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電磁流量計(jì)單片機(jī)的電路
關(guān)鍵字：電磁流量計(jì) 日期：2013-1-22 17:21:57
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電磁流量計(jì)單片機(jī)的電路
自20世紀(jì)80年代以來(lái)，隨著大規(guī)模集成電路制造技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，單片機(jī)引入到電磁流量轉(zhuǎn)換器，智能化轉(zhuǎn)換器得到迅猛地發(fā)展。智能化帶來(lái)電磁流量計(jì)測(cè)量技術(shù)的巨大進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)了高測(cè)量精度、高穩(wěn)定性、高可靠性的性能。目前，應(yīng)用單片機(jī)技術(shù)的智能化轉(zhuǎn)換器已成為電磁流量計(jì)的主流。我國(guó)智能化電磁流量計(jì)近兒年的發(fā)展也很快，有些已經(jīng)接近或達(dá)到世界先進(jìn)水平。
單片機(jī)作為一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)和知識(shí)，有大量的專(zhuān)門(mén)書(shū)籍和資料可供參考。這里所要介紹的是單片機(jī)在電磁流量轉(zhuǎn)換器應(yīng)用中一些值得注意的問(wèn)題對(duì)CPU及其系統(tǒng)構(gòu)成的要求
CPU是單片機(jī)系統(tǒng)的核心，它決定著單片機(jī)的數(shù)據(jù)運(yùn)算與事件處理能力的大小、運(yùn)算速度的快慢等重要技術(shù)性能指標(biāo)。電磁流量計(jì)的測(cè)量精度高，要求信號(hào)采樣的位數(shù)和運(yùn)算精度高。因此，通常使用單片機(jī)為8位以上的CPU．如美國(guó)WIEL公司的MCS - 51系列和ATMEL公司的89C51系列8位機(jī)產(chǎn)品。隨著對(duì)測(cè)量精度要求的提高和功能的加強(qiáng)，越來(lái)越多的轉(zhuǎn)換器使用16位機(jī)的CPU，如INTEL公司的MCS96系列和MOTORIA公司的MC6800系列16位機(jī)產(chǎn)品。也有一些轉(zhuǎn)換器，由于特殊的需要，比如低功耗、高密度等的要求，制造廠(chǎng)設(shè)計(jì)了專(zhuān)用的微處理器芯片。
轉(zhuǎn)換器的工作過(guò)程不僅要求CPU對(duì)來(lái)自傳感器的流量信號(hào)進(jìn)行采集、處理、運(yùn)算、顯示，完成流量、流速的檢測(cè)，同時(shí)還要控制產(chǎn)生低頻矩形波勵(lì)磁電流、輸出流量的積算總量值和輸出模擬電流、頻率、數(shù)字通訊信號(hào)以及分時(shí)檢測(cè)傳感器的空管信號(hào)等等。也就是說(shuō)，在智能轉(zhuǎn)換器中，同一時(shí)刻發(fā)生著許許多多復(fù)雜的事件，需要由CPU來(lái)處理。為了儀表能夠準(zhǔn)確無(wú)誤的可靠上作，要求CPU應(yīng)很好地處理這些復(fù)雜事件的時(shí)序分配。盡管CPU有多個(gè)中斷源可供CPU安排事件的工作時(shí)序，但是對(duì)于8位機(jī)，往往一個(gè)CPL仍不能可靠地處理好時(shí)序的分配問(wèn)題。所以，有的轉(zhuǎn)換器采用多CPU分別處理不同的事件，采用并行工作的辦法來(lái)解決時(shí)序問(wèn)題。當(dāng)然，由于采用16位機(jī)運(yùn)算速度快，有更多的中斷源，解決時(shí)序分配相對(duì)容易。不管怎樣，認(rèn)真分析轉(zhuǎn)換器的工作內(nèi)容和要求，合理地、準(zhǔn)確地分配工作時(shí)序，是智能轉(zhuǎn)換器可靠工作的基本保證。
智能電磁流量轉(zhuǎn)換器的工作內(nèi)容繁多，給單片機(jī)帶來(lái)了一定的程序工作量和容量。轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)系統(tǒng)需要使用外部E—PROM來(lái)擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器。經(jīng)驗(yàn)表明，用高級(jí)語(yǔ)言，如P/LM語(yǔ)言、C51、C196語(yǔ)言編寫(xiě)轉(zhuǎn)換器程序，大約在20—60kB的范圍，用匯編語(yǔ)言可能低一些。但為了留有擴(kuò)展的余地，外部的E-PROM程至少應(yīng)選用64kB的容量。
除了非滿(mǎn)管電磁流量計(jì)的測(cè)量原理要求解多元高次方程外，電磁流量計(jì)的測(cè)量原理是線(xiàn)性方程，其測(cè)量與計(jì)算不需要復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型，也不需要復(fù)雜的誤差修正。但是，測(cè)量的穩(wěn)定則需要對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行一階積分?jǐn)?shù)字濾波、粗大誤差干擾信號(hào)處理等數(shù)學(xué)運(yùn)算。儀表的阻尼運(yùn)算和數(shù)字通訊需要占用系統(tǒng)一定的內(nèi)存。因此，CPU片內(nèi)的幾百字節(jié)的RAM往往顯得不夠，需要外置幾kB的RAM。
單片機(jī)CPU芯片內(nèi)含有數(shù)個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器。它們可用作事件計(jì)數(shù)器和CPU的運(yùn)算處理定時(shí)計(jì)數(shù)器。由于上述電磁流量轉(zhuǎn)換器的T作特點(diǎn)，勵(lì)磁脈沖的產(chǎn)生、模擬電流轉(zhuǎn)換的占空比i殳置、頻率輸出的賦值、數(shù)字通訊等，需要更多的定時(shí)計(jì)數(shù)器。因此，一般需要外加型號(hào)為8253(或8254)的16位定時(shí)H數(shù)器。
因?yàn)檗D(zhuǎn)換器的應(yīng)用比較廣泛，它與傳感器配套的口徑、流量測(cè)量范圍、流量標(biāo)定系數(shù)、輸出電流、輸出頻率等參數(shù)，在測(cè)量前需要用鍵盤(pán)設(shè)置長(zhǎng)期保存到程序中去：流量總量作為貿(mào)易結(jié)算或需要考核的數(shù)據(jù)，也直能夠在停電情況下長(zhǎng)期保存。所以，參數(shù)設(shè)置和流量總量的掉電保護(hù)是智能轉(zhuǎn)換器的基本要求。現(xiàn)在，這些數(shù)據(jù)保存可以放到EEROM中去。EFROM是非易失電可擦寫(xiě)的存儲(chǔ)器，常用的EEROM有93C46. 93C66，A'17,4C04、AT24C08等。這些芯片可以擦寫(xiě)100萬(wàn)次，數(shù)據(jù)保存達(dá)IO年以上。
智能轉(zhuǎn)換器的硬件中，還有用于于參數(shù)設(shè)置的鍵盤(pán)和測(cè)最顯示的顯示器。鍵盤(pán)只是在參數(shù)設(shè)置時(shí)短期使用，為節(jié)約口線(xiàn)和減少鍵的故障，通常只用三、pq只鍵，一些菜單的置定義為復(fù)合鍵。顯示器以帶背光LCD顯示為主，這樣功耗低。國(guó)產(chǎn)的中文菜單顯示已經(jīng)問(wèn)世，這給國(guó)內(nèi)用戶(hù)使用帶來(lái)丫極大方便。
我們知道，單片機(jī)系統(tǒng)的工作，不僅有CPU和上述外圍器件的硬件，還包括軟件，即程序。智能化儀表的軟件設(shè)計(jì)的可靠性對(duì)儀表的正常、穩(wěn)定地工作至關(guān)重要。優(yōu)秀的程序應(yīng)是結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，各功能程序?qū)嵭心K化，子程序化：根據(jù)它們之間的聯(lián)系和時(shí)間上的關(guān)系，如圖4 - 19，設(shè)汁出軟件的總體結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)應(yīng)清晰、簡(jiǎn)捷、流程合理 使用P/LM5l、C51、C96等高級(jí)語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言相比，盡管程序量大一些，但可讀性好，思路清楚，便于程序的檢查與修改，是當(dāng)前單片機(jī)語(yǔ)言的主流。
軟件的可靠性直接影響著儀表的可靠性。加強(qiáng)軟件抗干擾設(shè)計(jì)、數(shù)字濾波、粗大誤差判斷處理程序是消除信號(hào)中的干擾成分的有效措施。電磁流量計(jì)設(shè)置參數(shù)與中間數(shù)據(jù)的備份能夠防止測(cè)量數(shù)據(jù)丟失。軟件中應(yīng)有自檢程序井配合硬件的“看門(mén)狗”電路檢測(cè)程序運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)程序受到干擾出現(xiàn)“死機(jī)”或“亂飛”運(yùn)行時(shí)．CPU自動(dòng)復(fù)位，重新運(yùn)行。操作菜單中設(shè)有初始化設(shè)置，對(duì)嚴(yán)重“死機(jī)”現(xiàn)象的CPU能恢復(fù)到初始狀態(tài)等，采用這些軟件設(shè)計(jì)措施是有效的和必要的。 |
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