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1引言

行車稱重顯示控制器是冶金工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)稱重的重要設(shè)備之一，它廣泛應(yīng)用于工礦企業(yè)、物資部門貨物稱重。但目前所使用的行車稱重器分布零散，不便統(tǒng)一管理。有鑒于此，我們研制了基于虛擬儀器的分布式行車稱重顯示控制器。

虛擬儀器是目前測(cè)控領(lǐng)域中最為流行的技術(shù)之一。它是計(jì)算機(jī)硬、軟件和計(jì)測(cè)技術(shù)、儀器儀表技術(shù)共同結(jié)合的產(chǎn)物，計(jì)算機(jī)友好的人機(jī)交互、方便快捷的即時(shí)在線幫助，強(qiáng)大的圖形和數(shù)據(jù)處理功能，大容量存儲(chǔ)以及顯示，文件管理、打印輸出等功能，徹底的彌補(bǔ)了傳統(tǒng)硬件化儀器的不足，使得虛擬式儀器成為先進(jìn)的智能化儀器。

LabWindow/CVI(CforVirtualInstrument)是目前虛擬儀器開發(fā)的常用軟件，它以最常用的C語言為基礎(chǔ)，使虛擬儀器開發(fā)變得更加方便、靈活、功能更強(qiáng)大，所以在研制行車稱重顯示控制器時(shí)，我們采用了LabWindow/CVI作為上位機(jī)的編程軟件。

在該稱重顯示控制器中，下位機(jī)用89C51單片機(jī),完成控制對(duì)象的數(shù)據(jù)采集和直接控制，上位機(jī)(IMB-PC機(jī))使用LabWindows/CVI的軟件開發(fā)平臺(tái)，應(yīng)用LabWindows/CVI多種開發(fā)功能，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、處理、存儲(chǔ)及參數(shù)設(shè)定。通訊標(biāo)準(zhǔn)采用EIARS-232C串行接口，形成分布式微機(jī)控制系統(tǒng)。

2硬件設(shè)計(jì)

2.1工作原理

將圓柱式電阻應(yīng)變式傳感器采用吊掛式安裝在行車上，傳感器在軸向有一個(gè)或幾個(gè)電阻應(yīng)變片，在圓周方向也有同樣數(shù)目的電阻應(yīng)變片。當(dāng)傳感器受力時(shí),電阻應(yīng)變片發(fā)生變形，導(dǎo)致電阻的變化，測(cè)最電橋?qū)⒂善胶廪D(zhuǎn)為不平衡，電阻的信號(hào)轉(zhuǎn)化為微弱的毫伏級(jí)電信號(hào)，經(jīng)過預(yù)處理后，可作為被測(cè)信號(hào)送入A/D轉(zhuǎn)換器。

我們?cè)O(shè)計(jì)的行車稱重顯示控制器有4種工作方式:第1種方式下，可對(duì)第1路信號(hào)進(jìn)行測(cè)量；第2種方式下，對(duì)第2路信號(hào)進(jìn)行測(cè)量；第3種方式下，循環(huán)對(duì)兩路信號(hào)進(jìn)行測(cè)量；第4種方式下，可對(duì)行車稱重顯示控制器的工作參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。

使用時(shí)，先通過撥碼開關(guān)對(duì)行車稱重顯示控制器設(shè)定好工作方式，被測(cè)信號(hào)、標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)、模擬地信號(hào)均送入模數(shù)轉(zhuǎn)換AD654。進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)化后的脈沖信號(hào)送入89C51,通過計(jì)數(shù)器定時(shí)計(jì)數(shù)與基準(zhǔn)信號(hào)計(jì)數(shù)結(jié)果比較來讀取皇伏電壓信號(hào)，再把毫伏電壓信號(hào)還原成重最信號(hào)的數(shù)字描述。并通過89C51實(shí)現(xiàn)打印、顯示、報(bào)警、通訊，上位機(jī)可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的處理和存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)分布式測(cè)控。

2.2硬件電路

本儀表的硬件原理如圖1所示。行車稱重顯示儀表系統(tǒng)組件主要由多路選擇電路、信號(hào)處理電路、顯示電路、鍵盤電路、報(bào)警電路、通訊接口、擴(kuò)展EPROM接口及校正自啟動(dòng)電路等組成。

（1）多路選擇電路

單片機(jī)設(shè)計(jì)的行車稱重顯示控制器，需要對(duì)多路信號(hào)進(jìn)行采集和處理，如果每一路都釆用各自的輸入回路，即每一路都釆用放大、釆樣/保持，A/D轉(zhuǎn)換等環(huán)節(jié)，不僅成本比單路成倍的增加，而且會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)體積龐大，且由于模擬器件、阻容元件參數(shù)特性的不一致性，對(duì)系統(tǒng)的校準(zhǔn)帶來了很大的困難；并且對(duì)于多路巡檢信號(hào)采集情況，每路單獨(dú)采用一•個(gè)回路幾乎是不太可能。因此，除了特殊的情況下采用多路獨(dú)立的放大、A/D和D/A外，通常采用公共的采樣/保持及A/D轉(zhuǎn)換回路（有時(shí)甚至可將某些放大電路公用），而要實(shí)現(xiàn)這種設(shè)計(jì)，往往釆用多路模擬開關(guān)。多路開關(guān)的作用主要是用于信號(hào)切換，如某一時(shí)刻接通某一路,讓該路信號(hào)輸入、其他路斷開，從而達(dá)到信號(hào)切換的目的。

行車稱重顯示控制器中的信號(hào)多路選擇電路設(shè)計(jì)采用常用的CD4051芯片。CD4051是一種8選1的多路選擇開關(guān)，輸入信號(hào)8路，輸出1路。CD4051選擇8路輸入信號(hào)中的哪一路作為輸出是由控制信號(hào)A、B、C決定的。A、B、C組成一個(gè)數(shù)字序列。所以通過計(jì)數(shù)器CD4024發(fā)過來的信號(hào)Q。、Q,.Q?輸入到CD4051的A、B、C端就可以決定哪一路被選擇輸出。例如選擇第4路信號(hào)輸入作為輸出，只要CD4024的Q。、Q,腳發(fā)低電平，Q：發(fā)出高電平就可以了。

CD4024的第1腳CLK是脈沖輸入端，第2腳RST是清除端,高電平有效，它們通過光電耦合開關(guān)TLC521分別與CPU的R.°、Pu相連。當(dāng)CPU的P*發(fā)岀高并保持的時(shí)候，P”不斷發(fā)出脈沖,CD4024計(jì)數(shù)，通過Pl。、P。發(fā)脈沖可控制CD4024計(jì)數(shù),使計(jì)數(shù)值Q。、Qi、Qz作為8選1的多路選擇開關(guān)CD4051的A、B、C信號(hào)的輸入，所以通過Pl。、P...可改變CD4024計(jì)數(shù)值Q。、Q：、Q₂送CD4051就可以決定哪一路Vx被選擇輸出。

（2）頻率測(cè)量電路

經(jīng)多路選擇電路輸出的信號(hào)經(jīng)過OP07放大后送入

AD654,轉(zhuǎn)換得到的頻率信號(hào)利用89C51記數(shù)測(cè)量。在

單片機(jī)內(nèi)由軟件實(shí)現(xiàn)80ms的定時(shí)，通過單片機(jī)的T。進(jìn)行定時(shí)內(nèi)的AD654的輸出脈沖記數(shù)，一旦定時(shí)時(shí)間到,就讀出T。的記數(shù)值，供后面的計(jì)算使用。

3. 顯示及鍵盤電路

我們將空閑的串行口用作顯示、鍵盤接口。共用6片74LS164來擴(kuò)展I/O口。其中顯示用5片74LS164,采用準(zhǔn)靜態(tài)的顯示方式，每片74LS164送數(shù)據(jù)同時(shí)到對(duì)應(yīng)的LED數(shù)碼管，通過89C51的恥腳發(fā)出顯示數(shù)據(jù)，Rs腳發(fā)出驅(qū)動(dòng)電平，控制顯示74LS164的時(shí)鐘，以保證一組參數(shù)的完整顯示；余下的一片74LS164實(shí)現(xiàn)鍵盤接口，也使用Pe腳發(fā)出掃描數(shù)據(jù)，R,腳用作掃描數(shù)據(jù)的移位脈沖，實(shí)現(xiàn)對(duì)6根鍵盤線的掃描，鍵盤數(shù)據(jù)回收線接入89C51的玨腳。

鍵盤的連接是釆用8位串行輸入并行輸出移位寄存器74LS164來構(gòu)成行列式鍵盤。采用編程掃描方式，來取得鍵號(hào)。89C51的P”口接鍵盤的行線，用來回收鍵掃描數(shù)據(jù)，行線X。~X,的電位作為鍵掃描口。Q。~Q,接列線作為鍵輸入口。P,₅接74LS164的A、B端，依次串行輸出值。

在該單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)中，使用的顯示器為LED(發(fā)光二極管顯示器)，這種顯示器成本低廉，配置靈活，與單片機(jī)接口方便。LED顯示塊是由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件。在單片機(jī)系統(tǒng)中通常使用的是7段LED,這種顯示塊有共陰極和共陽極2種。

我們采用的是共陰極，共陰極LED顯示塊的發(fā)光二極管陰極共地，7段顯示塊與單片機(jī)的接口非常容易。只要將一個(gè)74LS164的8位并行輸出口與顯示塊的發(fā)光二極管的引腳相連即可。8位并行輸出口輸出不同的字節(jié)數(shù)據(jù)即可獲得不同的數(shù)字或字符。

通常將控制發(fā)光二極管的8位字節(jié)數(shù)據(jù)稱為段選碼。由于要顯示的字?jǐn)?shù)不多，采用靜態(tài)顯示方式下共陰極連接在一起接地，每位的段選線與一個(gè)74LS1648位并行口相連，每一位可獨(dú)立顯示，只要在該位的段選線上保持段選碼電平，該位就能保持相應(yīng)的顯示字符。

由于每一位有一個(gè)8位輸出口控制段選碼，故在同一時(shí)間里每一位顯示的字符可以各不相同。每片74LS164送數(shù)據(jù)同時(shí)到對(duì)應(yīng)的LED數(shù)碼管，通過89C51的P”腳發(fā)出顯示數(shù)據(jù)，Pm腳發(fā)出驅(qū)動(dòng)電平，控制顯示74LS164的時(shí)鐘，以保證一組參數(shù)的完整顯示。

4. 外圍芯片24C02

24C02是近年來推出的EEPROM系列產(chǎn)品之一，它的串行接口為PCBUS接口，常用普通的2根I/O口線串行傳輸；具有頁寫模式；自同步寫周期為10ms,具有寫保護(hù)措施；10萬次寫入次數(shù)，100萬年數(shù)據(jù)保存。

Ao,A,,A2為芯片地址線，單片使用時(shí)一般接V*;SCL為串行移位時(shí)鐘；SDA為串行數(shù)據(jù)或地址。通過SDA,CPU可對(duì)芯片寫入或讀出數(shù)據(jù)；WP為寫保護(hù)。若WP接Vm,芯片只讀。

這里24C02用作系統(tǒng)的EEPROM,用于存入儀器的上下限報(bào)警值，儀表的量程。單片使用A。，A,,A₂,Vss均接地。串行時(shí)鐘SCL接89C51的R,引腳，串行數(shù)據(jù)或地址線SDA接89C51的R,引腳。

由于24C02寫入的數(shù)據(jù)停電不丟失，占用極少的I/O資源，非常適合于各類儀器儀表的參數(shù)保存，它的引入使儀表的硬件結(jié)構(gòu)十分簡潔、系統(tǒng)擴(kuò)展極為方便。

5. 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的I/。口擴(kuò)展

MCS-51單片機(jī)共有4個(gè)并行I/O口，但這些I/O口并不能完全提供給用戶使用。只有對(duì)于片內(nèi)有ROM/EPROM的單片機(jī)8051/8751,在不使用外部擴(kuò)展時(shí)，才允許這4個(gè)1/0口做為用戶使用。然而對(duì)于大多數(shù)使用6031以及使用8051/8751需外部擴(kuò)展時(shí)，MCS-51單片機(jī)可提供給用戶使用的R口和部分巳口線。因此，在大部分的MCS-51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中都不可避免地要進(jìn)行I/O口的擴(kuò)展。

在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，8255與MCS-51單片機(jī)連接方式簡單，其工作方式由程序設(shè)定。8255可編程并行I/O芯片由以下4個(gè)邏輯結(jié)構(gòu)組成：

數(shù)據(jù)總線驅(qū)動(dòng)器，這是雙向3態(tài)的8位驅(qū)動(dòng)器，用于和單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線相連，以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與8255芯片的數(shù)據(jù)傳送。并行I/O端口，A口、B口和C口。這3個(gè)8位I/O端口功能完全由編程決定，但每個(gè)口都有自己的特點(diǎn)。

讀/寫控制邏輯，它用于管理所有的數(shù)據(jù)、控制字或狀態(tài)字的傳送。它接收單片機(jī)的地址線和控制信號(hào)來控制各個(gè)口的工作狀態(tài)。CS為8255的片選信號(hào)，RD