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1、-基于AT90CAN128单片机高炉烧结配料系统-信号采集部分-第 48 页题 目：基于AT90CAN128单片机高炉烧结配料系统-信号采集部分基于AT90CAN128单片机高炉烧结配料系统-信号采集部分摘 要高炉烧结配料系统是指依靠调节带式输送机的速度来控制各种物料的进料量，完成对各种熟料的配比。它将工业现场的各种物理量（模拟信号）通过传感器变为电信号，再经过A/D进行采样转换为数字量后，由计算机进行存储、处理、显示或打印。整个系统由信息采集部分、PID过程控制部分和CAN总线通信三大部分来实现其功能，还可以在显示屏上查询各种物料的给定流量、实际流量及其误差等使用情况，尽早发现和消除隐患，实
2、时处理故障，进一步提高了系统的可靠性。我们的设计主要是针对信号采集部分的设计。本系统是以AT90CAN128单片机为核心部件组成的一个简单数据采集系统。该系统的主要部件有：AT90CAN128、ULN2803、VFD、CS5523、LED、继电器等。AT90CAN128是一款低功率CMOS 8位的微处理器，这些功能为我们系统的实现提供条件。该系统不但能对单路信号进行采集，而且还可以对多路信号进行循环采集，最多可采集4路。既可以采集流量信号，同时也可以对开关等信号进行采集。该系统性能稳定，具有一定得的抗干扰性，其采集精度也能够满足要求。关键词：AT90CAN128；配料系统；电子皮带称；信号采集
3、Sintering blast furnace system based on AT90CAN128 single-chip microcomputer - Signal acquisitionAbstractSintering blast furnace system is relying on regulation to control the conveyor speed into the charge of a variety of materials, to complete a variety of clinker ratio. It can change all kinds of
4、 physical quantities of the industrial site (analog signals) into electrical signals through sensors, and then, after A/D sample is converted to digital value, to store(information), process, display or print in a computer or system . The entire system is make up of information collection, PID contr
5、ol and CAN bus communication , achieveing its main functions, it also can display information such as a given flow, the actual flow and its error, find out hidden danger and remove it early,further improve the reliability of the system.Our design is mainly directed against part of the design of sign
6、al acquisition. The system is based on AT90CAN128 single-chip microcomputer as the core components of a simple data acquisition system. The main components of the system are: AT90CAN128、ULN2803、VFD、CS5523、LED and so on。AT90CAN128 is a low-power CMOS 8-bit microprocessors, which functions used for ou
7、r system to provide the conditions to achieve the design.This system is not only to do single-channel signal acquisition, but also on the cycle of multi-channel signal acquisition, even up to 4-way acquisition. Traffic signals can be collected, but can also signals to the switch. Stable performance
8、of the system with the interference must, and its precision is also able to meet the requirements of accuracy.Key words: AT90CAN128; batching systems; electronic belt; signal acquisition 目录摘 要IAbstractII第一章引 言11.1研究背景11.1.1 容积配料11.1.2 重量配料21.2 烧结机自动称重配料控制方案21.2.1控制方案及系统组成21.2.2系统的工作方式41.3 系统各部分功能41.
9、3.1流程图说明41.3.2计算机监控部分5第二章 信号采集系统综述62.1数据采集的意义和任务62.2数据采集系统的实现62.3工作流程92.4数据采集系统的功能102.4.1数据信号采集102.4.2模拟信号处理102.4.3数字信号处理102.4.4开关信号的处理102.4.5二次数据计算112.4.6屏幕显示112.4.7数据存储112.4.8人机联系112.5数据采集系统的结构形式112.6数据采集系统的软件122.6.1模拟信号采集与处理程序122.6.2数字信号采集与处理程序122.6.3脉冲信号的处理程序122.6.4开关信号处理程序122.6.5运行参数设置系统132.6.6
10、系统管理程序132.6.7通信程序13第三章 系统硬件电路设计143.1系统电路方框图及说明143.2AT90CAN128单片机简介143.2.1芯片特点153.2.2结构概览153.2.3AT90CAN128引脚配置173.2.4引脚介绍173.2.5定时计数器183.3CS5523A/D转换器件介绍193.3.1概述193.3.2特性193.3.3结构简述203.3.4CS5523引脚配置233.3.5 CS5523引脚介绍233.4键盘电路253.5开关电路253.5.1开入量电路263.5.2开出量电路273.6速度测量原理273.7VFD显示28第四章 系统软件设计与实现294.1程
11、序结构图及其说明294.2主程序294.3键盘扫描子程序314.4A/D转换子程序364.5VFD显示子程序37总结38参考文献39附录A硬件原理图40附录B信号采集系统程序41附录C字型表48致谢51第一章 引 言1.1研究背景在当今许多钢铁厂矿企业中，为了使烧结矿的化学成分和物理性质稳定，符合高炉冶炼的要求，并使烧结料具有足够的透气性以获得较高的烧结生产率，必须把各种不同成分的含铁原料、熔剂和燃料根据烧结过程的要求和烧结矿质量的要求进行精确的配料。烧结生产实践证明：烧结配料发生偏差会影响烧结过程的进行和烧结矿质量。例如在某厂的条件下，灰石配比误差1%就影响烧结矿的碱度0.04;燃料波动1%
12、,影响烧结矿中FeO变化23,使烧结矿的还原性及强度受到影响。烧结原料的品种多，成分的波动大，进入配料室前必须经过破碎筛分、中和混匀处理，然后根据炼铁对烧结矿化学成份的要求进行配料计算，以保证烧结矿的含铁量、碱度、含硫量、FeO含量等主要成分控制在规定范围内，并为设备选择，矿槽设计以及运输系统提供设计数据。配料的精确性在很大的程度上决定于所采用的配料方法。目前配料方法有容积配料及质量（重量）配料。1.1.1 容积配料目前各厂广泛使用的圆盘给矿机是容积配料的一种。它是假定物料堆积密度一定的情况下，借套筒的闸门控制配料的容积。为了增加其准确性必须定期检查。由于各种原料的堆积密度随料粒和湿度不同而发
13、生波动，致使配料量产生较大的误差，一般在5%以上。在增加圆盘配料的准确性方面，各烧结厂积累了丰富的经验，如圆盘给矿机安装时应使给料圆盘中心与料仓中心相吻合，保持料仓中一定高度的料面，并使物料在料仓中分布均匀，防止物料堆集于一边。保持圆盘盘面沿各方面具有相同的粗糙度。有些烧结厂配料室为了保证混合矿化学成分及粒度均匀采用梯形给料法，即四个混合矿仓使用三个，一个是满仓，一个是半仓，一个是下仓，另一个在输料，输满后即送样化验成分。一般来说满仓时给料的粒度细、量大。底仓时给料的粒度粗、重量轻。另外，为了正确地检查料量，采用三点一线的方法：即圆盘上的红线，称盘的中心点，皮带的中心点在一条线上。圆盘上的红线
14、是根据事先测定具有代表性的一点。 由于容积配料法设备简单，便于操作，因此目前还广泛地、特别是在中小企业中被采用。1.1.2 重量配料 重量（质量）配料法是按原料的重量（质量）来配料，它比容量配料法准确其配料精度在1.0%左右，对于配比量较小的燃料，就更加明显。此外，重量（质量）配料法可以实现配料自动化。许多厂在圆盘给料机下面安装电子称，及时反映出给料量，此外在给料机上安装滑差电机调速，保证给料的准确性。上图示出某厂烧结车间自动配料系统。铁精矿的配料由集料皮带上的电子称得出精矿量信号，与给定值进行比较、通过调节器调节4或5（带调速电机的圆盘给料机）的速度，以保持精矿量不变。运行时4号和5号至少有
15、一台运转。辅助原料的配料由定量给料机和各自的调节系统来调整定量皮带机的给料速度，配比给定系统由可调恒流单元和定值器来实现。这种配置增加设备不多，节省电耗，精矿配料误差为1.5%，辅助配料为1.0%。 目前国外已有按化学成分配料法。此法是用X射线荧光分析仪对原料的化学成分进行分析，根据化学成分确定各物料的最佳配比。1.2 烧结机自动称重配料控制方案1.2.1控制方案及系统组成近年来,国内新建烧结机的配料方法均采用重量配料法。针对烧结厂所用原料来源杂、成分波动大，给烧结矿的TFe和SiO2稳定率带来不利影响问题，介绍了混匀料场混匀配料的工艺流程及自动配料的实现，提出了重量配料，就是按原料的重量来配
16、料,采用电子皮带秤对物料进行连续计量,通过调节圆盘给料机或皮带的速度来实现定量给料。重量配料易实现自动配料,配料精度较高。烧结机的配料采用13个定量圆盘给料机和电子皮带秤定量给料，为提高皮带配料秤的计量精度和配料系统给料精度，所有给料机的皮带配料秤均采用变频调速的方式进行控制。该自动称重配料控制由下列五大部分：电子皮带称、称重控制仪表、变频控制柜、监控计算机及现场操作箱部分。 图1.1自动称重配料控制组成图配料自动控制实现烧结用的原料如混匀矿、燃料、熔剂白云石、生石灰、冷返矿按照工艺要求的配比进行自动给料，能够判断下料堵料和失控故障、变频器故障，并报警。 本系统由数据采集节点、数据处理单元、V
17、FD显示节点等组成，整个系统结构复杂，功能完善，显示屏与数据处理单元相连，数据处理单元、数据采集节点和VFD显示节点都挂接在CAN总线上，各组成部分提供不同的功能。1）数据处理单元主要为AT90CAN128单片机来实现，进行数据交换，并处理屏上的显示和设置信息及CAN总线上的交互信息。2） VFD显示节点主要显示当前各路的模拟量和开关量的报警信息，便于用户查看，使系统更加人性化。3）数据采集节点采集各路模拟量和开关量信息，通过CAN总线传输，以供数据处理单元处理。 本系统对实时性要求高，数据传输量大，数据采集节点采集的信息应快速上传到数据处理单元，以便及时处理，数据处理单元将设置信息实时传递给
18、数据采集单元；数据处理单元处理完采集的信息后，将当前的系统状态及时地在VFD显示节点上显示出来，从而进行控制。1.2.2系统的工作方式系统检修和工作方式有二种:手动检修方式：即通过现场操作箱选择开关及按钮控制变频器以点动频率驱动电动机正反向运行速度;工作方式是仪表自动给料：即通过称重控制仪表键盘，任意给定所需给料量，并通过给料量大小变化自动调整变频器频率(电动机的运行速度)；正常工作在上位机自动给料，受计算机控制。检修或调试时在“检修”状态,可以单机运行。 1.3 系统各部分功能图1.2自动称重配料控制流程图1.3.1流程图说明1）实现流量恒定的控制仪表控制部分采用模块控制方式,电子秤与仪表控
19、制模块之间的信号传输采用差分频率信号传输技术,具有极强的抗干扰能力和远传能力,从而保证了系统信道的可靠性和准确性,在反馈控制上采用新型的人工智能PID调节算法,无振荡,无超调。2）仪表控制部分与监控计算机采用CAN总线通信方式，信号传输的快速实时性更高、抗干扰更强、可靠性更高，保证配料精度和稳定性。3）配料秤有补偿功能，即皮带本身影响自动补偿功能。能在配料秤正常生产运行过程中，连续不断地测量皮带本身实际重量的变化(如物料局部粘结等造成的皮带皮重的变化，天长日久磨损程度不同导致的皮带薄厚不均，以及张力不匀等所产生的对称重传感器的外部影响)，并随时进行精确补偿，因而其动态测量精度要比一般设备厂家的
20、配料秤动态测量精度高。1.3.2计算机监控部分该计算机采用品牌机作为控制计算机, 系统软件是在Win2000操作平台下,用组态开发研制的通用应用程序，整个程序兼顾键盘操作。各种操作界面、数据显示,用户可方便进行各种数据的修改操作,运行数据的显示。VFD显示屏其功能如下:1）显示功能 显示各设备瞬时运行情况; 显示各台秤的给定流量、实际流量、下料累计量，显示各种原料的瞬间下料量、总流量及总累计量。 具有系统报警功能。2）操作及控制功能 该系统利用操作提示菜单方便、简单，快速引导进行系统操作。其功能如下: 能实现变频器的远程操作(启停、手自动转换、单动)； 能快速修改各台电子秤的计量参数及换仓后各
21、物料吸收系数的变更设置; 修改配料系统的控制参数; 根据工艺要求，可随时、方便的选定、修改、更换配比和配料总流量; 当物料水分含量发生变化时,可方便的变更水分组和手动输入各物料的水分变化量。 根据现场实际需要，可对报警时间进行设置;3）报警功能 当系统各测量单元出现故障时,LED显示灯将以警示色提醒用户,按下相关键后,可由CRT显示故障代码; 当系统出现空仓或给料机堵料而无法下料时, LED显示灯报警提醒用户及时处理。第二章 信号采集系统综述2.1数据采集的意义和任务“数据采集”是指将压力、频率等信号采集、转换成数据量后，再由计算机进行存储、处理、显示的过程。相应的系统称为数据采集系统。随着计
22、算机技术的飞速发展和普及，数据采集系统也迅速地得到应用。在生产过程中，应用这一系统可对生产现场的工艺参数进行采集、监视和记录，为提高产品质量、降低成本提供信息和手段，在科学研究中，应用数据采集系统可获得大量的动态信息，是研究瞬间物理过程的有力的工具，也是获得科学奥秘的重要手段之一，总之，无论在哪个应用领域中，数据采集与处理越及时，工作效率就越高，取得的经济效益就越大。数据采集系统的任务，具体说，就是采集传感器输出的模拟信号并转换成计算机能识别的数字信号，然后送入计算机，根据不同的需要由计算机进行相应的计算和处理，得出所需的数据，与此同时，将计算得到的数据进行显示或打印，以便实现对某些物理量的监
23、视，其中一部分的数据还将被生产过程中的计算机用来控制某些物理量。数据采集系统性能的好坏，主要取决于它的精度和速度，在保证精度的条件下，应有尽可能高的采样速度，以满足实时的采集，实时处理和实时控制对速度的要求。2.2数据采集系统的实现各种物料信号采集所需的传感器被安装在带式输送机上。带式输送机被广泛地应用于矿山、冶金、码头和化工等行业，对于散装的固态原料（矿石、水泥、煤粉）进行自动输送，特别适合于高温、高空和有害环境下作业。在本设计中，高炉烧结配料系统就是依靠调节带式输送机的速度来控制各种物料的进料量，完成对各种熟料的配比。而输送带配料秤是一种用于测量和控制带式输送机的速度和物料流量的实时控制器
24、。电子皮带秤是一种智能化的数字式动态称重显示仪，由秤量框架、称重传感器、测速传感器和显示仪表等四大部件组成。其基本原理是物料重量通过称量框架传递给称重传 图2.1高炉烧结配料现场布控图 感器，变化为毫伏级电信号，再与测速传感器的皮带速度脉冲信号一起由显示智能仪表处理后进行累加显示，其工作原理框图如图2.2所示。图2.2电子皮带秤工作原理方框图1）荷重传感器 用于测量输送带上的瞬时重量。本系统选用应用式荷重传感器，其原理是用应变片直接测量弹性元件的应变，实现间接测量压力。这种方法弹性元件变形极小，可以测量高频率变化的压力。2）测速编码器 发送与皮带速度相对应的脉冲信号，单片机通过特定接口接受该脉
25、冲信号，根据自身定时器设置准确测量输送带的走速。当同一时间段接收脉冲信号越多，频率越快，说明转速越快；频率越低，速度越慢。3）编码器简介常用的有旋转式光电编码器，是用来测量转速的装置。它分为单路输出和双路输出两种。技术参数主要有每转脉冲数（几十个到几千个都有），和供电电压等。单路输出是指旋转编码器的输出是一组脉冲，而双路输出的旋转编码器输出两组相位差90度的脉冲，通过这两组脉冲不仅可以测量转速，还可以判断旋转的方向。 由一个中心有轴的光电码盘，其上有环形通、暗的刻线，有光电发射和接收器件读取,获得四组正弦波信号组合成A、B、C、D,每个正弦波相差90度相位差（相对于一个周波为360度），将C、
26、D信号反向，叠加在A、B两相上，可增强稳定信号；另每转输出一个Z相脉冲以代表零位参考位。由于A、B两相相差90度，可通过比较A相在前还是B相在前，以判别编码器的正转与反转，通过零位脉冲，可获得编码器的零位参考位。 编码器码盘的材料有玻璃、金属、塑料，玻璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线，其热稳定性好，精度高，金属码盘直接以通和不通刻线，不易碎，但由于金属有一定的厚度，精度就有限制，其热稳定性就要比玻璃的差一个数量级，塑料码盘是经济型的，其成本低，但精度、热稳定性、寿命均要差一些。 信号输出有正弦波（电流或电压）,方波，信号连接编码器的脉冲信号一般连接计数器、PLC、计算机，如单相联接，用于单方向计
27、数，单方向测速。 A、B两相联接，用于正反向计数、判断正反向和测速。2.3工作流程从图2.2中可以看出在输送带的上方有一个料斗，输送带运动时物料随输送带输送出去。通过圆盘给料机和料仓给料器与集料皮带机之间安装调试好的电子配料皮带秤称量检测，以及配料皮带测速编码器(传感器)测量皮带运输原料速度的检测，称重仪表采集测量皮带秤上每单位长度的载荷值q(kg/m)以及皮带在同一时刻的运行速度v(m/s)，且两者相乘得到物料的瞬时流量qv(kg/s)。只要保证q(t)V(t)的乘积不变，就可以保证物料流量的恒定。即随皮带上物料重量的变化控制皮带运行速度做出相应的调整，就可以保证物料流量的恒定。在本系统中圆
28、盘给料机的速度是恒定不可调的，所以控制流量的恒定只能调节皮带上物料重量，而重量的改变又只能通过改变变频器的频率，以改变皮带秤的速度。流量恒定控制原理图六所示，每一个称重控制都是一个“小闭环”控制系统。称重仪表检测并运算q(t)V(t)的乘积与流量设定值（上位机给定或仪表键盘给定）进行比较，然后进行PID运算,，得出相应的输出频率信号到变频器，实现自动控制流量大小的要求。 我认为皮带配料控制系统的执行机构，传统上采用滑差电机调速控制与皮带电子称连接，可以接收4-20mA信号，对控制电机进行大范围的无极调速，手/自动之间是无扰动切换。由于工业现场粉尘大，料粒不稳，料的湿度不匀，当调节范围较小，低速
29、运行时，滑差电机转速波动大，调节效果不好，容易发热，损坏电机。另外，滑差电机转速波动大，调节维修工作量大，更换不方便，无法满足现代企业生产的节奏，所以逐渐被变频调速电机取代。因此需要对配料系统执行机构进行改造，而本设计中，使用变频器代替滑差调速，问题就会得到解决。而其中很关键的一部分即为对频率的调节。2.4数据采集系统的功能2.4.1数据信号采集计算机按照预先选定的采样周期，对输入到系统的模拟信号进行采样，有时还要对数字信号、开关信号进行采样，数字信号和开关信号不受采样周期的限制，当这类信号到来时，由相应的程序负责处理。2.4.2模拟信号处理模拟信号是随时间连续变化的信号，这些信号在规定的一段
30、时间内，其幅值为连续值，即从一个量到下一个量时间没有中断，例如正弦信号X（t）=Asin（Wt+&）。模拟信号有两种类型，一种是各种传感器获得的低电平信号，另一种是由一组变送器输出的0-10mA或4-20mA的电流信号。这些模拟信号经过采样和A/D转换输入计算机后，常常要进行数据正确性的判断、标度变换和线性化处理。2.4.3数字信号处理数字信号是指在有限离散瞬间取得间断的信号，在二进制的系统中，数字信号是由有限的数字组成，其中每位数字不是0就是1，这可由脉冲的有无来体现。数字信号的特点是，它只代表某个瞬间的量值，不是连续的信号。数字信号由某些传感器或仪器输出，它在线路上的传送形式有两种，一种是
31、并行传送，另一种是串行方式传送。数字信号对传送线路上的不完善性不敏感，这是因为只需检测脉冲的有无获得信息，至于信号的精确性是无关紧要的。数字信号输入计算机后，常常需要进行码制转换的处理如码转换成ABCH码以便显示数字信号。2.4.4开关信号的处理开关信号主要由各种开关的器件，如按钮开关、行程开关和继电器的触点等。开关信号的处理主要是检测开关器件的状态变化。2.4.5二次数据计算把直接由传感器采集到得数据称为一次数据，把通过一次数据进行某些数学计算而获得的数据称为二次数据。二次数据计算主要有平均、累计、变化率、差值、最大值和最小值等。2.4.6屏幕显示VFD显示装置可把各种数据以方便于操作者观察
32、的方式显示出来，屏幕上显示的内容一般称为画面。2.4.7数据存储数据存储就是按照一定得时间间隔，定期将某些重要的数据存储在外部的存储器上。2.4.8人机联系人机联系是只操作人员通过键盘与数据采集系统对话，完成对系统的运行方式、采样周期等参数进行设置，另外，还可以通过它的选择系统的功能，选择输出需要的数值等。2.5数据采集系统的结构形式数据采集系统主要由硬件和软件两部分组成。从硬件方面来看，目前的数据采集系统的主要结构形式有两种，一种是微型计算机的数据采集系统，另外一种是集散型数据采集系统。微型计算机采集系统是由传感器、程控放大器、采样/保持器、A/D转换器、计算机以及外设等部分组成。集散型数据
33、采集系统是计算机网络技术的产物，它是由若干个数据采集站和一台上位机以及通信线路组成。数据采集站一般是由单片机数据采集装置组成，位于生产设备附近，可独立完成数据的采集和预处理任务，还可以以数字信号的形式传给上位机。上位机一般为PC486或者PC586计算机，配置有打印机和绘图机。上位机用于将各个数据采集站送来的数据，集中显示在显示器上或打印机印成各种报表，或以文件形式存储在磁盘上，此外，还可以将系统的控制参数发送给各个数据采集站。以调整数据采集的工作状态。数据采集站与上位机之间通常采用异步串行传送数据，数据通信通常采用主从方式，由上位机确定与哪一个数据采集站进行数据的传送。2.6数据采集系统的软
34、件数据采集系统正常工作，除了必须要有系统硬件这个物质基础外，还必须要有软件的支持，软件在数据采集系统中占有很重要的作用，由于数据采集系统软件随着具体应用的不同企业的规模、功能以及所采用的技术也不同，在这里详细的介绍数据采集系统软件是比较困难的，因此只重点的介绍数据采集系统软件中的一些基本的部分。2.6.1模拟信号采集与处理程序模拟信号采集与处理程序的主要功能是对模拟信号的进行采集，标度变换、滤波处理以及二次数据计算，并将数据存入磁盘文件。2.6.2数字信号采集与处理程序数字信号采集与处理程序的功能是对数字输出信号进行采集和码制之间的转换，如BCD码转换成ASCII码等。2.6.3脉冲信号的处理
35、程序脉冲信号的处理程序的功能主要是对输入的脉冲信号进行电平的高低判断和计数。2.6.4开关信号处理程序开关信号处理程序包括一般的开入量信号处理程序和开出量信号处理程序。开关信号处理程序的主要功能是判断开关信号的输入状态的变化情况，如果发生变化，则执行相应的处理程序。2.6.5运行参数设置系统运行参数设置系统的主要功能是对数字采集系统的运行参数进行设置，运行参数有：采样通道信号、流量设定值等。2.6.6系统管理程序系统管理程序首先是用来将各个功能模块程序组成一个程序系统，并管理和调用各个功能模块系统。其次用来管理数据文件的存储和输出。2.6.7通信程序通信程序是用来完成上位机与各个数据采集站之间
36、的数据传送工作，它的重要功能有：设置数据传送波特率。上位机向数据发送信号，上位机接受和判断数据采集站发回的机号，命令相应的数据采集站传送数据，上位机接受数据采集站传送来的数据。需要指出的是，通信程序只有集散型数据采集系统才有。第三章 系统硬件电路设计 在我们的设计中，主要用到的芯片和器件有AT90CAN128、VFD、CS5523、ULN2803。3.1系统电路方框图及说明 键盘设定：用于系统参考值的设定、功能切换等。 数据采样：将重量、频率信号经A/D转换后，换算成对应的数值，用于VFD显示。数据显示：采用4位的VFD显示功能号、设定值、转换出来的流量值。 电源：为单片机和其他芯片提供电源。
37、3.2AT90CAN128单片机简介 本设计中的主控器为AT90CAN128单片机，它是一款低功率CMOS 8位的微处理器，它是基于AVR增强型RISC结构的。在一个时钟周期里执行强大功效的指令，AT90CAN128可完成1MIP每MHz的吞吐量，从而让系统设计者可对进程速度进行优化功率消耗。AVR内核结合了一个丰富的指令设置，有32个通用目标工作寄存器。所有32个寄存器都直接和运算器连接，两个独立的寄存器允许被在一个时钟周期里执行的一条单个指令访问。这种结构比常规的微处理器更具有效率。3.2.1芯片特点 AT90CAN128有以下特点：128K的内部可编程FLASH，具有可读写能力，4K的E
38、EPROM，4K的SRAM，53个通用目标I/O接口，32个通用目标工作寄存器，一个CAN控制器，实时时钟（RTC），四个灵活的定时/计数器，具有比较输出模式和PWM，两个USART，一位定向两线串行接口，一个8通道10位的ADC，一个可编程的带有内部震荡器的看门狗计时器，一个SPI串口，JTAG测试接口，也可用于访问片上调试系统和五个软件选择的省电模式。AT90CAN128是内置有完全符合CAN2.0A和2.0B标准协议的CAN控制器。CAN控制器采用MOb（消息对象）方式进行数据的发送和接收，共有15个MOb，它们具有相同的属性：有11位标识符（2.0A协议），也可扩展至29位（2.0B议
39、）；8位数据缓冲（静态分配）；Tx，Rx帧缓冲或自动响应配置；时间标识。AT90CAN128 AVR可支持全套的编程和系统开发工具，包括：C编译器，宏汇编，编程调试器/仿真器，电路仿真器和成套工具。3.2.2结构概览 空闲模式会关闭CPU，但允许SRAM，定时/计数器，SPI/CAN口和中断系统继续工作。掉电模式保存寄存器内容，但停止震荡器，禁止所有其他片上功能直到下一个中断或者硬件复位。省电模式中，异步计时器继续运行，当其他的器件处于休眠时允许用户保留一个计时器。ADC噪声消除模式关闭CPU和所有的I/O接口模块（但除了异步计时器和ADC），以此在ADC转换期间使噪声最小化。在备用模式中，晶
40、体振荡器运行当其他器件都休眠。 器件运用Atmel公司的高密度非易失的存储技术制造。片上ISP FLASH允许程序存储器被一个常规的非易失的储存编程器或者一个在AVR内核上运行的片上启动程序，通过一个内部SPI串行接口来重新编程。启动程序能用于任何接口在应用FLASH储存器里来下载应用程序。当应用FLASH部分被更新时，在启动FLASH部分内的软件将继续运行，提供真正的读写操作。由于在一个单芯片上结合了一个带有内部可编程FLASH的8位RISC CPU，Atmel的AT90CAN128可说是一个强大的微处理器，为众多的嵌入式控制应用器件提供了一个高度灵活和低费用的解决方案。 图3.2 AT90
41、CAN128结构框图3.2.3AT90CAN128引脚配置图3.3AT90CAN128封装排列图3.2.4引脚介绍表3.1 AT90CAN128引脚说明引脚名描述VCC数字电路电源GND地端口A（PA7PA0）八位双边I/O端口端口A是一个8位双向I/O口，带有内部上拉电阻（每个位都可选择）。端口A输出缓冲有对称的驱动特征。当输入时，如果端口A的上拉电阻被激活，且引脚被外部拉低，引脚会输出电流。当一个重起条件被激活时，端口A引脚为三态，即使此时时钟没有运行。端口B（PB7PB0）与Port A（PA7PA0）类似端口 C（PC7PC0）与Port A（PA7PA0）类似端口 D（PD7PD0）
42、与Port A（PA7PA0）类似端口 E（PE7PE0）与Port A（PA7PA0）类似端口（PF7PF0）与Port A（PA7PA0）类似端口G（PG4PG0）端口G为5位双向I/O口，并具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，则端口被外部电路拉低时将输出电流。复位发生时端口G为三态。端口G也可以用做其他不同的特殊功能NESET复位信号输入端。如果在该引脚上持续一个比最小脉冲时间长一些的低电平，就将产生一个复位XTAL1振荡器的输入端，也是内部时钟的输入端XTAL2振荡器的输出端AVCCAVCC为在F端口上的A
43、/D转换器引脚供电。即使ADC没有使用，它应该与VCC外部相连接。如果ADC使用，它应通过一个低通过滤器与VCC连接SREFA/D转换器的模拟参数引脚3.2.5定时计数器 该单片机独立于其它型号的外设特点就是其有两个扩充的带预分频器和比较模式，捕获模式的16位定时/计数器。它可使单片机通过特定接口捕获速度编码器发出的脉冲信号，并进行处理后转变成速度量。本设计需要测量的一个重要数据-皮带转动速度即是由该定时/计数器不断捕获安装在皮带上的编码器发出的频率信号来计算产生的。3.3CS5523A/D转换器件介绍3.3.1概述用于将荷重传感器测出的模拟量转换为16位数字量。CS5523是高集成度的模数转
44、换器（ADC），它通过采用电荷平衡技术取得16-bit的性能。本ADC为4通道ADC，它内部集成有一个低输入电流、斩波稳定仪表放大器和一个可编程增益放大器（PGA），该PGA提供了25mV、55mV、100mV、1V、2.5V和5V 等可选的输入信号范围。为了应用于地基准热电偶，芯片内还集成有一个电荷泵驱动电路（CPD），为片内放大器提供了一个负的偏置电压。此外，芯片内还有一个四阶调制器，其后跟一个数字滤波器，该数字滤波器有八个可选的输出字速率：1.88Hz、3.76Hz、7.51Hz、15Hz、30Hz、61.6Hz、84.5Hz和101.1Hz（XIN=32.768kHz）。当采用200k
45、Hz的时钟（CS5522/24/28）其输出更新速率可达617Hz，或者当采用130kHz 的时钟（CS5521/23）其输出更新速率可达401Hz。数字滤波器的使用使其在单转换周期内的精度非常高，当输出字速率低于30Hz（假定XIN=32.768kHz）时，它可同时抑制50Hz和60Hz的干扰。为方便和微控制器的通讯，芯片内还集成有一个简单易用的三线串行接口，该接口与SPITM和MicrowireTM 兼容。3.3.2特性1）低输入电流(100pA)、斩波稳定仪表放大器 2）可调节输入范围（双/单极性）- 2.5V VREF：25mV，55mV，100mV，1V，2.5V，5V3）较宽的参考
46、电压（VREF）输入范围(+1 +5V)4）四阶-模数转换器5）简单易用的三线串行接口 -带有转换数据 FIFO（先入先出）的可编程/自动通道定序器 -每个通道都有用户可访问的校准寄存器 -与 SPITM 和 MicrowireTM 兼容6）系统校准和自校准7）8 个可选的字速率 -最高为 617Hz（XIN=200kHz） -单转换周期内达到稳定输出 -可同时抑制 50/60Hz3Hz 的干扰 8）单+5V 供电 -负电源的电荷泵驱动电路 - +3 +5V 数字供电 9）低功耗：5.5mW 3.3.3结构简述图3.4 CS5523转换器内部结构框图1) 模拟输入 图为CS5523内部的模拟输入通道框图，其前端包括一个多路复用器（配置前断开）、一个增益固定为20的斩波稳定仪表放大器、粗/细电荷缓存器和一个增益可编程部件。对于25mV，55 mV, 100 mV输入范围，输入信号由20倍仪表放大器放大。对于1V, 2.5V和5V输入范围，仪表放大器被旁路，输入信号经粗/细电荷缓冲器被送至增益可编程部件。2)仪表放大器 斩波稳定仪表放大器在输入信号处于低电平范围（=100mV）时一直有效。该放大器由VA+