電磁流量計單片機系統(tǒng)設計

電磁流量計單片機系統(tǒng)設計
   4．3．3．1 微處理器的選取
   作為整個測控系統(tǒng)的核心部件，微處理器的選擇對整個系統(tǒng)的功能優(yōu)化和性能提升起著至關重要的作用。根據(jù)本課題設計系統(tǒng)的功能需求，需要功能硬件部件有A／D轉換來進行信號處理，由于用到模數(shù)轉換功能，市場上的模數(shù)轉換芯片一般價格都不低，而自己搭建模數(shù)轉換電路不僅麻煩而且可靠性也不高， 要優(yōu)先選用內部集成有模數(shù)轉換模塊的芯片。和計算機進行通信時要用到通用串行同步／異步(USART)通信口，數(shù)據(jù)顯示采用液晶就要求有足夠的通用I／O 端口來送數(shù)據(jù)和控制線，此外還要有足夠大空間的ROM寫程序和足夠大空間的RAM來定義變量。
   MCS．51單片機作為從八十年代就開始流行的處理器，其開發(fā)技術成熟，應用廣泛，不足之處在于功能過于簡單，己經(jīng)不能適應于目前對測控系統(tǒng)功能和速度的要求。因此，各大公司紛紛推出各種面向不同應用場合的增強型單片機， 這些系列的單片機大多具有較強的功能模塊接口功能，較高的處理速度，大容量ROM和RAM，往往處理器本身就已經(jīng)是一個小系統(tǒng)模式，僅僅需要一些簡單電容、電阻元件就可以工作。考慮到本課題設計的是低功耗系統(tǒng)，而典型的低功耗增強型的單片機包括Atmel公司的AVR系列單片機，Microchip公司的PIC系列單片機，TI公司的MSP430系列單片機，以及Silicon Labs公司C8051F系列單片機。考慮到本系統(tǒng)要求微處理器具有低功耗，內置轉換速度和精度都要求比較高多路A／D轉換器， 本課題選用美國Cygnal公司推出的、采用Silicon Labs的CIP．51微處理器內核、*集成的混合信號片上系統(tǒng)(SOC，System On Chip)芯片C8051F410。
   一、高速8051CPU
  1)與MCS．51指令集*兼容； 2)流水線指令結構，70％的指令的執(zhí)行時間為一個或兩個系統(tǒng)時鐘周期； 3)速度可達50MIPS(時鐘頻率為50MHz時)； 4)擴展的中斷系統(tǒng)。
   二、存儲器
  1)2304字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器； 2)32KB的FLASH；可在系統(tǒng)編程，扇區(qū)尺寸為512字節(jié)；VDD為2．25V 即可進行讀／寫／擦除全功能操作； 3)64字節(jié)電池后備RAM。
  三、模擬外設
  1)12位ADC，可編程轉換速率，可達200ksps，可多達24個外部輸入，可編程為單端輸入或差分輸入，內置溫度傳感器(±30C)，內部電壓基準1．5V、2．2V(可編程)； 2)兩個12位電流模式DAC； 3)兩個比較器； 4)上電復位和欠壓檢測器。
   四、數(shù)字外設
   1)24個端口I／O，輸入電壓可高達5．25V： 2)可同時使用的硬件SMBusTM(12CTM兼容)、SPITM及UART串口； 3)16位可編程計數(shù)器陣列，帶6個捕獲／比較模塊、WDT： 4)4個通用16位計數(shù)器／定時器。
   五、時鐘源
   1) 內部振蕩器：24．5MHz，2％精度(支持UART操作)，時鐘乘法器可達50MHz； 2)外部振蕩器：晶體、RC、C或外部時鐘(單或雙引腳方式)； 3)外部smaRTClock振蕩器：32KHz晶體或自諧振振蕩器： 4)從SUSPEND方式快速喚醒(<lgS)： 5)可在運行中切換時鐘源。
  六、系統(tǒng)特性
  1．)在片調試，片內調試電路支持全速、非侵入式在系統(tǒng)調試，支持斷點、單步執(zhí)行、觀察點，觀察／修改存儲器、寄存器和堆棧； 2)電源電壓：2．0V～5．25V，內建LDO穩(wěn)壓器：2．1V或2．5V： 3)28腳QFN和32腳LQFP封裝： 4)溫度范圍：．400C～+850C。
   總之，C8051F410器件片內豐富的模擬和數(shù)字資源，為設計小體積、低功耗、高可靠性和高性能的單片機應用系統(tǒng)提供了方便，也可使系統(tǒng)的整體成本大大降低，*了本系統(tǒng)對微處理器的設計要求。
   4．3．3．2 液晶顯示和通信模塊的設計
   反映管道內流體流速的感應電動勢經(jīng)過轉換器、A／D采樣和單片機處理后， 為了方便用戶觀測，可以使用液晶直接顯示，也可以通過通訊模塊，發(fā)送到上位機上進行顯示。
   一、液晶顯示模塊
   為了實現(xiàn)整個系統(tǒng)的低功耗，在此選用段碼式、低功耗液晶顯示模塊LCMl41[371。LMl41液晶顯示模塊是一種新型的壓力、流量和溫度測量儀表的專用液晶顯示模塊，它內含驅動與控制電路以及串行通信接口，可與單片機方便接口，還可外接蜂鳴器，節(jié)省了硬件資源和空間。圖4-15所示為它的外形，其對應的各引腳功能及狀態(tài)說明如表4-1所示。圖4．15 LCMl41外形圖表4一l 液晶顯示模塊LCMl41的各個引腳的功能及狀態(tài)說明引腳符號功能狀態(tài)。1 CS 模塊片選輸入2 f餾數(shù)據(jù)／指令控制寫入輸入3 DA工A 數(shù)據(jù)傳送輸入／輸出4 GND 負電源5 VLCD LCD屏對比度調節(jié)輸入6 VDD 正電源輸入液晶顯示模塊LCMl41與單片機的接線圖如圖4-16所示。單片機的P2．6端口控制LCMl41的供電，當P2．6輸出高電平時，LCMl41上電工作；反之，當P2．6 輸出低電平時，關閉LCMl41。LCMl41的工作電壓為2．7V'～5．2V，在3V電壓下工作時，電流消耗60 u A， 休眠狀態(tài)電流消耗1 u A。工作溫度一20～+70℃。P2．6 VDD GND #VLCD GND C8051 LMl41 F410 P2．5 DA弘P2．4 l豫P2．3 CS 圖4．16 LCMl41與C8051F410接線圖
   二、串行通信模塊
   通信模塊的主要功能是接收上位機發(fā)送下來的命令字及控制字，并將流量有效值、時間等數(shù)據(jù)信息傳遞給上位機。C8051F410內部集成串行口，其串行口和其他標準串行接口芯片一樣，輸入輸出均為TTL電平。本系統(tǒng)采用的是RS．232接口實現(xiàn)C8051F410與PC機的串行通訊電氣接口。RS232是一個電氣接口規(guī)范，它只規(guī)定了平衡驅動器和接收器的電氣特性， 而沒有規(guī)定接插件、傳輸電纜和通信協(xié)議。TTL／RS．232的轉換芯片較多，較常用的有MAX232、MAX3221等。由于MAX232需要5V電源供電，而本低功耗系統(tǒng)采用3．6V電源供電，MAX3221采用3．Ov~5．5V寬電源供電，故本系統(tǒng)采用MAX3221作為TTL／RS．232的轉換芯片。由于MAX3221采用了CMOS 工藝，其供電電流可以降到1 u A，而且具有自動關斷功能，因此其可靠性高、功耗低。MAX3221和單片機、PC機的接線電路如圖4．17所示。--擴展閱讀：開封中儀流量儀表有限公司專業(yè)生產電磁流量計、孔板流量計、渦街流量計、文丘里流量計、v錐流量計、v型錐流量計、噴嘴流量計、插入式電磁流量計、智能電磁流量計、分體式電磁流量計、一體式電磁流量計、標準孔板流量計、標準孔板、一體化孔板流量計、標準噴嘴流量計、長徑噴嘴流量計、標準噴嘴、長徑噴嘴、插入式渦街流量計、智能渦街流量計、錐型流量計、v錐型流量計、節(jié)流裝置、節(jié)流孔板、限流孔板等流量產品，更多有關電磁流量計、孔板流量計、渦街流量計的信息請訪問開封中儀網(wǎng)站：