畢業(yè)設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的流量檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（含外文翻譯）

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）材料之二（1） 某工程大學(xué)本科某工程大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 專專 業(yè)：業(yè)： 電子信息工程電子信息工程 題題 目：目： 基于單片機(jī)的流量檢測(cè)基于單片機(jī)的流量檢測(cè) 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 作作 者者 姓姓 名名： 導(dǎo)導(dǎo)師師及及職職稱稱 ： 導(dǎo)師所在單位：導(dǎo)師所在單位： 電氣工程學(xué)院電氣工程學(xué)院 20122012 年年 6 6 月月 1313 日日 某工程大學(xué)某工程大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 20122012 屆屆 電氣工程電氣工程 學(xué)院學(xué)院 電子信息工程電子信息工程 專業(yè)專業(yè) 學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文

2、）題目 中文：中文： 基于單片機(jī)的流量檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的流量檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 英文：英文： the design of flow detection system based on mcu 原始資料原始資料 1 謝維成、楊加國.單片機(jī)原理與應(yīng)用及 c51 程序設(shè)計(jì)m.北京：清華大 學(xué)出版社，2006. 2 梁國偉、蔡武昌.流量測(cè)量技術(shù)及儀表m.北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2002. 3 徐曉光、潘偉;、徐康.基于單片機(jī)的渦輪流量檢測(cè)儀設(shè)計(jì)j.工業(yè)控制 計(jì)算機(jī)，2008,08. 4 魏穎.基于單片機(jī)的流量檢測(cè)表設(shè)計(jì)j.太原科技，2007,10. 5 蘇貝、周常柱、胡松.單片機(jī)在流量測(cè)量中的應(yīng)用

3、j.微計(jì)算機(jī)信息雜志， 2005,5. 6 王玉巧、蔡曉艷.基于單片機(jī)的流量控制j.科技信息，2010,9x. 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)內(nèi)容畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)內(nèi)容 1、課題研究的意義 流量的測(cè)量在工業(yè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，隨著傳感器技術(shù)，微電子技術(shù)、單片機(jī) 技術(shù)的發(fā)展，為流量的精確測(cè)量提供了新的手段，對(duì)流量檢測(cè)技術(shù)的研究具有現(xiàn)實(shí)意 義。對(duì)本課題的研究與設(shè)計(jì)，訓(xùn)練綜合運(yùn)用已學(xué)課程的基本知識(shí)，獨(dú)立進(jìn)行單片機(jī)應(yīng) 用技術(shù)和開發(fā)工作，掌握單片機(jī)程序設(shè)計(jì)、調(diào)試和應(yīng)用電路設(shè)計(jì)、分析及調(diào)試檢測(cè)的 能力。 2、本課題研究的主要內(nèi)容： 由流量傳感器采集流量信息，然后經(jīng)過 ad 轉(zhuǎn)換器將連續(xù)的模擬信號(hào)離散化后傳 給單片

4、機(jī)。單片機(jī)在系統(tǒng)軟件的控制作用下，對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，向外部輸出控 制信號(hào)，實(shí)現(xiàn) led 顯示。led 數(shù)碼管顯示動(dòng)態(tài)的流量，同時(shí)，若流量超過上下限范圍， 報(bào)警電路產(chǎn)生聲光報(bào)警信號(hào)，提醒流量不在正常范圍內(nèi)，需采取相應(yīng)控制。系統(tǒng)軟件 主要包括主程序，顯示程序等供主程序調(diào)用的子程序。 3、提交的成果： （1）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）正文； （2）硬件電路圖； （3）程序源代碼； （4）一篇引用的外文文獻(xiàn)及其譯文； （5）主要參考文獻(xiàn)的題錄及摘要。 指導(dǎo)教師（簽字） 教研室主任（簽字） 批 準(zhǔn) 日 期2012 年 01 月 0 日 接 受 任 務(wù) 書 日 期2012 年 01 月 10 日 完 成 日 期

5、2012 年 06 月 13 日 接受任務(wù)書學(xué)生（簽字） 基于單片機(jī)的流量檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的流量檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 摘摘 要要 工業(yè)生產(chǎn)中過程控制是流量測(cè)量與儀表應(yīng)用的一大領(lǐng)域，流量與溫度、壓力和物 位一起統(tǒng)稱為過程控制中的四大參數(shù)，人們通過這些參數(shù)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)視與控制。 對(duì)流體流量進(jìn)行正確測(cè)量和調(diào)節(jié)是保證生產(chǎn)過程安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低 物質(zhì)消耗、提高經(jīng)濟(jì)效益、實(shí)現(xiàn)科學(xué)管理的基礎(chǔ)。 流量的檢測(cè)和控制在化工、能源電力、冶金、石油等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。在天然氣工 業(yè)蓬勃發(fā)展的現(xiàn)在，天然氣的計(jì)量引起了人們的特別關(guān)注，因?yàn)樵谔烊粴獾牟杉?、?理、儲(chǔ)存、運(yùn)輸和分配過程中，需要數(shù)以百萬計(jì)的流量

6、計(jì)，其中有些流量計(jì)涉及到的 結(jié)算金額數(shù)字巨大，對(duì)測(cè)量和控制準(zhǔn)確度和可靠性要求特別高。流量計(jì)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、 水利建設(shè)、生物工程、管道輸送、航天航空、軍事領(lǐng)域等也都有廣泛的應(yīng)用。 本文從經(jīng)濟(jì)實(shí)用的角度出發(fā)，采用美國 atmel 公司的單片機(jī) at89c51 作為主控芯 片與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單元，結(jié)合渦輪流量傳感器，ad 轉(zhuǎn)換器，四位 led 顯示，聲光報(bào)警 器等，采用 c 語音編程，設(shè)計(jì)了一款可對(duì)流量進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并具有上下限報(bào)警功能 的渦輪流量計(jì)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)管道內(nèi)天然氣的流量的實(shí)時(shí)檢測(cè)。本文詳細(xì)論述了基于單片 機(jī)的流量檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，主要解決系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，硬件電路的設(shè)計(jì)以及系統(tǒng) 軟件的設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞

7、：關(guān)鍵詞：at89c51；adc0809；流量檢測(cè)；渦輪流量傳感器 the design of flow detection system based on mcu abstract process control is a big field of the flow measurement and instrumentation in industrial production. flow and temperature, pressure and thing location are together collectively referred to the four big parame

8、ters of the process control. through these parameters ,the production process are monitoring and controlled. the accurate measurement and adjustment for fluid flow are is to guarantee the safe and economic operation, improve product quality and reduce the material consumption, to improve the economi

9、c benefit, and the scientific management foundation in the production process. the detection and control of flow is widely applied in the chemical, electrical energy, metallurgy, petroleum and other fields. as the gas industry booming now, natural gas measurement caused the people of particular conc

10、ern. because it needs millions of flow-meter in collection, treatment, storage, transportation and distribution process of natural gas, and some of these flow meter relates to the huge number of settlement amount , the measurement and control accuracy and reliability requirements are particularly hi

11、gh. flow-meter have also been widely used in modern agriculture and water conservancy of flow construction, biological engineering, pipes, aerospace, military field. this article is from the economical and practical point of view, using of the united states atmel corporation at89c51 microcontroller

12、as a master chip and the data memory unit, combined with vortex flow sensor, ad converter, four led digital display, sound and light alarm and so on. dominated by the c programming language, it describe a design of a turbine flow-meter which has a real-time detection of flow and the alarm function.

13、this flow meter can realize the detection the natural gas in the pipeline. this article discusses the of flow based on scm, mainly to solve the design of the whole system, the hardware circuit design and the design of the system software. keywords：at89c51,；adc0809,；flow detecting；vortex flow sensor

14、目目 錄錄 引言引言1 第第 1 章章 緒緒 論論2 1.1 選題的背景和意義2 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)2 1.3 研究內(nèi)容及需解決的問題3 第第 2 章章 流量傳感流量傳感 器器4 2.1 流量計(jì)分類及優(yōu)缺點(diǎn)4 2.2 渦輪流量計(jì)的結(jié)構(gòu)與原理5 2.3 渦輪流量計(jì)的特點(diǎn)6 第第 3 章章 系統(tǒng)工作原系統(tǒng)工作原 理理7 3.1 總體設(shè)計(jì)7 3.2 工作原理7 3.3 元器件的選擇7 3.3.1 單片機(jī)7 3.3.2 a/d轉(zhuǎn)換器10 3.3.3 led數(shù)碼管14 第第4章章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)16 4.1 傳感器的設(shè)計(jì)與信號(hào)的采集16 4.2 放大電路的設(shè)計(jì)17 4

15、.3 單片機(jī)硬件電路及其外圍電路的設(shè)計(jì)18 4.3.1 系統(tǒng)時(shí)鐘電路18 4.3.2 復(fù)位電路18 4.3.3 單片機(jī)與a/d接口19 4.3.4 單片機(jī)與led顯示的接口20 4.3.5 報(bào)警電路21 第第 5 章章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)22 5.1 單片機(jī) c 語言特 點(diǎn)22 5.2 主程序及流程圖23 5.3 a/d 轉(zhuǎn)換程序及流程圖24 5.4 顯示程序及流程圖 25 5.5 報(bào)警程序及流程圖26 第第 6 章章 抗干擾技術(shù)抗干擾技術(shù)27 6.1 干擾的來源27 6.2 硬件措施27 6.2.2 模擬量輸入回路抗干擾措施27 6.2.2 長線傳輸?shù)目骨_措施27 6.3 軟件措施2

16、7 6.3.1 插入 nop 指 令28 6.3.2 設(shè)置軟件陷阱28 6.3.3 設(shè)置看門狗28 結(jié)論與展望結(jié)論與展望29 致致謝謝30 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)31 附錄附錄 a 硬件電路圖硬件電路圖32 附錄附錄 b 程序源代碼程序源代碼33 附錄附錄 c 外文文獻(xiàn)外文文獻(xiàn)36 附錄附錄 d 外文文獻(xiàn)中文翻譯外文文獻(xiàn)中文翻譯40 附錄附錄 e 主要參考文獻(xiàn)的題錄及摘要主要參考文獻(xiàn)的題錄及摘要43 插圖清單插圖清單 圖 2-1 渦輪流量傳感器結(jié)構(gòu)圖5 圖 3-1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖7 圖 3-2 at89c51 引腳圖8 圖 3-3 adc0809 內(nèi)部結(jié)構(gòu)11 圖 3-4 adc0809 引腳圖12

17、 圖 3-5 adc0808/0809 工作時(shí)序14 圖 3-6 共陰極數(shù)碼管原理圖與實(shí)物圖15 圖 4-1 霍爾元件的基本電路16 圖 4-2 旋轉(zhuǎn)傳感器磁體設(shè)置16 圖 4-3 放大器原理圖17 圖 4-4 系統(tǒng)時(shí)鐘電路18 圖 4-5 復(fù)位電路18 圖 4-6 a/d接口電路19 圖 4-7 led接口電路21 圖 4-8 報(bào)警電路21 圖 5-1 程序結(jié)構(gòu)圖22 圖 5-2 主程序流程圖23 圖 5-3 a/d 轉(zhuǎn)換程序及流程圖 24 圖 5-4 顯示程序及流程圖25 圖 5-5 報(bào)警程序及流程圖26 圖 6-1 rc 濾波電路27 表格清單表格清單 表 3-1 p3 口各位的第二功能

18、9 表 3-2 vst和 d1d0的關(guān)系11 表 3-3 地址信號(hào)與選中通道的關(guān)系13 表 3-4 八段 led 數(shù)碼顯示管字型碼表15 引言引言 流量是現(xiàn)代工業(yè)測(cè)量過程中的一個(gè)重要參數(shù)，人類對(duì)流體的測(cè)量具有悠久的歷史。 流量檢測(cè)的發(fā)展可追溯到古代的水利工程和城市供水系統(tǒng)，古羅馬凱撒時(shí)代已采用孔 板測(cè)量居民的飲用水水量；公元前 1000 年左右古埃及用堰法測(cè)量古尼羅河的流量；我 國著名的都江堰水利工程應(yīng)用寶瓶口的水位觀察水量大小等等。流量儀表應(yīng)用范圍很 廣，在工業(yè)生產(chǎn)、能源計(jì)量、環(huán)境保護(hù)工程、交通運(yùn)輸、生物技術(shù)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域都 有涉及。 為了適應(yīng)各種用途，各種類型的流量計(jì)相繼問世，投入使用的類

19、型有上百種。根據(jù) 其測(cè)量方法和結(jié)構(gòu)原理大致分為差壓式流量計(jì)、浮子流量計(jì)、容積式流量計(jì)、電磁流 量計(jì)、渦街流量計(jì)、科里奧利質(zhì)量流量計(jì)、超聲流量計(jì)、插入式流量計(jì)等。 20 世紀(jì)隨著各領(lǐng)域?qū)α髁繙y(cè)量需求的牽引，使得流量計(jì)得到快速發(fā)展，尤其是微 電子技術(shù)的迅速發(fā)展，為流量計(jì)的制造技術(shù)提供各種新型的元器件，進(jìn)一步推動(dòng)了流 量計(jì)從機(jī)械式向智能化、模塊化發(fā)展。新技術(shù)、新器件、新材料和新工藝及新軟件的 開發(fā)應(yīng)用，使得流量計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確度越來越高，流量的測(cè)量范圍越來越廣。同時(shí)流量 計(jì)對(duì)測(cè)量介質(zhì)的要求在降低，適用范圍也越來越寬，智能化程度及可靠性得到了很大 的提高。 本設(shè)計(jì)中，將基于單片機(jī)的技術(shù)，進(jìn)行一款可對(duì)流量進(jìn)

20、行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并具有上下 限報(bào)警功能的渦輪流量計(jì)的設(shè)計(jì)，該產(chǎn)品可實(shí)現(xiàn)對(duì)管道內(nèi)天然氣的流量的實(shí)時(shí)檢測(cè)。 第第 1 章章 緒論緒論 1.1 選題的背景和意義選題的背景和意義 流量就是在單位時(shí)間內(nèi)流體通過一定截面積的量。這個(gè)量用流體的體積來表示， 稱為瞬時(shí)體積流量，簡稱體積流量；用流量的質(zhì)量來表示稱為瞬時(shí)質(zhì)量流量，簡稱質(zhì) 量流量。這一段時(shí)間內(nèi)流體體積流量或質(zhì)量流量的累積值稱為累積流量。 對(duì)在一定通道內(nèi)流動(dòng)的流體的流量進(jìn)行測(cè)量統(tǒng)稱為流量計(jì)量。流量測(cè)量的流體是 多樣化的，如測(cè)量對(duì)象有氣體、液體、混合流體；流體的溫度、壓力、流量均有較大 的差異，要求的測(cè)量準(zhǔn)確度也各不相同。因此，流量測(cè)量的任務(wù)就是根據(jù)測(cè)量目

21、的， 被測(cè)流體的種類、流動(dòng)狀態(tài)、測(cè)量場所等測(cè)量條件，研究各種相應(yīng)的測(cè)量方法，并保 證流量量值的正確傳遞。 流量的測(cè)量在熱電生產(chǎn)、石油化工、食品衛(wèi)生等工業(yè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。隨著 傳感器技術(shù)，微電子技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，為氣體流量的精確測(cè)量提供了新的手 段。充分利用單片機(jī)豐富的硬件資源，配以適當(dāng)?shù)臋z測(cè)接口電路，可精確測(cè)量由渦街 流量傳感器或電磁流量傳感器輸出的代表流量大小的脈沖信號(hào)，以及氣體在當(dāng)?shù)貭顟B(tài) 下的壓力、溫度等模擬電壓信號(hào)。由軟件計(jì)算出流量，以簡單的硬件結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了一個(gè) 高可靠性、高精度、多功能的氣體流量檢測(cè)系統(tǒng)。工業(yè)生產(chǎn)中過程控制是流量測(cè)量與 儀表應(yīng)用的一大領(lǐng)域，流量與溫度、壓力和物位

22、一起統(tǒng)稱為過程控制中的四大參數(shù)， 人們通過這些參數(shù)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)視和控制。對(duì)流體流量進(jìn)行正確測(cè)量和調(diào)節(jié)是保 證生產(chǎn)過程安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低物質(zhì)消耗、提高經(jīng)濟(jì)效益、實(shí)現(xiàn)科學(xué) 管理的基礎(chǔ)。 通過對(duì)本課題的研究，訓(xùn)練綜合運(yùn)用已學(xué)課程的基本知識(shí)，獨(dú)立進(jìn)行單片機(jī)應(yīng)用 技術(shù)和開發(fā)工作，掌握單片機(jī)程序設(shè)計(jì)、調(diào)試和應(yīng)用電路設(shè)計(jì)、分析及調(diào)試檢測(cè)。對(duì) 流體流量進(jìn)行正確測(cè)量和調(diào)節(jié)是保證生產(chǎn)過程安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低物 質(zhì)消耗、提高經(jīng)濟(jì)效益、實(shí)現(xiàn)科學(xué)管理的基礎(chǔ)。流量的檢測(cè)和控制在化工、能源電力、 冶金、石油等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。人們?yōu)榱丝刂拼髿馕廴?，必須?duì)污染大氣的煙氣以及其 他溫室氣體排放量進(jìn)行監(jiān)

23、測(cè)；廢液和污水的排放，使地表水源和地下水源受到污染， 人們必須對(duì)廢液和污水進(jìn)行處理，對(duì)排放量進(jìn)行控制。于是數(shù)以百萬計(jì)的煙氣排放點(diǎn) 和污水排放口都成了流量測(cè)量對(duì)象。同時(shí)在科學(xué)試驗(yàn)領(lǐng)域，需要大量的流量控制系統(tǒng) 進(jìn)行仿真與試驗(yàn)。 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 17 世紀(jì)托里拆利奠定差壓式流量計(jì)的理論基礎(chǔ)，這是流量測(cè)量的里程碑。自那以 后，18、19 世紀(jì)流量測(cè)量的許多類型儀表的雛形開始形成，如堰、示蹤法、皮托管、 文丘里管、容積、渦輪及靶式流量計(jì)等。20 世紀(jì)由于過程工業(yè)、能量計(jì)量、城市公用 事業(yè)對(duì)流量測(cè)量的需求急劇增長，才促使儀表迅速發(fā)展，微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的 飛躍

24、發(fā)展極大地推動(dòng)儀表更新?lián)Q代，新型流量計(jì)如雨后春筍般涌現(xiàn)出來。至今，據(jù)稱 已有上百種流量計(jì)投向市場，現(xiàn)場使用中許多棘手的難題可望獲得解決。 我國近代流量測(cè)量技術(shù)發(fā)展比較晚，早起所需的流量儀表均從國外進(jìn)口。中國流 量儀表制造業(yè)從上世紀(jì)30年代中期以儀表修配開始，到解放前后在上海、天津等沿海 地區(qū)形成了現(xiàn)代流量儀表的民族工業(yè)。到改革開放前，經(jīng)歷了仿制、統(tǒng)一設(shè)計(jì)、自行 研究開發(fā)過程，目前已近初具規(guī)模，基本上能滿足中等水平流量儀表的需要。改革開 放以來又經(jīng)歷了技術(shù)引進(jìn)，與國際先進(jìn)技術(shù)企業(yè)合資、合作，儀表性能和水平有了很 大提高。近年國際主流企業(yè)紛紛在中國建立生產(chǎn)基地，既增強(qiáng)了研發(fā)能力也增添了競 爭因素，

25、現(xiàn)在我國流量計(jì)產(chǎn)品已很全面，基本覆蓋所有行業(yè)，滿足各行業(yè)產(chǎn)生需要， 技術(shù)革新較快，但在產(chǎn)品生產(chǎn)工藝上仍然有很大提高的空間。 流量顯示儀表的發(fā)展經(jīng)過了機(jī)械運(yùn)算記錄圖表式，模擬運(yùn)算機(jī)械計(jì)數(shù)式，簡單邏 輯運(yùn)算數(shù)顯示和微處理器運(yùn)算及多功能數(shù)字顯示四個(gè)過程。自從單片機(jī)出現(xiàn)后，各種 各樣的智能流量顯示儀不斷出現(xiàn)，取代了原有的傳統(tǒng)的機(jī)械式或者純模擬、數(shù)字電路 構(gòu)成的流量顯示儀。智能流里顯示儀以單片機(jī)為核心可以進(jìn)行各種流最計(jì)算、累加、 顯示等功能。流量顯示儀具有使用方便、工作可靠、可進(jìn)行補(bǔ)償計(jì)算等優(yōu)點(diǎn)。從上世 紀(jì)80年代以來，各種智能流量顯示儀就不斷出現(xiàn)，功能也不斷拓展、完善。智能流量 顯示儀正朝著低功耗、智

26、能化、網(wǎng)絡(luò)化、多功能方向發(fā)展。具體來說，智能流量顯示 儀可以實(shí)現(xiàn)流量及其它信號(hào)的采集、流量計(jì)算累加及補(bǔ)償計(jì)算、數(shù)據(jù)示、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳 愉及打印等功能。根據(jù)用戶的不同需要，開發(fā)人員可以設(shè)計(jì)出具有不同功能的智能流 量顯示儀，軟件編程非常靈活。 1.3 研究內(nèi)容及需解決的問題研究內(nèi)容及需解決的問題 本文主要研究的是基于單片機(jī)的流量檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)管道內(nèi)天然氣的流 量的檢測(cè)，并將流量值實(shí)時(shí)顯示在 led 數(shù)碼管上，且如果流量值超過上下限范圍，即 調(diào)用報(bào)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警。 本文詳細(xì)論述了該設(shè)計(jì)的具體方案，主要解決系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，硬件電路的設(shè)計(jì) 以及系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)。其中硬件電路設(shè)計(jì)包括單片機(jī)最小系統(tǒng)

27、、流量傳感器的設(shè)計(jì)、 放大器的設(shè)計(jì)、ad 轉(zhuǎn)換器接口設(shè)計(jì)、led 顯示接口設(shè)計(jì)、報(bào)警器設(shè)計(jì)等，軟件設(shè)計(jì) 包括主程序、信號(hào)采集與 ad 轉(zhuǎn)換程序、顯示程序及報(bào)警程序。由于實(shí)際應(yīng)用中傳感 器輸出的信號(hào)比較微弱，易受到內(nèi)部干擾及外部干擾的影響，所以在設(shè)計(jì)結(jié)尾描述了 一些抗干擾措施。 一個(gè)產(chǎn)品的具體設(shè)計(jì)是復(fù)雜與艱巨的，設(shè)計(jì)的好壞直接影響到工業(yè)生產(chǎn)的效率和 安全。在設(shè)計(jì)過程中的遇到的每個(gè)難點(diǎn)都得一一克服，而本設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于如何設(shè)計(jì) 簡單易行的流量傳感器，各芯片的如何應(yīng)用與合理搭接，而軟件的編寫如何簡潔無誤 也是一個(gè)難點(diǎn)，在實(shí)際設(shè)計(jì)中不斷克服改進(jìn)，力求方案的可行性。 第第 2 章章 流量傳感器流量傳感器

28、2.1 流量計(jì)分類流量計(jì)分類 流量測(cè)量方法和儀表的種類繁多,分類方法也很多。至今為止,可供工業(yè)用的流量儀 表種類達(dá) 60 種之多。品種如此之多的原因就在于至今還沒找到一種對(duì)任何流體、任何 量程、任何流動(dòng)狀態(tài)以及任何使用條件都適用的流量儀表。 這 60 多種流量儀表,每種產(chǎn)品都有它特定的適用性,也都有它的局限性。按測(cè)量對(duì) 象劃分就有封閉管道和明渠兩大類;按測(cè)量目的又可分為總量測(cè)量和流量測(cè)量,其儀表分 別稱作總量表和流量計(jì)。 總量表測(cè)量一段時(shí)間內(nèi)流過管道的流量,是以短暫時(shí)間內(nèi)流過的總量除以該時(shí)間的 商來表示,實(shí)際上流量計(jì)通常亦備有累積流量裝置,做總量表使用,而總量表亦備有流量發(fā) 訊裝置。因此,以嚴(yán)

29、格意義來分流量計(jì)和總量表已無實(shí)際意義。 按照目前最流行、最廣泛的分類法,即分為:容積式流量計(jì)、差壓式流量計(jì)、浮子流 量計(jì)、渦輪流量計(jì)、電磁流量計(jì)、流體振蕩流量計(jì)中的渦街流量計(jì)、質(zhì)量流量計(jì)和插 入式流量計(jì)、探針式流量計(jì)，以下分別闡述各種流量計(jì)的原理、特點(diǎn)、應(yīng)用概況及國 內(nèi)外的發(fā)展情況。 1.渦輪流量計(jì) 渦輪流量計(jì), 是速度式流量計(jì)中的主要種類, 它采用多葉片的轉(zhuǎn)子(渦輪) 感受流體 平均流速, 從而推導(dǎo)出流量或總量的儀表。一般它由傳感器和顯示儀兩部分組成, 也可 做成整體式。 渦輪流量計(jì)和容積式流量計(jì)、科里奧利質(zhì)量流量計(jì)稱為流量計(jì)中三類重復(fù)性、精 度最佳的產(chǎn)品, 作為十大類型流量計(jì)之一, 其產(chǎn)品

30、己發(fā)展為多品種、多系列批量生產(chǎn)的 規(guī)模。 2.渦街流量計(jì) 渦街流量計(jì)是在流體中安放一根非流線型游渦發(fā)生體, 流體在發(fā)生體兩側(cè)交替地分 離釋放出兩串規(guī)則地交錯(cuò)排列的游渦的儀表。渦街流量計(jì)按頻率檢出方式可分為: 應(yīng)力 式、應(yīng)變式、電容式、熱敏式、振動(dòng)體式、光電式及超聲式等。 渦街流量計(jì)是屬于最年輕的一類流量計(jì), 但其發(fā)展迅速, 目前成為通用的一類流量計(jì)。 3.電磁流量計(jì) 電磁流量計(jì)是根據(jù)法拉弟電磁感應(yīng)定律制成的一種測(cè)量導(dǎo)電性液體的儀表。電磁 流量計(jì)有一系列優(yōu)良特性, 可以解決其它流量計(jì)不易應(yīng)用的問題, 如臟污流、腐蝕流的 測(cè)量。70、80 年代電磁流量在技術(shù)上有重大突破, 使它成為應(yīng)用廣泛的一類流

31、量計(jì), 在流量儀表中其使用量百分?jǐn)?shù)不斷上升。 4.差壓式流量計(jì) 差壓式流量計(jì)是根據(jù)安裝于管道中流量檢測(cè)件產(chǎn)生的差壓, 已知的流體條件和檢測(cè) 件與管道的幾何尺寸來計(jì)算流量的儀表。 5.浮子流量計(jì) 浮予流量計(jì), 又稱轉(zhuǎn)予流量計(jì), 是變面積式流量計(jì)的一種, 在一根由下向上擴(kuò)大的 垂直錐管中, 圓形橫截面的浮子的重力是, 由液體動(dòng)力承受的, 從而使浮子可在錐管內(nèi) 自由地上升和下降。浮予流量計(jì)是僅次于差壓式流量計(jì)應(yīng)用范圍最寬廣的一類流量計(jì), 特別在小、微流量方面有舉足輕重的作用。 6.容積式流量計(jì) 容積式流量計(jì), 又稱定排量流量計(jì), 簡稱pd 流量計(jì), 在流量儀表中是精度最高的 一類。它利用機(jī)械測(cè)量元件

32、把流體連續(xù)不斷地分割成單個(gè)已知的體積部分, 根據(jù)測(cè)量室 逐次重復(fù)地充滿和排放該體積部分流體的次數(shù)來測(cè)量流體體積總量。容積式流量計(jì)按 其測(cè)量元件分類, 可分為橢圓齒輪流量計(jì)、刮板流量計(jì)、雙轉(zhuǎn)子流量計(jì)、旋轉(zhuǎn)活塞流量 計(jì)、往復(fù)活塞流量計(jì)、圓盤流量計(jì)、液封轉(zhuǎn)筒式流量計(jì)、濕式氣量計(jì)及膜式氣量計(jì)等。 7.超聲流量計(jì) 超聲流量計(jì)是通過檢測(cè)流體流動(dòng)對(duì)超聲束( 或超聲脈沖) 的作用以測(cè)量流量的儀表。 根據(jù)對(duì)信號(hào)檢測(cè)的原理超聲流量計(jì)可分為傳播速度差法( 直接時(shí)差法、時(shí)差法、相位 差法和頻差法) 、波束偏移法、多普勒法、互相關(guān)法、空間濾法及噪聲法等。超聲流 量計(jì)和電磁流量計(jì)一樣, 因儀表流通通道未設(shè)置任何阻礙件,

33、均屬無阻礙流量計(jì), 是適 于解決流量測(cè)量困難問題的一類流量計(jì), 特別在大口徑流量測(cè)量方面有較突出的優(yōu)點(diǎn), 近年來它是發(fā)展迅速的一類流量計(jì)之一。 2.2 渦輪流量計(jì)的結(jié)構(gòu)與原理渦輪流量計(jì)的結(jié)構(gòu)與原理 渦輪流量計(jì)：氣體渦輪流量計(jì)是一種速度式流量計(jì)，如圖2-1所示。它是由渦輪、 軸承、前置放大器、顯示儀表組成；被測(cè)流體沖擊渦輪葉片，使渦輪旋轉(zhuǎn)，渦輪的轉(zhuǎn) 速隨流量的變化而變化，即流量大，渦輪的轉(zhuǎn)速也大，再經(jīng)磁電轉(zhuǎn)換裝置把渦輪的轉(zhuǎn) 速轉(zhuǎn)換為相應(yīng)頻率的電脈沖，經(jīng)前置放大器放大后，送入顯示儀表進(jìn)行計(jì)數(shù)和顯示， 根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)和累計(jì)脈沖數(shù)即可求出瞬時(shí)流量和累積流量。渦輪變送器的 工作原理是當(dāng)流體沿著管

34、道的軸線方向流動(dòng)，并沖擊渦輪葉片時(shí)，便有kq = f ，其中： q 是流經(jīng)變送器的流量（l/s）；f 是電脈沖頻率（hz）；k 是儀表系數(shù)（次/升）。管 道內(nèi)流體的力作用在葉片上，推動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)。在渦輪旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，葉片周期性地切割 電磁鐵產(chǎn)生的磁力線，改變線圈的磁通量。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，在線圈內(nèi)將感應(yīng)出脈 動(dòng)的電勢(shì)信號(hào)，此脈動(dòng)信號(hào)的頻率與被測(cè)流體的流量成正比，k 是渦輪變送器的重要 特性參數(shù)，它是代表每立方米流量有幾個(gè)脈沖，或者每升流量有幾個(gè)脈沖，不同的儀 表有不同的k。渦輪變送器輸出的脈沖信號(hào)，經(jīng)前置放大器放大后，送入顯示儀表，就 可以實(shí)現(xiàn)流量的測(cè)量。根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)和累積脈沖數(shù)即可求出

35、瞬時(shí)流量和累 積流量。 圖2-1 渦輪流量傳感器結(jié)構(gòu)圖 2.3 渦輪流量計(jì)的特點(diǎn)渦輪流量計(jì)的特點(diǎn) 在各種流量計(jì)中渦輪流量計(jì)、容積式流量計(jì)是可以得到最佳重復(fù)性的少數(shù)儀表。 二者相比，渦輪流量計(jì)又具有自己的特點(diǎn)，如結(jié)構(gòu)簡單、加工零部件少、質(zhì)量輕、維 修方便、成本低的特點(diǎn)。渦輪流量計(jì)還具有測(cè)量準(zhǔn)確度高、測(cè)量范圍廣、壓力損失小、 惰性小、溫度范圍廣及數(shù)字信號(hào)輸出等優(yōu)點(diǎn)。像這樣的技術(shù)參數(shù)其他流量計(jì)則是難以 達(dá)到的。因此渦輪流量計(jì)在工業(yè)上應(yīng)用最廣泛，發(fā)展最迅速。除了在石油、化工、電 力工業(yè)中用來測(cè)量水、油品、燃?xì)獾裙芰髁髁考笆称饭I(yè)中測(cè)量牛奶、酒類等流量外， 由于其兼有測(cè)量準(zhǔn)確度高和重復(fù)性好的特點(diǎn)，故還可

36、以作為校驗(yàn)其它流量計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)表。 渦輪流量計(jì)雖有很多優(yōu)點(diǎn)，但由于渦輪必須與流體接觸并轉(zhuǎn)動(dòng)，因此對(duì)被測(cè)流體的潔 凈度要求高。流體的溫度、粘度、密度對(duì)儀表指示值也有較大影響。而且由于有轉(zhuǎn)動(dòng) 部件，會(huì)帶來軸承的磨損，使儀表的使用年限受到影響。因此，必須注意根據(jù)被測(cè)流 體的具體情況恰當(dāng)?shù)倪x擇變送器型式及其附屬設(shè)備，如附加適當(dāng)?shù)倪^濾器等保護(hù)設(shè)備。 應(yīng)該指出，隨著新材料、新工藝的發(fā)展，儀表轉(zhuǎn)動(dòng)部分的耐磨性、變送器的維修性能 和壽命正在不斷提高；隨著對(duì)渦輪流量計(jì)粘度修正問題研究的不斷深入以及測(cè)量線路 的完善和微的應(yīng)用，渦輪流量計(jì)可以方便和準(zhǔn)確得進(jìn)行各種參數(shù)的修正，顯示儀表的 性能也將更臻完善目前生產(chǎn)的雙渦輪流

37、量計(jì)，由于變送器內(nèi)串聯(lián)兩個(gè)渦輪，可以互相 校核，從而提高了儀表使用的可靠性，受到好評(píng)?？梢灶A(yù)言，隨著渦輪流量計(jì)結(jié)構(gòu)和 性能的不斷完善，以及高性價(jià)比，它將在各個(gè)領(lǐng)域中越來越廣泛的得到應(yīng)用，在流量 測(cè)量和標(biāo)準(zhǔn)傳遞中發(fā)揮更大作用。 第三章第三章 系統(tǒng)工作原理系統(tǒng)工作原理 3.1 總體設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì) 由流量傳感器采集流量信息，然后經(jīng)過 ad 轉(zhuǎn)換器將連續(xù)的模擬信號(hào)離散化后傳 給單片機(jī)。單片機(jī)在系統(tǒng)軟件的控制作用下，對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，向外部輸出控 制信號(hào)，實(shí)現(xiàn) led 顯示。led 數(shù)碼管顯示動(dòng)態(tài)的流量，同時(shí)，若流量超過上下限范圍， 報(bào)警電路產(chǎn)生聲光報(bào)警信號(hào)，提醒流量不在正常范圍內(nèi)，需采取相應(yīng)控制。系

38、統(tǒng)軟件 主要包括主程序，顯示程序等供主程序調(diào)用的子程序。主程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的總體功能， 子程序?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)的具體功能。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖 3-1 所示。 圖 3-1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖 3.2 工作原理工作原理 被測(cè)流體流經(jīng)渦輪流量傳感器時(shí)，傳感器內(nèi)的葉輪借助于流體的動(dòng)能而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)， 周期性的改變磁電感應(yīng)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中的磁阻值，使通過線圈的磁通量周期性的發(fā)生變化 而產(chǎn)生電脈沖信號(hào)。在一定的流量范圍下，葉輪轉(zhuǎn)速與流體流量成正比，即電脈沖數(shù) 量與流量成正比。該脈沖信號(hào)經(jīng)放大器放大后送至二次儀表進(jìn)行流量和總量的顯示或 積算。 在測(cè)量范圍內(nèi)，傳感器輸出的脈沖總數(shù)與流過傳感器的體積總量成正比，其比值 稱為儀表常數(shù)，以k

39、 (次/l)表示。每臺(tái)傳感器都經(jīng)過實(shí)際標(biāo)定測(cè)得儀表常數(shù)值。當(dāng)測(cè)出 脈沖信號(hào)的頻率f 除以儀表常數(shù)k便可求得瞬進(jìn)流量q(l/s)。即q=f/k。流量傳感器采集 到流量信息，通過變換器，轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，ad轉(zhuǎn)換器將模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)化為離散信號(hào)， 傳給單片機(jī)。單片機(jī)將信號(hào)以數(shù)字形式在led數(shù)碼管上顯示。 3.3 元器件的選擇元器件的選擇 3.3.1 單片機(jī)單片機(jī) 目前在市場常見的有philips、siemens、intel、atmel等公司生產(chǎn)的100多種 型號(hào)的80c51系列單片機(jī)。這類單片機(jī)具有集成度高，性能價(jià)格比優(yōu)越的特點(diǎn)，在上業(yè) 測(cè)量控制領(lǐng)域內(nèi)獲得極為廣泛的應(yīng)用。 at89c51屬于mcs-51系

40、列單片機(jī)，在mcs-51系列中，各類單片機(jī)是相互兼容的， 只是引腳功能略有差異。t89c51采用intel內(nèi)核技術(shù)，結(jié)合atmel公司閃存技術(shù)制造， 性能穩(wěn)定可靠，在程序不太復(fù)雜的情況下，無需擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器，因此，對(duì)于追求可 靠性，追求體積輕巧靈便的產(chǎn)品而言，則顯得尤為重要。這也是在課題中采用此產(chǎn)品， 而沒有采用16位或準(zhǔn)16位單片視的一個(gè)主要原因。 at89c51是一種帶4k宇節(jié)閃速可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器(perom)的低功耗、高性 能cmos8位微控制器。由于將多功能8位cpu和閃速存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，at她l 的 89c51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高而

41、價(jià)廉的方案。 at89c51有4個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出(i/o)端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口， 3個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，2個(gè)全雙工串行通信口，2個(gè)讀寫口線。其引腳排列圖如圖 3-2所示。at89c51可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理 器和flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的flash存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)成本。 圖 3- 2 at89c51 引腳圖 at89c51 的 40 個(gè)引腳共分為端口線、電源線和控制線三類。 1端口線（48=32 條） 8051 共有四個(gè)并行 i/o 端口，每個(gè)端口都有八條端口線，用于傳送數(shù)據(jù)/地址。由 于每個(gè)端口的結(jié)構(gòu)各

42、不相同，因此它們?cè)诠δ芎陀猛旧系牟顒e頗大?，F(xiàn)對(duì)它們綜述如 下： p0.7p0.0：這組引腳共有八條，為 p0口所專用，其中 p0.7為最高位，p0.0為最低 位。這八條引腳共有兩種不同的功能，分別使用于兩種不同的情況之下。第一種情況 是 at89c51 不帶片外存儲(chǔ)器，p0口可以作為通用 i/o 口使用，p0.7p0.0用于傳送 cpu 的輸入/輸出數(shù)據(jù)。這時(shí)，輸出數(shù)據(jù)可以得到鎖存，不需要外接專用鎖存器，輸入數(shù)據(jù) 可以得到緩沖，增加了數(shù)據(jù)輸入的可靠性。第二種情況是at89c51帶片外存儲(chǔ)器， p0.7p0.0在cpu訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)先是用于傳送片外存儲(chǔ)器的低8位地址，然后傳送 cpu 對(duì)片外存

43、儲(chǔ)器的讀寫數(shù)據(jù)。 p1.7p1.0：這八條引腳和 p0口的八條引腳類似，p1.7為最高位，p1.0為最低位。 當(dāng) p1口作為通用 i/o 使用時(shí)，p1.7p1.0 的功能和 p0 口的第一功能相同，也用于傳送 用戶的輸入輸出數(shù)據(jù)。 p2.7p2.0：這組引腳的第一功能和上述兩組引腳的第一功能相同，即它可以作 為通用 i/o 使用。它的第二功能和 p0口引腳的第二功能相配合，用于輸出片外存儲(chǔ)器 的高 8 位地址，共同選中片外存儲(chǔ)器單元，但并不能像 p0 口那樣還可以傳送存儲(chǔ)器的 讀寫數(shù)據(jù)。 p3.7p3.0：這組引腳的第一功能和其余三個(gè)端口的第一功能相同。第二功能作 控制用，每個(gè)引腳并不完全相同

44、，如表 3-1 所示。 表 3-1 p3 口各位的第二功能 p3 口的位第二功能 注釋 p3.0 p3.1 p3.2 p3.3 p3.4 p3.5 p3.6 p3.7 rxd txd t0 t1 串行數(shù)據(jù)接收口 串行數(shù)據(jù)發(fā)送口 外中斷 0 輸入 外中斷 1 輸入 計(jì)數(shù)器 0 計(jì)數(shù)輸入 計(jì)數(shù)器 1 計(jì)數(shù)輸入 外部 ram 寫選通信號(hào) 外部 ram 讀選通信號(hào) 2電源線（2 條） vcc 為+5v 電源線，vss 為接地線。 3控制線（6 條） ale/：地址鎖存允許/編程線，配合 p0 口引腳的第二功能使用。在訪問 片外存儲(chǔ)器時(shí)，8051cpu 在 p0.7p0.0引腳線上輸出片外存儲(chǔ)器低 8

45、位地址的同時(shí)還在 ale/線上輸出一個(gè)高電位脈沖，用于把這個(gè)片外存儲(chǔ)器低 8 位地址鎖存到外部 專用地址鎖存器。以便空出 p0.7p0.0引腳線去傳送隨后而來的片外存儲(chǔ)器讀寫數(shù)據(jù)。 在不訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)，8051 自動(dòng)在 ale/線上輸出頻率為 fosc/6 的脈沖序列。 該脈沖序列可用作外部時(shí)鐘電源或作為定時(shí)脈沖源使用。 對(duì)于 8751，ale/線還具有第二功能。它可以在對(duì) 8751 片內(nèi) eprom 編程/ 校驗(yàn)時(shí)傳送 52ms 寬的負(fù)脈沖。 /vpp：允許訪問片外存儲(chǔ)器/編程電源線，可以控制 8051 使用片內(nèi) rom 還 是使用片外 rom。若=1，則允許使用片內(nèi) rom；若=0，則允

46、許使用片外 rom。 對(duì) 8751，/vpp用于在片內(nèi) eprom 編程/校驗(yàn)時(shí)輸入 21v 編程電源。 ：片外 rom 選通線，在執(zhí)行訪問片外 rom 的指令 movc 時(shí)，8051 自 動(dòng)在線上產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖，用于為片外 rom 芯片的選通。其他情況下， 線均為高電平封鎖狀態(tài)。 rst/vpd：復(fù)位/備用電源線，可以時(shí) 8051 處于復(fù)位（即初始化）工作狀態(tài)。通 常，8051 的復(fù)位有自動(dòng)上電復(fù)位和人工按鈕復(fù)位兩種。 rst/vpd的第二功能是作為備用電源輸入端。當(dāng)主電源 vcc發(fā)生故障而降低到規(guī) 定低電平時(shí)，rst/vpd線上的備用電源自動(dòng)投入使用，以保證片內(nèi) ram 中信息不丟失。 在

47、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，除單片機(jī)本身需要復(fù)位以外，外部擴(kuò)展 i/o 接口電路等也 需要復(fù)位，因此需要一個(gè)包括上電和按鈕復(fù)位在內(nèi)的系統(tǒng)同步復(fù)位電路。 xtal1和 xtal2：片內(nèi)振蕩電路輸入線，這兩個(gè)端子用來外接石英晶體和微調(diào) 電容，即用來連接 8051 片內(nèi) osc 的定時(shí)反饋回路。 石英晶振起振后要能在 xtal2線上輸出一個(gè) 3v 左右的正弦波，以便使 mcs-51 片內(nèi)的 osc 電路按石英晶振相同頻率自激振蕩。通常，fosc的輸出時(shí)鐘頻率 fosc為 0.5mhz16mhz，典型值為 12mhz 或 11.059mhz。電容 c01和 c02可以幫助起振，典 型值為 30pf，調(diào)節(jié)它們可以

48、達(dá)到微調(diào) fosc的目的。 mcs-51 所需的時(shí)鐘也可以由外部振蕩器提供。外部時(shí)鐘源應(yīng)是方波發(fā)生器，頻率 應(yīng)根據(jù)所用 mcs-51 中的具體機(jī)型確定。 3.3.2 a/d轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件 adc 有兩大類：一類在電子線路中使用，不帶使能控制端；另一類帶有使能控制 端，可和微機(jī)直接接口。adc0809 是一種 8 位逐次逼近式 a/d 轉(zhuǎn)換器，可以和微機(jī)直 接接口。 1.主要技術(shù)指標(biāo)和特性 （1）分辨率： 8 位。 （2）總的不可調(diào)誤差： adc0808 為(1/2)lsb,adc 0809 為1lsb。 （3）轉(zhuǎn)換時(shí)間： 取決于芯片時(shí)鐘頻率，如 clk=500khz 時(shí)，tconv=128s

49、。 （4）單一電源： +5v。 （5）模擬輸入電壓范圍： 單極性 05v；雙極性5v,10v(需外加一定電路)。 （6）具有可控三態(tài)輸出緩存器。 （7）啟動(dòng)轉(zhuǎn)換控制為脈沖式(正脈沖)，上升沿使所有內(nèi)部寄存器清零，下降沿使 a/d 轉(zhuǎn)換開始。 （8）使用時(shí)不需進(jìn)行零點(diǎn)和滿刻度調(diào)節(jié)。 2內(nèi)部結(jié)構(gòu) adc0809 由八路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、256 電阻階梯、樹狀開 關(guān)、逐次逼近式寄存器 sar、控制電路和三態(tài)輸出鎖存器等組成。 圖 3-3 adc0809 內(nèi)部結(jié)構(gòu) （1）八路模擬開關(guān)及地址鎖存與譯碼器 八路模擬開關(guān)用于輸入 in0in7上八路模擬電壓。地址鎖存和譯碼器在 ale 信號(hào)

50、 控制下可以鎖存 adda、addb 和 addc 上地址信息，經(jīng)譯碼后控制 in0in7上哪一 路模擬電壓送入比較器。例如：當(dāng) adda、addb 和 addc 上均為低電平 0 以及 ale 為高電平時(shí)，地址鎖存和譯碼器輸出使 in0 上模擬電壓送到比較器輸入端 vin。 （2）256 電阻階梯和樹狀開關(guān) 為了簡化問題起見，現(xiàn)以二位電阻階梯和樹狀開關(guān)為例加以說明。其中，四個(gè)分 壓電阻使 a、b、c 和 d 四點(diǎn)分壓成 2.5v、1.5v、0.5v 和 0v。sar 中高位 d1控制左 邊兩只樹狀電子開關(guān)，低位 d0控制右邊四只樹狀開關(guān)。各開關(guān)旁的 0 和 1 表示樹狀開 關(guān)閉合條件，由 d

51、1d0狀態(tài)決定。例如：d1=1，則上面開關(guān)閉合而下面開關(guān)斷開，d1=0 時(shí)的情況正好與此相反。樹狀開關(guān)輸出電壓 vst和 d1d0關(guān)系列出于表 3-2。 表 3-2 vst和 d1d0的關(guān)系 d1 d0vst 0 00v 0 10.5v 1 01.5v 1 12.5v 對(duì)于 8 位 a/d 轉(zhuǎn)換器，sar 為八位，電阻階梯、樹狀開關(guān)和上述情況類似。只是 要有 28=256 個(gè)分壓電阻，形成 256 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電壓供給樹狀開關(guān)使用。vst送給比較器輸 入端。 （3）逐次逼近寄存器和比較器 逐次逼近寄存器(sar)在 a/d 轉(zhuǎn)換過程中存放暫態(tài)數(shù)字量，在 a/d 轉(zhuǎn)換完成后存 放數(shù)字量，并可送到“三態(tài)

52、輸出鎖存器”。 a/d 轉(zhuǎn)移前，sar 為全 0。a/d 轉(zhuǎn)換開始時(shí)，控制電路使 sar 最高位為 1，并控 制樹狀開關(guān)的閉合和斷開，由此產(chǎn)生 vst送給比較器。比較器對(duì)輸入模擬電壓 vin和 vst進(jìn)行比較。若 vinvst，則比較器輸出邏輯 0 而使 sar 最高位由 1 變?yōu)?0；若 vinvst，則比較器輸出使 sar 最高位保留 1。此后，控制電路在保持最高位不變下， 依次對(duì)次高位、次次高位最低位重復(fù)上述過程，就可在 sar 中得到 a/d 轉(zhuǎn)換完成 后的數(shù)字量。 （4）三態(tài)輸出鎖存器和控制電路 三態(tài)輸出鎖存器用于鎖存 a/d 轉(zhuǎn)換完成后的數(shù)字量。cpu 使 oe 引腳變?yōu)楦唠娖?就

53、可以從“三態(tài)輸出鎖存器”取走 a/d 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。 控制電路用于控制 adc0809 的操作過程。 3引腳功能 adc0809 采用雙列直插式封裝，共有 28 條引腳，如圖 3-4 所示，分為四組簡述如 下： 圖 3-4 adc0809 引腳圖 （1）in0in78 路模擬輸入，通過 3 根地址譯碼線 adda、addb、addc選 通一路。 （2）d7d0a/d 轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)輸出端，為三態(tài)可控輸出，故可直接和微處理 器數(shù)據(jù)線連接。8 位排列順序是 d7為最高位，d0為最低位。 （3）adda、addb、addc模擬通道選擇地址信號(hào)，adda為低位，addc 為高位。地址信號(hào)與選中通道對(duì)應(yīng)

54、關(guān)系如表 3-3 所示。 （4）vr(+)、vr(-)正、負(fù)參考電壓輸入端，用于提供片內(nèi) dac 電阻網(wǎng)絡(luò)的基 準(zhǔn)電壓。在單極性輸入時(shí)，vr(+)=5v，vr(-)=0v；雙極性輸入時(shí)，vr(+)、vr(-)分別接 正、負(fù)極性的參考電壓。 （5）ale地址鎖存允許信號(hào)，高電平有效。當(dāng)此信號(hào)有效時(shí)，a、b、c 三位 地址信號(hào)被鎖存，譯碼選通對(duì)應(yīng)模擬通道。在使用時(shí)，該信號(hào)常和 start 信號(hào)連在一 起，以便同時(shí)鎖存通道地址和啟動(dòng) a/d 轉(zhuǎn)換。 表 3-3 地址信號(hào)與選中通道的關(guān)系 地 址 addcaddbadda 選中通道 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1

55、 0 1 0 1 0 1 in0 in1 in2 in3 in4 in5 in6 in7 （6）starta/d 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，正脈沖有效。加于該端的脈沖的上升沿使逐 次逼近寄存器清零，下降沿開始 a/d 轉(zhuǎn)換。如正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)又接到新的啟動(dòng)脈沖， 則原來的轉(zhuǎn)換進(jìn)程被中止，重新從頭開始轉(zhuǎn)換。 （7）eoc轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，高電平有效。該信號(hào)在 a/d 轉(zhuǎn)換過程中為低電平， 其余時(shí)間為高電平。該信號(hào)可作為被 cpu 查詢的狀態(tài)信號(hào)，也可作為對(duì) cpu 的中斷 請(qǐng)求信號(hào)。在需要對(duì)某個(gè)模擬量不斷采樣、轉(zhuǎn)換的情況下，eoc 也可作為啟動(dòng)信號(hào)反 饋接到 start 端，但在剛加電時(shí)需由外電路第一次啟動(dòng)。 （

56、8）oe輸出允許信號(hào)，高電平有效。當(dāng)微處理器送出該信號(hào)時(shí)， adc0808/0809 的輸出三態(tài)門被打開，使轉(zhuǎn)換結(jié)果通過數(shù)據(jù)總線被讀走。在中斷工作方 式下，該信號(hào)往往是 cpu 發(fā)出的中斷請(qǐng)求響應(yīng)信號(hào)。 4工作時(shí)序與使用說明 adc 0808/0809 的工作時(shí)序如圖 3-5 所示。當(dāng)通道選擇地址有效時(shí)，ale 信號(hào)一 出現(xiàn)，地址便馬上被鎖存，這時(shí)轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)緊隨 ale 之后(或與 ale 同時(shí))出現(xiàn)。 start 的上升沿將逐次逼近寄存器 sar 復(fù)位，在該上升沿之后的 2s 加 8 個(gè)時(shí)鐘周期 內(nèi)(不定)，eoc 信號(hào)將變低電平，以指示轉(zhuǎn)換操作正在進(jìn)行中，直到轉(zhuǎn)換完成后 eoc 再變高電

57、平。微處理器收到變?yōu)楦唠娖降?eoc 信號(hào)后，便立即送出 oe 信號(hào)，打開三 態(tài)門，讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。 模擬輸入通道的選擇可以相對(duì)于轉(zhuǎn)換開始操作獨(dú)立地進(jìn)行(當(dāng)然，不能在轉(zhuǎn)換過程 中進(jìn)行)，然而通常是把通道選擇和啟動(dòng)轉(zhuǎn)換結(jié)合起來完成(因?yàn)?adc0808/0809 的時(shí)間 特性允許這樣做)。這樣可以用一條寫指令既選擇模擬通道又啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。在與微機(jī)接口 時(shí)，輸入通道的選擇可有兩種方法，一種是通過地址總線選擇，一種是通過數(shù)據(jù)總線 選擇。如用 eoc 信號(hào)去產(chǎn)生中斷請(qǐng)求，要特別注意 eoc 的變低相對(duì)于啟動(dòng)信號(hào)有 2s+8 個(gè)時(shí)鐘周期的延遲，要設(shè)法使它不致產(chǎn)生虛假的中斷請(qǐng)求。為此，最好利用 eoc 上升沿產(chǎn)

58、生中斷請(qǐng)求，而不是靠高電平產(chǎn)生中斷請(qǐng)求。 圖 3-5 adc0808/0809 工作時(shí)序 3.3.3 led數(shù)碼管數(shù)碼管 led是發(fā)光二極管的簡稱，led有七段和八段之分，也有共陰和共陽兩種。 1led 數(shù)碼顯示管原理 led 數(shù)碼管結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜。八段 led 顯示管有八只發(fā)光二極管組成，編號(hào) 是 a、b、c、d、e、f、g 和 sp，分別和同名管腳相連。七段 led 顯示管比八段 led 少一只發(fā)光二極管 sp，其他的和八段 led 相同。 八段 led 數(shù)碼顯示管原理很簡單，是通過同名管腳是所加電平高低來控制發(fā)光二 極管是否點(diǎn)亮而顯示不同字形的。例如：若在共陰 led 管的 sp、g

59、、f、e、d、c、b、a 管腳上分別加上 7fh 控制電平（即：sp 上為 0 伏，不亮； 其余為 ttl 高電平，全亮） ，則 led 顯示管顯示字形為“8”。7fh 是按 sp、g、f、e、d、c、b、a 順序排列后的十六進(jìn)制編碼（0 為 ttl 低電平，1 為 ttl 高 電平） ，常稱為字形碼。因此，led 上所顯示字形不同，相應(yīng)字形碼也不一樣。八段共 陰能顯示的字形及相應(yīng)字形碼如表 4 所列。該表常放在內(nèi)存，sgtb 為表的起始地址， 各地址騙移量為相應(yīng)字形碼對(duì)表始址的項(xiàng)數(shù)。由于“b”和“8”、 “d”和“0”字形相同，故 “b”和“d”均以小寫字母“b”和“d”顯示。 led 數(shù)碼

60、顯示管分為共陰和共陽兩種。為共陰八段 led 管時(shí)，所有發(fā)光二極管陰 極共連后接到引腳 g，g 腳為控制端，用于控制 led 是否點(diǎn)亮。若 g 腳接地，則 led 被點(diǎn)亮；若 g 腳 ttl 高電平，則它被熄滅。 為共陽八段 led 數(shù)碼顯示管時(shí)，所有發(fā)光二極管陽極共連后接到 g 腳。正常顯示 時(shí) g 腳接+5v，各發(fā)光二極管是否點(diǎn)亮取決于 asp 各引腳上是否是低電平 0 伏。因 此，共陰和共陽所需字形碼正好相反，如表 3-4 所列。 2mcs-51 對(duì) led 的顯示接口電路 mcs-51 對(duì) led 管的顯示可以分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種。靜態(tài)顯示的特點(diǎn)是各 led 管 能穩(wěn)定地同時(shí)顯示各自字形