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一種基于ST62單片機的稱重顯示控制器

發(fā)布時間：2020-08-11 10:12:58 |來源：網(wǎng)絡轉(zhuǎn)載

0引言

稱重顯示控制器是一種具有數(shù)字顯示、開關(guān)量輸岀、定值控制和通信功能的以微機為操作核心的稱重控制裝置。它是電子衡器的重要基礎(chǔ)部件，直接影響電子衡器及電子稱重系統(tǒng)的功能和性能。與合適的傳感器及承重傳力復位系統(tǒng)組合可組成配料秤、料斗秤、定值秤、平臺秤、汽車秤等，廣泛應用于電力、化工、建筑、冶金、交通運輸、食品、軍工等部門，是進行自動稱重配料控制和生產(chǎn)過程自動化必不可少的重要檢測、控制裝置。

隨著稱重計量自動化水平的提高，對稱重顯示控制器的要求也越來越高。為實現(xiàn)低漂移、高穩(wěn)定，本控制器采用低漂移、高增益放大器AD620和高分辨率的A/D轉(zhuǎn)換器CS5550o為提高穩(wěn)定性和可靠性,釆用集成度高的、抗干擾能力強的ST62單片機。

1ST62單片機介紹

ST62系列單片機是法國ST公司生產(chǎn)的簡單、靈活、低價格的8位單片機,采用了獨特的制造工藝和技術(shù)，大大提高了抗干擾能力。它專為嵌入式控制應用設計,特別適用于抗噪聲和抗干擾能力強、性價比高的控制系統(tǒng),具有以下主要性能：

  • 工作電源電壓有很寬的適應范圍(3V~6V)。
  • 豐富的I/O功能,可吸收電流達20mA,并可直接驅(qū)動LED/可控硅，有多通道的復用8位A/D轉(zhuǎn)換器,5個中斷向量,1個外部不可屏蔽中斷。
  • 8位定時器，數(shù)字看門狗，片內(nèi)時鐘振蕩器及備份振蕩器，振蕩器保護電路，上電復位及低壓檢測復位，等待及停止省電模式。
  • 多種內(nèi)部程序存儲器，除有廉價的OTP(onetimeprogramming)一次性編程寫入外，還有非常方便的Flash程序存儲器，可以在線編程，易于修改程序代碼。存儲器(ROM/EPROM/OTP)的容量從1kB-8kB不等，還有64~320字節(jié)的RAM及64-128字節(jié)的EEPROM,可以滿足各種編程的需要。

根據(jù)控制器功能的需要，選用ST62系列的ST62T42BQ6單片機作控制芯片。該芯片具有8kB的Flash內(nèi)部存儲器，192字節(jié)的DATARAM,128字節(jié)的DATAEEPROM,最大時鐘頻率8MHz,有18個I/O引腳,6個復用8位A/D轉(zhuǎn)換器，有SPI通信接口?？刂破麽娪肧T62T42BQ6自身的A/D端口，及40x4的LCD驅(qū)動功能，構(gòu)成6個操作按鍵、6位段碼顯示及6個保留圖符顯示的人機操作界面。

2稱重顯示控制器的硬件設計

控制器的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。由于釆用了集成程度高的ST62單片機及AD芯片CS5550,整個控制器的硬件結(jié)構(gòu)顯得非常簡單，提高了工作可靠性和抗干擾能力。

控制器的硬件結(jié)構(gòu)圖

2.1直流放大與AD轉(zhuǎn)移

這是本控制器硬件設計中的重要部位。放大器具有低功耗、低漂移、低失調(diào)、增益線性好的特點，才能對稱重傳感器的微弱信號進行不失真的放大，才能保證測量數(shù)據(jù)的精確。因此我們選用了美國AD公司近年推出的精密儀表放大器AD620作為該變送器的直流放大器。它是一個體積很小的8腳塑封的(DIP)器件。由于它的超B先進工藝,使其最大工作電流為1.3mA,輸入失調(diào)電壓為5兩,輸入失調(diào)漂移最大為1問/乞,共模抑制比93dB,增益范圍1~1000,而且噪聲低，使用簡單方便，只需一個外接電阻來設定增益范圍。AD620的增益計算：

G=(49.4k(VffG)+1,Rg=49.4kQ(C-1)式中：49.4k。為AD620內(nèi)部設定電阻修正的標準阻值;&為外部增益調(diào)整，可在放大器的腳1和腳8之間跨接此高精度電阻來滿足所需要的放大倍數(shù)。釆用儀表放大器AD620,其增益誤差可小于0.01%,非線性小于0.002%0

本控制器的AD轉(zhuǎn)換則釆用CirrusLogic公司的兩通道Delta-Sigma模數(shù)轉(zhuǎn)換器CS5550芯片。CS5550是一種便于設計、性價比高的小體積高集成解決方案，可確保電子秤廠商為客戶提供測量精確、物美價廉的解決方案。

CS5550集兩個模數(shù)轉(zhuǎn)移器、兩個放大器、一個基準電壓電路和一個雙向串口于一身，用于輸出精確測量結(jié)果。它是一個雙通道解決方案，通道1具有13位有效位，通道2有10位有效位，其卓越的性能建立在可靠的Delta-Sigma模數(shù)轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)之上。同時,CS5550還包括了一個片內(nèi)溫度傳感器，用于測量和補償溫度波動帶來的誤差，使其具有很好的溫度穩(wěn)定性，適于長期工作。為與微控制器通信，此芯片還具有雙向串行接口，可以通過重新設置完成初始化和完全運轉(zhuǎn)。

2.2鍵盤和LCD顯示電路

本控制器的鍵盤設計采用了ST62單片機自帶的A/D釆樣輸入功能。如圖2所示，對單片機的AIN腳進行釆樣，根據(jù)采樣的電壓值判斷是否有按鍵發(fā)生，若有，是哪個按鍵被觸發(fā)。此種鍵盤電路設計可節(jié)省MCU的I/O口，根據(jù)合理的電壓分配可適用20個甚至更多按鍵的鍵盤設計。本控制器只用了6個按鍵。

本控制器采用單片機本身的40x4LCD驅(qū)動功能開發(fā)顯示系統(tǒng)，液晶片一共54個筆畫段，組成了一個6位七段數(shù)碼顯示器，每個數(shù)碼還帶有小數(shù)點。還有6段分別用于“調(diào)零”、“穩(wěn)定”、“凈重”、“打印”、“kg”、“Lb”6個標志，如圖3所示。ST62T42BQ6最多可驅(qū)動160段筆畫，這里只用了其中的54段。

控制器LCD設計圖

根據(jù)不同的按鍵功能操作顯示對應的內(nèi)容。

2.3RS-232通信接口

釆用單片機SPI接口的SOUT.SIN管腳與MAX232芯片構(gòu)成通用的RS-232接口，使得控制器可方便地連接遠端的電腦和打印機處理稱重值。

2.4開關(guān)量輸出電路

該電路作為控制器向外輸出信號之用。利用鍵盤將最高、最低設定值置入內(nèi)存，儀表隨時比較釆樣值和設定值，并把比較結(jié)果以開關(guān)量方式輸岀，達到控制外設的目的。開關(guān)量輸出電路由光電耦合電路和輸出繼電器組成，如圖4所示。

控制器LCD設計圖

圖4控制器開關(guān)量輸出電路


3稱重顯示控制器的軟件設計

軟件程序設計釆用模塊式結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)清晰、調(diào)試方便、易維護、易擴充。整個系統(tǒng)由采樣、稱重、鍵盤掃描、LCD顯示、程序設定、打印通信、開關(guān)量輸出等模塊組成?？偭鞒淘O計如圖5所示。

系統(tǒng)上電啟動后，首先進行初始化,對寄存器和各I/O端口進行設置;然后執(zhí)行自檢程序，自檢無誤后開始掃描鍵盤。當有按鍵觸發(fā)時,經(jīng)判斷分別進行程序

控制器鍵盤電路設計圖


圖2控制器鍵盤電路設計

控制器總流程設計圖

設定和功能鍵處理。若無鍵觸發(fā)則對AD模塊進行采樣,并自動校零。若程序設定的Fi為Enable,則直接顯示AD釆樣的電壓值后返回循環(huán)起點。反之，進入稱重模塊計算，將采樣模塊得到的數(shù)據(jù)進行零點修正和滿度修正后，可作皮重處理，也可減去皮重作凈重處理;得到的數(shù)再與開關(guān)量的高低設定值比較，輸出設定的相應電平，達到控制的目的;然后顯示稱重值及相應狀態(tài);最后如有打印或通信要求,執(zhí)行該段子程序后回到循環(huán)起點。

3.1釆樣模塊

稱重過程中，即使經(jīng)過足夠時間的延遲，由于機械振動和電磁干擾等原因，采樣得到的數(shù)也總會在真值附近抖動，使釆樣精度有一定的偶然性。為了克服這個弊病，通常可采用多點采樣取其平均值或多點釆樣取其中值等方法。但這兩種方法都有其不足之處：平均值法會引入干擾點誤差;取中值法可能不在誤差帶中，因而都會引起較大讀數(shù)誤差。本控制器的釆樣模塊軟件設計采用多點采樣剔除壞點的辦法，從而得到了滿意的效果。

3.2程序模塊

在程序設定模塊中，可自由選擇進入每個設定的內(nèi)容，也可隨時保存設置內(nèi)容并退出，無需一兜到底經(jīng)歷每一項設定。程序設定的內(nèi)容有：

0原始值顯示

F2自動零點跟蹤功能設置

F3波特率選擇

F4打印功能

f5輸出模式設定

f6稱重值精度設置

f7單位顯示設置

f8儀表精度標定模式

3.3稱重模塊

本控制器采用微控制器分析處理測量結(jié)果，從而大大提高了系統(tǒng)的精確度。在稱重模塊程序設計中釆用了非等分距分段的方法進行校正，其特點是函數(shù)基點的分段不是等距的，而是根據(jù)函數(shù)曲線形狀變化率的大小來修正插值之間的距離。該插值法的原理如下：

在圖6中用折線ab、bc、cd來代替曲線ab、bc、cd,可以寫出各段的插值公式為

%，＞vd

呢+w-mvwk

W=\ / 、

wb+k2(v-*);*wVwK

wa+Ki(y-K)；Kwn式中：&=(吃-豚)/(vd-VJ;K2=(Wc-Wbv(J-*);Ki=(Wj-吃)/(*-此)；

 

 

3.4其余

另外，功能鍵設計有調(diào)零、皮重設定、毛重/凈重切換、開關(guān)量高低值及電平設定、打印設定、無零檢驗設定等功能。

按鍵程序采用一鍵多用及組合鍵的設計,使得儀表面板簡潔明快，操作也極為方便。

4結(jié)束語

本稱重顯示控制器結(jié)構(gòu)簡單，釆用高集成芯片簡化了電路,縮小了控制器的體積，且操作方便，使用6個按鍵，根據(jù)LCD顯示就可完成多種功能操作，運行可靠,抗干擾能力強，有很好的推廣應用價值。

 

文章來源于網(wǎng)絡轉(zhuǎn)載，侵刪

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