电子皮带秤设计

机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩摘要随着传感器、电子技术和微机技术的崛起，称重技术得到了迅速发展，称重装置在数字化，智能化等方面有长足的进步，称重装置的研究与开发也进入了一个新的阶段。皮带秤等衡器更是作为一种新兴的高技术产业而受到世界各国的普遍关注，进一步采用新技术，开发各种自动称重系统，提高动态称重的准确度，加强网络功能是当今各国发展的重点。我国的衡器产业已初具规模，但高档次衡器产品技术水平落后，积极开发具有自主知识产权的高档次衡器产品对发展我国的衡器产业具有重要意义。本课题就是针对电子皮带秤自动称重系统展开的。皮带秤是安装在皮带输送机的适当位置上，对散状物料自动地进行连续、累计称量的计量器具。它广泛应用于：散料贸易结算、生产工艺流程中的配料计量及检测控制。采用双 CPU 结构，两个 CPU 之间通过串口进行通讯。两个 CPU 之间的这种弱联系，不但能提高控制的实时性，而且能有效的提高系统的可靠性。本文所述皮带秤微机配料系统以 MCS-51 系列单片机为下位机，以电子皮带秤为计量设备，单片机控制皮带秤，整个系统以 AVR 单片机作为上位机进行集中管理。该系统对运行环境要求低，精度稳定，质量可靠，易于管理。关键词: 电子皮带秤，串行通信，AVR 单片机 机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩AbstractWith the sensor, electronic technology, computer technology and the rise of weighing technology have developed rapidly, weighing device in digital, intelligent connection is a great improvement, weighing device research and development has entered a new stage. Weighing scales and other belt is emerging as a high-tech industries and countries around the world, the widespread concern, further introduction of new technology, the development of automatic weighing system to enhance the dynamic weighing accuracy, strengthen the network function is the focus of the development of all countries. Chinas weighing industry has begun to take shape, but the high-end products weighing technical backwardness, proactively develop our own intellectual property rights in high-grade products weighing on the development of Chinas weighing industry is of great significance. The issue was aimed at the electronic belt weighers automatic weighing system proceed. Belt weigher is installed on the conveyor belt in the appropriate place, the bulk of the material for automatic continuous, weighing a total of measurement apparatus. It is widely used: Bulk trade settlement, the production process of batching control and detection measures.Dual CPU, the CPU between the two through the serial port communication. 2 CPU between the weak links will not only enhance control of the real-time, but can effectively improve the reliability of the system.This paper described belt weigher computer batching system to MCS-51 microcontroller series for the next crew. To Belt Scales for the measurement equipment, SCM control belt weigher, to the entire system as the AVR Microcontroller PC for centralized management. The system of running low environmental requirements, the accuracy of stable, reliable, and easy to manage.Key Words: electronic belt weighing conveyor，Serial Communication ，AVR Microcontroller机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩引言物料计量是工业生产和贸易流通中的重要环节。称重装置等衡量器具是不可缺少的计量工具。随着国民经济的发展和商品流通的扩大，过去沿用的机械杠杆秤已不能适应生产自动化和管理现代化的要求，衡器的技术水平需要不断提高。最近几十年来，伴随着传感器、电子技术和微机技术的崛起，称重技术得到了迅速发展，称重装置在数字化，智能化等方面有长足的进步。快速、准确、操作方便、消除人为误差、功能多样化等方面己成为现代称重技术的主要特点。称重装置不仅是提供重量数据的单体仪表，而且作为工业控制系统和商业管理系统的一个组成部分，推进了工业生产的自动化和管理的现代化。在物料输送过程中，各种连续输送大宗散状物料的皮带输送机，都广泛地采用了电子皮带秤，以作计量和控制之用，起到了缩短作业时间、改善操作条件、降低能源和材料的消耗、提高产品质量以及加强企业管理、改善经营等多方面的作用。电子皮带秤等称重装置的应用己遍及到国民经济各领域，取得了显著的经济效益。但是，我国在这方面的的产品少且功能不齐全，所以改善现有称重装置、开发研究功能齐全的自动称重系统是势在必行的一、皮带秤的起源与发展皮带秤起源于 19 世纪末、西方工业发展时期。它的称重原理最早来源于斗式输送机对散料连续自动称重的装置。这种装置于 1880 年获得了计量许可。1907 年由英国制订了第一个自动秤的检定规程。1908 年在英国公布了第一个皮带秤的专利。此后的近四十年中进展较慢，经反复改进仍然只能较粗地用于生产过程控制和工矿企业的库存管理。二次大战后，尤其是近三十年来，由于传感器制造工艺和电子技术的飞速发展，给整个称重技术注入了新的血液，激发了活力，为提高皮带秤的计量性能创造了有利条件。皮带秤的发展大致经过了以下四个阶段：最初的产品是纯机械式皮带秤，一般采用增量式编码器机械式或光电式扫描码盘等，使皮带秤的机械杠杆具有平衡条件，识别记数和启动功能。这是第一代。第二代是传感器电子仪表皮带秤，检测部分一般用光电脉冲或磁脉冲变送器测速，二次仪表用模拟积分放大电路或数字系统积分电路来实现动态称重过程的平衡、机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩识别和累积计算功能。这两代皮带秤只能测量、累积计算，对运行中计量性能的变化不能控制，因此动态计量准确度较低，稳定性差，在用户中信誉不佳，逐渐被第三代、第四代皮带秤取代。第三代、第四代是传感器微机式皮带秤和微机智能化的皮带秤。微处理机引入皮带秤使电子元器件结构、内容和集成化程度大大提高。生产厂家可以根据现场使用条件去满足用户的愿望。前者，根据现代控制原理，可以对一些动态变化参数进行控制，如零点跟踪、量程校准等，但一般处于开环控制状态。要想使皮带秤在运行中获得预定的准确度和稳定性仍需操作人员的监视、维护和频繁校准。后者，因在称重系统中设置了针对使用特点的软件而成为闭环自动控制系统。智能仪电子皮带秤的含义由此而来。这种称重系统具有测量、计算、控制、校准、联网通信、上下量程限监视、故障报警等多项自控功能。由于计算机科学渗入皮带秤，使其计量准确度提高，稳定性改善，检定周期延长，使用过程中的维护工作量大大减轻，其应用领域不断扩大。目前，皮带秤产品已分布于世界各地，广泛应用在冶金、矿山、建材、电力、化工、港口等各个行业。二、研究皮带计量秤的目的和意义电子皮带秤是一种对皮带传输机上流过的散状物料作连续动态计量，智能化的数字式动态称重显示仪。冶金、建材、矿山、码头、电力、化工、 医药、食品等部门实行现代化管理、节约能源、减轻劳动强度的必不可少的工具。皮带秤主要应用于需对皮带输送机上的物料实现高效、动态在线称重的场合，皮带秤能提供无与伦比的测量可靠性，即使在最恶劣的环境，能与多种先进的电子积算仪相连接，可提供流率、累积量、速度和载荷的连续读数。安装简便，低维护，重复的精度，任何时候，皮带秤都能提供精确、高重复性的效果。出色的精度和独特的称重架设计确保无可比拟的精度，即使在产品载荷不均匀或者带速相对较快的应用场合。精确度通常为 0.5%，但是在许多应用场合，精度均优于 0.25%。这个结构紧凑的皮带秤可以应用在空间受到限制的皮带机上。由于其简便的安装方式，同传统的系统相比，用户能节省大量的费用。通过四个螺栓和一个现有的托辊，称重支架被方便地安装在皮带机上，并且固定在受力的梁上 。安装快捷而简单，只需数个小时。其通用的结构可用于任何现有的皮带称重系统，机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩可快速安装以代替老式的称重系统。维护成本低，没有可动部件，所以就消除了潜在的维护问题，枢轴和杠杆的磨损和更换都已经是过去的事情。你所需做的只是进行定期的校验检查。而且有了机械止动保护系统，可免受意外的过载，防止严重的损坏。三、国内外现状及差距电子衡器在全球衡器市场占据主导地位。世界经济发达的国家，离不开先进的衡器，电子衡器的比例在 80%以上。全世界衡器产值有 30 多亿美元，美国、德国、日本、英国、意大利等国家都掌握先进的称重技术。美国衡器产值约 10 亿美元，其中，重型衡器和包装系统比例很大;在意大利，包装系统占衡器产值的 80%以上;德国 1998 年衡器产值为 13.24 亿马克，其中工业、商业秤 9.00 亿马克，家用秤 1.1亿马克，精密级衡器 1 亿马克，称重部件 2.14 亿马克。日本衡器年产值约 1000 亿日元，在日本 1 台自动定量包装秤价格从 200 万日元到 2000 万日元:1 台电脑多头包装秤价格从 700 万日元到 2300 万日元，技术含金量很高。全球衡器出口贸易额约18 亿美元。在出口贸易中，德国占 31%，日本占 18%，美国占 18%，法国占 7%。“九五”以 来，我国称重传感器和显示控制器的技术与生产有较大进步，国产电子衡器产量及质量也不断提高，中国衡器正在告别机械衡器占主导地位的时代。我国标准中划分的十大类衡器(台秤、案秤、地上衡、地中衡、吊秤、皮带秤、料斗秤、检验秤、轨道衡和特种秤)，在国内都实现了产品电子化。比较成熟的静态衡器计量范围可以从 l 到 800 。非自动衡器己达到国际九十年代初期技术水平，如gT电子计价秤、电子台秤、电子地上衡、电子皮带秤、电子吊秤和电子轨道衡等产品。目前，己有 4 个企业制造的电子计价秤，通过了国际计量组织的 OIML 认证，性能与质量达到了当前国际水平。“九五”期间，外资企业相继带来了一批国外先进水平的衡器产品和技术，如应变计、传感器、仪表生产技术和定量包装秤、自动重量检验秤、标签计价秤、电脑组合科、耐压式计量给煤机等等，对于我国衡器工业既是一种补充，也是一个促动。有着古老历史的中国衡器行业，正高度融合着现代先进科学技术，成为一个新兴高技术装备行业。但是，我国的称重技术在以下几个方面和国外还存在很大的差距。基础理论研究方面的差距。国外在高准确度、高稳定度、动态称重和称重智能化等方面均有领先的理论研究。与此形成鲜明对照的是国内称重理论研究人、财两弱，甚至到了机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩难以为继的地步，形成我国落后于国际称重理论研究的巨大差距。产品技术方面的差距。衡器技术是集合了现代计量技术、通讯技术、网络技术、工业控制、计算机技术的综合应用技术。我国在采用先进技术和先进成果的速度与程度明显落后于国际水平，高档次衡器产品技术水平要落后 10-15 年。目前我国低档静态称重产品的生产能力过剩，而定量包装秤、配料秤、自动重量检验秤等自动衡器和高档商业秤，仍处于起步阶段。制造工艺及技术装备方面的差距。发达国家十分重视工艺技术的开发，关键工艺必有关键设备，技术装备实用且先进。先进衡器产品的开发、制造、调试、补偿、修正都是在程序下自动进行。相比来看，国内只有几个规模较大的外资企业和新兴企业，才拥有先进开发手段和现代制造、检测装备，但这些企业的数量不超过全行业总数的 3%。四、电子皮带秤的发展方向（一）提高计量准确度电子皮带秤相对允许误差达到0.1是目前散料动态称重技术的皇冠，也是国际间散料贸易追求的计量准确度。近几年来，围内外一些皮带秤专家和科技工作者正在攀登这个至高点。由于皮带秤的影响因素很多，提高计量准确度的技术难度很大，为攀登这个至高点，促使国内外一些科技工作者在以下 3 种途径寻找解决方案。1、从称重原理上进行新的探索；2、对重力式称重系统结构进行创新；3、从微处理机的软件功能找出路。（二）简易型工艺秤高准确度皮带秤一般用于贸易或能耗结算及企业的目标管理。但其秤架结构设计比较复杂，相应的造价成本增高，现场安装调试的时间较长，使用中要求维护检测较严，因此人们又在探索较简单的工艺秤。这种工艺秤是根据生产工艺控制式配料计量的特殊要求而发展起来的，它与计量秤比较有如下特点：秤的计量准确度要求不高，一般1%就可适应生产需要。在检定周期内不进行实物检测，其计量性能稳定可靠，抗干扰、抗偏载能力强。现场安装调试简单。生产工艺流程一般不允许因某一个环节装调皮带秤而影响全线生产。机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩结构简易，造价较低。使用中的故障少，维护方便。五、课题的提出及内容如今，国内的电子皮带秤水平与国际水平仍具有很大差距，而且各种新技术不断涌现，处于全国各种企业大力进行技术革新的形势之下，市场对电子皮带秤的需求增大，我国也一直在加大对电子皮带秤的研究。本课题旨在在原有的电子皮带秤技术的基础上，设计一个皮带秤集散控制系统。本系统中的电子皮带秤是采用电阻应变式传感器的单托辊式皮带秤。皮带秤网络通信采用的是 RS485 通信接口性价比较高的一种现场总线，与 CAN 总线和 RS232接口相比，提高了数据通信的可靠性、实时性和灵活性，而且它还具有传输距离远，连接简单等诸多优点。皮带秤显示器采用液晶屏、视域大、中文界面更适合国内用户的操作习惯。本课题主要对电子皮带秤系统的工作原理、显示控制器的软硬件设计、皮带秤组网与 RS485 通讯接口设计以及抗干扰试验进行了研究。显示控制器的软硬件设计包括、单片机系统、模数转换、数模转换、数字量输入输出和液晶显示界面等方面。本课题的主要内容包括皮带秤的整机结构及工作原理、显示控制器的软硬件设计、RS485 通讯接口设计与皮带秤组网、皮带秤集散控制系统监控软件设计和显示控制器的抗干扰问题。机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩1 硬件介绍1.1 单片机介绍1.1.1 单片机选型目前市面上，有很功能差不多的单片机，仅生产厂不同；这让大家使用时，多了些选择。每个供应商都说得如何好？但做为单片机的使用者来说，应该有自己的一套方法来选择一款合用的高性价比单片机，下面三点是笔者用于本次设计主控芯片的选型的看法。1、首先是单片机的抗干扰能力。在开发产品中常常遇到这样的情况，先用一厂家的单片机编程调试都通过了，甚至客户也确认了，但在批生产中出了问题。最后几经周折才发现单片机的抗干扰能力低。那么怎样才能在使用之前，就能确定单片机这方面的性能。常用方法是：编一段对单片机各种资源进行测试的程序，烧片装机后，放在不同强度的干拢环境下进行测试，看哪种单片机适应性强。2、其次开发工具的实用性，如支持的编程言语、用户界面等。3、性价比，在开发过程中我们应该尽可能地采用价格低廉，性能优越的芯片，尽可能采用那些 I/O 口比较多的芯片，这样可以预留 I/O 口以备以后升级产品时不至于重新设计电路。综合上面的几条要求，本次设计采用 MCS-51 系列单片机为下位机，整个系统以AVR 单片机作为上位机进行集中管理。1.1.2 MCS51概述MCS51 是美国 Intel 公司的八位高档单片机系列，是在 MCS48 系列基础上发展而成的，也是我国目前应用最广的一种单片机系列。在这个系列里，有多种机型，性能特点也各不相同，用户可根据需要挑选。在 MCS51 系列里，所有产品都是以 8051 为核心电路发展起来的，它们都具有8051 的基本结构和软件特征。8051 单片机内部包含了作为微型计算机所必需的基本功能部件，各功能部件相互独立而融为一体，集成在同一块芯片上。8051 内部结构机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩各功能部件划分为 CPU、存储器、I/O 端口、定时器/计数器和中断系统等五部分。单片微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是一种非常活跃和颇具生命力的机种。单片微型机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器(Microcontroller)。单片微型计算机是一种把微处理器、半导体存储器 I/O（Input/Output）接口和中断系统集成在同一块硅片上的有完整功能的微型计算机，这块芯片就是它的硬件，软件程序就存放在片内只读存储器内。因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。其实，单片机很难和被控对象直接进行电气连接，故在实际应用中单片机总要通过这样和那样的芯片和被控对象相连。单片机芯片的集成度很高，它将微型计算机的主要部件都集成在一块芯片上，具有下列特点：1、体积小、重量轻、价格便宜、耗电少。2、根据工控环境要求设计，且许多功能部件集成在芯片内部，其信号通道受外界影响小，故可靠性高，抗干扰性能优于采用一般的 CPU。3、控制功能强，运行速度快。其结构组成与指令系统都着重满足工控要求。有极丰富的条件分支转移指令，有很强的位处理功能和 I/O 口逻辑操作功能。4、片内存储器的容量不可能很大，引脚也嫌少，I/O 引脚常不够用，且兼第二功能以至第三功能。但存储器和 I/O 接口都易于扩展。由上述单片机特点，可推知其应用最多的领域为1、因它具有“小、轻、廉、省”的特点，尤其耗电少，又可使供电电源的体积小、重量轻，所以特别适用于“电脑型产品”，在家用电器、玩具、游戏机、声像设备、电子秤、收银机、办公设备、厨房设备等许多产品上得到应用。2、适用于仪器、仪表，不仅能完成测量，还具有处理(运算、误差修正、线性化、零漂处理)、监控等功能，易于实现数字化和智能化。3、有利于“机电一体化”技术的发展，多用于数控机械、缝纫机械、医疗设备、汽车等。4、广泛应用于打印机、绘图仪等许多计算机外围设备，特别是用于智能终端，可大大减轻主机负担。5、用于各种工业控制，如温度控制、液面控制、生产线顺序控制等。机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩6、宜于多机应用。例如机床加工中心，其各种功能可分散由各个单片机子系统分别完成，上级主机则负责统管、协调。又如要求较高的数据检测采集系统，每一采集通道如是一个单片机子系统，可实现多点同时快速采集和预处理，然后再由主机进行集中处理和控制，以构成大型的实时测控系统。单片机正朝着多层次用户、多品种、多规格、高性能的方向发展。1、高档单片机性能不断提高CPU 能力加强 CPU 能力加强主要体现在数据处理速度和精度提高方面。一般通过以下措施来实现：增加 CPU 的字长，扩充硬件，提高主频，提高总线速度，扩充指令系统和提高效率。内部资源增加 单片机的内部资源除了 CPU 以外，还包括各种类型的存储器和I/O 端口。程序存储器包括：掩膜式 ROM、EPROM、E2PROM 或 FLASH。容量最大司 达到几十 KB。RAM 也可达到几 KB。I/O 端口包括并行、串行、定时器/计时器并配有A/D、D/A、PWM、LED、LCD 驱动接口等。寻址范围增加，目前最高可寻址几十 MB。2、超小型，低功耗，廉价微巨型单片机，目前己推出了运算速度 12 亿次/秒，CPU 字长 32 位，可运行64 位浮点运算的单片机。3、指令系统从复杂指令系统向简易指令系统过渡。单片机开发系统向多用户、C 编译、在线实时开发方向发展。1.1.3 ATM89S53芯片一.特点：1、与 MCS-51 单片机兼容；2、片内有 12KB 的 flash 程序存储器；3、支持 SPI 串行接口为程序下载；4、可擦写 1000 次；5、4V 到 6V 的工作电压；6、晶振：0-24MHz；7、8 为 256B 的数据存储器；机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩8、32 个 I/O 口；9、3 个 16 位定时/计数器；10、6 个中断源，两个优先级；11、看门狗；12、双数据指针寄存器。二.描述：AT89S53 是一低低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机，片内有 12K 的 Flash 可重复擦写程序存储器。采用 Atmel 的高密度固定存储器技术，并且与 80C51 单片机兼容。引脚描述：1电源引脚VCC 电源端，接+5VGND 接地端，接地2. 控制信号引脚RST 复位信号输入端。高电平有效，在此端保持两个机器周期的高电平后，就可以完成复位操作。此外，该引脚还有掉电保护功能，若在该端节+5V 备用电源，一旦在使用中 VCC 突然消失，就可以保护片内 RAM 中的信息不丢失。ALE 地址锁存允许信号输出端。存取片外数据时，用于锁存低 8 位地址。当单片机上电正常工作后，ALE 端就周期性地以时钟振荡频率 1/6 的固定频率向外输出正脉冲信号。ALE 端的负载驱动能力为 8 个 LSTTL 器件。PSEN 程序存储允许输出端。它是片外程序存储器的读选通信号，低电平有效。CPU 从外部程序存储器取指令时，PSEN 在每个机器周期中两次有效。但在访问片外数据存储器时，这两次有效的 PSEN 不出现。EA 程序存储器地址允许输入端。当 EA 为高电平时，CPU 执行片内程序存储器指令，但当 PC 中的值 12K 时，将自动转向执行片外程序存储器指令；当 EA 为低电平时，CPU 只执行片外程序存储器指令。3时钟电路引脚XTAL1 接外部石英晶体和微调电容的一端。在片内，它是振荡器反向放大器的输入。使用外部时钟时，该引脚必须接地。XTAL2 接外部石英晶体和微调电容的另一端。在片内，它是振荡器反向放大器机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩的输出端。使用外部时钟时，该引脚作为外部时钟的输入端。4. 输入输出接口引脚P0 端口 P0 是一个漏极开路的 8 为准双向 I/0 口，每位能驱动 8 个 LSTTL 负载，在访问片外存储器时，他分时作为低 8 为地址线和 8 位双向数据线。当 P0 口作为普通输入接口使用时，应现向口锁存器写“1”。P1 端口 P1 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。输出时可驱动 4 个LSTTL 负载。端口置 1 时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。对内部Flash 程序存储器编程时，接收低 8 位地址信息。P2 端口 P2 是一个内部带有上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。输出时可驱动 4 个LSTTL 负载。端口置 1 时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，做输入用。对片内Flash 程序存储器编程时，接收高 8 位地址信息。在访问外部程序和 16 位外部数据存储器时，P2 口送出高 8 位地址。而在访问8 位地址的外部数据存储器时其引脚上的内容在此期间不会改变。P3 端口 P3 口是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。输出时可驱动 4个 LSTTL 负载。端口置 1 时，内部上拉电阻将端口拉到高电平，作输入用。除此之外，P3 口还用于一些特殊功能，如表 1 所示：表 1 P3 口第二功能表引脚 符号 功能P3.0 RXD 串行通信输入P3.1 TXD 串行通信输出P3.2 INT0 外部中断 0P3.3 INT1 外部中断 1P3.4 T0 定时器 0 输入P3.5 T1 定时器 1 输入P3.6 WR 外部数据存储器写选通P3.7 RD 外部数据存储器读选通特殊功能寄存器在 AT89S53 单片机中，特殊功能寄存器的地址为篇内数据存储器的高 128 字节。与真正片内高 128 字节相区分。访问特殊功能寄存器是，采用直接寻址的方法，访问片内数据存储器高 128 字节时，采用间接寻址的方法。1累加器 ACC（E0H） 它是 8 位寄存器，通过暂存器和 ALU 相连，是 CPU 中工作最繁忙的寄存器。这是因为，在进行算术、逻辑运算时，运算器的每一个输入多位 ACC 的输出，而运算结果大多要送到 ACC 中。在指令系统中，累加器 ACC 的助机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩记符为 A。2寄存器 B（F0H） 在乘、除指令中，用到了 8 位 B 寄存器，乘法指令的两个操作数分别取自累加器 A 和寄存器 B，乘积高 8 位存放在 B 中，低 8 位存放在 A中。除法指令中，A 中存放被除数，B 中存放除数，商存放于 A 中，余数存放与 B 中。3程序状态字寄存器 PSW（D0H） PSW 为 8 位寄存器，用来存放运算结果的一些特征，其格式如下：C(D7H) AC(D6H) F0(D5H) RS1(D4H) RS0(D3H) OV(D2H) F1(D1H) P(D0H)其中括号内为相应位的位地址。PSW 中的每一位的具体含义如下：C 进位标志。在进行加法（减法）运算时，若运算结果最高位有进位（或借位），则 C=1,否则 C=0。在进行位操作是，C 作为位累加器。AC 半进位标志。在进行加法（减法）运算时，若低半字节向高半字节有进位（或借位），在 AC=1,否则 AC=0。AC 还可作为 BCD 码运算调整时的判别位。F0 用户标志。由用户置位、复位，作为软件标志。RS0、RS1 工作寄存器指针，用来选择当前的工作寄存器组。由用户改变RS0、RS1 的值来选择相应的工作寄存器组，如表 2 所示：表 2 RS0,RS1 对应工作寄存器表RS1 RS0 寄存器组 片内 RAM 地址0 0 第 0 组 00H07H0 1 第 1 组 08H0FH1 0 第 2 组 10H17H1 1 第 3 组 18H1FHOV 溢出标志。反映运算结果是否溢出，溢出时 OV=1，否则 OV=0。F1 用户标志。同 F0。P 奇偶标志。反映累加器 A 中内容的奇偶性。A 中有奇数个 1 时，则 P=1，否则 P=0。4定时/计数器 T2 控制寄存 T2CON（C8H） 如下所示：TF2 EXF2 RCLK TCLK EXEN2 TR2 C/T2 CP/RL2T2CON 中各位的含义如下：TF2，定时器溢出标志位RCLK，接收时控制TCLK，发送时钟控制机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩TR2，定时器 2 运行控制位C/T2，定时、计数选择位5中断优先级控制寄存器 IP（B8H） 如下所示：/ / / PS PT1 PX1 PT0 PX0各位含义如下：PS 串行中断优先级控制位。PS=1，串行中断设置为高优先级中断；PS=0，设置为低优先级中断。PT1 T1 中断优先级控制位。PT1=1，T1 设置为高优先级中断；PT1=0，设置为低优先级中断。PX1 外部中断 1 优先级控制位。PX1=1，外部中断 1 设置为高优先级；PX1=0，外部中断 1 设置为低优先级。PT0 T0 中断优先级控制位。同 PT1。PX0 外部中断 0 优先级控制位。同 PX0。6中断允许控制监测器 IE（A8H） 如下所示：EA / ET2 ES ET1 EX1 ET0 EX0各位含义如下：EA CPU 中断开放标志。EA=1，CPU 开放中断；EA=0，CPU 禁止所有中断。ET2 定时/计数器 T2 溢出中断允许控制位。ET2=1，允许 T2 中断；ET2=0，禁止 T2 中断。ES 串行中断允许位。ES=1，允许穿行口中断；ES=0 禁止穿行口中断。ET1 定时/计数器 T1 溢出中断允许控制位。同 ET2。EX1 外部中断 1 中断允许位。EX1=1，允许外部中断 1 中断；EX1=0，禁止外部中断 1 中断。ET0 定时/计数器 T0 溢出中断允许控制位。同 ET2。EX0 外部中断 0 中断允许位。同 EX1。7串行口控制寄存器 SCON（98H） 如下所示：SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI各位含义为：SM0，SM1 为工作方式控制位。一共有 4 种工作方式。SM2 为多机通信允许控制位。SM2=1,允许多机通信；SM2=0，禁止多机通信。REN，允许接受控制位。TB8，在工作方式和工作方式 3 中，他是准备发送的第 9 位数据。RB8, 在工作方式和工作方式 3 中，他是准备接收的第 9 位数据。TI，发送中断标志位。RI，机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩接收中断标志位。8控制寄存器 TCON（88H） 如下所示：TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0各位含义如为：TF1、TF0 分别为定时器 1 和定时器 0 的溢出标志位。溢出时由硬件置 1，CPU 响应中断后，由硬件清零；TR1、TR0，定时器 1、0 运行控制位，为1 时启动定时器，为 0 时停止定时器；IE1、IE0，外部中断 1、0 请求标志；IT1、IT0，外部中断触发方式选择位。9定时/计数器 0、1 工作方式寄存器GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0其中高 4 位控制定时/计数器 1，低 4 位控制定时/计数器 0。GATE 位选通控制位，GATE=0，只要 TR1（TR0）=1 就启动定时器。GATE=0，只有 INT1（INT0）引脚为 1 且 TR1（TR0）=1 才能启动定时器。M1、M0 为工作方式控制位，一共有 4 种工作方式。10看门狗定时器 WATCH TIMER（96H）看门狗定时器(看门狗)的运作,有一个独立的振荡器。 ps0 , ps1 和 PS2 sfr wcon 是用来设定期间的看门狗定时器定时由 16ms 至 2048ms.1.1.4 AVR单片机概述AVR 单片机是 1997 年由 ATMEL 公司研发出的增强型内置 Flash 的RISC(Reduced Instruction Set CPU)精简指令集高速 8 位单片机，广泛应用于计算机外部设备、工业实时控制、仪器仪表、通讯设备、家用电器等各个领域。AYR 单片机的片内资源很丰富，其包括:1K-128K 字节可下载的 FLASH 存储器、64-4K 字节的 EEPROM, 128-4K 字节的 RAM, 586 条通用的 I/0 线、32 个通用 Z 作寄存器、模拟比较器、定时/计数器、可编程异步串行口、内部及外部中断、带内部晶振的可编程看门狗定时器、SPI 串行口、10 位 A/D 转换器以及闲置模式和掉电模式 2 个可选择的省电模式等。其在指令执行速度、保密性等方面都明显优于其他类型的单片机，AVR 单片机内置的 FLASH 存储器支持在线下载和在系统编程工作，操作很方便。AVR 单片机系列齐全，可适用于各种不同场合的要求。分为 3 个档次:低档Tiny 系列 AVR 单片机:主要有 Tinyll/2/13/15/26/28 等;中档 AT90S 系列 AVR 单片机:主要有 AT90S1200/2313/8515/8535 等;(此系列正在淘汰或转型到 Mega 系列中)机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩高档 ATmega 系列 AVR 单片机:主要有 ATmega8/16/32/64/128(存储容量为8/16/32/64/28 KB)以及 ATmega8515/8535 等。本设计采用的 ATmega128 单片机是 AVR 单片机中的高档机型，是基于增强的AVR RISC 结构的低功耗 8 位 CMOS 微控制器，其具有先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega128 的数据吞吐率高达 1 MIPS/MHz，缓解了系统在功耗和处理速度之间的矛盾。相对于中低档的 AVR 单片机，ATmega128 对定时/计数器及预分频器、外部存储器接口、电源管理、SPI 和 UART 等方面都做了一定的改进，克服了中、低档机存在的不足，从而更加适用于工业控制、家电等方面的应用. 适合作为电子皮带秤的控制端。1.1.5 ATmega128芯片ATmega 128 是一款基于 AVR 内核，采用 RISC 结构，低功耗 CMOS 的 8 位单片机。由于在一个时钟周期内可以执行一条指令，ATmega128 可以达到接近 1 MIPS/MHz 的性能。众多的功能和大量的端口保证其是低端嵌入式应用的首选 CPU，而且其出众的芯片保密功能也为开发者保护知识产权减少了后顾之忧，所以最终选择Atmega128 作为控制终端的 CPU。 ATmega128 的管脚图如图 1 所示。AVR 单片机的内核将 32 个寄存器和丰富的指令集联结在一起，所有的工作寄存器都与 ALU(算术逻辑单元)直接相连，实现了在一个时钟周期内执行的一条指令可以同时访问两个独立的寄存器。这种结构提高了代码效率，使 AVR 的运行速度比普通 CISC 单片机高出10 倍。机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩图 1 ATmega128 管脚图ATmega128 具有以下特点:128KB 可在线系统编程/应用编程(ISP/IAP)Flasle 程序存储器，4KB EEPROM，4KB SRAM， 32 个通用工作寄存器，53 个通用 I/O 口，实时时钟计数器(RTC)，4 个带有比较模式灵活的定时器/计数器，2 个可编程的 USART接口，1 个 8 位面向字节的 TWI(IIC)总线接口，8 通道单端或差分输入的 10 位ADC(其中一个差分通道为增益可调的)，可编程带内部振荡器的看门狗定时器，一个SPI 接口，一个兼容 IEEE 1149.1 标准的 JTAG 接口(用于在线仿真调试和程序下载)，6 种可通过软件选择的节电模式。当单片机工作于空闲模式时，CPU 将停止运行，而 SRAM、定时器/计数器，SPI口和中断系统则继续工作。工作在掉电模式时，振荡器停止工作，所有其他功能都被禁止，但寄存器内容得到保留，只有外部中断或硬件复位时才退出此状态。在省电模式时，芯片的所有功能都被禁止(处于休眠)，只有异步时钟正常工作，以维持机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩时间基准。当工作在 ADC 噪声抑制模式时，CPU 和其他 I/O 模块都停止运行，只有ADC 和异步时钟正常工作，以减少 ADC 转换过程中的开关噪声。在待机模式时，CPU和其他的 I/0 模块都停止运行，但系统振荡器仍在运行，这使得系统在低功耗时可以很快地启动。ATmega128 采用了 ATMEL 高密度非易失性内存技术，片内 lash 可以通过 SPI 接口加通用编程器，或通过 JTAG 接口，或使用自引导 BOOT 程序进行编程和自编程。利用自引导 BOOT 程序，可以使芯片在工作过程通过任一硬件串行通信接口下载应用程序，并写入到 Flash 的应用程序中(IAP)。在更新 Flash 的应用程序区数据时，处在 Flash 的 BOOT 区中的自引导程序将继续执行，实现了同时读/写(Read-While-Write)的功能(芯片自编程功能)。由于将增强 RISC 8 位 CPU 与在系统编程和在应用编程的 Flash 存储器集成在一个芯片内，ATmega128 成为功能强大的单片机，为本测量仪提供了灵活而低成本的解决方案。1.2 点阵型 LCD介绍1.2.1 HS128641显示模块概述HS128641 是一种图形点阵液晶显示模块，它主要由行驱动器/列驱动器和 128 x 64 全点阵液晶显示器组成，它除了可以显示 8 X 4（16 X 16 点阵）的汉字外，还可以完成图形显示功能。HS128641 的主要技术参数如下：电源：DC+5V，模块内自带用于 LCD 驱动的负压电路。显示内容：128 X 64 全屏幕点阵。指令系统：7 种指令。接口形式：与控制器采用 8 位数据总线和 8 条控制线相连。工作环境：10+ 50 。1.2.2. HS128641显示模块的外部接口说明HS128641 显示模块的外部接口如表 3 所示。机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩表 3 HS128641 显示模块外部引脚功能引脚号 引脚名称 电平 引脚功能说明1 VSS 0 电源2 VDD 5V 电源3 V0 H/L 液晶显示器驱动电压4 D/1 H/L D/L=“L”，表示 DB7DB0 为显示数据；D/L=“H”，表示 DB7DB0 为显示指令5 R/W H/L R/W=“L”，E= “H”数据由控制器输出至 DB7DB0；R/W=“H”，E=的下降沿，数据由 DB7DB0 输入至控制器6 E H/LR/W=“L”，E 的下降沿锁存 DB7DB0；R/W=“H”，E 为高压平时，数据由控制器输出至DB7DB0 7 DB0 H/L 数据线8 DB1 H/L 数据线9 DB2 H/L 数据线10 DB3 H/L 数据线11 DB4 H/L 数据线12 DB5 H/L 数据线13 DB6 H/L 数据线14 DB7 H/L 数据线15 CS1 H/L 右边液晶块芯片的片选信号（高电平选择）16 CS2 H/L 左边液晶块芯片的片选信号（高电平选择）17 RET H/L 复位信号（低电平复位）18 VOUT 10V LCD 负压驱动电压19 LED+ 显示模块背光电源20 LED 显示模块背光电源1.2.3 HS128641显示模块的硬件构成说明HS128641 的硬件电路如图 10.9 所示。其中 IC1 和 IC2 为列驱动器，LC3 为行驱动器。LC1、IC2 和 IC3 主要含指令寄存器、数据寄存器、忙标志位、显示控制触发器、XY 地址计数器、显示数据 RAM 和 Z 地址计数器 7 个部分。个部分的功能如下： 指令寄存器（IR）指令寄存器用于控制指令的输入，它与数据寄存器相对应。当 D/I=“0”时，E信号的下降沿将数据总线上的数据锁存至该寄存器。 数据寄存器（DR）数据寄存器用于寄存显示数据，它与指令寄存器相对应。E 信号的下降沿将数机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩据总线上的图形显示数据写入数据寄存器；或在 E 信号的高电平作用下由数据寄存器输出至 DB7DB0。数据寄存器和 DDRAM 之间的数据传输由模块自动完成。 忙标志位（BF）忙标志位提供芯片的工作情况。BF=“1”表明模块正在进行操作，平时模块不接受指令和数据。当 BF=“0”时，模块为准备状态，这时模块可接受指令和数据。 显示控制触发器（DBF）显示控制触发器是用于开关模块模块屏幕显示用的。DBF=“1”为开显示，DDRAM 中的数据就可以显示在屏幕上。DFF=“0”为关显示。 XY 地址计数器XY 地址计数器是一个 9 为的计数器。其中高 3 位为 X 地址计数器，低 6 位为 Y地址计数器。XY 地址计数器实际上是作为 DDRAM 的地址指针，X 地址计数器为DDRAM 的页地址指针，Y 地址为 DDRAM 的 Y 地址指针。X 地址计数器是没有计数功能，它只能用指令的形式设置。Y 地址计数器具有循环计数功能，各显示数据输入后，Y 地址可以自动加 1。 显示数据 RAM（DDRAM）DDRAM 是存储图形数据的。数据为“1”表示显示相应点，数据为“0”表示不显示。DDRAM 的地址与显示位置的关系如表 4 所示。表 4 DDRAM 地址表CS1=1 CS2=1Y= 0 1 62 63 0 1 62 63 行号DB0 DB0 DB0 DB0 DB0 DB0 DB0 DB0 DB0 DB0 0 X=0 DB7 DB7 DB7 DB7 DB7 DB7 DB7 DB7 DB7 DB7 7DB0 DB0 DB0 DB0 DB0 DB0 DB0 DB0 DB0 DB0 0 DB7 DB7 DB7 DB7 DB7 DB7 DB7 DB7 DB7 DB7 7DB0 DB0 DB0 DB0 DB0 DB0 DB0 DB0 DB0 DB0 0 X=7DB7 DB7 DB7 DB7 DB7 DB7 DB7 DB7 DB7 DB7 7Z 地址计数器Z 地址计数器是一个 6 位的计数器，同 Y 计数器一样，这个计数器也具有循环计数的功能，它用于显示扫描同步。当一行的扫描完成后，此计数器自动加 1，指机械机电专业本科优秀毕业设计通过答辩向下一行的扫描数据。Z 地址计数器可以用设置显示起始行的指令设置，因此，就可以设置 DDRAM 的数据从哪一行开始，显示在屏幕的第一行。1.2.4 HS128641 显示模块的指令说明 显示开关控制代码：R/W D/I DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00 0 0 0 1 1 1 1 1 D指令说明：D=“1”，显示模块开，此时可对显示器进行各种操作。D=“0”，显示模块关，此时不可对显示器进行操作。 设置代码起始行代码：R/W D/I DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 D