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0引言
在現(xiàn)有水泥包裝機(jī)的稱重器中總結(jié)有如下問題：AD數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換器精度不夠，影響整體稱重效果，自行設(shè)計轉(zhuǎn)換器導(dǎo)致電路復(fù)雜，成本上升；顯示部分采用驅(qū)動芯片和達(dá)林頓管擴(kuò)流設(shè)計，使電路板面積、成本均增加；普通鍵盤采用矩陣式設(shè)計，程序查詢單片機(jī)端口并響應(yīng)中斷，導(dǎo)致程序執(zhí)行時間較長，在生產(chǎn)中出現(xiàn)死機(jī)、設(shè)定值不能寫入等情況。本設(shè)計就是在實際生產(chǎn)中針對以上問題，并考慮信號輸入范圍、信號放大、轉(zhuǎn)換精度、程序執(zhí)行、制作成本等因素，提出的如下解決方案。
1控制硬件電路設(shè)計
該設(shè)計以51系列單片機(jī)為核心，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中應(yīng)用TM7705對壓力傳感器的毫伏級信號進(jìn)行采集。這里充分利用了TM7705的內(nèi)置前置放大器放大倍數(shù)可以隨時由程序更改的特點，根據(jù)系統(tǒng)精度要求對TM7705的輸入通道進(jìn)行設(shè)定增益，然后計算所需數(shù)據(jù)。顯示電路由數(shù)碼管顯示驅(qū)動芯片CH451采用動態(tài)掃描動態(tài)驅(qū)動5位數(shù)碼管，由8/3線八進(jìn)位優(yōu)編碼器74LS148，通過外部中斷“0”進(jìn)行鍵盤輸入。硬件電路連接如圖1所示。

1.1AD數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換電路
TM7705利用Σ-△轉(zhuǎn)換技術(shù)實現(xiàn)了16位無失碼性能。該器件可以接受直接來自傳感器的低電平的輸入信號，然后產(chǎn)生串行的數(shù)字輸出。TM7705為4.75～5.25V單電源。TM7705是雙通道全差分模擬輸入，有一個差分基準(zhǔn)輸入。當(dāng)電源電壓為5V、基準(zhǔn)電壓為2.5V時，它的雙極性輸入信號范圍是±10mV~±1．225V。TM7705以AIN(-)輸入端為參考點，增益值可編程：1～128、信號極性以及更新速率的選擇可用串行輸入口由軟件來配置。該器件還包括自校準(zhǔn)和系統(tǒng)校準(zhǔn)選項，以消除器件本身或系統(tǒng)的增益和偏移誤差。
傳感器直接與TM7705的輸入端相連。由于模擬輸入和基準(zhǔn)輸入是差分的，模擬調(diào)制器的大部分電壓都是共模電壓，TM7705良好的共模抑制性能能消除這些共模輸入信號里的共模噪聲，數(shù)字濾波器能抑制供電電源產(chǎn)生的除了調(diào)制器采樣頻率整數(shù)倍的頻率以外的寬帶噪聲。P1.0口是外部的串行時鐘發(fā)送脈沖給SCLK的輸入端口，以訪問TM7705的串行數(shù)據(jù)。2.4576MHz晶振接在CLKIN和MCLKOUT二引腳之間。注意在讀寫過程中串行數(shù)據(jù)的傳輸順序為高位在先，低位在后。在讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果時,需先檢測DRDY位，只有在該位為低電平時，才能讀取已更新的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。通過向CS加低電平，TM7705串行接口能在三線模式下工作，CLK、IN、OUT線用來與TM7705進(jìn)行通信。
1.2CH451驅(qū)動顯示電路
數(shù)碼管驅(qū)動芯片CH451與單片機(jī)的連接如圖１
所示。CH451對數(shù)碼管采用動態(tài)掃描驅(qū)動，順序為DIG0~DIG7，當(dāng)其中一個引腳吸入電流時，其它引腳則不吸入電流。CH451內(nèi)部具有大電流驅(qū)動級，段電流不小于25mA，字電流不小于150mA，可以直接驅(qū)動0.5英。段驅(qū)動引腳SEG0～SEG6分別對應(yīng)數(shù)碼管的段A～G，段驅(qū)動引腳SEG7對應(yīng)數(shù)碼管的小數(shù)點，字驅(qū)動引腳DIG0～DIG7分別連接5個數(shù)碼管的陰極。CH451的段驅(qū)動引腳串接的200Ω電阻用于限制和均衡段驅(qū)動電流。
CH451的串行接口是由硬件實現(xiàn)的，單片機(jī)可以頻繁地通過串行接口進(jìn)行高速操作，而不會降低CH451的工作效率。將TXD與DCLK連接可提供串行時鐘，以使CH451在其上升沿從DIN輸入數(shù)據(jù)，并在其下降沿從DOUT輸出數(shù)據(jù)。LOAD用于加載串行數(shù)據(jù)，CH451一般在其上升沿加載移位寄存器中的12位數(shù)據(jù)以作為操作命令進(jìn)行分析和處理。也就是說，LOAD的上升沿是串行數(shù)據(jù)幀的幀完成標(biāo)志，此時無論移位寄存器中的12位數(shù)據(jù)是否有效，CH451都會將其當(dāng)作操作命令來處理。應(yīng)注意的是，在級聯(lián)電路中，單片機(jī)每次輸出的串行數(shù)據(jù)必須是單個CH451的串行數(shù)據(jù)的位數(shù)乘以級聯(lián)的級數(shù)。
1.3優(yōu)先編碼器74LS148擴(kuò)展中斷
標(biāo)準(zhǔn)的51系列單片機(jī)只有2個外部中斷輸入端。而當(dāng)系統(tǒng)的外部中斷源大于或等于3個時，則考慮通過中斷擴(kuò)展獲得更多的外部中斷端口。該系統(tǒng)由8/3線八進(jìn)位優(yōu)編碼器74LS148，通過外部中斷“0”進(jìn)行鍵盤輸入。1片74LS148連接有8個按鍵，分別是“清零”、“瞬時計重”、“設(shè)置”、“復(fù)位”、“計重”、“↓計數(shù)”、“+”、“—”鍵，用來完成用戶與系統(tǒng)的通信，方便用戶對稱重器的數(shù)值設(shè)置，控制系統(tǒng)的一切行為。
2軟件程序設(shè)計
該控制系統(tǒng)具備瞬時計重顯示、自動清零、目標(biāo)值設(shè)定、袋數(shù)記憶、總重記憶等多種功能。其程序如下：
#include
#define nop _nop_();
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
#define ulong unsigned long
#define th0_con 0xfe //500us定時
#define tl0_con 0x1c
#define t0_times 8 //4ms選通切換
//AD轉(zhuǎn)換器SPI總線定義
sbit tmdrdy= P1^4; //AD轉(zhuǎn)換準(zhǔn)備完畢信號
sbit tmrst=P1^1; //AD轉(zhuǎn)換器復(fù)位信號
sbit tmlk = P1^0; //AD轉(zhuǎn)換器時鐘信號
sbit tmdin= P1^2; //AD轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)輸入輸出口（復(fù)用）
uchar drdy,dat0_7705,dat1_7705;
sbit buzzer=P1^7; //蜂鳴器控制（高電平開）
sbit chload=P0^0; //CH451 load
sbit rxd1=rxd; //CH451 din
sbit txd1=txd; //CH451 dclk
float idata dianya; //AD轉(zhuǎn)換電壓值
float idata auto_shuju; //AD轉(zhuǎn)換讀取16進(jìn)制值
void display(uchar xs_data,uchar xs_contrl);
uint rd_7705(void);
uchar rd_7705_b(void);
voidwr_7705(uchar x);
void ad7705_int(uchar pga);
uchar read_7705(void);
uint sam_7705(void);
void cath(void);
void delay(uint i);
uint rd_7705(void);
void main(void)
{
buzzer=0;
TMOD=0x21;
TH0=th0_con;
TL0=tl0_con;
ET0=1;
TR0=1;
EA=1;
reset=0;
delay(50);
reset=1;//AD7705復(fù)位命令
nop;
nop;
??
}
3總結(jié)
該系統(tǒng)中的元件以低耗、高能、耐用、精確、易于操作等為優(yōu)先考慮因素，經(jīng)對實驗樣機(jī)的多次檢驗，證明該設(shè)計合理、結(jié)構(gòu)簡單、故障率低、操作簡單、袋重合格率高、成本相對較低，達(dá)到了設(shè)計的預(yù)期目標(biāo)，并且具有較好的通用性。
在實際自作時應(yīng)注意：若電路板為雙面板，要把模擬地和數(shù)字地嚴(yán)格分開，只在最后一點與電源地相連，地線盡量寬；TM7705的自校準(zhǔn)功能能有效地抑制漂移，在編程時要定期進(jìn)行校準(zhǔn)；有條件的場合應(yīng)做到印制線路板每一器件的“單點接地”，并且TM7705的器件下面不走信號線。

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