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當(dāng)今,伴隨著自動(dòng)化技術(shù)科技進(jìn)步及工業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)水準(zhǔn)的持續(xù)提升 ,對(duì)相對(duì)的儀表設(shè)備也明確提出愈來(lái)愈高的規(guī)定,因而,電子配料秤儀表需拓展很多的外場(chǎng)作用構(gòu)件來(lái)考慮調(diào)料多元性、性能卓越及智能化系統(tǒng)的規(guī)定。文中將討論英國(guó)Cygnal企業(yè)的C8051F020單片機(jī)設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件北京某衡器公司生產(chǎn)的電子配料秤儀表中的運(yùn)用。
秤重這類(lèi)方式盡管考慮了儀器設(shè)備的多元性規(guī)定,但接踵而來(lái)的難題是因?yàn)樽詣?dòng)配料系統(tǒng)拓展的過(guò)度繁雜而導(dǎo)致可靠性指標(biāo)減少,設(shè)備故障率提升,搜索常見(jiàn)故障艱難,進(jìn)而失去智能化系統(tǒng)儀器設(shè)備秤重調(diào)料控制儀表的優(yōu)點(diǎn),假如可以將作用繁雜的諸多外場(chǎng)作用構(gòu)件所有或絕大多數(shù)集成化到系統(tǒng)軟件所應(yīng)用的單片機(jī)設(shè)計(jì)內(nèi)部,則可進(jìn)一步提高配料儀表系統(tǒng)軟件的可信性,另外又使系統(tǒng)軟件的成本費(fèi)得稱(chēng)重以減少,還可運(yùn)用單片機(jī)設(shè)計(jì)片內(nèi)資源不在提升硬件配置成本費(fèi)的狀況下提高儀器設(shè)備的特性,因此該計(jì)劃方案是提升 配料儀表可信性及特性的切實(shí)可行的方式,而英國(guó)Cygnal秤重企業(yè)生產(chǎn)制造的C8051F020單片機(jī)設(shè)計(jì)便是1款可考慮繁雜性能卓越電子配料秤儀表規(guī)定的單片機(jī)設(shè)計(jì)。
秤重C8051F020單片機(jī)設(shè)計(jì)是集成化在1塊處理芯片上的混合通信系統(tǒng)級(jí)單片機(jī)設(shè)計(jì),具備與MCS?51核心及命令徹底兼容的微處理器。除了具備規(guī)范8051機(jī)的數(shù)據(jù)外稱(chēng)更改構(gòu)件外,片內(nèi)還集成化了數(shù)據(jù)收集與自動(dòng)控制系統(tǒng)中常見(jiàn)的仿真模擬構(gòu)件和其他數(shù)據(jù)外接設(shè)備及作用構(gòu)件,關(guān)鍵包含仿真模擬多通道選擇符、可編程控制器增益值放大儀、ADC、DAC、工作電壓秤重電壓比較器、工作電壓標(biāo)準(zhǔn)、溫度感應(yīng)器、SMBus/I2C、UART、SPI、可編程控制器電子計(jì)數(shù)器/計(jì)時(shí)器陣列、計(jì)時(shí)器、I/O端口號(hào)、開(kāi)關(guān)電源監(jiān)控器、看門(mén)狗1計(jì)時(shí)器和數(shù)字時(shí)鐘秤重震蕩器等,且該單片機(jī)設(shè)計(jì)內(nèi)部具備JTAG和調(diào)節(jié)電源電路,根據(jù)JATG插口能夠應(yīng)用安裝在最后軟件系統(tǒng)商品上的單片機(jī)設(shè)計(jì)開(kāi)展非入侵、飛速及在系統(tǒng)軟件調(diào)節(jié)。
配料秤稱(chēng)重儀表作用與特性
（1）25MIPS髙速生產(chǎn)流水線式與8051機(jī)徹底兼容的CIP-51核心。
（2）真實(shí)12位100KBps、8通道帶可編程控制器增益值放大儀的ADC。
（3）真實(shí)8位500KBps,帶可編程控制器增益值放大儀的ADC。
（4）五個(gè)16位通用性計(jì)時(shí)器。
（5）具備五個(gè)捕獲/較為控制模塊的可編程控制器記數(shù)/計(jì)時(shí)器陣列。
（6）內(nèi)部工作電壓標(biāo)準(zhǔn)。
（7）內(nèi)嵌溫度感應(yīng)器（±3℃）。
（8）片內(nèi)看門(mén)狗1計(jì)時(shí)器,數(shù)字時(shí)鐘源及VDD監(jiān)控器。
（9）64個(gè)通用性數(shù)據(jù)I/O端口號(hào)。
（10）具備I2C/SMBUSSPI及雙路UART、串行通信。
（11）64KB系統(tǒng)軟件可編程控制器FLASH儲(chǔ)存器。
（12）4352（4096＋256）Byte片內(nèi)RAM。
（13）64KB詳細(xì)地址的外界儲(chǔ)存器插口。
（14）內(nèi)部FLASH儲(chǔ)存器可完成在系統(tǒng)軟件程序編寫(xiě),就可以作程序存儲(chǔ)器也能作非易失性數(shù)據(jù)信息儲(chǔ)存器。
（15）工作標(biāo)準(zhǔn)電壓為2.7V～3.6V,典型值為3V,I/O、RST、JTAG腳位均容許9V鍵入工作電壓。
（16）系列產(chǎn)品工業(yè)生產(chǎn)級(jí)電源電路（－45℃－＋85℃）。
（17）片內(nèi)JTAG模擬仿真電源電路,出示飛速的電源電路內(nèi)模擬仿真,不占有片內(nèi)客戶(hù)資源,適用中斷點(diǎn)、單步、切入點(diǎn)、運(yùn)作和終止等調(diào)節(jié)指令、適用電子器件配料秤系統(tǒng)儲(chǔ)存器和存儲(chǔ)器校驗(yàn)和改動(dòng)。
3內(nèi)部作用構(gòu)件
3.1CPU
秤重C8051F020CPU的主要特點(diǎn)以下：
（1）與規(guī)范8051機(jī)徹底兼容,適用規(guī)范的ASM51、KeilC程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言;
（2）具備髙速命令解決工作能力,振蕩周期由MCS51規(guī)范的12個(gè)系統(tǒng)軟件時(shí)鐘周期降為一個(gè)系統(tǒng)軟件時(shí)鐘周期,且70％的命令時(shí)間為1－兩個(gè)振蕩周期,命令解決工作能力進(jìn)一步提高;
（3）提升了終斷源,由MCS-51規(guī)范7個(gè)終斷源提升至22個(gè)終斷源;
（4）提升了校準(zhǔn)源,規(guī)范的MCS?51僅有外界腳位校準(zhǔn),而C8051F020提升了7種校準(zhǔn)源,使可靠性指標(biāo)進(jìn)一步提高;
（5）提升了內(nèi)部能單獨(dú)工作中的數(shù)字時(shí)鐘源。
3.2配料秤系統(tǒng)儲(chǔ)存器
3.2.1數(shù)據(jù)信息儲(chǔ)存器
秤重C8051F020具備規(guī)范8051機(jī)的程序流程和數(shù)據(jù)信息詳細(xì)地址配備,包含256字節(jié)數(shù)的RAM,在其中高128字節(jié)數(shù)為兩個(gè)詳細(xì)地址室內(nèi)空間,用間接性尋址方式瀏覽的高128字節(jié)數(shù)和稱(chēng)器重立即尋址方式瀏覽的SFR詳細(xì)地址室內(nèi)空間,低128字節(jié)數(shù)客戶(hù)能用立即或間接性尋址方式瀏覽,除此之外,C8051F020還具備坐落于外界數(shù)據(jù)信息儲(chǔ)存器詳細(xì)地址室內(nèi)空間的4k高清B的秤重RAM和外界數(shù)據(jù)信息儲(chǔ)存器插口（EMIF）,這一4k高清B的RAM能夠只投射到片內(nèi)還可以投射到64KB外界數(shù)據(jù)信息儲(chǔ)存器詳細(xì)地址室內(nèi)空間,還可另外投射到片內(nèi)和片外稱(chēng)重（4k高清B詳細(xì)地址之內(nèi)在片內(nèi)存儲(chǔ)器室內(nèi)空間瀏覽,4k高清B之上歷經(jīng)EMIF瀏覽）。外界數(shù)據(jù)信息儲(chǔ)存器插口用以瀏覽數(shù)最多64KB的外界拓展RAM。
3.2.2程序存儲(chǔ)器
秤重C8051F020的程序存儲(chǔ)器包括64KB的FLASH,該儲(chǔ)存器以512B為一個(gè)磁道,能夠在系統(tǒng)軟件程序編寫(xiě),且不用在片外出示程序編寫(xiě)工作電壓,該程序存儲(chǔ)器未采用的磁道均可由客戶(hù)按磁道做為非易失性數(shù)據(jù)信息儲(chǔ)存器應(yīng)用。
3.3I/O與數(shù)據(jù)交叉開(kāi)關(guān)
秤重C8051F020單片機(jī)設(shè)計(jì)除具備規(guī)范的8051機(jī)端口號(hào)P0～P3外,還具備額外的4個(gè)8位I/O口。那樣,I/O口數(shù)量達(dá)到64個(gè),每一個(gè)端口號(hào)I/O腳位都秤重可設(shè)定為推挽或開(kāi)漏輸出。更為與眾不同的作用是導(dǎo)入了數(shù)據(jù)交叉開(kāi)關(guān),它可將內(nèi)部數(shù)據(jù)系統(tǒng)軟件資源配置給P0、P1、P2和P3端口號(hào)的I/O腳位,并可將片內(nèi)電子計(jì)數(shù)器秤重/計(jì)時(shí)器、串行總線、中斷源、A/D變換輸入、電壓比較器輸出及其微處理器的其他模擬信號(hào)配備為在所述I/O腳位輸出,這就容許客戶(hù)依據(jù)自身的特殊運(yùn)用挑選統(tǒng)稱(chēng)器重I/O和需要數(shù)據(jù)資源的組成。
3.4可編程控制器記數(shù)列陣
秤重除開(kāi)內(nèi)部出示五個(gè)16位的通用性定時(shí)執(zhí)行/電子計(jì)數(shù)器外,C8051F020還出示一個(gè)片內(nèi)程序編寫(xiě)的電子計(jì)數(shù)器/計(jì)時(shí)器列陣（PCA）,PCA包含一個(gè)專(zhuān)用型的16位電子計(jì)數(shù)器秤重/計(jì)時(shí)器,五個(gè)可編程控制器的捕獲較為控制模塊,時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)能夠是下邊的6個(gè)數(shù)字時(shí)鐘源之一：系統(tǒng)軟件數(shù)字時(shí)鐘/12;系統(tǒng)軟件數(shù)字時(shí)鐘/4;計(jì)時(shí)器0外溢;外界數(shù)字時(shí)鐘鍵入;系統(tǒng)軟件數(shù)字時(shí)鐘和外界秤重震蕩頻率/8。每一個(gè)捕獲控制模塊都是有6種工作方式：邊緣開(kāi)啟捕獲、手機(jī)軟件計(jì)時(shí)器、髙速輸出、8位脈沖寬度解調(diào)器,頻率輸出、16位脈沖寬度解調(diào)器。
3.5多種類(lèi)串行總線端口號(hào)
秤重C8051F020內(nèi)部具備兩個(gè)全雙工UART、SMBUS/I2C總線和SPI系統(tǒng)總線,每個(gè)串行總線都徹底用硬件配置完成,都能向CIP?51造成終斷,這種串行總線不共享資源計(jì)時(shí)器、終斷或I/O端口號(hào),因此 容許客戶(hù)所有另外應(yīng)用。

3.6配料秤儀表的A/D轉(zhuǎn)化器
C8051F020內(nèi)部有兩個(gè)ADC分系統(tǒng)。
3.6.112位A/D轉(zhuǎn)化器ADC0
秤重該轉(zhuǎn)化器由多次靠近型ADC、多路仿真模擬鍵入選擇符和可編程控制器增益值放大儀構(gòu)成,ADC工作中在100KBPS的較大 取樣速度時(shí)可出示真實(shí)的12位精稱(chēng)中重度,ADC0的八個(gè)外界鍵入安全通道都可以被配備為2個(gè)單端鍵入或一個(gè)差分信號(hào)鍵入,ADC0的第9個(gè)鍵入安全通道為內(nèi)部溫度感應(yīng)器,另外內(nèi)部出示一個(gè)2.34V標(biāo)準(zhǔn)電稱(chēng)壓力,可編程控制器增益值放大儀的增益值能用手機(jī)軟件設(shè)定,從0.5～16以2的整數(shù)金額次冪增長(zhǎng),容許用手機(jī)軟件惡性事件、硬件配置數(shù)據(jù)信號(hào)開(kāi)啟變換或開(kāi)展持續(xù)變換。
3.6.28位A/D轉(zhuǎn)化器ADC1
秤重除開(kāi)12位的ADC分系統(tǒng)ADC0外,C8051F020也有一個(gè)8位ADC分系統(tǒng),即ADC1,它有一個(gè)8通道鍵入多通道選擇符和可編程控制器增益值放大儀,該秤重ADC工作中在500KBps的較大 采樣頻率時(shí)可出示真實(shí)的8位精密度,ADC的標(biāo)準(zhǔn)工作電壓可在電源電壓腳位（AV＋）和外界VREF腳位中間挑選,ADC1的可秤重程序編寫(xiě)增益值放大儀的增益值可被程序編寫(xiě)為0.5、1、2或4,ADC1也是有靈便的變換操縱體制,容許用手機(jī)軟件指令,計(jì)時(shí)器外溢或外界數(shù)據(jù)信號(hào)鍵入起動(dòng)ADC1變換,用軟秤重件能夠使ADC1與ADC0同歩變換。
3.7D/A轉(zhuǎn)化器
秤重C8051F020內(nèi)部有兩個(gè)12位工作電壓DAC,每一個(gè)DAC的輸出擺幅均為0V～VREF－1LSB,CPU可根據(jù)SFRS操縱AD轉(zhuǎn)換和比較稱(chēng)重器,CPU可將一切一個(gè)DAC放置功耗關(guān)閉方法,DAC為工作電壓輸出方式,與ADC同用參照工作電壓,容許用手機(jī)軟件指令和計(jì)時(shí)器2、計(jì)時(shí)器3及計(jì)時(shí)器4的溢出信稱(chēng)重號(hào)升級(jí)DAC的輸出。
3.8JTAG
秤重C8051F020片內(nèi)具備JTAG插口和邏輯性,為生產(chǎn)制造與在功能測(cè)試FLASH儲(chǔ)存器的讀和寫(xiě)實(shí)際操作,及其非入侵式在電源電路調(diào)節(jié)出示界限掃描儀作用,片內(nèi)插口符合實(shí)際IEEE1149.1標(biāo)準(zhǔn)。
5C8051F020單片機(jī)設(shè)計(jì)在電子配料秤儀表中的運(yùn)用
秤重C8051F020是1種集成化了諸多作用構(gòu)件、功能齊全的單片機(jī)設(shè)計(jì),合適于規(guī)定硬件配置功能齊全,計(jì)算速度更快,工作中艱苦環(huán)境,可信性高,拓展作用強(qiáng)及功耗的應(yīng)稱(chēng)器重系統(tǒng)軟件。下邊以一個(gè)具體的電子配料秤儀表系統(tǒng)軟件即電子器件配料秤為例子得出C8051F020在配料秤儀表中的實(shí)際運(yùn)用方式。電子器件配料秤是1種廣泛運(yùn)用于食品工業(yè)、精飼料、秤重防腐劑、化肥、化工廠、冶金工業(yè)等領(lǐng)域中的配料稱(chēng)重儀器設(shè)備。對(duì)電子器件配料秤的關(guān)鍵規(guī)定是具備髙速、高精密、很高的可靠性及高可靠性,并且在全部加工過(guò)程中必須動(dòng)態(tài)性持續(xù)或秤重間斷性動(dòng)態(tài)性持續(xù)運(yùn)作,稱(chēng)重配料系統(tǒng)均以單片機(jī)設(shè)計(jì)為關(guān)鍵。
電子器件配料秤盡管基礎(chǔ)能考慮生產(chǎn)制造的必須,可是因?yàn)橄到y(tǒng)軟件拓展的外場(chǎng)作用元器件較多,導(dǎo)致系統(tǒng)軟件的電源電路繁雜,設(shè)備故障率高,調(diào)節(jié)艱難,程序編寫(xiě)繁雜。經(jīng)不斷剖析論述,大家以C8051F020為關(guān)鍵再次設(shè)計(jì)方案了電子器件配料秤。
應(yīng)用C8051F020可使系統(tǒng)軟件拓展的外圍電路及通信接口總數(shù)大大減少,提升 了系統(tǒng)軟件的可信性及可靠性,另外為系統(tǒng)軟件的作用拓展及硬件軟件升級(jí)提供了便捷。系統(tǒng)軟件中運(yùn)用了C8051F020的下列資源以簡(jiǎn)化原電路原理。
（1）可編程控制器增益值放大儀PGA
秤重電子器件配料秤將被測(cè)物件的凈重根據(jù)拉或壓等方式將凈重傳送給重量傳感器,重量傳感器一般選用電阻器應(yīng)變力橋式,其輸出電壓擺幅均為0V～百余mV,故需將此數(shù)據(jù)信號(hào)秤重變大后才可以出示給A/D轉(zhuǎn)化器,可編程控制器增益值放大儀的增益值可依據(jù)重量傳感器的滿(mǎn)度值和A/D轉(zhuǎn)化器的參照工作電壓值設(shè)定。
（2）A/D轉(zhuǎn)化器
秤重C8051F020單片機(jī)設(shè)計(jì)具備12Bit屏幕分辨率的ADC和10Bit屏幕分辨率的ADC,這兒應(yīng)用12Bit屏幕分辨率的ADC,12Bit屏幕分辨率ADC的取樣速秤重率達(dá)到100KBps,運(yùn)用C8051F020片內(nèi)的ADC,一方面簡(jiǎn)單化了原外場(chǎng)拓展的ADC,另一方面,其12Bit的精密度和100KBps的取樣速度秤重使得本系統(tǒng)軟件的測(cè)量精度和精確測(cè)量實(shí)用性大幅提升 ,考慮了本系統(tǒng)軟件的動(dòng)態(tài)性精密度規(guī)定和實(shí)用性規(guī)定,進(jìn)而使本系統(tǒng)軟件的前向安全通道更為平穩(wěn)。
（3）程序流程和數(shù)據(jù)信息儲(chǔ)存器
秤重C8051F020單片機(jī)設(shè)計(jì)片內(nèi)具備64KByte的大空間FLASH程序存儲(chǔ)器和4305Byte的數(shù)據(jù)信息儲(chǔ)存器。那樣能夠考慮電子器件配料秤儲(chǔ)存繁雜優(yōu)化算法程稱(chēng)重序及很多數(shù)據(jù)信息的規(guī)定,另外為系統(tǒng)軟件的軟件更新預(yù)留了充足的室內(nèi)空間,且簡(jiǎn)單化了原外擴(kuò)的程序流程及數(shù)據(jù)信息儲(chǔ)存器。因?yàn)镃8051F020適用在系統(tǒng)軟件程序編寫(xiě)促使本系統(tǒng)軟件的手機(jī)軟件秤重升級(jí)極其便捷。
（4）具備豐富多彩的可編程控制器數(shù)據(jù)I/O資源
本系統(tǒng)軟件不必開(kāi)展一切的外界I/O拓展即能考慮本對(duì)系統(tǒng)I/O的要求,另外可使系統(tǒng)軟件的人機(jī)對(duì)戰(zhàn)安全通道和輸入/輸出開(kāi)關(guān)量與CPU的聯(lián)絡(luò)更為順暢,而片內(nèi)的12BitDAC更為健全了本系統(tǒng)軟件的后向安全通道。
（5）具備豐富多彩的軟件資源
為本系統(tǒng)軟件應(yīng)用C51等高級(jí)編程語(yǔ)言造就了優(yōu)良的自然環(huán)境,高級(jí)編程語(yǔ)言自然環(huán)境可讓本系統(tǒng)完成真實(shí)的模塊化設(shè)計(jì),也可使各種各樣程序編寫(xiě)優(yōu)化算法越來(lái)越簡(jiǎn)易非常容易,另外也更為健全,因此大大的改進(jìn)了本系統(tǒng)軟件的軟件更新工作能力。
（6）線上調(diào)節(jié)
因?yàn)槠瑑?nèi)具備JTAG和調(diào)節(jié)電源電路,根據(jù)JTAG可在生產(chǎn)制造當(dāng)場(chǎng)對(duì)電子器件配料秤開(kāi)展當(dāng)場(chǎng)調(diào)節(jié),因此便于解決生產(chǎn)制造中碰到的各種各樣具體難題。
（7）串口通信
C8051F020出示了UART、I2C、SPI等多種多樣串行總線,故容許以多種多樣方法來(lái)開(kāi)展外圍設(shè)備的拓展,另外更有益于組成多級(jí)別分布式系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)。
運(yùn)用C8051F020片內(nèi)出示的功能齊全、類(lèi)型多種多樣的仿真模擬與數(shù)據(jù)作用構(gòu)件,可在基礎(chǔ)無(wú)需開(kāi)展外圍電路拓展的狀況下組成一個(gè)髙速、高精密、便于拓展升級(jí)的持續(xù)動(dòng)態(tài)性調(diào)料稱(chēng)重電子秤系統(tǒng)軟件。
5結(jié)語(yǔ)
C8051F020是現(xiàn)階段8位單片機(jī)設(shè)計(jì)中作用較強(qiáng)的1種,運(yùn)用其強(qiáng)勁的作用,不論是開(kāi)展目前電子配料秤儀表的更新?lián)Q代還是繁雜性能卓越的智能化配料秤儀表設(shè)計(jì)方案,都是十分理想化的,因此該電源電路是智能化配料儀表的關(guān)鍵“單片機(jī)設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件”的理想化挑選。

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