HD7279应用文章——高精度自动称量控制系统的设计及应用

作者: 孟華 莊健 賈輝然 孫德寶
作者單位: 孟華,賈輝然(河北科技大學,石家莊,050054)
莊健,孫德寶(華中科技大學,武漢,430074)
期 刊: 儀器儀表學報

1. 引 言
  在化工、医药、食品等行业中,产品的称量分装是一道重要的工序。随着计算机技术的发展、普及,自动称量系统被广泛应用。 但由于价格昂贵,使其主中小企 业的普及受到限制。为此,我们设计了一种以89C51单片机为核心的自动称量控制系统。该系统己在自动分装机上成功运行,并 取得了令人满意的效果。实践证 明,系统具有高精度、低成本及快速分装等特点。
  2. 系统的组成及其特点
  该系统由传感器、电振器、接近开关、控制器等组成。控制器设计采用AT89C51为核心的单片机系统。硬件设计的原则是 采用集成电路技术的最新成果和 低功耗设计。系统结构如图
1所示。其核心芯片为低功耗CMOS微处理器AT89C51。AT89C51内含完整的多通道定时器/计数器和响应迅速的中 断系统,并具有4K字节的电可 擦写程序存储器,减少了外部存储器及接口芯片,使用方便,可靠性好。
  本系统的最大特点是采用可以大大简化电路复杂程序的串行外围芯片。如AD转换、watchdog、键盘显示管理等与单片 机的联系均采用串行方式,每个 芯片只需片选、CLOCK、DATA三根线与主机相连,且除了片选线外其它线可以共用,大大化简了线路,使系统硬件结构更加 简化,提高了系统的集成度。当 然,随之而来的代价是系统运行速度的下降,原因是涉及外围芯片的操作均为串行操作。但因采用的芯片本身速度较高,兼之经过精 心设计,这并不是大问题。
  为简化系统,模拟电路用到的负电源采用电源转换器MAX660将+5V转换为-5V,系统供电只需一个+5V即可。
  2.1模数转换
  A/D转换选用高精度的14位串行转换芯片MAX194,并辅以高精度参考电源,有效地保证了系统的精度要求,节约了系 统资源。该芯片工作时,于下一 个周期的转换同时输出上一个周期的转换结果,故较同样分辨率的并行AD芯片,速度并未降低多少。唯一要注意的是该芯片工作频 率虽然可在一定范围内变化,但 须注意时钟的稳定性,尤其在系统存在中断源时,由于MAX194的时钟由单片机端口通过软件给出,在进行AD转换中途响应其 它中断时可能造成时钟短时停 止, 这会极大地影响转换精度。故在AD转换子程序中须关闭所有中断,子程序结束时再允许之。由于转换时间较短,一般不会影响系统的正常工作。
  2.2非易失存储器E2PROM
  采用E2PROM(25045)有效地解决了系统中数据非易失存储问题,实现了零点跟踪及智能式自身校正功能。
系统正常运行时,各种设定参数及运行时的重要数据均保留在E2PROM中。当系统重新启动后会自动从E2PROW中读出预先 设定的(或上次设定的)有关参 数,实现了掉电数据自动保护。25045尚有watchdog及低压鉴别复位功能,与单片机连接方式为串行。简单的连接和多 重功能,使系统得以简化。
  2.3 键盘输入和数码显示
  采取串行方式。系统设有14位LED显示,分别显示设定称重值、实时称重值、设定分装次数、实时分装次数。为方便操作, 系统中设有20个功能键及数字 键。键盘输入和数码显示选用HD7279A,它是一片具有串行接口,可同时驱动8位共阴式数码管(或64只独立LED)的智 能显示驱动芯片。无需外围驱动 元件,单片即可完成LED显示、键盘接口的全部功能。
  2.4振动强度控制电路
  控制粗、精两级振动上料器,其振动强度可根据控制精度和分装速度任意调整。采用固态继电器作为隔离控制手段,具有反应迅 速、无触点、寿命长等特点。
  3. 系统软件设计
  系统软件采用结构化设计方法,根据系统的功能要求,主要由以下模块构成:主程序模块、称量模块、A/D采集转换模块、数 据处理模块、E2PROM读写 模块、显示子程序模块、键盘中断服务子程序模块、时钟中断服务子程序模块、同步脉冲中断服务子程序模块、移相角中断服务子程 序模块等。系统软件框图如图2 所示。


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