四、系统硬件电路设计

1．控制板电路

控制板是系统的核心。采用STC89C58单片机芯片，对系统进行控制并实现参数计算。

（1）控制原理。物料高度是通过一次表输送的脉冲信号的个数计算得来。通过单片机计数器接口P3.4读取脉冲数，信号来自采样电路光耦合器PC817（U3）。当按运行键（RUN）时，置位单片机P3.7，电机正转，重锤下探；探测到位后，单片机接口P3.2检测到传感器（探测到位）信号（开关量）时，利用外部中断，在单片机中断服务程序内复位P3.7，同时置位P3.6，使电机反转；在检测到传感器（停止）信号（开关量）时，复位P3.6，电机停止，完成一次探测。电路原理图如图1-8所示，印制电路板如图1-9和图1-10所示。

（2）程控电流源输出电路。单片机将测量的物料高度的结果转换成4～20mA电流的形式向外输出。这部分电路由74HC595、AD558、AD694组成（图1-11）。其中74HC595为串行移位寄存器，AD558为电压输出型D/A转换器，AD694为电压/电流转换器。为了节省单片机I/O口，利用74HC595将串行数据转换成并行数据。其中单片机的P4.0接74HC595的串行数据输入端，P4.2接74HC595的时钟输入端，P4.1接74HC595的数据锁存时钟端。经过74HC595转换得到的并行数据送给AD558，由AD558将数据转换成0～2.56V电压，这个电压值送给AD694，即完成电压与电流的转换过程。

（3）键盘与显示电路。本系统设计了4个独立式键盘。其中RUN为运行键，接单片机P1.0口，控制仪表的测量动作。SET键为参数设置键，接单片机P1.1口，按SET键即进入菜单目录。“▲”键和“▼”键为上升键和下降键，分别接单片机的P1.2口和P1.3口，这两个键的作用是进行子菜单选择。显示电路由LCM12864液晶显示器完成。其中LCM12864的数据端D0口接单片机的数据端P0口，数据/命令选择端CS接单片机的P2.7口，读/写选择端R/W接单片机的P2.6口，使能信号EN接单片机的P2.5口，复位端RST接单片机的P2.2口。LCM12864液晶显示器可以显示4行汉字、图表和动画。

2．电源与驱动电路

（1）电源直接采用24V和5V开关电源板，这里不再赘述。

（2）驱动电路。驱动电路只是接收控制电路的控制信号，将小信号放大，完成对一次表的控制。原理图如图1-11所示，印制板图如图1-12和图1-13所示。控制重锤的上升（P1.4）和下降（P1.5）信号接74HC244驱动器的2A1和2A2输入引脚，由74HC244的2Y1和2Y2输出引脚控制三极管（9014）VT1和VT2开和关。再由三极管控制两个直流继电器（KM1和KM2），完成对重锤的上提和下降。另外两个继电器（KM3和KM4）是故障报警继电器，分别由单片机的P1.6和P1.7来控制。

（3）保护电路。为保护一次表的电机不受损坏，特意设计了多1联锁保护电路。它由与非门和二极管组成，当系统上电或故障时，一旦控制端出现全1的高电平信号时，保证输出端全为低电平，有效地保护了一次表的电机不被损坏。