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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，隨著大規模集成電路制造技術和計算機技術的迅速發展，單片機引入到電磁流量轉換器，智能化轉換器得到迅猛地發展。智能化帶來電磁流量計測量技術的巨大進步，實現了高測量精度、高穩定性、高可靠性的性能。目前，應用單片機技術的智能化轉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展也很快，有些已經接近或達到世界先進水平。
單片機作為一個計算機系統的技術和知識，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換器應用中一些值得注意的問題對CPU及其系統構成的要求
CPU是單片機系統的核心，它決定著單片機的數據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位機產品。也有一些轉換器，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，在智能轉換器中，同一時刻發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，認真分析轉換器的工作內容和要求，合理地、準確地分配工作時序，是智能轉換器可靠工作的基本保證。
智能電磁流量轉換器的工作內容繁多，給單片機帶來了一定的程序工作量和容量。轉換器的單片機系統需要使用外部E—PROM來擴展程序存儲器。經驗表明，用高級語言，如P/LM語言、C51、C196語言編寫轉換器程序，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學模型，也不需要復雜的誤差修正。但是，測量的穩定則需要對采集信號進行一階積分數字濾波、粗大誤差干擾信號處理等數學運算。儀表的阻尼運算和數字通訊需要占用系統一定的內存。因此，CPU片內的幾百字節的RAM往往顯得不夠，需要外置幾kB的RAM。
單片機CPU芯片內含有數個定時計數器。它們可用作事件計數器和CPU的運算處理定時計數器。由于上述電磁流量轉換器的T作特點，勵磁脈沖的產生、模擬電流轉換的占空比i殳置、頻率輸出的賦值、數字通訊等，需要更多的定時計數器。因此，一般需要外加型號為8253(或8254)的16位定時H數器。
因為轉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、輸出電流、輸出頻率等參數，在測量前需要用鍵盤設置長期保存到程序中去：流量總量作為貿易結算或需要考核的數據，也直能夠在停電情況下長期保存。所以，參數設置和流量總量的掉電保護是智能轉換器的基本要求。現在，這些數據保存可以放到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，數據保存達IO年以上。
智能轉換器的硬件中，還有用于于參數設置的鍵盤和測最顯示的顯示器。鍵盤只是在參數設置時短期使用，為節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。國產的中文菜單顯示已經問世，這給國內用戶使用帶來丫極大方便。
我們知道，單片機系統的工作，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、穩定地工作至關重要。優秀的程序應是結構化設計，各功能程序實行模塊化，子程序化：根據它們之間的聯系和時間上的關系，如圖4 - 19，設汁出軟件的總體結構，其結構應清晰、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與中間數據的備份能夠防止測量數據丟失。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，當程序受到干擾出現“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”現象的CPU能恢復到初始狀態等，采用這些軟件設計措施是有效的和必要的。 |
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