渦街流量計畢業(yè)論文

1、<p>　　畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）中文摘要</p><p>　采用單片機(jī)開發(fā)的流量計，具有計量精度高，功耗低、穩(wěn)定可靠、成本低等特點(diǎn)。文中介紹了一個折線流量計的設(shè)計思路。簡單介紹了其流量計量的原理、特點(diǎn)和發(fā)展現(xiàn)狀。并結(jié)合當(dāng)前研究和應(yīng)用中的問題指出了流量計的發(fā)展趨勢。主要介紹了流量計的原理組成和其軟件編程方法。該流量計的硬件主要由流量傳感器、8031單片機(jī)及其接口電路等部件組成。用8031單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處

2、理和檢測，并討論在以8031單片機(jī)為微處理器的智能化儀表中采用一片8155實現(xiàn)智能儀表鍵盤/顯示器。該流量計可以對工業(yè)自動化生產(chǎn)中的各種液體進(jìn)行動態(tài)測量與計數(shù)。同時它還具有硬件結(jié)構(gòu)簡單、讀數(shù)直觀、功能齊全、可靠性高等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞 傳感器 渦街流量計 單片機(jī)</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）外文摘要</p><p><b>　　目錄</b></p>

3、<p><b>　　前 言1</b></p><p>　　第一章緒 論2</p><p>　　1.1 設(shè)計背景2</p><p>　　1.1.1流量計的發(fā)展現(xiàn)狀及分類4</p><p>　　1.1.2渦輪流量計的發(fā)展與分類5</p><p>　　1.1.3單片機(jī)的

4、概述6</p><p>　　1.1.4單片機(jī)的發(fā)展7</p><p>　　1.1.5單片機(jī)的特點(diǎn)8</p><p>　　1.1.6單片機(jī)的應(yīng)用9</p><p>　　第二章 控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)及其系統(tǒng)原理11</p><p>　　2.1 總體方案設(shè)計11</p><p>　　

5、2.2 渦輪流量計系統(tǒng)的原理12</p><p>　　2.2.1 渦輪流量計傳感器的原理12</p><p>　　2.2.2 渦輪流量計傳感器的結(jié)構(gòu)12</p><p>　　第三章 數(shù)據(jù)處理15</p><p>　　3.1 測量數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)15</p><p>　　3.2 線性插值算法15<

6、/p><p>　　3.2.1 分段插值算法程序的設(shè)計方法17</p><p>　　3.2.2插值法在流量測量中的應(yīng)用18</p><p>　　第四章 單片機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計20</p><p>　　4.1 單片機(jī)硬件設(shè)計20</p><p>　　4.1.1 803120</p><p&

7、gt;　　4.1.2 815522</p><p>　　4.2渦輪流量計傳感器的設(shè)計22</p><p>　　4.3 矩陣式鍵盤接口技術(shù)23</p><p>　　4.4 8位LED顯示器的結(jié)構(gòu)及接口技術(shù)25</p><p>　　4.4.1 LED顯示器的結(jié)構(gòu)25</p><p>　　4.4.2 LED顯

8、示接口技術(shù)26</p><p>　　4.5 控制系統(tǒng)中其它硬件27</p><p>　　第五章 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計29</p><p>　　5.1 LED顯示器程序設(shè)計29</p><p>　　5.2 矩陣式鍵盤接口程序32</p><p>　　5.3 插值法在流量計中的程序設(shè)計37</p&

9、gt;<p>　　5.4 系統(tǒng)主程序44</p><p>　　5.5 系統(tǒng)程序總體方案47</p><p><b>　　第六章結(jié)論48</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)49</b></p><p><b>　　致謝50</b>&

10、lt;/p><p>　　附錄A 程序清單51</p><p>　　附錄B 元器件清單61</p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　現(xiàn)在流量測量技術(shù)和儀表類型繁多，測量對象復(fù)雜多樣，決定了流量測量儀表在應(yīng)用技術(shù)上的復(fù)雜性。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

11、還沒找到一種對任何流體、任何量程、任何流動狀態(tài)以及任何使用條件都適用的流量儀表.</p><p>　　在工業(yè)自動化生產(chǎn)過程中，需要進(jìn)行物質(zhì)流量和數(shù)量測量的場合隨處可見。流量是經(jīng)常測量和控制的參數(shù)，流體流量的測量對于節(jié)約能源，防止大氣污染集實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化的是必不可少的。</p><p>　　隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，對流體流量和總量的測量和測試提出了越來越多，越來越高的要求，需要檢測的液體的介

12、質(zhì)也越來越多，為此人們根據(jù)不同測量</p><p>　　對象的物理性能，運(yùn)用不同的物理原理和規(guī)律，設(shè)計制造了各種類型的流量儀表，并將其應(yīng)用于工藝流程中配比參數(shù)、調(diào)節(jié)控制、實現(xiàn)工業(yè)能源計量。</p><p>　　流量測量是研究物質(zhì)量變的科學(xué)，質(zhì)和量的互變規(guī)律是事物聯(lián)系與發(fā)展的基本規(guī)律，因此，其測量對象已不限于傳統(tǒng)意義上的管道流體，凡是需要掌握流體流動的地方都有流量測量的問題。</p&g

13、t;<p>　　我所做的渦輪流量計單片機(jī)控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計，課題的重點(diǎn)在于將流量傳感器、測量電路和單片機(jī)有機(jī)的結(jié)合起來，然后才能發(fā)揮作用。需要我熟悉這些方面的相關(guān)知識。在此期間的工作，如調(diào)查研究、查閱文獻(xiàn)、收集材料、繪圖、技術(shù)分析、程序設(shè)計、組織工作和總結(jié)撰寫論文和設(shè)計說明書，在不同程度上提高了自身的各種能力。</p><p>　　雖然在這次畢業(yè)設(shè)計過程中我認(rèn)真對待每個環(huán)節(jié)，盡自己努力完善各個環(huán)節(jié)

14、，但由于自己初次設(shè)計以及自己水平有限，設(shè)計中存在諸多不足之處，敬請各位老師給與批評指正。</p><p><b>　　緒 論</b></p><p>　　1.1 設(shè)計背景</p><p>　　人們對自然界的認(rèn)識在很大程度上取決于檢測和儀表。無論是在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究、國防建設(shè)領(lǐng)域中，還是在日常生活中都與檢測有著密切的關(guān)系。具體地說，為了

15、及時了解一個生產(chǎn)過程或?qū)嶒炦M(jìn)展，就必須經(jīng)常測試能夠表征它們特性、狀態(tài)的各物理參數(shù)量，如電壓、電流、溫度、壓力、流量、液位、成分等。對這些參數(shù)的大小、變化方向等進(jìn)行監(jiān)督和控制，就能使生產(chǎn)過程或?qū)嶒灥墓r處于最佳狀態(tài)，做到安全、經(jīng)濟(jì)，最終達(dá)到預(yù)期的結(jié)果。檢測技術(shù)則是指人們?yōu)榱硕ㄐ粤私饣蚨空莆兆匀滑F(xiàn)象或狀態(tài)所從事的一系列技術(shù)措施。</p><p>　　儀器儀表是研究實現(xiàn)信息的獲取、轉(zhuǎn)換、傳輸、處理以及根據(jù)處理結(jié)果對生

16、產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行控制的重要工具．過程變量的自動化檢測儀表是工業(yè)自動化實現(xiàn)的關(guān)鍵．任何控制系統(tǒng)都是從生產(chǎn)過程運(yùn)行的信息測量開始，因為只有在知道生產(chǎn)過程的狀態(tài)和工藝參數(shù)的條件下才能進(jìn)行自動控制。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是在新材料、新結(jié)構(gòu)的傳感器結(jié)合高性能微型計算機(jī)之后，檢測技術(shù)有了變革性的進(jìn)步。這些新技術(shù)在檢測系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、快速性、可靠性和抗干擾等方面發(fā)揮了明顯的作用，大大豐富了檢測技術(shù)所包含的內(nèi)容，擴(kuò)大了檢測技術(shù)的應(yīng)用范圍，使檢測技術(shù)發(fā)展成為一

17、門內(nèi)容廣泛，并建立在多種學(xué)科發(fā)展基礎(chǔ)上的自動化技術(shù)先行學(xué)科。</p><p>　　流量是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程控制中的重要的測量參數(shù)之一，與溫度、壓力、物位同為熱工量。流量測量的意義在于既可以指導(dǎo)生產(chǎn)，同時又是規(guī)范工藝操作的需要和進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算的依據(jù)。由于流量這個參數(shù)受流體的工作條件影響，對其檢測有相當(dāng)?shù)碾y度。為了滿足現(xiàn)代工業(yè)中各種不同的場合和各種不同的測量目的，各種流量計量儀表就應(yīng)運(yùn)而生。</p><

18、p>　　流量計量是計量科學(xué)的重要組成部分之一，它與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防建設(shè)、科學(xué)研究以及人民生活有密切關(guān)系。做好流量計的研究和開發(fā)工作，對于保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、促進(jìn)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展都具有重要的意義。特別是在能源危機(jī)、工業(yè)生產(chǎn)自動化程度越來越高的當(dāng)今時代，流量計在國民經(jīng)濟(jì)中的地位與作用更加明顯。</p><p>　　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。按測量對象劃分就有封閉管道和明渠兩大類

19、;按測量目的又可分為總量測量和流量測量,其儀表分別稱作總量表和流量計。</p><p>　　流量測量技術(shù)與儀表的應(yīng)用大致有以下幾個領(lǐng)域。</p><p><b>　　(1)工業(yè)生產(chǎn)過程</b></p><p>　　流量儀表是過程自動化儀表與裝置中的大類儀表之一，它被廣泛誚用于冶金、電力、煤炭、化工、石油、交通、建筑、輕紡、食品、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、環(huán)境

20、保護(hù)及人民日常生活等國民經(jīng)濟(jì)各個領(lǐng)域，是發(fā)展工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，節(jié)約能源，改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量，提高經(jīng)濟(jì)效益和管理水平的重要工具在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位。在過程自動化儀表與裝置中，流量儀表有兩大功用：作為過程自動化控制系統(tǒng)的檢測儀表和測量物料數(shù)量的總量表。</p><p><b>　　(2)能源計量</b></p><p>　　能源分為一次能源（煤炭、原油、煤層氣、石油氣和天然氣）

21、、二次能源（電力、焦炭、人工燃?xì)?、成品油、液化石油氣、蒸汽）及載能工質(zhì)（壓縮空氣、氧、氮、氫、水）等。能源計量是科學(xué)管理能源，實現(xiàn)節(jié)能降耗，提高經(jīng)濟(jì)效益的重要手段。流量儀表是能源計量儀表的重要組成部分，水、人工燃?xì)?、天然氣、蒸汽和油品這些常用的能源都使用著數(shù)量極其龐大的流量計，它們是能源管理和經(jīng)濟(jì)核算不可缺少的工具。</p><p><b>　　(3)環(huán)境保護(hù)工程</b></p>

22、<p>　　煙氣，廢液、污水等的排放嚴(yán)重污染大氣和水資源，嚴(yán)重威脅人類生存環(huán)境。國家把可持續(xù)發(fā)展列為國策，環(huán)境保護(hù)將是21世紀(jì)的最大課題?？諝夂退奈廴疽玫娇刂?，必須加強(qiáng)管理，而管理的基礎(chǔ)是污染量的定量控制。</p><p>　　我國是以煤為主要能源的國家，全國有上百萬個煙囪不停地向大氣排放煙氣。煙氣排放控制是根治污染的重要項目，每個煙囪必須是安裝煙氣分析儀表和流量計，組成連櫝排放監(jiān)視系統(tǒng)。煙氣的

23、流量沆量有很大因難，它的難度為煙囪尺寸大且形狀不規(guī)則，氣體組分變化不定，流速范圍大，臟污，灰塵，腐蝕，高溫，無直管段等。</p><p>　　(4)交通運(yùn)輸　　有五種方式：鐵路公路、航空、水運(yùn)、和管道運(yùn)輸。其中管道運(yùn)輸雖早已有之，但應(yīng)用并不普遍。隨著環(huán)保問題的突出，管道運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)引起人們的重視。管道貌岸然運(yùn)輸必須裝備流量計，它是控制、分配和調(diào)度的眼睛，亦是安全監(jiān)沒和經(jīng)濟(jì)核算的必備工具。</p>&

24、lt;p><b>　　(5)生物技術(shù)</b></p><p>　　21世紀(jì)將迎來生命科學(xué)的世紀(jì)，以生物技術(shù)為特征的產(chǎn)業(yè)將獲得迅速發(fā)展。生物技術(shù)中需監(jiān)測計量的物質(zhì)很多，如血液，尿液等。儀表開發(fā)的難度極大，品種繁多。</p><p><b>　　(6)科學(xué)實驗</b></p><p>　　科學(xué)實驗需要的流量計不但數(shù)量多，

25、且品種極其繁雜。據(jù)統(tǒng)計流量計100多種中很大一部分是應(yīng)科研之需用的，它們并不批量生產(chǎn)，在市面出售，許多科研機(jī)構(gòu)和大企業(yè)皆設(shè)專門小組研制專用的流量計。</p><p>　　(7)海洋氣象，江河湖泊</p><p>　　這些領(lǐng)域為敞開流道，一般需檢測流速，然后推算流量。流速計和流量計所依據(jù)的物理原理及流體力學(xué)基礎(chǔ)是共通的但是儀表原理及結(jié)構(gòu)以及使用條件有很大差別。</p><

26、p>　　1.1.1流量計的發(fā)展現(xiàn)狀及分類</p><p>　　流量測量的發(fā)展可追溯到古代的水利工程和城市供水系統(tǒng)。古羅馬凱撒時代已采用孔板測量居民的飲用水水量。公元前1000年左右古埃及用堰法測量尼羅河的流量。我國著名的都江堰水利工程應(yīng)用寶瓶口的水位觀測水量的大小等等。17世紀(jì)托里拆利奠定差壓式流量計的理論基礎(chǔ)，這是流量測量的里程碑。自那以后，18、19世紀(jì)流量測量的許多類型儀表的雛形開始形成，如堰、示蹤法

27、、皮托管、文丘里管，容積、渦輪及靶式流量計等。20世紀(jì)由于過程工業(yè)、能量計量、城市公用事業(yè)對流量測量的需求急劇增長，才促使儀表迅速發(fā)展，微電子技術(shù)和計算機(jī)動手術(shù)的飛躍發(fā)展極大地推動儀表更新?lián)Q代，新型流量計如雨后春筍般涌現(xiàn)出來。至今，據(jù)稱已有上百種流量計投向市場，現(xiàn)場使用中許多棘手的難題可望獲得解決。</p><p>　　我國開展近代流量測量技術(shù)的工作比較晚，早期所需的流量儀表均從國外進(jìn)口，直到20世紀(jì)30年代中期

28、才出現(xiàn)光華精密機(jī)械廠所制造的家用水表，50年代有了新成儀表廠所開發(fā)的文丘里管流量計，60年代開始渦輪、電磁流量計的生產(chǎn)。至今我國已形成一個相當(dāng)規(guī)模從事流量測量技術(shù)與儀表研究開發(fā)和生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)，從事流量儀表研究和生產(chǎn)的單位超過230家。我國90年代初流量儀表產(chǎn)量估計超過250萬臺。</p><p>　　流量測量的手段是用流量計，流量計是現(xiàn)代工業(yè)測量中重要的儀表之一，為了適應(yīng)各種用途，各種類型的流量計相繼問世，投入使用

29、的類型有上百種。根據(jù)其測量方法和結(jié)構(gòu)原理大致分為差壓式流量計、浮子流量計、容積式流量計、電磁流量計、渦街流量計、科里奧利質(zhì)量流量計、超聲流量計、插入式流量計和渦輪流量計等等。</p><p>　　1.1.2渦輪流量計的發(fā)展與分類</p><p>　　1938年，第一只渦輪流量計在美國問世，發(fā)展到今天，已經(jīng)成為流量測量儀表門類中的一個重要產(chǎn)品系列。渦輪流量計由渦輪流量傳感器及與之配套的顯示流

30、量的顯示儀表兩部分構(gòu)成。它具有測量精度高、重復(fù)性好、體積小、重量輕、維修方便、加工零部件少及數(shù)字脈沖輸出等優(yōu)點(diǎn)，由它組成的流量測量系統(tǒng)可達(dá)國際商業(yè)貿(mào)易允許的計量誤差要求。這種系統(tǒng)的成功應(yīng)用在國際上已有幾十年以上的歷史了，在國外液化石油氣、成品油和輕質(zhì)原油等的轉(zhuǎn)運(yùn)及集輸站，大型原油輸管線首末站都大量采用渦輪流量計進(jìn)行貿(mào)易結(jié)算。美國石油學(xué)會(API)早己制訂了“API2534：用渦輪流量計計量液態(tài)烴”的標(biāo)準(zhǔn)，并在世界得到公認(rèn)。作為貿(mào)易結(jié)算的

31、計量儀表，主要的國際標(biāo)準(zhǔn)及法制計量組織ISO和OIML以及工業(yè)先進(jìn)國家皆已頒布各種渦輪流量計標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，如ISO 9951、ISO2715、OIML R6、R32、AGAN07、API 2534、JISB 8765、JISB 7501和CEN(歐共體)標(biāo)準(zhǔn)等。我國從60年代開始生產(chǎn)渦輪流量計的產(chǎn)品，現(xiàn)在已成全系列化儀表，亦頒布了有關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、檢定規(guī)程。</p><p>　　渦輪流量計經(jīng)過多年的發(fā)展，已形成了眾多的

32、產(chǎn)品系列，分類方法也很多。按傳感器結(jié)構(gòu)分類有：</p><p>　　(1)軸向型(普通型)葉輪軸中心與管道軸線重合，是渦輪流量計的主導(dǎo)產(chǎn)品，有全系列產(chǎn)品(DNlO—DN600)。</p><p>　　(2)切向型葉輪軸與管道軸線垂直，流體流向葉片平面的沖角約90度，適用于小口徑微流量測量。</p><p>　　(3)機(jī)械型葉輪的轉(zhuǎn)動直接或經(jīng)磁耦合帶動機(jī)械計數(shù)機(jī)構(gòu)，指

33、示計算總量，測量精度比電信號檢測的傳感器稍低，其傳感器與顯示裝置組成一體，方便使用。</p><p>　　(4)井下專用型適用于石油開采井下作業(yè)，測量介質(zhì)有泥漿及油氣流等，傳感器體積受限制，耐高壓、高溫及流體沖擊等。</p><p>　　(5)自校正雙渦輪型可用于天然氣等氣體流量測量，傳感器由主、輔雙渦輪組成，可由二渦輪的轉(zhuǎn)速差自動校正流量特性的變化。</p><p&g

34、t;　　(6)廣粘度型在波特型浮動轉(zhuǎn)子壓力平衡結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上擴(kuò)大上錐體與下錐體的直徑，增加粘度補(bǔ)償翼及承壓葉片等結(jié)構(gòu)措施，使傳感器適用于高粘度液體，如重油，粘度可達(dá)30mm2／s。</p><p>　　此外，按測量介質(zhì)分類可以分為液體用渦輪流量計和氣體用渦輪流量計；按信號檢測方式分類可分為感應(yīng)式、變磁阻式、笛簧管(干簧管)式、光電式渦輪流量計；按傳感器與管道連接方式可分為法蘭連接型、螺紋連接型、夾裝型渦輪流量計；按流

35、動方向分類可分為單向型和雙向型渦輪流量計．</p><p>　　1.1.3單片機(jī)的概述</p><p>　　單片機(jī)控制是大規(guī)模集成電路發(fā)展的產(chǎn)物。單片機(jī)是把中央處理器CPU、隨機(jī)存取存儲器RAM、只讀存儲器ROM、定時器/計數(shù)器以及I/O接口電路等主要計算機(jī)部件集成在一塊集成電路芯片上的微型計算機(jī)，它的特點(diǎn)是高性能、高速度、體積小、價格低廉、穩(wěn)定可靠、應(yīng)用廣泛。</p>&l

36、t;p>　　隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和普及，單片機(jī)以其體積小、應(yīng)用靈活、可靠性和性能價格比高等有點(diǎn)、在工業(yè)控制、只能儀器儀表、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和各種家用電器等諸多領(lǐng)域得到了極為廣泛的應(yīng)用。畢業(yè)設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用本學(xué)科及其他學(xué)科的基本理論、專業(yè)知識和基本技能，結(jié)合實踐來提高學(xué)生的分析與解決實際問題的能力的重要環(huán)節(jié)，而對折線流量計的研究不僅要求我們綜合前面所學(xué)的知識，還要求我們進(jìn)一步學(xué)習(xí)更多的有關(guān)此類方面的知識。并且流量計在工業(yè)中的應(yīng)

37、用也相當(dāng)?shù)膹V泛，然后運(yùn)用單片機(jī)控制，使其具有更好的技術(shù)指標(biāo)，有利于生產(chǎn)，具有實際的社會意義。</p><p>　　單片微型機(jī)簡稱單片機(jī)，它是在一片芯片上集成了中央處理部件，存儲器、定時器/計數(shù)器和各種輸入輸出設(shè)備等接口部件。單片機(jī)是微機(jī)發(fā)展的一個重要的分支，自問世以來，性能不斷地改善和提高，加之單片機(jī)具有集成度高、功能強(qiáng)、速度快、體積小、功耗小、使用方便、性能可靠、價格便宜等優(yōu)點(diǎn)，故在工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集和處理、通

38、信系統(tǒng)、家用電器等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。國內(nèi)雖然起步較晚，但單片機(jī)的潛力越來越被人們所重視，尤其在工業(yè)控制、自動化儀器儀表、計算機(jī)系統(tǒng)接口、智能化外設(shè)等應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展很快。它的應(yīng)用對于產(chǎn)品升級換代、機(jī)電一體化都具有重要的意義 在工業(yè)生產(chǎn)中，電流、電壓、溫度、壓力、流量、流速和開關(guān)量都是常用的主要被控參數(shù)。采用單片機(jī)對溫度進(jìn)行控制不僅具有控制方便、簡單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大的提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。

39、</p><p>　　隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和普及，單片機(jī)以其體積小、應(yīng)用靈活、可靠性和性能價格比高等有點(diǎn)、在工業(yè)控制、只能儀器儀表、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和各種家用電器等諸多領(lǐng)域得到了極為廣泛的應(yīng)用。畢業(yè)設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用本學(xué)科及其他學(xué)科的基本理論、專業(yè)知識和基本技能，結(jié)合實踐來提高學(xué)生的分析與解決實際問題的能力的重要環(huán)節(jié)，而對折線流量計的研究不僅要求我們綜合前面所學(xué)的知識，還要求我們進(jìn)一步學(xué)習(xí)更多的有關(guān)此類方面的

40、知識。并且流量計在工業(yè)中的應(yīng)用也相當(dāng)?shù)膹V泛，然后運(yùn)用單片機(jī)控制，使其具有更好的技術(shù)指標(biāo)，有利于生產(chǎn)，具有實際的社會意義。</p><p>　　1.1.4單片機(jī)的發(fā)展</p><p>　　單片機(jī)按照其用途可分為通用型和專用型兩大類。通常所說的單片機(jī)都是通用型單片機(jī)。</p><p>　　通用型單片機(jī)把可開發(fā)資源（如ROM、RAM、EPROM、I/O口等）全部提供給使用

41、者。</p><p>　　單片機(jī)的發(fā)展歷史可劃分為四個階段：</p><p>　　第一階段（1974-1976年）：單片機(jī)初級階段。因工藝限制，單片機(jī)采用雙片的形式而且功能比較簡單。例如仙童公司生產(chǎn)的F8單片機(jī)，只包括了8位CPU、64B的RAM和兩個并行口。需加一塊3851（由1KBROM、定時器/計數(shù)器和兩個并行I/O口構(gòu)成）。才能組成一臺完整的計算機(jī)。</p><

42、p>　　第二階段（1976-1978 年）：低性能單片機(jī)階段。典型產(chǎn)品是Intel公司制造的MCS-48系列單片機(jī)，片內(nèi)集成了8位CPU、并行I/O口、8位定時器/計數(shù)器、RAM和ROM等。單無串行口，中斷系統(tǒng)比較簡單，片內(nèi)RAM和ROM容易較小且尋址范圍不大于4KB。</p><p>　　第三階段（1978-1982 年）：高性能單片機(jī)階段。代表性的產(chǎn)品有Intel公司的MCS-51、Motorola公司

43、的6801和Zilog公司的Z8等。片內(nèi)普通帶有串行I/O口、多級中斷系統(tǒng)、16位定時器/計數(shù)器，片內(nèi)ROM、RAM容量加大，尋址范圍可達(dá)64KB，有的片內(nèi)還帶有A/D轉(zhuǎn)換器。這類單片機(jī)性能價格比高，目前仍被廣泛用用，是當(dāng)今數(shù)量較多的單片機(jī)機(jī)種。</p><p>　　第四階段（1982-現(xiàn)在）：8位單片機(jī)鞏固發(fā)展及16位、32位單片機(jī)推出階段。16位單片機(jī)的典型產(chǎn)品是Intel公司的MCS-96系列單片機(jī)，主振位

44、12MHz，片內(nèi)RAM位232B，ROM為8KB，中斷處理為8級，而且片內(nèi)帶有多通道10位A/D轉(zhuǎn)換器和高速輸入/輸出部件（HIS/HSO），實時處理能力很強(qiáng)。32位單片機(jī)除了更高的集成度外，其主振已達(dá)20MHz,使32位單片機(jī)的數(shù)據(jù)處理速度比16位單片機(jī)增快許多，性能比8位、16位單片機(jī)更加優(yōu)越。</p><p>　　20世紀(jì)80年代以來，單片機(jī)的發(fā)展非常迅速。就通用單片機(jī)而言，世界上一些著名的計算機(jī)廠家已投放

45、市場的產(chǎn)品就有50多個系列，400多個品種。單片機(jī)的產(chǎn)品已占整個微機(jī)（包括一般的微型處理器）產(chǎn)品的80%以上，其中8位單片機(jī)的產(chǎn)量又已占整個單片機(jī)產(chǎn)量的60%以上。這說明8位單片機(jī)將在今后若干年后仍是工業(yè)檢測、控制應(yīng)用的主角。</p><p>　　1.1.5 單片機(jī)的特點(diǎn)</p><p><b>　?。?）集成度高</b></p><p>　　

46、在一個芯片上集成了構(gòu)成一臺微型計算機(jī)所需要的基本部件，能滿足很多應(yīng)用領(lǐng)域?qū)τ布墓δ芤螅虼擞蓡纹瑱C(jī)組成的應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、體積小、功耗低。</p><p><b>　　（2）控制性能強(qiáng)</b></p><p>　　單片機(jī)是為了滿足工業(yè)控制而設(shè)計的，所以實時控制功能特別強(qiáng)，其CPU可以對I/O接口直接進(jìn)行操作，位操作能力更是其他計算機(jī)無法比擬的，能有針對性地解決從

47、簡單到復(fù)雜的各類控制任務(wù)。</p><p><b>　　（3）可靠性高</b></p><p>　　單片機(jī)的CPU、存儲器、I/O接口集成在同一芯片內(nèi)部，各部件間的連接緊湊，數(shù)據(jù)在傳送時收到的干擾小，且不易受環(huán)境條件的影響，所以單片機(jī)的可靠性高。</p><p><b>　?。?）性能價格比高</b></p>

48、<p>　　由于單片機(jī)功能強(qiáng)、價格便宜，其應(yīng)用系統(tǒng)的印制電路板小，所接插件少，安裝調(diào)試簡單，使單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的性能價格比高于一般的微型計算機(jī)系統(tǒng)</p><p>　　1.1.6單片機(jī)的應(yīng)用</p><p>　　單片機(jī)以其卓越的性能、很高的性能價格比，使其在許多領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。利用它可開發(fā)便攜式智能監(jiān)測控制儀器。還可以指導(dǎo)它應(yīng)用于產(chǎn)品的內(nèi)部，取代部分老式機(jī)械、電子零件或元器

49、件，可使產(chǎn)品縮小體積、增強(qiáng)功能，實現(xiàn)不同程度的智能化。這是其他任何計算機(jī)機(jī)種無法比擬的。單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域有以下幾個方面：</p><p>　?。?）在智能儀器儀表上的應(yīng)用 　　單片機(jī)具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。例如精密的測量設(shè)備（功

50、率計，示波器，各種分析儀）。</p><p>　　（2）在工業(yè)控制的應(yīng)用　　用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工業(yè)流水線的智能話管理等。</p><p>　?。?）在家用電器中的應(yīng)用 　　可以這樣說，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機(jī)控制，從電飯褒、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備，五花八門，無所不在。</p><p&

51、gt;　?。?）在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用 　　現(xiàn)代的單片機(jī)普遍具備通信接口，可以很方便地與計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實現(xiàn)了單片機(jī)智能控制，從手機(jī)，電話機(jī)、小型程控交換機(jī)、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動電話，集群移動通信，無線電對講機(jī)等。</p><p>　　（5）醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用 　　單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備

52、中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機(jī)，各種分析儀，監(jiān)護(hù)儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。</p><p>　?。?）在各種大型電器中的模塊化應(yīng)用 　　某些專用單片機(jī)設(shè)計用于實現(xiàn)特定功能，從而在各種電路中進(jìn)行模塊化應(yīng)用，而不要求使用人員了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。如：音樂信號以數(shù)字的形式存于存儲器中（類似于ROM），由微控制器讀出，轉(zhuǎn)化為模擬音樂電信號（類似于聲卡）。</p><p>　　（7）單片機(jī)在

53、汽車設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用 　　單片機(jī)在汽車電子中的應(yīng)用非常廣泛，例如汽車中的發(fā)動機(jī)控制器，基于CAN總線的汽車發(fā)動機(jī)智能電子控制器，GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，abs防抱死系統(tǒng)，制動系統(tǒng)等等。</p><p>　　第二章 控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)及其系統(tǒng)原理</p><p>　　2.1 總體方案設(shè)計</p><p>　　單片機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)各種傳感器、變送器送來的脈沖信號，輸入單片

54、機(jī)的定時/計數(shù)器T0、T1，經(jīng)過數(shù)字濾波后，根據(jù)查表求得流量值?？傮w方案設(shè)計如圖2-1所示：</p><p>　　圖2-1 總體方案設(shè)計框圖</p><p>　　2.2 渦輪流量計系統(tǒng)的原理</p><p>　　該系統(tǒng)原理就是讓流體進(jìn)入,然后使折線流量計傳感器產(chǎn)生的差壓信號，利用折線流量計傳感器所產(chǎn)生的差壓信號，進(jìn)行放大運(yùn)算，再通過A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)入8031單片機(jī)。

55、用戶的輸入信號是何種類型及分度號都由鍵盤輸入。數(shù)據(jù)經(jīng)過單片機(jī)運(yùn)算后，通過LED顯示器顯示出來。</p><p>　　2.2.1 渦輪流量計傳感器的原理</p><p>　　渦輪傳感器的工作原理是當(dāng)流體沿著管道的軸線方向流動，并沖擊渦輪葉片時，便有管道內(nèi)流體的力作用在葉片上，推動渦輪旋轉(zhuǎn)。在渦輪旋轉(zhuǎn)的同時，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

56、應(yīng)出脈動的電勢信號，此脈動信號的頻率與被測流體的流量成正比，k是渦輪傳感器的重要特性參數(shù)。它是代表每立方米流量有幾個脈沖，或者每升流量有幾個脈沖。不同的儀表有不同的k，并隨儀表長期使用的磨損情況而變化。盡管渦輪流量計的設(shè)計尺寸相同，但實際加工出來的渦輪幾何參數(shù)卻不會完全一樣，因而每臺渦輪傳感器的儀表常數(shù)k也不完全一樣，它通常是制造廠在常溫下用潔凈的水標(biāo)定出來的。渦輪傳感器輸出的脈沖信號，經(jīng)前置放大器放大后，送入顯示儀表，就可以實現(xiàn)流量的

57、測量。</p><p>　　2.2.2 渦輪流量計傳感器的結(jié)構(gòu)</p><p>　　渦輪流量傳感器主要由殼體、導(dǎo)向體、葉輪、軸、軸承、信號檢出器及壓</p><p>　　緊圈組成，同時還應(yīng)配有與之相配合的前連接管和后連接管</p><p>　　具體結(jié)構(gòu)如圖2-1和圖2-2</p><p>　　圖2-1 結(jié)構(gòu)主視圖&

58、lt;/p><p>　　圖2-2 整表結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　1)殼體殼體是傳感器的主體部分，它起到承受被測液體的壓力，固定安裝檢測部件，連接管道的作用，殼體采用不導(dǎo)磁不銹鋼或硬質(zhì)合金制造。對于大口徑傳感器亦可用碳鋼與不銹鋼組合的鑲嵌結(jié)構(gòu)，殼體外壁裝信號檢出器。</p><p>　　2)導(dǎo)向體在傳感器進(jìn)出口裝有導(dǎo)向體，它對流體起導(dǎo)向整流以及支承葉輪的作用，通常選

59、用不導(dǎo)磁不銹鋼或硬鋁材料制作。、</p><p>　　3)渦輪亦稱葉輪，是傳感器的檢測部件，它由高導(dǎo)磁性材料制成。葉輪有</p><p>　　直板葉片、螺旋葉片、和丁字形葉片等幾種，亦可用嵌有許多導(dǎo)磁體的多孔護(hù)</p><p>　　罩環(huán)來增加有一定數(shù)量葉片渦輪旋轉(zhuǎn)的頻率，葉輪由支架中軸承支承，與殼體</p><p>　　同軸，其葉片數(shù)視口徑大

60、小而定。葉輪幾何形狀及尺寸對傳感器性能有較大影</p><p>　　響，要根據(jù)流體性質(zhì)、流量范圍、使用要求等設(shè)計，葉輪的動平衡很重要，直</p><p>　　接影響儀表的性能和使用壽命。信號檢出器常用變磁阻式，由永久磁鐵、導(dǎo)磁棒(鐵芯)、線圈等組成。</p><p>　　永久磁鐵對葉片有吸引力，產(chǎn)生磁阻力矩，小口徑傳感器在小流量時，磁阻力矩在諸阻力矩中成為主要項，為

61、此將永久磁鋼分為大小兩種規(guī)格，小口徑配小規(guī)格以降低磁阻力矩。輸入信號有效值在lOmv以上的可直接配用流量計算機(jī)，配上放大器則輸出伏級頻率信號。</p><p><b>　　第三章 數(shù)據(jù)處理</b></p><p>　　3.1 測量數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)</p><p>　　許多控制系統(tǒng)及智能化儀器中，一些參量往往是非線性參量，常常不便于計算和處理，有

62、時甚至很難找出明顯的數(shù)學(xué)表達(dá)式，需要根據(jù)實際檢測值或采用一些特殊的方法來確定其與自變量之間的函數(shù)關(guān)系式；在某些時候，即使有明顯的解析表達(dá)式，但計算起來也相當(dāng)麻煩。而在實際測量和控制系統(tǒng)中，都允許有一定范圍的誤差。因此，如何找出一種既方便，又能滿足實際功能要求的數(shù)據(jù)處理方法，就是這一節(jié)所要解決的問題。</p><p>　　例如，在溫度測量中，熱電阻及熱電偶與溫度之間的關(guān)系，即為非線性關(guān)系，很難用一個簡單的解析式來表

63、達(dá)。在流量測量中，流量孔板的差壓信號與流量之間也是非線性關(guān)系，即使能夠用公式Q=K計算，但開方運(yùn)算不但復(fù)雜，而且誤差也比較大。另外，在一些精度及實時性要求比較高的儀表及測量系統(tǒng)中，傳感器的分散性、溫度的漂移、以及機(jī)械滯后等引起的誤差在很大程度上都是不能允許的。</p><p>　　諸如此類的問題，在模擬儀表及測量系統(tǒng)中，解決起來相當(dāng)麻煩，有時甚至是不可能解決的。而采用計算機(jī)后，則可以用軟件補(bǔ)償?shù)霓k法進(jìn)行校正。這樣

64、，不僅能節(jié)省大量的硬件開支，而且精度也大為提高。</p><p>　　3.2 線性插值算法</p><p>　　用計算機(jī)處理非線性函數(shù)應(yīng)用最多的方法是線性插值法。線性插值法是代數(shù)插值法中最簡單的形式。假設(shè)變量y與自變量x的關(guān)系如圖3-1所示。</p><p>　　已知y在點(diǎn)x0和x1的對應(yīng)值分別為y0和y1，現(xiàn)在用直線AB代替弧線AB，由此可得直線方程

65、 </p><p>　　g(x)=ax+b （3-1）</p><p>　　根據(jù)插值條件，應(yīng)滿足：</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　圖3-1 線性插值法示意圖</p><p>　　解方

66、程組（3-2），可求出直線方程g(x)的參數(shù)a和b。由此可得出該線方程表達(dá)式為</p><p>　　g(x)= </p><p>　　=k(x-x0)+y0 （3-3）</p><p>　　式中，K=，稱為直線方程g(x)的斜率。</p><p><

67、;b>　　或</b></p><p>　　g(x)= y0+ y1 （3-4）</p><p>　　式（3-3）為點(diǎn)斜式直線方程，式（3-4）為兩點(diǎn)式直線方程。</p><p>　　由圖3-1可以看出，插值點(diǎn)x0和x1之間的間距越小，那么在這一區(qū)間g(x)和f(x)之間的誤差越小。因此，在實際應(yīng)用中，為了提高精度，

68、經(jīng)常采用折線來代替曲線，此方程稱為分段插值法。</p><p>　　3.2.1 分段插值算法程序的設(shè)計方法</p><p>　　分段插值法的基本思想是將被逼近的函數(shù)（或測量結(jié)果）根據(jù)變化情況分成幾段，為了提高精度及縮短運(yùn)算時間，各段可根據(jù)精度要求采用不同的逼近公式。最常用的是線性插值和拋物線插值。在這種情況下，分段插值的分段點(diǎn)的選取可按實際曲線的情況靈活決定。</p>&l

69、t;p>　　分段插值法程序設(shè)計步驟如下：</p><p>　?。?）用實驗法測量出傳感器的輸出變化曲線，y=f(x)(或各插值節(jié)點(diǎn)的值（xi,yi），i=0，1，2，…，n)。為使測量結(jié)果更接近實際值，要反復(fù)進(jìn)行測量，以便求出一個比較精確的輸入輸出曲線。</p><p>　?。?）將上述曲線進(jìn)行分段，選取各插值基點(diǎn)。為了使基點(diǎn)的選取更合理，可根據(jù)不同的方法分段。主要有以下兩種方法：&

70、lt;/p><p><b>　　a.等距分段法。</b></p><p>　　等距分段法即沿x軸等距離地選取插值基點(diǎn)。這種方法的主要優(yōu)點(diǎn)是使xi+1- xi為常數(shù)，從而簡化計算過程。但是，當(dāng)函數(shù)的曲率或斜率變化比較大時，將會產(chǎn)生一定的誤差。要想減少誤差，必須把基點(diǎn)分得很細(xì)，但這樣勢必占用更多的內(nèi)存，并使計算機(jī)的開銷加大。</p><p><b

71、>　　b.非等距分段法。</b></p><p>　　這種方法的特點(diǎn)是函數(shù)基點(diǎn)的分段不是等距的，而是根據(jù)函數(shù)曲線形狀的變化率的大小來修正插值點(diǎn)間的距離。曲率變化大的部位，插值距離取小一點(diǎn)。也可以使常用刻度范圍插值距離取小一點(diǎn)，而在曲線較平緩和非常用刻度區(qū)域距離大取大一點(diǎn)，但是非等距插值點(diǎn)選取比較麻煩。</p><p>　?。?）根據(jù)各插值基點(diǎn)的（xi-yi）值，使用相應(yīng)的

72、插值公式，求出模擬y=f(x)的近似表達(dá)式Pn(x)。</p><p>　?。?）根據(jù)Pn(x)編寫出匯編語言應(yīng)用程序。</p><p>　　用式（3-3）進(jìn)行計算比較簡單，只需進(jìn)行一次減法，一次乘法和一次加法運(yùn)算即可。</p><p>　　在用分段法進(jìn)行程序設(shè)計之前，必須首先判斷輸入值xi處于哪一段。為此，需將xi與各分點(diǎn)值進(jìn)行比較，以確定出該點(diǎn)所在的區(qū)間。然后，

73、轉(zhuǎn)到相應(yīng)段逼近公式進(jìn)行計算。</p><p>　　值得說明的是，分段插值法總的來講光滑度都不太高，這對于某些應(yīng)用是有缺陷的。但是，就大多數(shù)工程要求而言，也能基本滿足需要。在這種局部化的方法中，要提高光滑度，就得采用更高階的導(dǎo)數(shù)值，多項式的次數(shù)亦需相應(yīng)增高。為了只用函數(shù)值本身，并在盡可能低的次數(shù)下達(dá)到較高的精度，可以采用樣條插值法。</p><p>　　3.2.2插值法在流量測量中的應(yīng)用&l

74、t;/p><p>　　圖3-2所示為某流量測量系統(tǒng)的流量與差壓的實測變化曲線。</p><p>　　圖3-2 流量-差壓變化曲線</p><p>　　由圖3-2可以看出，流量差壓變化曲線是非線性的。由于該曲線變化比較平滑，因此可以采用多項式差值公式，也可以選用分段線性插值法完成。下面以分段線性插值法求解。</p><p>　　由于流量在低端變

75、化較為陡直，高端變化比較平緩，所以我們采用不等距分段法。假設(shè)3個差值基點(diǎn)分別為ΔP1，ΔP2和ΔP3，其對應(yīng)的流量值分別為Q1，Q2，Q3，如圖3-3所示</p><p>　　圖3-3 用分段線性插值法求解流量圖</p><p>　　現(xiàn)在，用圖3-3中的折線,,,來代替弧線OA,AB,BC。寫出圖6.16流量測量中各段的線性差值公式為：</p><p>　　Q=

76、 （3-5）</p><p>　　式中， K3——折線的斜率, K3=；</p><p>　　K2——折線的斜率，K2=；</p><p>　　K1——折線的斜率，K1=。</p><p>　　第四章 單片機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計</p><p>　　4.1 單片機(jī)硬件設(shè)計<

77、/p><p>　　根據(jù)課題的要求的任務(wù)，采用8031單片機(jī)設(shè)計一個小系統(tǒng)。為了讀取鍵盤給定值及檢測和控制，專門擴(kuò)展一個8155可編程接口及程序存儲器EPROM2732。74LS373(8位I/O鎖存器)、2732組成最小系統(tǒng)，擴(kuò)展的8155用于給定值或產(chǎn)品計數(shù)顯示。</p><p>　　硬件圖說明為達(dá)到本系統(tǒng)功能，采用8031單片機(jī)設(shè)計一個最小系統(tǒng)，為讀鍵盤給定值，同時實行檢測和控制，專門擴(kuò)展

78、一個8155可編程接口。</p><p>　　4.1.1 8031</p><p>　　8031芯片是MCS-51系列單片機(jī)中的一種，除無片內(nèi)ROM外，其余特性與MCS-51單片機(jī)基本一樣。</p><p>　　(1)主電源引腳VCC和VSS</p><p>　　VCC——（40腳）接+5V電壓；</p><p>　

79、　VSS——（20腳）接地。</p><p>　　(2）外接晶體引腳XTAL1和XTAL2</p><p>　　XTAL1（19腳）:接外部晶體的一個引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。當(dāng)采用外部振蕩器時，對HMOS單片機(jī)，此引腳應(yīng)接地；對CHMOS單片機(jī)，此引腳作為驅(qū)動端。</p><p>　　XTAL2（18腳）:接外晶體

80、的另一端。在單片機(jī)內(nèi)部，接至上述振蕩器的反相放大器的輸出端。采用外部振蕩器時，對HMOS單片機(jī)，該引腳接外部振蕩器的信號，即把外部振蕩器的信號直接接到內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端；對XHMOS，此引腳應(yīng)懸浮。</p><p>　　(3)控制或與其它電源復(fù)用引腳RST/VPD、ALE/PROG、PSEN和EA/VPP</p><p>　?、賀ST/VPD（9腳）：當(dāng)振蕩器運(yùn)行時，在此腳上出現(xiàn)兩個機(jī)

81、器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。推薦在此引腳與VSS引腳之間連接一個約8.2k的下拉電阻，與VCC引腳之間連接一個約10μF的電容，以保證可靠地復(fù)位。</p><p>　　②ALE/PROG（30腳）：當(dāng)訪問外部存貯器時，ALE（允許地址鎖存）的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE端仍以不變的頻率周期性地出現(xiàn)正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此，它可用作對外輸出的時鐘，或用于定時目的。然

82、而要注意的是，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。ALE端可以驅(qū)動（吸收或輸出電流）8個LS型的TTL輸入電路。</p><p>　?、跴SEN（29腳）：此腳的輸出是外部程序存儲器的讀選通信號。在從外部程序存儲器取指令（或常數(shù)）期間，每個機(jī)器周期兩次PSEN有效。但在此期間，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的PSEN信號將不出現(xiàn)。PSEN同樣可以驅(qū)動（吸收或輸出）8個LS型的TTL輸入。<

83、/p><p>　?、蹺A/VPP（引腳）：當(dāng)EA端保持高電平時，訪問內(nèi)部程序存儲器，但在PC（程序計數(shù)器）值超過0FFFH（對851/8751/80C51）或1FFFH（對8052）時，將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲器內(nèi)的程序。當(dāng)EA保持低電平時，則只訪問外部程序存儲器，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。對于常用的8031來說，無內(nèi)部程序存儲器，所以EA腳必須常接地，這樣才能只選擇外部程序存儲器。</p><

84、p>　　(4)輸入/輸出（I/O）引腳P0、P1、P2、P3（共32根）</p><p>　?、貾0口（39腳至32腳）：是雙向8位三態(tài)I/O口，在外接存儲器時，與地址總線的低8位及數(shù)據(jù)總線復(fù)用，能以吸收電流的方式驅(qū)動8個LS型的TTL負(fù)載。</p><p>　?、赑1口（1腳至8腳）：是準(zhǔn)雙向8位I/O口。由于這種接口輸出沒有高阻狀態(tài)，輸入也不能鎖存，故不是真正的雙向I/O口。P1

85、口能驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個LS型的TTL負(fù)載。對8052、8032，P1.0引腳的第二功能為T2定時/計數(shù)器的外部輸入，P1.1引腳的第二功能為T2EX捕捉、重裝觸發(fā)，即T2的外部控制端。對EPROM編程和程序驗證時，它接收低8位地址。</p><p>　?、跴2口（21腳至28腳）：是準(zhǔn)雙向8位I/O口。在訪問外部存儲器時，它可以作為擴(kuò)展電路高8位地址總線送出高8位地址。在對EPROM編程和程序驗證期間，它

86、接收高8位地址。P2可以驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個LS型的TTL負(fù)載。</p><p>　?、躊3口（10腳至17腳）：是準(zhǔn)雙向8位I/O口，在MCS-51中，這8個引腳還用于專門功能，是復(fù)用雙功能口。P3能驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個LS型的TTL負(fù)載。</p><p>　　作為第一功能使用時，就作為普通I/O口用，功能和操作方法與P1口相同。</p><p>　　

87、值得強(qiáng)調(diào)的是，P3口的每一條引腳均可獨(dú)立定義為第一功能的輸入輸出或第二功能。</p><p>　　4.1.2 8155</p><p>　　(1)8155是一種多功能的可編程常用外圍接口芯片，它具有三個可編程I/O端口（PA口和PB口是8位，PC口是6位），一個可編程14位定時器和256字節(jié)的RAM，能方便地進(jìn)行I/O擴(kuò)展和RAM擴(kuò)展，芯片采用40線雙列直插式封裝；</p>

88、<p>　　(2)8155能適應(yīng)CPU與I/O接口之間的多種數(shù)據(jù)傳送方式的要求；</p><p>　　(3)8155可執(zhí)行功能很強(qiáng)，內(nèi)容豐富的兩條命令(方式字和控制字)為用戶根據(jù)外界條件來使用8155構(gòu)成多種接口電路提供了靈活方便的編程環(huán)境；</p><p>　　(4)8155的PC口的使用比較特殊，除作數(shù)據(jù)口外，還可作狀態(tài)口，進(jìn)行按位控制等；</p><p

89、>　　4.2渦輪流量計傳感器的設(shè)計</p><p>　　渦輪流量傳感器機(jī)械部分的設(shè)計包括殼體、前后導(dǎo)向體、渦輪葉片、壓緊圈、軸和軸承以及與之相配套的和輸油管配合的連接管的設(shè)計。如圖4-1由于渦輪流量計傳感器的大小受公共汽車發(fā)動機(jī)輸油管徑的大小的限制，在設(shè)計渦輪流量計傳感器的殼體時，渦輪流量傳感器的殼體的內(nèi)徑要與之相適應(yīng)根據(jù)現(xiàn)在發(fā)動機(jī)的輸油管的實際情況本文取殼體的內(nèi)徑為12，從而能夠滿足流體流量的要求。進(jìn)而可

90、以相應(yīng)的確定其它相配合的部件的尺寸，然后才可以確定殼體的長度及其它的參數(shù)尺寸。</p><p>　　圖4-1 傳感器結(jié)構(gòu)及安裝示意圖</p><p>　　渦輪葉片是渦輪流量傳感器的最重要的部分，它的設(shè)計的好壞直接關(guān)系到整個渦輪流量傳感器的測量精度。在渦輪葉片的設(shè)計中，選用的是最常用的螺旋葉片，而且是6個葉片，這樣有利于提高測量的精度。同樣，由于殼體管徑的限制，葉輪的最大的外徑也限制在了12

91、mm上。在設(shè)計中，采用了多種不同的渦輪角度進(jìn)行設(shè)計，分別加工，然后進(jìn)行實驗，確定最后的加工角度。導(dǎo)向體的設(shè)計要和殼體緊密配合，但其最重要的是要保持和殼體的同心性，同時，還要特別注意的是其通過軸承和軸與葉輪一定要配合緊密，防止太松影響重性，太緊又會影響葉輪的旋轉(zhuǎn)。壓緊圈的設(shè)計只要滿足其和殼體配合緊密，固定好導(dǎo)向體就可以了，尺寸大小可以參照殼體內(nèi)徑的大?。昂筮B接管設(shè)計的要求是能夠和殼體相配合，前連接管的長度一定要大于管徑的10倍以上，后連

92、接管的長度一定要大于管徑的5倍以上。</p><p>　　4.3 矩陣式鍵盤接口技術(shù)</p><p>　　鍵盤是由若干個按鍵組成的開關(guān)矩陣，它是最簡單的單片機(jī)輸入設(shè)備，操作員可以通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)或命令，實現(xiàn)簡單的人機(jī)通信。若鍵盤閉合鍵的識別是由專用硬件實現(xiàn)的，則稱為編碼鍵盤；若用軟件實現(xiàn)閉合鍵識別的，則稱為非編碼鍵盤。非編碼鍵盤又分為行列式和獨(dú)立式兩種。本次設(shè)計采用的是行列式。</

93、p><p>　　鍵盤接口應(yīng)有以下功能：</p><p>　　(1)鍵掃描功能，即檢測是否有鍵閉合；</p><p>　　(2)鍵識別功能確定被閉合鍵所在的行列位置；</p><p>　　(3)產(chǎn)生相應(yīng)的鍵的代碼（鍵值）功能；</p><p>　　(4)消除按鍵抖動及對付多鍵串按（復(fù)建）功能。</p><

94、p>　　圖4-2為由8155構(gòu)成鍵盤接口電路，鍵盤中的15個按鍵，分為2行（L0～L1）8列（R0～R7）。按鍵分為兩類：數(shù)字鍵（O～9,10個）和功能鍵（5個），另外還有一個鍵沒有定義，編程時可當(dāng)作復(fù)位鍵或其他用途。</p><p>　　圖4-2 由8155構(gòu)成的鍵盤接口電路</p><p>　　圖4-2為由8155構(gòu)成鍵盤接口電路，鍵盤中的15個按鍵，分為2行（L0～L1）8

95、列（R0～R7）。按鍵分為兩類：數(shù)字鍵（O～9,10個）和功能鍵（5個），另外還有一個鍵沒有定義，編程時可當(dāng)作復(fù)位鍵或其他用途。</p><p>　　4.4 8位LED顯示器的結(jié)構(gòu)及接口技術(shù)</p><p>　　4.4.1 LED顯示器的結(jié)構(gòu)</p><p>　　顯示器用以顯示轉(zhuǎn)換模擬電流后的數(shù)值。LED顯示器是由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件，也可稱為數(shù)碼管。系統(tǒng)

96、中通常使用8段LED數(shù)碼顯示器，其外形及引腳如圖4-3（a）所示，由圖可見8段LED顯示器由8個發(fā)光二極管組成。其中7個長條形的發(fā)光二極管排列成“日”字形，另一個圓點(diǎn)形的發(fā)光二極管在顯示器的右下角作為顯示小數(shù)點(diǎn)用，通過不同的組合可用來顯示各種數(shù)字，包括A～F在內(nèi)的部分英文字母和小數(shù)點(diǎn)“．”等字樣。 </p><p>　　LED顯示器有兩種不同的形式：一種是8個發(fā)光二極管的陽極都連在一起的，稱為共陽極LED顯示器；

97、另一種是8個發(fā)光二極管的陰極都連在一起的，稱為共陰極LED顯示器,我們選擇其中一種共陽極。如圖4-3（b）所示。</p><p>　　圖4-3 8位LED顯示器結(jié)構(gòu)</p><p>　　LED顯示方式可分為靜態(tài)顯示方式和動態(tài)顯示方式。</p><p>　　若數(shù)碼管顯示為某一個字符時相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定地導(dǎo)通或截止，則該顯示方式為靜態(tài)顯示方式。靜態(tài)顯示方式時所有數(shù)

98、碼管同時點(diǎn)亮，字符顯示期間加在數(shù)碼管上的七段碼不變，即每一個數(shù)碼管對應(yīng)一個8位I∕O接口，所以占用的硬件資源較多。</p><p>　　動態(tài)顯示則是輪流點(diǎn)亮各數(shù)碼管，即對顯示器進(jìn)行掃描。任何時刻只給一個數(shù)碼管通電，通電一定時間后再給下一個數(shù)碼管通電。只要刷新率足夠高，動態(tài)顯示方式同樣可以實現(xiàn)穩(wěn)定顯示。動態(tài)顯示的最大優(yōu)點(diǎn)是節(jié)約I∕O口。</p><p>　　由于靜態(tài)顯示器硬件要求比較高,而且

99、顯示的位數(shù)不如動態(tài)顯示器多,為此我們選擇8位的動態(tài)LED顯示器。</p><p>　　4.4.2 LED顯示接口技術(shù)</p><p>　　以MCS-51單片機(jī)為核心的應(yīng)用系統(tǒng)通常采用8155擴(kuò)展LED顯示器，其電路如圖4-2所示。8155的A口輸出位選擇碼，B口輸出段碼，因而是動態(tài)顯示方式。從電路結(jié)構(gòu)可以看出，圖中LED器件是共陰極數(shù)碼管。</p><p>　　設(shè)計

100、6位共陰極顯示器與8155的接口電路，并與之寫出對應(yīng)的動態(tài)掃描顯示子程序。顯示數(shù)據(jù)緩沖區(qū)在片內(nèi)RAM78H～7DH單元。</p><p>　　分析：設(shè)計8155的A口作為掃描口，輸出位選擇碼，B口作為段碼輸出口，都工作在基本輸出方式下；A口的端口地址為7F01H，B口的端口地址為7F02H。進(jìn)行掃描時，A口的低6位依次置1，依次選中從左至右的顯示器。共陰極數(shù)碼管在段數(shù)據(jù)表中的字形碼應(yīng)與共陰極數(shù)碼管的字形碼相同。6

101、位動態(tài)LED顯示器接口電路如圖4-4所示。</p><p>　　圖4-4 LED顯示器接口電路</p><p>　　4.5 控制系統(tǒng)中其它硬件 </p><p>　　(1)74LS373</p><p>　　8位輸入、8位輸出鎖存器，引腳功能如下：</p><p>　　Vcc:接電源允許信號；</p>

102、;<p><b>　　G：存儲器允許信號</b></p><p><b>　　(2)6262</b></p><p>　　8K*8 CMOS 靜態(tài)RAM，工藝制造28DIP封裝</p><p><b>　　(3)7407</b></p><p>　　TTL集電極開

103、路六正相高壓驅(qū)動器</p><p><b>　　(4)75452</b></p><p>　　同向電流驅(qū)動器，為LED提供足夠驅(qū)動電流。說明：鍵盤和顯示器接口芯片還有8279可使用，而8279對鍵盤還有硬件消抖功能，但這樣會和8155形成硬件浪費(fèi)，況且8279由于接口不夠不能代替8155。</p><p><b>　　(5)2732&

104、lt;/b></p><p>　　4K*8 200ns紫外線可擦除電可編程的半導(dǎo)體只讀存儲器，標(biāo)準(zhǔn)EPROM；</p><p>　　A11-A0：地址輸入線；</p><p>　　D7-D0:三臺數(shù)據(jù)總線；</p><p>　　第五章 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計</p><p>　　5.1 LED顯示器程序設(shè)計&l

105、t;/p><p>　　由數(shù)碼管外形圖和工作原理可知，無論是共陰極數(shù)碼管還是共陽極數(shù)碼管，其顯示字形中碼段的定義都是一致的。微機(jī)進(jìn)行顯示控制時，一般通過I∕O口送出七段碼。顯示即使送出的七段碼相同，若I∕O口線與數(shù)碼管引腳連線不同，顯示的字型也不同。若數(shù)碼管的abcdefgdp與I∕O口的D0～D7一一對應(yīng)連接，則在共陰極、共陽極結(jié)構(gòu)下的七段碼如表5-1所示。</p><p>　　表5-1 七

106、段顯示字形碼</p><p>　　顯示子程序流程圖如圖5-1所示。</p><p>　　圖5-1 動態(tài)顯示程序流程圖</p><p><b>　　LRD顯示器子程序</b></p><p>　　DISPLAY:MOVR0,#78H;顯示數(shù)據(jù)緩沖區(qū)地址送R0</p><p>　　

107、MOVA,#03H</p><p>　　MOVDPTR,#7F00H</p><p>　　MOVX@DPTR, A;8155初始化,A、B口為輸出口</p><p>　　MOVR3,#10000000B;使顯示器最左邊位亮</p><p>　　LP1:MOVDPTR, #7F01H;

108、數(shù)據(jù)指針指向A口</p><p>　　MOVA, R3</p><p>　　MOVX@DPTR, A;送掃描值</p><p>　　INCDPTR;數(shù)據(jù)指針指向B口</p><p>　　MOVA, @R0;取欲顯示數(shù)據(jù)的字形碼表位序</p><p>　　ADD

109、A, #0DH;加上查表指令地址偏移量</p><p>　　MOVCA, @A+PC;取出字行碼</p><p>　　MOVX@DPTR, A;送出顯示</p><p>　　ACALLDIR;調(diào)用延時子程序</p><p>　　INCR0;指向下一個顯示緩沖區(qū)地址&

110、lt;/p><p>　　MOVA, R3</p><p>　　JBACC.0, LP2;掃描到第8個顯示器</p><p>　　RRA;未到,掃描碼右移1位</p><p>　　MOV R3, A</p><p><b>　　AJMPLP1</b>&l