功能8279是具有40个引脚的双列直插式封装的芯片，其引脚及功能如图2-15所示。图2-15 8279引脚及功能 （a） 管脚配置 （b） 引脚功能2、 8279的工作方式及命令字格

44、式（1）、8279的工作方式8279有三种工作方式；键盘方式，显示方式和传感器方式键盘工作方式8279 在键盘方式工作时可设置为双键互锁方式和N键巡回方式 。双键互锁方式:若有两个或多个键同时按下时，不管按键先后顺序如何，只能识别最后一个被释放的键。并把键值送入FIFO RAM中。N键巡回方式，一次按下任意个键都可以被识别，以按键被扫描顺序把键值存入FIFO RAM中，这里我们采用N键巡回方式。显示方式8279的显示方式又可分为左端入口方式和右端入口方式，显示数据只要写入显示RAM则可由显示器显示出来，因此显示数据写入RAM的顺序决定了显示的次序，左端入口方式即显示位置从左端1位（最高位）开始

45、，以后显示的字符依次向右顺序排列。右端入口方式是从右端最低位开始与左端入口方式相反。这里我们选用右端入口方式。 传感器方式传感器方式是把传感器的开关状态送入传感器RAM中。当CPU对传感器矩阵扫描时，一旦发现传感器状态发生变化就发出中断请求(IRQ量“1”)，中断响应后转入中断处理程序。3、8279的命令字及其格式8279的各种工作方式都要通过对命令寄存器的设置来实现。8279共有8种命令，通过这些命令设置工作寄存器,来选择各种工作方式。命令寄存器共8位，其格式如下：8279的一条命令由两大部分组成，一部分为命令特征，代表某一类命令，由命令寄存器高3位D7D5来决定，D7D5高3位的状态可组合

46、出8种形式,分别对应8种命令，故称为命令特征位。另一部分为命令的具体内容，由D4D0决定。2.3.2 8279键盘显示器接口电路利用键盘显示专用芯片8279能够以较简单的硬件电路和较少的软件开销实现微型机与键盘和LED显示器接口。图2-16为8279键盘/显示电路。图 2-16 8279键盘/显示电路1、译码电路在对“键盘/显示方式设置命令字”的编程设置为编码方式时，那么8279内部不译码，从SL3SL0输出的不是键盘的列和显示器的位信号（高电平有效）,而是列和位号的编号的BCD码（SL3是最高位）。在这种情况下应外接译码器，对SL3SL0译码,以产生列和位信号。应该说明的是,在初始化时必须置

47、“键盘/显示方式设置命令字”的D3=0,以设定8279工作于8位显示方式，否则出现显示混乱的现象。2、驱动电路由74LS138输出的显示器的位选信号和由A3BO输出的段选信号的输出电流大小，不足以点亮LED显示器。图2-16中采用共阴极LED：BS202(发红光的BSR202或发绿光的BSG202），因此位驱动器选用集电极开路同相输出门电路74LS07，段选信号由两个同相输出的功率驱动器75491提供，在这种情况下单片机的字型码应采用“共阴极字型码”的内容。图2-17是75491的引脚和内部结构图，在图2-16中,75491所有公共引脚4和11悬空没有用，图2-16中的8个5.1千欧姆为上拉电

48、阻，用来保证A3BO输出高电平时，达到接近+5V，使LED有足够的亮度，其中8个30电阻是限流电阻。(a)引脚排列图 (b)每个单元结构图图 2-17 75491引脚和结构2.4EPROM及其接口2.4.1 EPROM的功能和参数EPROM可作为微机系统的外部程序存储器，其典型产品有Intel公司的系列芯片2716、2732、2764、27128、27256和27512。各型号的容量，读出时间和消耗电流如表1所示表2-5的EPROM都是NMOS型。与NMOS型EPROM相对应的CMOS型EPROM分别为27C16、27C32、27C64、27C128、27C256、27C512。NMOS与CM

49、OS型的输入和输出均与TTL兼容，区别主要是CMOS型EPROM的读取时间更短，消耗功率更小。表2-5 常用的EPROM芯片的主要技术特性型号271627322764271282725627512容量（字节）2k4k8k16k32k64k引脚数242428282828读出时间（ns）35450200200200200200最大工作电流（mA）7510075100100125最大维持电流（mA）353535404040注：EPROM的读出时间按型号而定，一般在100300ns间，表中列出的为典型值。表2-4的读取时间是典型值，实际上同一种型号的不同规格的器件的读出时间也不相同。例如Intel公司

50、的2764和2764-25的读取时间为250ns，2764-3、27C64A-3和2764-30的读出时间为300ns等。在这里我们选用27256作为微机系统的外部程序存储器。图2-18是27256外引脚排列和功能图，各引脚的功能如下：A0A14：地址输入线0007：三态数据总线，读或编程校验时为数据输出线，编程时为数据输入线。维持或编程禁止时0007是高阻抗；CE：选片信号输入线,“0”（即TTL低电平）有效；OE：读选通信号输入线，“0” 有效VPP：编程电源输入线，VPP的值芯片型号和制造厂商而异；VCC：主电源输入线，VCC一般为+5V；GND：线路地。图 2-18 27256外引脚排

51、列和功能图表2-6列出了27256在各种操作方式下各引脚应加的信号和电压以及0007的状态。其中的编程，编程校验和编程禁止这三种操作方式是专用编程装置实现的，用户只要按专用编程装置的使用说明书操作即可。只须注意，外加的VPP不能超过规定值，即使瞬间超过或仅仅是毛刺，都会缩短器件的寿命，甚至永久性损坏，应该注意，同样的型号，不同公司的产品的VPP值可能不同。在这里我们选用Intel公司27256的VPP=12.5V。表2-6 27256的操作控制引脚方式（20）（22）（1）（28）（1113）（1519）读V1LV1L5v数据输出禁止输出V1LV1H5v高阻维持V1H任意5v高阻编程V1LV1

52、L注注数据输入编程校验V1HV1H注注数据输出编程禁止V1HV1H注注高阻选 择 编 程 校 验V1LV1L注数据输出 注：智能编程12.0V13.0V 快速脉冲编程12.5V13.0V： 智能编程5.75V6.25V快速脉冲编程6.0V6.5VEPROM的各种工作方式如下：1、 读方式：系统一般就工作于这种方式，工作于这种方式的条件是：片选控制线和输出允许控制线同时为低电平。2、 保持方式：芯片进入保持方式的条件是：片选控制线为高电平。此时输出为高阻抗悬浮状态，不占用数据总线。3、 编程方式：EPROM工作于这种方式的条件是：端施加规定的电压，和端施加合适的电平（不同芯片要求不同），这样就能

53、将数据线上的数据固化到指定的地址空间。4、 编程校验方式：端保持相应的高压按读出方式操作，读出已固化的内容，以校验写入的内容是否正确。5、 编程禁止方式：当片选信号无效时输出成高阻状态。6、 禁止输出：虽然=0，芯片被选中，但由于=1，使输出三态门被封锁，故输出为高阻抗悬浮状态，不占用数据总线。其中的“读”，“保持（维持）”和“禁止输出”这三种方式EPROM在系统中的正常工作方式。2.4.2 27256与8098的接口连接图2-19是27256与8098的连接图，图中用8D触发器74LS373作为低8位地址锁存器。74LS373的Q7Q0。是图腾柱输出引脚。8098的P4口只用作地址总线高8位

54、，可以不锁存。当然若把P4口的输出锁存（由ALE控制）起来，对芯片复位时把2018H单元的芯片配置字节读入CCR寄存器更有利。图2-19扩展27256EPROM2.5 电源系统电子系统为降低运行成本一般都使用220V/50HZ工频交流市电，而电子设备内部使用的一般都是稳恒直流电，因此需要把交流电转换成直流电。将交流电变换成稳恒直流电的设备称为稳压电源，稳压电源依据其工作原理的不同又可分为线性稳压电路和开关稳压电路，在这里我们选用线性稳压电路。线性稳压电路利用线性反馈和调节原理实现稳压功能，它的工作原理如图2-20所示：图2-20 线性稳压电源的基本组成线性稳压电路可分为由分立元件组成的线性稳压电路和由集成元件构成的线性稳压电路。在这里我们选用后者，最常用的集成稳压器是78XX系列正电源和79XX系列负电源，这类稳压器在使用时要求输入电压至少高出输出电压1.5V，稳压器输入和输出端压差最好不大于20V。普通的塑封型器件(TO-220封装)输出电流可达15A，金属封装（TO3封装）的可达5A，在印制电路板空间比较紧张，同时要求输出电流不大时我们可以使用TO-92 封装的78 XX系列和79X