1引言

行车称重显示控制器是冶金工业现场称重的重要设备之一，它广泛应用于工矿企业、物资部门货物称重。但目前所使用的行车称重器分布零散，不便统一管理。有鉴于此，我们研制了基于虚拟仪器的分布式行车称重显示控制器。

虚拟仪器是目前测控领域中最为流行的技术之一。它是计算机硬、软件和计测技术、仪器仪表技术共同结合的产物，计算机友好的人机交互、方便快捷的即时在线帮助，强大的图形和数据处理功能，大容量存储以及显示，文件管理、打印输出等功能，彻底的弥补了传统硬件化仪器的不足，使得虚拟式仪器成为先进的智能化仪器。

LabWindow/CVI(CforVirtualInstrument)是目前虚拟仪器开发的常用软件，它以最常用的C语言为基础，使虚拟仪器开发变得更加方便、灵活、功能更强大，所以在研制行车称重显示控制器时，我们采用了LabWindow/CVI作为上位机的编程软件。

在该称重显示控制器中，下位机用89C51单片机,完成控制对象的数据采集和直接控制，上位机(IMB-PC机)使用LabWindows/CVI的软件开发平台，应用LabWindows/CVI多种开发功能，对测量数据进行显示、处理、存储及参数设定。通讯标准采用EIARS-232C串行接口，形成分布式微机控制系统。

2硬件设计

2.1工作原理

将圆柱式电阻应变式传感器采用吊挂式安装在行车上，传感器在轴向有一个或几个电阻应变片，在圆周方向也有同样数目的电阻应变片。当传感器受力时,电阻应变片发生变形，导致电阻的变化，测最电桥将由平衡转为不平衡，电阻的信号转化为微弱的毫伏级电信号，经过预处理后，可作为被测信号送入A/D转换器。

我们设计的行车称重显示控制器有4种工作方式:第1种方式下，可对第1路信号进行测量；第2种方式下，对第2路信号进行测量；第3种方式下，循环对两路信号进行测量；第4种方式下，可对行车称重显示控制器的工作参数进行设定。

使用时，先通过拨码开关对行车称重显示控制器设定好工作方式，被测信号、标准电压信号、模拟地信号均送入模数转换AD654。进行A/D转化后的脉冲信号送入89C51,通过计数器定时计数与基准信号计数结果比较来读取皇伏电压信号，再把毫伏电压信号还原成重最信号的数字描述。并通过89C51实现打印、显示、报警、通讯，上位机可对数据进行进一步的处理和存储，实现分布式测控。

2.2硬件电路

本仪表的硬件原理如图1所示。行车称重显示仪表系统组件主要由多路选择电路、信号处理电路、显示电路、键盘电路、报警电路、通讯接口、扩展EPROM接口及校正自启动电路等组成。

（1）多路选择电路

单片机设计的行车称重显示控制器，需要对多路信号进行采集和处理，如果每一路都釆用各自的输入回路，即每一路都釆用放大、釆样/保持，A/D转换等环节，不仅成本比单路成倍的增加，而且会导致系统体积庞大，且由于模拟器件、阻容元件参数特性的不一致性，对系统的校准带来了很大的困难；并且对于多路巡检信号采集情况，每路单独采用一•个回路几乎是不太可能。因此，除了特殊的情况下采用多路独立的放大、A/D和D/A外，通常采用公共的采样/保持及A/D转换回路（有时甚至可将某些放大电路公用），而要实现这种设计，往往釆用多路模拟开关。多路开关的作用主要是用于信号切换，如某一时刻接通某一路,让该路信号输入、其他路断开，从而达到信号切换的目的。

行车称重显示控制器中的信号多路选择电路设计采用常用的CD4051芯片。CD4051是一种8选1的多路选择开关，输入信号8路，输出1路。CD4051选择8路输入信号中的哪一路作为输出是由控制信号A、B、C决定的。A、B、C组成一个数字序列。所以通过计数器CD4024发过来的信号Q。、Q,.Q?输入到CD4051的A、B、C端就可以决定哪一路被选择输出。例如选择第4路信号输入作为输出，只要CD4024的Q。、Q,脚发低电平，Q：发出高电平就可以了。

CD4024的第1脚CLK是脉冲输入端，第2脚RST是清除端,高电平有效，它们通过光电耦合开关TLC521分别与CPU的R.°、Pu相连。当CPU的P*发岀高并保持的时候，P”不断发出脉冲,CD4024计数，通过Pl。、P。发脉冲可控制CD4024计数,使计数值Q。、Qi、Qz作为8选1的多路选择开关CD4051的A、B、C信号的输入，所以通过Pl。、P...可改变CD4024计数值Q。、Q：、Q₂送CD4051就可以决定哪一路Vx被选择输出。

（2）频率测量电路

经多路选择电路输出的信号经过OP07放大后送入

AD654,转换得到的频率信号利用89C51记数测量。在

单片机内由软件实现80ms的定时，通过单片机的T。进行定时内的AD654的输出脉冲记数，一旦定时时间到,就读出T。的记数值，供后面的计算使用。

3. 显示及键盘电路

我们将空闲的串行口用作显示、键盘接口。共用6片74LS164来扩展I/O口。其中显示用5片74LS164,采用准静态的显示方式，每片74LS164送数据同时到对应的LED数码管，通过89C51的恥脚发出显示数据，Rs脚发出驱动电平，控制显示74LS164的时钟，以保证一组参数的完整显示；余下的一片74LS164实现键盘接口，也使用Pe脚发出扫描数据，R,脚用作扫描数据的移位脉冲，实现对6根键盘线的扫描，键盘数据回收线接入89C51的珏脚。

键盘的连接是釆用8位串行输入并行输出移位寄存器74LS164来构成行列式键盘。采用编程扫描方式，来取得键号。89C51的P”口接键盘的行线，用来回收键扫描数据，行线X。~X,的电位作为键扫描口。Q。~Q,接列线作为键输入口。P,₅接74LS164的A、B端，依次串行输出值。

在该单片机的应用系统中，使用的显示器为LED(发光二极管显示器)，这种显示器成本低廉，配置灵活，与单片机接口方便。LED显示块是由发光二极管显示字段的显示器件。在单片机系统中通常使用的是7段LED,这种显示块有共阴极和共阳极2种。

我们采用的是共阴极，共阴极LED显示块的发光二极管阴极共地，7段显示块与单片机的接口非常容易。只要将一个74LS164的8位并行输出口与显示块的发光二极管的引脚相连即可。8位并行输出口输出不同的字节数据即可获得不同的数字或字符。

通常将控制发光二极管的8位字节数据称为段选码。由于要显示的字数不多，采用静态显示方式下共阴极连接在一起接地，每位的段选线与一个74LS1648位并行口相连，每一位可独立显示，只要在该位的段选线上保持段选码电平，该位就能保持相应的显示字符。

由于每一位有一个8位输出口控制段选码，故在同一时间里每一位显示的字符可以各不相同。每片74LS164送数据同时到对应的LED数码管，通过89C51的P”脚发出显示数据，Pm脚发出驱动电平，控制显示74LS164的时钟，以保证一组参数的完整显示。

4. 外围芯片24C02

24C02是近年来推出的EEPROM系列产品之一，它的串行接口为PCBUS接口，常用普通的2根I/O口线串行传输；具有页写模式；自同步写周期为10ms,具有写保护措施；10万次写入次数，100万年数据保存。

Ao,A,,A2为芯片地址线，单片使用时一般接V*;SCL为串行移位时钟；SDA为串行数据或地址。通过SDA,CPU可对芯片写入或读出数据；WP为写保护。若WP接Vm,芯片只读。

这里24C02用作系统的EEPROM,用于存入仪器的上下限报警值，仪表的量程。单片使用A。，A,,A₂,Vss均接地。串行时钟SCL接89C51的R,引脚，串行数据或地址线SDA接89C51的R,引脚。

由于24C02写入的数据停电不丢失，占用极少的I/O资源，非常适合于各类仪器仪表的参数保存，它的引入使仪表的硬件结构十分简洁、系统扩展极为方便。

5. 单片机应用系统中的I/。口扩展

MCS-51单片机共有4个并行I/O口，但这些I/O口并不能完全提供给用户使用。只有对于片内有ROM/EPROM的单片机8051/8751,在不使用外部扩展时，才允许这4个1/0口做为用户使用。然而对于大多数使用6031以及使用8051/8751需外部扩展时，MCS-51单片机可提供给用户使用的R口和部分巳口线。因此，在大部分的MCS-51单片机应用系统设计中都不可避免地要进行I/O口的扩展。

在单片机应用系统中，8255与MCS-51单片机连接方式简单，其工作方式由程序设定。8255可编程并行I/O芯片由以下4个逻辑结构组成：

数据总线驱动器，这是双向3态的8位驱动器，用于和单片机的数据总线相连，以实现单片机与8255芯片的数据传送。并行I/O端口，A口、B口和C口。这3个8位I/O端口功能完全由编程决定，但每个口都有自己的特点。

读/写控制逻辑，它用于管理所有的数据、控制字或状态字的传送。它接收单片机的地址线和控制信号来控制各个口的工作状态。CS为8255的片选信号，RD