自动加料机控制系统.

中文摘要本设计的由单片机控制的自动加料系统是与料斗式干燥机配套的加料系统根据加料工艺要求，其工作原理是先将真空管关闭，启动机电，用低真空气流将塑料树脂粒子送入真空管，机电停转，再将粒子排入料斗，如此循环关键字单片机，控制，机电，自动加料，系统英文关键字single-chip,control,electricmachinery,system自动加料机控制系统

一、引言自动加料机控制系统的工作原理及技术要求本设计的由单片机控制的自动加料系统是与料斗式干燥机配套的加料系统根据加料工艺要求，其工作原理是先将真空管关闭，启动机电，用低真空气流将塑料树脂粒子送入真空管，机电停转，再将粒子排入料斗，如此循环在设计的控制系统中，可用一个机电控制两个加料生产线，由方向阀切换两个生产线既可单独运行，也可同时运行假如两者同时运行，当一辈子产线输送结束后，判断到另一个生产线排料已经结束，那末，机电不停转而方向阀换向，从而为另一个生产线送料这样可以发挥控制系统和机电的效率，从而实现供料自动化控制系统的控制器有单片机和扩展电路组成，单片机控制继电器，继电89C51器控制交流接触器，又由接触器控制机电等执行机构的运动本控制系统可以根据送料工艺的需要，设置两条生产线的输送、排料、满料、空料等参数值，也可装载系统前次工艺参数值系统的主要技术参数用一台机电控制两条生产线1要能检测到满料状态，并显示出输送、排料、满料时间2时间误差秒

30.1具有抗干扰能力4

二、总体设计主电路采用由于内含容量，因此在设计中不需要外扩AT89C51,AT89C514KB硬件电路主要有显示电路、键盘接受电路、继电器控制电路、ROMo LEDEEPROM外部存储器扩展电路，以及看门狗等组成电路原理框图如图所示MAX813L.EA/VPP外部访问允许，欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为OOOOH—FFFFH）,端必须保持低电平（接地）需要注意的是如果加密位被编程，复位时内EA LB1部会锁存端状态EA如端为高电平（接端），则执行内部会锁存端状态EA VccCPU EA存储器编程时，该引脚加之的编程允许电源固然这必须是该器件是使Flash+12V Vpp,用编程电压12V Vppo振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端.XTAL1振荡器放大器的输出端.XTAL23时钟振荡器中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚和分AT89C51XTAL XTAL2别是该放大器的输入端和输出端这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或者陶瓷谐振器一起构成自激振荡器，振荡电路如图内音崛电5夕悟向艮荡电路外接石英晶体（或者陶瓷振荡器）及电容接在放大器的反馈回路中构成CK C2并联振荡电路对外接电容、虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会Cl C2轻微影响振荡频率的高低，振荡器工作的稳定性，起振的难易程序及温度稳定性，如果使用石英晶体，则推荐电容使用而如使用陶瓷振荡器建议选择30pF±10pF,40pF±10Fo用户也可以采用外部时钟，采用时钟的电路如图在这种情况下，外部时钟脉冲接到端，即内部时钟发生器的输入端，则悬空XTAL1XTAL2由于外部时钟信号是通过一个分钟触发器后作为内部时钟信号的，所以对外2部时钟信号的占空比没有特殊要求，但最小高电平持续时间和最大的低电平持续时间应符合产品技术条件的要求编程方法编程前，先设置好地址，数据及控制信号，编程单元的地址加在口和口的P1P2P

2.（位地址范围为）数据从口输入，引脚、和、0—P

2.3ll OOOOH—0FFFH,P0P

2.6P

2.7P

3.6的电平，为低电平，保持高电平，引脚是编程电源的输入端，P

3.7PSEN-RST EA/Vpp按要求加之编程电压，引脚输入编程脉冲（负脉冲）编程时，可米用ALE/PROG的时钟振荡器，编程方法如下4—20MHz AT89C51在地址线上加之要编程单元的地址信号

1.在数据线上加之要写入的数据字节

2..激活相应的控制信号3在高电压编程方式时，将端加之编程电压

4./EA/Vpp+12V每对」存储阵列写入一个字节或者每写入一个程序加密位，加之一

5.13sh个编程脉冲ALE/PROG改变编程单元的地址和写入的数据，重复步骤，直到全部文件编程结束1—5每一个字节写入周期是自身定时的，通常约为L5ms数据查询单片机用数据查询方式来检测一个写周期是否结束，在一个写周期中，AT89C51如需读取最后写入的那个字节，则读出的数据的最高位（）是原来写入字节最高P

0.7的反码，写周期完成后，有效的数据就会浮现在所有输出端上，此时，可进入下一个字节的写周期，写周期开始后，可在任意时刻进行数据查询石字节编程的进度可通过输出信号监测，编程期间，变Ready/RDY/BSY ALE成高电平后端电平被拉低，表示正在编程状态编程完成后变为高电“H”P

3.4P

3.4平表示准备就绪状态程序校验及芯片擦除如果加密位、没有进行编程，则代码数据可通过地址和数据线读回原编LB1LB2写的数据采用下图电路程序存储器的地址由和□的输入，数据P1P2P

2.0-P

2.3有口读出，、和、的控制信号保持低电平，、森和P0P

2.6P

2.7P

3.6P

3.7PSEN ALE保持高电平校验时口须接上摆布的上拉电阻RST P010K加密位不可直接校验，加密位的校验可通过对存储器的校验和写入状态来验证利用控制信号的正确组合并保持引脚的低电平脉冲宽度即可ALE/PROG10ms将阵列字节和三个加密位整片擦除，代码阵列在片擦除操作中将任何非PER0M4k空单元写入这步骤需再编程之前进行“1”，读片内签名字节及编程接口单片机内有个签名字节，地址为、和用于声明该器AT89C513030H031H032H件的厂商、型号和编程电压读签名字节的过程和单元、和的正常校030H031H032H验相仿，只需将、保持低电平，返回值意义如下P

3.6P

3.7声明产品由公式创造030H=1EH ATMEL声明为单片机031H=51H AT89C51声明为编程电压032H=FFH12V声明为编程电压032H=05H5V编程接口采用控制信号的正确组合可对闪速存储阵裂中的每一代码字节进Flash行写入和存储器的整片擦除，写操作周期是自身定时的，初始化后它将自动定时到操作完成显示电路在单片机应用系统中，如果需要显示的内容惟独数码和某些字母，使用数码管LED是一种较好的选择数码管显示清晰、成本低廉、配置灵便，与单片机接口简LED单易行数码管是由发光二极管作为显示字段的数码型显示器件，其中七只发LED光二极管分别对应笔端构成“日”字形，另一只发光二极管作为小数点因a~g Dp所此这种显示器称为七段数码管或者八段数码管如LED数码管按电路中的连接方式可分为共阴型和共阳型两大类，共阳型是将各LED段发光二极管的正极连在一起，作为公共端公共端接高电平,、COM,COM a〜g Dp各笔段通过限流电阻接控制端某笔段控制端低电平时，该笔段发光,高电平时不发光控制某几段笔端发光，就能显示出某个数码或者字符共阴型是将各段发光二七段位八段位LED极管的负极连在一起，作为公共端接地，某笔段通过限流电阻接高电平时发光COM在自动加料机控制系统中运行是要显示输送、排料、满料、空料时间，有时间切换键和标志哪条生产线的发光二极管表示，显示的位数少，所以就采用静态显示的方式显示器工作于静态显示方式时，各位的共阴极（或者共阳极）连接在LED一起并接地（或者+5V）；每位的段选线（a~dp）分别与一个8位的锁存器输出相连所以称为静态显示各个的显示字符一经确定，相应锁存器的输出将维持不变，LED直到显示另一个字符为止也正因此如此，静态显示器的亮度都较高这种显示方式接口编程容易若用接口，则要占用个位口，若用锁存器接口，则要I/O48I/O用片芯片如果显示器位数增多，则静态显示方式便无法适应474LS373在设计中，显示电路采用驱动器和译码器控制数码LED74LS377MC14511B LED管芯片介绍MC14511BMC145UB芯片介绍74LS377个信号输入端.D〜D807个信号输出端.Q~Q807时钟信号输入端.CLK锁存允许信号当时，端的上跳变将把位输入端的数据打入位锁.E F0CLK8D8存器真值表74LS377CLK DQG1X XQO0t110t00X0X QOab cdLTBILE四个信号输入端.A~D七个信号输出端.a~g、接地.LT BI接电源.LE接口电路LED显示电路采用驱动器和译码器控制数码管两个LED74LS377MC14511B LED显示一条生产线一个工作过程的秒数两片把口的高四位和低四LED MC14511B P0位译码成十进制控制显示电路图如下LEDMI i4«im继电器控制电路在电气控制领域或者产品中，凡是需要逻辑控制的场合，几乎都需要使用继电器，从家用电器到工农业应用，甚至国民经济各个部门，可谓无所不见继电器是一种利用各种物理量的变化，将电量或者非电量信号转化为电磁力（有触头式）或者使输出状态发生阶跃变化（无触头式），从而通过其触头或者突变量促使在同一电路或者另一电路中的其它器件或者装置动作的一种控制元件根据转化的物理量的不同，可以构成各种各样的不同功能的继电器，以用于各种控制电路中进行信号传递、放大、转换、联锁等，从而控制主电路和辅助电路中的器件或者设备按预定的动作程序进行工作，实现自动控制和保护的目的被转化或者施加于继电器的电量或者非电量称为继电器的激励量，当继电器被激励，从一个起始位置达到预定的工作位置，并完成电路的切换动作，称为继电器的工作特性，包括吸合不吸合，保持与释放状态当输入量变化到高于它的吸合值或者低于它的释放值时，继电器动作，对于有触头式继电器其触头闭合或者断开，对于无触头式继电器起输出发生阶跃变化，以此提供一定的逻辑变量自动加料机是把塑料粒子送到一个真空管，在输送时真空管关闭合，排料时真空管需要打开，将粒子送到排料漏斗本设计共需个继电器控制交流接触器，一2个接带动生产的电动机另一个为控制工作方向的方向阀经考虑采用无极412312V直流控制的交流继电器，并利用光耦合器件和隔开的初始24V P521MCU89C51P1值为所以加一个反相器使得继电器初始不产生闭合，使用为OFFH,74LS04MC1413无源驱动器，组成继电器的续流二极管IN4007电路图如下:

三、分类介绍单片机的选择

1.自动加料机控制系统硬件框图世纪年代以来，单片机的发展非常迅速，就通用单片机而言，世界上一2080些著名的计算机厂家已投放市场的产品就有多个系列，数百个品种目前世界50上较为著名的位单片机的生产厂家和主要机型如下8美国公司系列及其增强型系列Intel MCS—51美国公司系列和系列Motorola68016805美国公司等单片机Atmel89C51美国公司系列及Zilog Z8SUPER8美国公司系列和系列Fairchild F83870美国公司系列Rockwell6500/1美国（德克萨司仪器仪表）公司系列TI TMS7000（美国国家半导体）公司系列等等NS NS8070尽管单片机的品种不少，但是在我国使用最多的还是公司的系列单Intel MCS—51片机和美国公司的单片机Atmel89C51系列单片机包括三个基本型、、MCS—51803180518751内部包括一个位、个字节个特殊功能寄存器（）、80318CPU128RAM,21SFR4个位并行口、个全双工串行口、个位定时器/计数器，但片内无程序存8I/O1216储器，需外扩芯片比较麻烦，不予采用EPROM是在的基础上，片内集成有作为程序存储器，是一个程序805180314K ROM,不超过字节的小系统内的程序是公司制作芯片时，代为用户烧制的，出4K ROM厂的都是含有特殊用途的单片机所以适合与应用在程序已定，且批量80518051大的单片机产品中也不予采用是在基础上，增加了字节的它构成为了一个程序小于875180314K EPROM,的小系统用户可以将程序固化在中，可以反复修改程序但其价格4KB EPROM相对较贵外扩一片的就相当与它的最大803180314KB EPROM8751,优点是价格低随着大规模集成电路技术的不断发展，能装入片内的外围接口电2路也可以是大规模的也不予采用是美国公司生产的低电压，高性能位单片机，片内含AT89C51ATMEL CMOS8的可反复擦写的只读程序存储器和的随机存取数据存储4K bytesPEROM128bytes器器件采用公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准ROM,ATMEL MCS-51指令系统，片内置通用位中央处理器和存储单元功能强大8CPU FlashAT89C51单片机可提供许多高性价比的应用场合，可灵便应用于各种控制领域此设计就采用物位传感器的选择AT89C51o

2.物位是指贮存容器或者工业生产设备里的液体、粉粒壮固体、气体之间的分界面位置，也可以是互不相溶的两种液体间由于密度不等而形成的界面位置根据具体用途分为液位、料位、界位传感器或者变送器物位不仅是物料耗量或者产量计量的参数，也是保证连续生产和设备安全的重要参数特殊是在现代工业中，生产规模大，速度高，且常有高温、高压、强腐蚀性或者易燃易爆物料，对于物位的监视和自动控制更是至关重要物位测量可用于计算物料储量对于粉粒体，必须考虑到颗粒间有空隙，应区分密度和容重密度是指不含空隙的物料每单位体积的质量，即通常的质量密度兀，如果乘以重力加速度就成为重力密度简称为重度容重是包含空隙在内的每单g,r,位体积的分量甲也就是视在重度或者宏观重度，它总要比颗粒物质v本身的重度小，其差额决定于空隙率而空隙率又取决与许多因素例如颗粒形状、尺寸的一致程度、是否受外力压实、是否经受过振动、有无黏结性等，所以粉粒体物料的体积储量和质量储量之间不易精确换算，这是需要注意的阻力式料位传感器是指物料对机械运动所呈现的阻挡力粉末颗粒状物料比液态物质流动性差，对运动物体有明显的阻力，利用这一特点可构成各种料位传感器音叉法根据物料对振动中的音叉有无阻力探知料位是否到达或者超过某高度，并发出通断信号，这种原理不需要大幅度的机械运动，驱动功率小，机械结构简单、灵敏而可靠音叉由弹性良好的金属制成，本身具有确定的固有频率，如外加交变力的频率与其固有频率一致，则叉体处于共振状态由于周围空气对振动的阻尼微弱，金属内部的能量损耗又很少，所以只需弱小的驱动功率就能维持较强的振动当粉粒体物料触及叉体之后，能量消耗在物料颗粒间的磨擦上，迫使振幅急剧衰减，音叉停振为了给音叉提供交变的驱动力，利用放大电路对压电元件施加交变电场，靠逆压电效应产生机械力作用在叉体上用此外一组压电元件的正压电效应检测振动，它把振动力为微弱的交变电信号再由电子放大器和移相电路，把检振元件的信号放大经过移相，施加到驱动元件上去，构成闭环振荡器在这个闭环中，既有机械能也有电能，叉体是其中的一个环节，倘若受到物料阻尼难以振动，正反馈的幅值和相位都将明显的改变，破坏了振荡条件，就会停振只要在放大电路的输出端接以适当的器件，不难得到开关信号为了保护压电元件免受物料损坏和粉尘污染，将驱动和检振元件装在叉体内部，经过金属膜片传递振动如果在容器的上下方都装叉体，可以实现自动进料或者自动出料的逻辑控制，或者把料位越限信号远传到控制室在控制室里的控制电路判断料位是否越限，并按要求使被控的进出料设备启停并且叉体的创造和装配良好时，音叉也可用于液体测量和控制在测量时不需要大幅度的机械运动，驱动功率小，机械结构简单、灵敏而可靠此设计选择音叉法阻力式料位传感器存储器扩展电路的选择

3.是一种并行它的特点同上，但每页有字节，与单片2864A EEPROM,162864A8051机的接口电路如下图所示的片选端高地址线连接，才能选中,2864A cEiP

2.7P

2.7=0这种线选法决定了对应多组地址空间，即2864A,2864A0000H-1FFFH,2000H〜这字节存储器可作为数据存储器使用，但掉3FFFH,4000H~5FFFH,6000H~7FFFH,8K电后数据不丢失⑴O的四种工作方式2864A维持方式当为高电平时，进入低功耗维持状态此时，输出线呈高阻1CE2864A状态，芯片的电流从下降至维持电流140mA60mAo读方式当匀为低电平而为高电平时，内部的数据缓冲器被打开，数据送2cEiomi上总线，此时，可进行读操作写方式提供了两种数据写入方式页写入和字节写入32864A页写入为了提高写入速度，片内设置了字节的“页缓冲器”，并将2864A16整个存储器阵列划分成页，每页个字节页的区分可由地址的高位512169A4~A12来确定，地址线的低四位用以选择页缓冲器中的个地址单元之一对A0〜A3162864A的写操作可分为两步来实现第一步，在软件控制下把数据写入页缓冲器，这部称为页装载，与普通的静态写操作是一样的第二步，在最后一个字节即第RAM16个字节写入到页缓冲器后自动开始，把页缓冲器的内容写到阵列中20ns EEPROM对应的地址单元中，这一步成为页存储超能出出一晨电路5J21266”T写方式时，,为低电平，在下降沿，地址码被片内锁存器锁存，在上升WC A0~A12沿时数据被锁存片内还有一个字节装载限时定时器，只要时间未到，数据可以随机地写入页缓冲器在连续向页缓冲器写入数据的过程中，不用耽心限时定时器会溢出，因为每当W下降沿时，限时定时器自动被复位并重新启动计时E限时定时器要求写入一个字节数据的操作时间须满足；T3|1ST2O|1S,BLW____BLW这样是正确完成对页面写入操作的关键当一页装载完毕，再也不有信号2864A WE时，限时定时器将溢出，于是页存储操作随即自动开始首先把选中页的内容擦除，然后写入的数据由页缓冲器传递到阵列中EEPROM字节写入字节写入的过程与页写入的过程类似，不同之处在于仅写入一个字节，限时定时器就溢出数据查询方式数据查询是指用软件来检测写操作中的页存储周期是否完成4在页存储期间，如对执行读操作，那末读出的是最后写入的字节，若芯片的2864A转储工作未完成，则读出数据的最高位是原来写入字节最高位的反码据此，CPU可判断芯片的编程是否结束如果读出的数据与写入的数据相同，表示芯片已完成编程，可继续向装载下一页数据并且编程起来比较简单，所以此设计CPU2864A采用此方案显示电路选择

4.LED显示器是由个显示块拼接成位显示器个显示块有跟LED NLED NLED NLED N位选线，根据显示方式的不同，位选线和段选线的连接方法也各不相同，段选线控制显示字符的字型，而位选线为各个显示块的公共端，它控制该显LED LED示位的亮、暗显示器有静态显示和动态显示两种显示方式LEDSOS^00000^8rp,20123456701233207MA1MQAiCEffiOE012DDnuDDDDDO1234S6

四、主电路介绍.主机电路核心器件介绍1是美国公司生产的低电压，高性能位单片机，片内含AT89C51ATMEL CMOS84K bytes的可反复擦写的只读程序存储器和的随机存取数据存储器PEROM128bytes ROM,器件采用公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准指令系ATMEL MCS-51统，片内置通用位中央处理器和存储单元功能强大单片机8CPU FlashAT89C51可提供许多高性价比的应用场合，可灵便应用于各种控制领域主要性能参数AT89C51与产品指令系统彻底兼容・MCS-51字节可重擦写闪速存储器・4K Flash次擦写周期.

1000.全静态操作0Hz—24MHz.三级加密程序存储器字节内部.128X8RAM个可编程口线.32I/O个位定时/计数器・216个中断源.

6.可编程串行通道UART.低功率空暇和掉电模式功能特性概述AT89C51提供以下标准功能字节闪速存储器，字节内部个AT89C514K Flash128RAM,32口线，两个位定时/计数器，一个向量两级中断结构，一个全双工串行通信I/O165口，片内振荡器及时钟电路同时，可将至的静态逻辑操作，并支持AT89C510Hz两种软件可选的节电工作模式空暇方式住手的工作，但允许定时/计数CPU RAM,器，串行通信口及中断系统继续工作掉电方式保存中的内容，但振荡器住手RAM工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位-Pit]POQ-Pi!P01-P12P02-P13P03-P14P04-P15P05-P1J P0i5-P17P07-INTI P20-INTO P21P22-T1P23-TO P24_P24-EA/VP P26P27-Xi vss-衣vcc-RESET RXDTXDCALE/Pc WRPSEN口:□是一组位漏极开路型双向也即地址/数据总线复用口作为输出.PO PO8I/O,口用时，每位能吸收电流的方式驱动个逻辑门电路，对端口写可作为高阻8TTL“1”抗输入端用在访问外部数据存储器或者程序存储器时，这组口线分时转换地址（低位）和数8据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻在编程时，接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要Flash P0求外接上拉电阻口:口是一个带内部上拉电阻的位双向口，的输出缓冲级可驱动（吸.P1P18I/O P1收或者输出电流）个逻辑门电路对端口写通过内部的上拉电阻把端口拉4TTL“1”，倒高电平，此时可作输入口作输入口使用时、因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（I）oIL编程和程序校验期间，接收低位地址Flash P18口是一个带有内部上拉电阻的位双向口，的输出缓冲级可驱动（吸.P2□:P28I/O P2收或者输出电流）个逻辑门电路对端口写通过内部的上拉电阻把端口拉4TTL“1”，到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时;因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（I）oIL在访问外部程序存储器或者位地址的外部数据存储器（例如执行16MOVE指令）时口送出高位地址数据在访问位地址的外部数据存储器（例©DPTR P288如执行指令）时，口线上的内容（也即特殊功能寄存器（）区MOVX@RI P2SFR总寄存器的内容），在整个访问期间不改变R2编程或者校验时，亦接收高位地址和其他控制信号Flash P2□是一组带有内部上拉电阻的位双向口，口输出缓冲级可驱动（吸・P3□:P38I/O P3收或者输出电流）4个逻辑门电路对口写入时，它们被内部上拉电阻拉TTL P3“1”高并可作为输入端口作输入端时，被外部拉低的口将用上拉P3电阻输出电流（）I oXLJ□除了作为普通的□线外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示P3I/O端口引脚第二功能（串行输入口）P

3.0RXD（串行输出口）P

3.1TXD（外中断）P

3.2INTO0T（外中断）P3,3INT1（定时/计数器）P

3.4TO0（定时/计数器）P

3.5T11（外部数据存储器写选通）P

3.6WR（外部数据存储器读选通）P

3.7RD-口还接收一些用于闪速存储器编程和程序校验的控制信号P3Flash复位输入当振荡器工作时，引脚浮现两个机器周期以上高电平将单片机,RSTRST复侏一当访问外部程序存储器或者数据存储器时，（地址锁存允许）输出.ALE/PROGALE脉冲用于锁存地址的低位字节即使不访问外部存储器仍一时钟振荡频率的8ALE输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或者用于定时目的但1/6要注意的是每当访问外部数据存储器时将跳过一个脉冲ALE对存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（）Flash PROGo如有必要，可通过对特殊功能寄存器（）区中的单元的位置位，可禁止操SFR8EH DO作该位置位后，惟独一条和指令才会被激活，此外，该引脚会M0VX MOVCALE被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE无效-----------------------程序存储允许（）输出是外部程序存储器的读选通彘丁当由外.PSEN PSENAT89C51部程序存储器取指令（或者数据）时，每一个机器周期两次有PSEN:号黑两个脉冲,在此期间,当访问外部数据存储器,这两次有效的PSEN。