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| 适合纺织行业的智能型计数器 | ||
| 2005-3-9 9:26:00 来源：中国自动化网 网友评论 条 点击查看 | ||
| 摘要:介绍了一种以AT89C2051 单片机为核心控制元件、具有较高抗干扰能力和掉电后数据自 动保持的计数装置,指出该装置具有一定的先进性和可靠性,能适应恶劣的供电环境。 关键词:AT89C2051 单片机;计数器;抗干扰;掉电保护 中图分类号: TS103. 7 + 2 文献标识码:A 文章编号:100129634 (2003) 0420014203 0 引言 纺织行业不少生产工艺控制过程中,使用着各 种不同类型的计数器,以前使用的计数器不少是机 械式或电子式计数器(主要是用数字电路集成组件 组成) 。电子式计数器的主要缺点是电路比较复杂, 元器件数量较多,故障率较高,维修比较困难,而且 设置预定数值不太方便,功能不易更改;机械式计数 器的最大优点是简单可靠,但功能过于单一,适用范 围较窄。以后采用单片机作为控制核心设计制作计 数器,但其最大缺陷是抗干扰能力差,在有干扰、特 别是在有较强的电源干扰的恶劣环境下(这种供电 情况和环境在纺织行业中是很常见的) 会出现误动 作(单片机程序跑飞) 或死机(程序进入死循环) 。随 着科学技术的不断进步和具有更新功能的高可靠性 元器件的出现,使设计制作高可靠性计数器的要求 得以实现。本文中介绍一种具有较高抗干扰能力和 掉电后数据自动保持的计数装置, 该装置以 AT89C2051 单片机为核心控制元件,辅以较先进而 简炼的外围硬件电路,加上精心软件设计,提高了计 数装置的先进性和可靠性,能长期稳定可靠地应用 在纺织行业中需要计数或计长的不同工艺控制过程 中。 1 硬件电路及工作原理 智能型计数器的电路原理如图1 所示。U1 为 核心控制器件AT89C2051 型单片机,其片内有2 K 程序存储器,128 个RAM、15 个IPO 口、两路CTC 及高级中断系统,20 脚小封装,体积小、功能完善、 价格低廉,特别适合小型智能化装置选用。 图1 智能型计数器电气原理 U2 为具有电源电压监控、EEPROM 和看门狗 定时器电路三种功能于一体的芯片X25045P ,这种 组合功能降低了系统成本并减少了对电路板空间的 要求,具有较高的性价比。其看门狗定时器对单片 机提供了独立的保护系统,当控制系统因各种原因 出现故障时,在可选的超时周期(200 ms、600 ms 或 1. 4 s) 之后,X25045P 内的看门狗电路将在PST 脚 端产生复位信号。当V in 降至最小转换点以下、电 源上电或掉电时,X25045P 的RST 引脚也会产生复 位信号。这样,就保证了在电源接通、关断、瞬间电 源电压不稳时,不会造成系统死机、数据误写或误动 作,大大提高了系统的可靠性和抗干扰能力。而且, 由于使用了X25045P 片内的EEPROM 进行数据保 护,掉电后无需备用电池,其数据可保持100 年,擦 写次数可达10 万次。 U3 为L ED 显示驱动芯片PS7219 。它集BCD 码译码器、多路扫描器和位驱动器于一体, 一片 PS7219 可以直接驱动8 个7 段共阴极L ED 数码 管,与单片机的接口仅需3 根IPO 口线,可简化硬件 线路,减少软件设计的工作量。本设计的显示方案 有两种。一种是将显示分为两个区,前4 位为显示 预置计数值(即最大可计数值为9999) ,后4 位为显 示运行计数值,运行时前4 位一直显示出预置的数 值,而后4 位根据输入的脉冲数不断变化(实际装配 时8 个L ED 数码管装为上下两排,每排4 个数码 管,上面4 个为前4 位,下面4 个为后4 位) 。另一 种是将8 位显示作为一个区,即可预置的数值为8 位(即最大可计数值为99999999) ,预置好后存入内 存,运行时不再显示预置数值,8 位显示值均为运行 时的实际计数值。PS7219 也可用国外的MAX7219 代替,其体积更小,可靠性更高,但价格稍高。 U4 为电压检测元件HT7044A ,用作掉电后数 据保护的传感元件。HT7044A 片内包含一个高精 度、低功耗的标准电源、一个比较器、迟滞电路和一 级输出驱动。在V in电压低于4. 4 V 时, V out输出即 为低电平。HT7044A 的输出端接到单片机 89C2051 的外中断INTOPP3. 2 端,在掉电过程中进 入中断保护程序,将需要保存的数据写入X25045P 的EEPROM 中,上电复位时将数据从X25045P 中 读出,送到L ED 中进行显示。 HT7044A 有三脚直插式和贴片式两种封装,本 设计选用三脚直插式。实际使用表明,用HT7044A 作为单片机掉电后的数据保护,适用、简单、可靠。 K1 、K2 、K3 分别为位选、置数、清零按键。K4 为运行P预置转换开关。K5 为自动清零和手动清零 转换开关。当K5 位于手动清零位置时,可随时按 K3 键将运行时的计数值清为0 。当运行计数值和 预置计数值一致时,继电器动作,输出一开关信号, 并停止计数。此时按下清零健,可将运行计数值清 零,并重新开始计数。当K5 位于自动清零位置时, 按K3 不起作用,当运行计数值和预置计数值一致 时,继电器输出一开关信号,短暂延时后自动将运行 计数值清零,并重新开始计数。 P3. 7 为计数脉冲输入端,用9014 加以隔离,计 数脉冲的输入无论用光电转换器、霍尔开关还是干 簧管、微动开关均可正常工作。P1. 0 为输出脚,用 光电耦合器4N25 隔离后控制继电器输出开关信 号。 2 软件设计 2. 1 软件程序 主程序框图如图2 所示。 图2 主程序流程 2. 1. 1 上电复位后, 将设定好的预置数值从 X25045P 中读出,存到89C2051 的40 H～43 H(或 30 H～ 37 H ) 单元中, 然后初始化PS7219 ,并将 89C2051 的40 H～43 H(或30 H～37 H ) 单元中的 数送PS7219 进行显示。 2. 1. 2 判断实际计数值是否等于预置值,如相等, 则置零P1. 0 ,继电器吸合,输出开关信号;如不相 等,则进入判断和键处理程序,然后进入计数程序。 2. 2 特点 本计数装置的软件设计重点是提高装置的抗干 扰能力。软件编程使X25045P 的看门狗定时器的 溢出周期为200 ms ,尽量用单字节指令并适当地运 用指令冗余技术。通过实际使用证明,系统的抗干 扰能力相当强,在极其恶劣的供电环境中也能可靠、 稳定地工作。   |
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