1引言

行車稱重顯示控製器是冶金工業現場稱重的重要設備之一，它廣泛應用於工礦企業、物資部門貨物稱重。但目前所使用的行車稱重器分布零散，不便統一管理。有鑒於此，我們研製了基於虛擬儀器的分布式行車稱重顯示控製器。

虛擬儀器是目前測控領域中最為流行的技術之一。它是計算機硬、軟件和計測技術、儀器儀表技術共同結合的產物，計算機友好的人機交互、方便快捷的即時在線幫助，強大的圖形和數據處理功能，大容量存儲以及顯示，文件管理、打印輸出等功能，徹底的彌補了傳統硬件化儀器的不足，使得虛擬式儀器成為先進的智能化儀器。

LabWindow/CVI(CforVirtualInstrument)是目前虛擬儀器開發的常用軟件，它以最常用的C語言為基礎，使虛擬儀器開發變得更加方便、靈活、功能更強大，所以在研製行車稱重顯示控製器時，我們采用了LabWindow/CVI作為上位機的編程軟件。

在該稱重顯示控製器中，下位機用89C51單片機,完成控製對象的數據采集和直接控製，上位機(IMB-PC機)使用LabWindows/CVI的軟件開發平台，應用LabWindows/CVI多種開發功能，對測量數據進行顯示、處理、存儲及參數設定。通訊標準采用EIARS-232C串行接口，形成分布式微機控製係統。

2硬件設計

2.1工作原理

將圓柱式電阻應變式傳感器采用吊掛式安裝在行車上，傳感器在軸向有一個或幾個電阻應變片，在圓周方向也有同樣數目的電阻應變片。當傳感器受力時,電阻應變片發生變形，導致電阻的變化，測最電橋將由平衡轉為不平衡，電阻的信號轉化為微弱的毫伏級電信號，經過預處理後，可作為被測信號送入A/D轉換器。

我們設計的行車稱重顯示控製器有4種工作方式:第1種方式下，可對第1路信號進行測量；第2種方式下，對第2路信號進行測量；第3種方式下，循環對兩路信號進行測量；第4種方式下，可對行車稱重顯示控製器的工作參數進行設定。

使用時，先通過撥碼開關對行車稱重顯示控製器設定好工作方式，被測信號、標準電壓信號、模擬地信號均送入模數轉換AD654。進行A/D轉化後的脈衝信號送入89C51,通過計數器定時計數與基準信號計數結果比較來讀取皇伏電壓信號，再把毫伏電壓信號還原成重最信號的數字描述。並通過89C51實現打印、顯示、報警、通訊，上位機可對數據進行進一步的處理和存儲，實現分布式測控。

2.2硬件電路

本儀表的硬件原理如圖1所示。行車稱重顯示儀表係統組件主要由多路選擇電路、信號處理電路、顯示電路、鍵盤電路、報警電路、通訊接口、擴展EPROM接口及校正自啟動電路等組成。

（1）多路選擇電路

單片機設計的行車稱重顯示控製器，需要對多路信號進行采集和處理，如果每一路都釆用各自的輸入回路，即每一路都釆用放大、釆樣/保持，A/D轉換等環節，不僅成本比單路成倍的增加，而且會導致係統體積龐大，且由於模擬器件、阻容元件參數特性的不一致性，對係統的校準帶來了很大的困難；並且對於多路巡檢信號采集情況，每路單獨采用一•個回路幾乎是不太可能。因此，除了特殊的情況下采用多路獨立的放大、A/D和D/A外，通常采用公共的采樣/保持及A/D轉換回路（有時甚至可將某些放大電路公用），而要實現這種設計，往往釆用多路模擬開關。多路開關的作用主要是用於信號切換，如某一時刻接通某一路,讓該路信號輸入、其他路斷開，從而達到信號切換的目的。

行車稱重顯示控製器中的信號多路選擇電路設計采用常用的CD4051芯片。CD4051是一種8選1的多路選擇開關，輸入信號8路，輸出1路。CD4051選擇8路輸入信號中的哪一路作為輸出是由控製信號A、B、C決定的。A、B、C組成一個數字序列。所以通過計數器CD4024發過來的信號Q。、Q,.Q?輸入到CD4051的A、B、C端就可以決定哪一路被選擇輸出。例如選擇第4路信號輸入作為輸出，隻要CD4024的Q。、Q,腳發低電平，Q：發出高電平就可以了。

CD4024的第1腳CLK是脈衝輸入端，第2腳RST是清除端,高電平有效，它們通過光電耦合開關TLC521分別與CPU的R.°、Pu相連。當CPU的P*發岀高並保持的時候，P”不斷發出脈衝,CD4024計數，通過Pl。、P。發脈衝可控製CD4024計數,使計數值Q。、Qi、Qz作為8選1的多路選擇開關CD4051的A、B、C信號的輸入，所以通過Pl。、P...可改變CD4024計數值Q。、Q：、Q₂送CD4051就可以決定哪一路Vx被選擇輸出。

（2）頻率測量電路

經多路選擇電路輸出的信號經過OP07放大後送入

AD654,轉換得到的頻率信號利用89C51記數測量。在

單片機內由軟件實現80ms的定時，通過單片機的T。進行定時內的AD654的輸出脈衝記數，一旦定時時間到,就讀出T。的記數值，供後麵的計算使用。

3. 顯示及鍵盤電路

我們將空閑的串行口用作顯示、鍵盤接口。共用6片74LS164來擴展I/O口。其中顯示用5片74LS164,采用準靜態的顯示方式，每片74LS164送數據同時到對應的LED數碼管，通過89C51的恥腳發出顯示數據，Rs腳發出驅動電平，控製顯示74LS164的時鍾，以保證一組參數的完整顯示；餘下的一片74LS164實現鍵盤接口，也使用Pe腳發出掃描數據，R,腳用作掃描數據的移位脈衝，實現對6根鍵盤線的掃描，鍵盤數據回收線接入89C51的玨腳。

鍵盤的連接是釆用8位串行輸入並行輸出移位寄存器74LS164來構成行列式鍵盤。采用編程掃描方式，來取得鍵號。89C51的P”口接鍵盤的行線，用來回收鍵掃描數據，行線X。~X,的電位作為鍵掃描口。Q。~Q,接列線作為鍵輸入口。P,₅接74LS164的A、B端，依次串行輸出值。

在該單片機的應用係統中，使用的顯示器為LED(發光二極管顯示器)，這種顯示器成本低廉，配置靈活，與單片機接口方便。LED顯示塊是由發光二極管顯示字段的顯示器件。在單片機係統中通常使用的是7段LED,這種顯示塊有共陰極和共陽極2種。

我們采用的是共陰極，共陰極LED顯示塊的發光二極管陰極共地，7段顯示塊與單片機的接口非常容易。隻要將一個74LS164的8位並行輸出口與顯示塊的發光二極管的引腳相連即可。8位並行輸出口輸出不同的字節數據即可獲得不同的數字或字符。

通常將控製發光二極管的8位字節數據稱為段選碼。由於要顯示的字數不多，采用靜態顯示方式下共陰極連接在一起接地，每位的段選線與一個74LS1648位並行口相連，每一位可獨立顯示，隻要在該位的段選線上保持段選碼電平，該位就能保持相應的顯示字符。

由於每一位有一個8位輸出口控製段選碼，故在同一時間裏每一位顯示的字符可以各不相同。每片74LS164送數據同時到對應的LED數碼管，通過89C51的P”腳發出顯示數據，Pm腳發出驅動電平，控製顯示74LS164的時鍾，以保證一組參數的完整顯示。

4. 外圍芯片24C02

24C02是近年來推出的EEPROM係列產品之一，它的串行接口為PCBUS接口，常用普通的2根I/O口線串行傳輸；具有頁寫模式；自同步寫周期為10ms,具有寫保護措施；10萬次寫入次數，100萬年數據保存。

Ao,A,,A2為芯片地址線，單片使用時一般接V*;SCL為串行移位時鍾；SDA為串行數據或地址。通過SDA,CPU可對芯片寫入或讀出數據；WP為寫保護。若WP接Vm,芯片隻讀。

這裏24C02用作係統的EEPROM,用於存入儀器的上下限報警值，儀表的量程。單片使用A。，A,,A₂,Vss均接地。串行時鍾SCL接89C51的R,引腳，串行數據或地址線SDA接89C51的R,引腳。

由於24C02寫入的數據停電不丟失，占用極少的I/O資源，非常適合於各類儀器儀表的參數保存，它的引入使儀表的硬件結構十分簡潔、係統擴展極為方便。

5. 單片機應用係統中的I/。口擴展

MCS-51單片機共有4個並行I/O口，但這些I/O口並不能完全提供給用戶使用。隻有對於片內有ROM/EPROM的單片機8051/8751,在不使用外部擴展時，才允許這4個1/0口做為用戶使用。然而對於大多數使用6031以及使用8051/8751需外部擴展時，MCS-51單片機可提供給用戶使用的R口和部分巳口線。因此，在大部分的MCS-51單片機應用係統設計中都不可避免地要進行I/O口的擴展。

在單片機應用係統中，8255與MCS-51單片機連接方式簡單，其工作方式由程序設定。8255可編程並行I/O芯片由以下4個邏輯結構組成：

數據總線驅動器，這是雙向3態的8位驅動器，用於和單片機的數據總線相連，以實現單片機與8255芯片的數據傳送。並行I/O端口，A口、B口和C口。這3個8位I/O端口功能完全由編程決定，但每個口都有自己的特點。

讀/寫控製邏輯，它用於管理所有的數據、控製字或狀態字的傳送。它接收單片機的地址線和控製信號來控製各個口的工作狀態。CS為8255的片選信號，RD