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1、 计算机控制技术课程设计计算机控制技术课 程 设 计成绩评定表设计课题 ： 基于单片机拉伸仪系统的设计 学院名称 ： 电气工程学院 专业班级 ： 自动0704 学生姓名 ： 学 号 ： 指导教师 ： 设计地点 ： 设计时间 ： 指导教师意见：成绩: 签名： 年 月 日24计算机控制技术课 程 设 计课程设计名称： 单片机拉伸仪系统设计 专 业 班 级 ： 学 生 姓 名 ： 学 号 ： 指 导 教 师 ： 课程设计地点： 课程设计时间： 2010-6-142010-6-19 计算机控制技术课程设计任务书学生姓名专业班级学号题 目单片机拉伸仪系统设计课题性质工程设计课题来源自拟指导教师主要内容（
2、参数） 本文是基于自整定PID控制算法的控制系统设计,以AVR单片机为主体构成一个能进行简单的数据处理和拉力检测系统,有自动检测,实时数据采集,处理等功能。任务要求（进度）第1天：熟悉课程设计任务及要求，针对课题查阅技术资料。第2天：确定设计方案。要求对设计方案进行分析、比较、论证，画出方框图，并简述工作原理。第3 - 4天：按照确定的方案设计单元电路。要求画出单元电路图，元件及元件参数选择要有依据，各单元电路的设计要有详细论述。第5天：撰写课程设计报告。要求内容完整、图表清晰、文理流畅、格式规范、方案合理、设计正确，篇幅不少于3000字。主要参考资料1第三届全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编
3、(1997)北京理工大学出版社1997年1月2谭运光、陈安源等 单片机开发手册M华龄出版社1994年l2月3李华编AVR系列单片机实用接口技术M北京航空航天大学出版社1993年8月4实用电子电路手册J高等教育出版社1992年10月审查意见 系（教研室）主任签字： 年 月 日 计算机控制技术课程设计摘 要 拉伸仪是食品、质检等行业的重要控制设备。随着我国经济飞速发展，食品、质检行业方兴未艾，开发高精度、智能型的拉伸仪已成为必然。本文面向定向食品、质检控制领域，借鉴国内外可编程拉伸控制器的设计，给出了可编程拉伸仪的主要设计方案和技术指标，开发了一款基于ATmega16单片机的可编程拉伸仪。本文详细
4、给出了拉伸仪的设计方法，根据工艺要求，采用单片微机设计，集测量控制一体化的新型称重控制器，可实现自动拉伸、和拉力测控，具有较高的性能价格比。 拉伸仪是一种软硬件紧密结合的产品。在硬件设计中，我们采atmel公公司的具有增强型51内核、基于ATmega16单片机及Cirrus公司针对电子秤设计的具有244Y分辨率的高精度AD芯片CS5550，精心设计测控电路，充分发挥各器件的功能。本拉伸仪具有8路开关量输入和步进电机输出控制，并具备了完善的可编程功能，是一款集测力控制、可编程控制、测力变送于一体，可准确方便的实现各种复杂控制的多功能拉伸仪。在软件设计中，主要采用了前后台的程序设计框架，使用模块化
5、的程序设计方法，各个模块具有相对的独立性，大大地提高了程序的可重用性，方便了程序地调试。本设计的控制器具有可靠性高、抗干扰能力强、性价比高和体积小巧、功能全面等特点，它既可以作为单机仪表使用，也可以作为嵌入式仪表通过RS-32或RS-85标准接口与上位工控机组网联用。关键词：拉力仪；mega64；CS5550；可编程；步进电机目录1引言42系统总体设计方案论证42.1核心MCU选型，最小系统搭建42.2传感器的选择52.3显示模块的芯片选型52.4串行通讯接口的选型62.5驱动方式的选型83硬件电路的设计83.1功能描述83.2A/D模块的硬件电路设计93.3驱动模块的硬件电路设计123.4显
6、示与按键模块的硬件电路设计133.5通信模块硬件电路的设计143.6电源模块硬件电路的设计153.7报警模块的设计164、系统软件设计164.1主程序164.2A/D转换中断服务程序174.3通信模块子程序184.4.拉伸仪各附加功能模块程序设计194.5显示子程序1946拉力标定功能模块20总结21参考文献22附录231引言随着科学技术的不断发展和技术上的进步，各种加工食品的出现，对食品质量检测技术和设备都提出了新的要求，由于每一种食品都要有限定的拉力范围，否则，人吃过之后就会对人体有害，因此质量检测技术在包装领域正起着越来越大的作用。检测的精确度的高低在一定程度上也影响到企业的利益和消费者
7、对企业的信赖程度。所以说，拉力仪在质量检测领域起着举足轻重的作用。检测技术技术涉及到传感技术、电子信号处理技术、图形图像处理学、人工智能学、软件工程学等多门技术学科，拉力系统的设计方案也不是一定，但衡量标准大致相同。本文着重介绍一种基于传感芯片与MCU电路连接的测力采集的方案，以及基于方向滤波的指纹图像处理的方案，并将得到的结果与标准进行对比。目前的拉伸仪系统一般采用ST D总线工控机或PC总线工控机对多台仪器进行集中控制。由于测量现场往往距控制室较近，强、弱模拟信号不太混杂，可以采取不完全的屏蔽抗干扰措施保证系统的稳定运行。2系统总体设计方案论证2.1核心MCU选型，最小系统搭建方案一：1芯
8、片内部有ROM，且片内ROM全部采用Flash ROM，它能于3V的超低压工作，与MCS-51系列单片机完全兼容，但是其不具备ISP在线编程技术， 需把程序编写好以后再放到编程器中烧写，才可以进行硬件电路的调试，倘若程序编写出现问题，调试电路就比较麻烦，而且其芯片内存也只有4KB。方案二AVR单片机是ATMEL公司研制开发的一种新型单片机，它与51单片机、PIC单片机相比具有一系列的特点：1：在相同的系统时钟下AVR运行速度最快；2: 芯片内部的Flsah、EEPROM、SRAM容量较大；3：所有型号的Flash、EEPROM都可以反复烧写、全部支持在线编程烧写(ISP)；4：多种频率的内部R
9、C振荡器、上电自动复位、看门狗、启动延时等功能，零外围电路也可以工作；5：每个IO口都可以以推换驱动的方式输出高、低电平，驱动能力强；6：内部资源丰富，一般都集成AD、DA模数器；PWM；SPI、USART、TWI、I2C通信口；丰富的中断源等。目前支持AVR单片机编译器的语言主要有汇编语言、C语言、BASIC语言等。其中C编译器主要有CodeVisionAVR、AVRGCC、IAR、ICCAVR等，C语言编译器由于它具有功能强大、 运用灵活、代码小、运行速度快等先天性的优点，使得它在专业程序设计上具有不可代替的地位。由于方案一的缺点，本设计基于AVR的强大功能及对AVR熟悉，选用ATmega
10、64单片机作为本系统的开发核心。2.2传感器的选择方案一：压电驱动器压电驱动器作为微构件力学性能拉伸测试系统的驱动方式。压电陶瓷易于得到低于亚微米的小行程，力度太小，不适合本系统。 方案二：电阻应变式传感器，利用电阻应变片变形时其电阻也随之改变的原理工作。主要由弹性元件、电阻应变片、测量电路和传输电缆4部分组成。电阻应变片贴在弹性元件上，弹性元件受力变形时，其上的应变片随之变形，并导致电阻改变。测量电路测出应变片电阻的变化并变换为与外力大小成比例的电信号输出。电信号经处理后以数字形式显示出被测物的质量。因拉伸仪拉伸时，发生应变变形，且应变片容易补偿，本设计选择第二种方案。2.3显示模块的芯片选
11、型方案一：LCD液晶显示,由单片机驱动.它主要用来显示大量数据、文字、图形，能够显示的位数多，显示得清晰多样、美观，但同时液晶显示器的编写程序复杂，价格昂贵，从而降低了整个系统的性价比，故不采用此种方案。方案二：LED数码管显示器可分为两种显示方式：静态显示和动态显示。LED数码管静态显示：LED显示器工作方式有两种：静态显示方式和动态显示方式。静态显示的特点是每个数码管的段选必须接一个8位数据线来保持显示的字形码。当送入一次字形码后，显示字形可一直保持，直到送入新字形码为止。这种方法的优点是占用CPU时间少，显示便于监测和控制。缺点是硬件电路比较复杂，成本较高。 LED数码管显示器动态显示：
12、动态显示的是将所有位数码管的段选线并联在一起，由位选线控制是哪一位数码管有效。选亮数码管采用动态扫描显示。所谓动态扫描显示即轮流向各位数码管送出字形码和相应的位选，利用发光管的余辉和人眼视觉暂留作用，使人的感觉好像各位数码管同时都在显示。动态显示的亮度比静态显示要差一些，所以在选择限流电阻时应略小于静态显示电路中的。 显示模块是智能仪器人机对话的重要组成部分，其设计原则是视觉效果好、操作简单易行、硬件设计相对简单。这样有利于减小拉力艺的体积、方便操作、提高可靠性。由于配料控制器的主要应用环境是户外施工场地。对于液晶显示器来说，LED显示器具有成本低、可靠性高、高亮清晰等特点。所以，本控制器中选
13、用独立按键和6位数码管和若干LED作为显示模块。其中显示区主要分为2个部分：l2位数码管用于显示拉伸仪的数据和命令数据、数码光管下面的6位LED数显用于显示参数设置和拉伸过程的状态和提示信息。2.4串行通讯接口的选型在串行通讯时，要求通讯双方都采用一个标准接口，使不同的设备可以方便地连接起来进行通讯。方案一：RS-232接口特点：（1）RS-23接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片，又因为与TTL 电平不兼容故需使用电平转换电路方能与TTL电路连接。（2） 传输速率较低，在异步传输时，波特率为20Kbps。（3） 接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式， 这种共地传输容易产生共模干扰，所以抗噪声干扰性弱。（4） 传输距离有限，最大传输距离标准值为50英尺，实际上也只能用在50米左右。（5）方案二：RS-485接口特点：（1） RS-485的电气特性：逻辑1以两线间的电压差为+（2-6） V表示；逻辑0以两线间的电压差为-（2-6）V表示。接口信号电平比RS-232-C降低了，就不易损坏接口电路的芯片，且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL 电路连接。（2） RS-485的数据最高传输速率为10Mbps（3） RS-485接口
