電磁流量計單片機系統設計

電磁流量計單片機系統設計
   4．3．3．1 微處理器的選取
   作為整個測控系統的核心部件，微處理器的選擇對整個系統的功能優化和性能提升起著至關重要的作用。根據本課題設計系統的功能需求，需要功能硬件部件有A／D轉換來進行信號處理，由于用到模數轉換功能，市場上的模數轉換芯片一般價格都不低，而自己搭建模數轉換電路不僅麻煩而且可靠性也不高， 要優先選用內部集成有模數轉換模塊的芯片。和計算機進行通信時要用到通用串行同步／異步(USART)通信口，數據顯示采用液晶就要求有足夠的通用I／O 端口來送數據和控制線，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，其開發技術成熟，應用廣泛，不足之處在于功能過于簡單，己經不能適應于目前對測控系統功能和速度的要求。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是一個小系統模式，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，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(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％的指令的執行時間為一個或兩個系統時鐘周期； 3)速度可達50MIPS(時鐘頻率為50MHz時)； 4)擴展的中斷系統。
   二、存儲器
  1)2304字節數據存儲器； 2)32KB的FLASH；可在系統編程，扇區尺寸為512字節；VDD為2．25V 即可進行讀／寫／擦除全功能操作； 3)64字節電池后備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位可編程計數器陣列，帶6個捕獲／比較模塊、WDT： 4)4個通用16位計數器／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、系統特性
  1．)在片調試，片內調試電路支持全速、非侵入式在系統調試，支持斷點、單步執行、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提供了方便，也可使系統的整體成本大大降低，*了本系統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，發送到上位機上進行顯示。
   一、液晶顯示模塊
   為了實現整個系統的低功耗，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說明引腳符號功能狀態。1 CS 模塊片選輸入2 f餾數據／指令控制寫入輸入3 DA工A 數據傳送輸入／輸出4 GND 負電源5 VLCD LCD屏對比度調節輸入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送下來的命令字及控制字，并將流量有效值、時間等數據信息傳遞給上位機。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。本系統采用的是RS．232接口實現C8051F410與PC機的串行通訊電氣接口。RS232是一個電氣接口規范，它只規定了平衡驅動器和接收器的電氣特性， 而沒有規定接插件、傳輸電纜和通信協議。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，而本低功耗系統采用3．6V電源供電，MAX3221采用3．Ov~5．5V寬電源供電，故本系統采用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、節流裝置、節流孔板、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站：