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電磁流量計單片機的電路
關鍵字：電磁流量計 日期：2013-1-22 17:21:57
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電磁流量計單片機的電路
自20世紀80年代以來，隨著大規(guī)模集成電路制造技術和計算機技術的迅速發(fā)展，單片機引入到電磁流量轉(zhuǎn)換器，智能化轉(zhuǎn)換器得到迅猛地發(fā)展。智能化帶來電磁流量計測量技術的巨大進步，實現(xiàn)了高測量精度、高穩(wěn)定性、高可靠性的性能。目前，應用單片機技術的智能化轉(zhuǎn)換器已成為電磁流量計的主流。我國智能化電磁流量計近兒年的發(fā)展也很快，有些已經(jīng)接近或達到世界先進水平。
單片機作為一個計算機系統(tǒng)的技術和知識，有大量的專門書籍和資料可供參考。這里所要介紹的是單片機在電磁流量轉(zhuǎn)換器應用中一些值得注意的問題對CPU及其系統(tǒng)構(gòu)成的要求
CPU是單片機系統(tǒng)的核心，它決定著單片機的數(shù)據(jù)運算與事件處理能力的大小、運算速度的快慢等重要技術性能指標。電磁流量計的測量精度高，要求信號采樣的位數(shù)和運算精度高。因此，通常使用單片機為8位以上的CPU．如美國WIEL公司的MCS - 51系列和ATMEL公司的89C51系列8位機產(chǎn)品。隨著對測量精度要求的提高和功能的加強，越來越多的轉(zhuǎn)換器使用16位機的CPU，如INTEL公司的MCS96系列和MOTORIA公司的MC6800系列16位機產(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，制造廠設計了專用的微處理器芯片。
轉(zhuǎn)換器的工作過程不僅要求CPU對來自傳感器的流量信號進行采集、處理、運算、顯示，完成流量、流速的檢測，同時還要控制產(chǎn)生低頻矩形波勵磁電流、輸出流量的積算總量值和輸出模擬電流、頻率、數(shù)字通訊信號以及分時檢測傳感器的空管信號等等。也就是說，在智能轉(zhuǎn)換器中，同一時刻發(fā)生著許許多多復雜的事件，需要由CPU來處理。為了儀表能夠準確無誤的可靠上作，要求CPU應很好地處理這些復雜事件的時序分配。盡管CPU有多個中斷源可供CPU安排事件的工作時序，但是對于8位機，往往一個CPL仍不能可靠地處理好時序的分配問題。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解決時序問題。當然，由于采用16位機運算速度快，有更多的中斷源，解決時序分配相對容易。不管怎樣，認真分析轉(zhuǎn)換器的工作內(nèi)容和要求，合理地、準確地分配工作時序，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，給單片機帶來了一定的程序工作量和容量。轉(zhuǎn)換器的單片機系統(tǒng)需要使用外部E—PROM來擴展程序存儲器。經(jīng)驗表明，用高級語言，如P/LM語言、C51、C196語言編寫轉(zhuǎn)換器程序，大約在20—60kB的范圍，用匯編語言可能低一些。但為了留有擴展的余地，外部的E-PROM程至少應選用64kB的容量。
除了非滿管電磁流量計的測量原理要求解多元高次方程外，電磁流量計的測量原理是線性方程，其測量與計算不需要復雜的數(shù)學模型，也不需要復雜的誤差修正。但是，測量的穩(wěn)定則需要對采集信號進行一階積分數(shù)字濾波、粗大誤差干擾信號處理等數(shù)學運算。儀表的阻尼運算和數(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CPU芯片內(nèi)含有數(shù)個定時計數(shù)器。它們可用作事件計數(shù)器和CPU的運算處理定時計數(shù)器。由于上述電磁流量轉(zhuǎn)換器的T作特點，勵磁脈沖的產(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，需要更多的定時計數(shù)器。因此，一般需要外加型號為8253(或8254)的16位定時H數(shù)器。
因為轉(zhuǎn)換器的應用比較廣泛，它與傳感器配套的口徑、流量測量范圍、流量標定系數(shù)、輸出電流、輸出頻率等參數(shù)，在測量前需要用鍵盤設置長期保存到程序中去：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期保存。所以，參數(shù)設置和流量總量的掉電保護是智能轉(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是非易失電可擦寫的存儲器，常用的EEROM有93C46. 93C66，A'17,4C04、AT24C08等。這些芯片可以擦寫100萬次，數(shù)據(jù)保存達IO年以上。
智能轉(zhuǎn)換器的硬件中，還有用于于參數(shù)設置的鍵盤和測最顯示的顯示器。鍵盤只是在參數(shù)設置時短期使用，為節(jié)約口線和減少鍵的故障，通常只用三、pq只鍵，一些菜單的置定義為復合鍵。顯示器以帶背光LCD顯示為主，這樣功耗低。國產(chǎn)的中文菜單顯示已經(jīng)問世，這給國內(nèi)用戶使用帶來丫極大方便。
我們知道，單片機系統(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計的可靠性對儀表的正常、穩(wěn)定地工作至關重要。優(yōu)秀的程序應是結(jié)構(gòu)化設計，各功能程序?qū)嵭心K化，子程序化：根據(jù)它們之間的聯(lián)系和時間上的關系，如圖4 - 19，設汁出軟件的總體結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)應清晰、簡捷、流程合理 使用P/LM5l、C51、C96等高級語言與匯編語言相比，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，是當前單片機語言的主流。
軟件的可靠性直接影響著儀表的可靠性。加強軟件抗干擾設計、數(shù)字濾波、粗大誤差判斷處理程序是消除信號中的干擾成分的有效措施。電磁流量計設置參數(shù)與中間數(shù)據(jù)的備份能夠防止測量數(shù)據(jù)丟失。軟件中應有自檢程序井配合硬件的“看門狗”電路檢測程序運行狀態(tài)，當程序受到干擾出現(xiàn)“死機”或“亂飛”運行時．CPU自動復位，重新運行。操作菜單中設有初始化設置，對嚴重“死機”現(xiàn)象的CPU能恢復到初始狀態(tài)等，采用這些軟件設計措施是有效的和必要的。 |
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