【導讀】[2]梁國偉、蔡武昌.流量測量技術及儀表[M].北京：機械工業(yè)出版社，2021.[4]魏穎.基于單片機的流量檢測表設計[J].太原科技，2021,10.[5]蘇貝、周常柱、胡松.單片機在流量測量中的應用[J].微計算機信息雜志，術的發(fā)展，為流量的精確測量提供了新的手段，對流量檢測技術的研究具有現(xiàn)實意義。和開發(fā)工作，掌握單片機程序設計、調(diào)試和應用電路設計、分析及調(diào)試檢測的能力。單片機在系統(tǒng)軟件的控制作用下，對輸入的數(shù)據(jù)進行分析，向外部輸出控制信。LED數(shù)碼管顯示動態(tài)的流量，同時，若流量超過上下限范圍，報警。電路產(chǎn)生聲光報警信號，提醒流量不在正常范圍內(nèi)，需采取相應控制。括主程序，顯示程序等供主程序調(diào)用的子程序。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)對生產(chǎn)過程進行監(jiān)視與控制。流量的檢測和控制在化工、能源電力、冶金、石油等領域應用廣泛。額數(shù)字巨大，對測量和控制準確度和可靠性要求特別高。輪流量計，可實現(xiàn)對管道內(nèi)天然氣的流量的實時檢測。

　　

【正文】 A/D 轉(zhuǎn)換器對輸入信號電平的要求，這種情況下，就必須選擇一種符合要求的放大器。放大器的選型很多，本設計選擇一種用途非常廣泛的儀表放大器，即典型的差動放大器。 差動放大器是一種將兩個輸入端電壓的差以一固定增益放大的電子放大器。差動放大器的優(yōu)點是能抑制零點漂移，差動放大器是一個對稱電路， 可使漂移信號相互抵消，從而使電路穩(wěn)定。因電路對稱，由溫度變化等因素引起兩管的輸出漂移電壓必然是大小相等，極性相同，即為共模信號。當愉入信號為共模信號時，由于電路對稱，兩管的集電極電流產(chǎn)生相等的電流增量。雙端輸出時的共模輸出電壓為零，共模放大倍數(shù)也為零。即使單輸出電路，由于共模電阻取值較大，產(chǎn)生較大的反饋電壓，把放大倍數(shù)壓的很低，也能很好的抑制共模信號，因此穩(wěn)定了工作點，抑制了零點漂移，對共模放大信數(shù)抑制作用越強，表明放大器的性能越好。 在本設計中放大電路只需三個廉價的普通運算放大器和幾只電阻器，即可 構成性能優(yōu)越的儀表用放大器。電路圖參見圖 ，要使電路滿足平衡，則 R1=R R3=R RS=R6，因為每個運放的特性不可能完全一致，在 A1 和 A2 的 Pin Pin8 處增設了調(diào)零電位器VR1 和 VR2，這在實際的應用中是非常有用的。我們假設 A A2 的失配、失調(diào)電壓和電流均為零的情況下，其差模電壓增益為 : )21( 13531221 VRRRRAAVV VA ii o ??????? 整個電路采用正負兩組電 源供電，這樣可對正或負輸入電壓進行放大。電源電壓一般可取 177。5 ～ 177。15V，但對其穩(wěn)定度有一定的要求。圖中的電容 C 用于除抖動和抗干擾。 圖 43 放大器原理圖 某某 學畢業(yè)設計 （論文） 單片機硬件電路及其外圍電路的設計 系統(tǒng)時鐘電路 單片機內(nèi)部具有一個高增益反相放大器，用于構成振蕩器。通常在引腳 XTALl 和XTAL2跨接石英晶體和兩個補償電容構成自激振蕩器，系統(tǒng)時鐘電路結構如 圖 44所示，我們選擇 12MHz 的石英晶體，補償電容通常選擇 2030pF 左右的瓷片電容。 圖 44 系統(tǒng)時鐘電路 復位電路 單片機復位電路就好比電腦的重啟部分，當電腦在使用中出現(xiàn)死機，按下重啟按鈕電腦內(nèi)部的程序從頭開始執(zhí)行。單片機也一樣，當單片機系統(tǒng)在運行中，受到環(huán)境干擾出現(xiàn)程序跑飛的時候，按下復位按鈕內(nèi)部的程序自動從頭開始執(zhí)行。 單片機小系統(tǒng)采用上電自動復位和手動按鍵復位兩種方式實現(xiàn)系統(tǒng)的復位操作。上電復位要求接通電源后，自動實現(xiàn)復位操作。手動復位要求在電源接通的條件下，在單片機運行期間，用按鈕開關操作使單片機復位。復位電路結構如 圖 45 所示。上電自動復位通過電容 C3 充電來實現(xiàn)。手動按鍵復位是通過按 鍵將電阻 R2 與 VCC 接通來實現(xiàn)。 圖 45 復位電路 李四 ：基于單片機的流量檢測系統(tǒng)的設計 單片機與 A/D接口 MCS51 和 ADC 接口必須弄清和處理好三個問題： ① 要給 START 線送一個 100ns 寬的起動正脈沖； ② 獲取 EOC 線上的狀態(tài)信息，因為它是 A/D 轉(zhuǎn)換的結束標志； ③ 要給 “三態(tài)輸出鎖存器 ”分配一個端口地址，也就是給 OE 線上送一個地址譯碼器輸出信號。 MCS51 和 ADC 接口通?？梢圆捎貌樵兒椭袛鄡煞N方式。 采用查詢法傳送數(shù)據(jù)時， MCS51 應對 EOC 線查詢它的狀態(tài)：若它為低電平，表示A/D 轉(zhuǎn)換正在進行，則 MCS51 應當繼續(xù)查詢；若查詢到 EOC 變?yōu)楦唠娖?，則就給 OE線一個高電平，以便 21—26線上提取 A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。 采用中斷方式傳送數(shù)據(jù)時， EOC 線作為 CPU 的中斷請求輸入線。 CPU 響應中斷后，應在中斷服務程序中使 OE 線變?yōu)楦唠娖剑蕴崛?A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。 圖 34 中的 ，當 ，或非門敞開，允許寫信號通過，將單片機負的寫脈沖轉(zhuǎn)換為 ADC0809 所需要的正脈沖，以選中 ADC0809 某一通道并啟動轉(zhuǎn)換。采用 74LS373 作為地址鎖存器使用 ，其中輸入端1D～ 8D 接至單片機的 PO 口，輸出端提供的是低 8 位地址， G 端接至單片機的地址鎖存允許信號 ALE。輸出允許端 OE 接地，表示輸出三態(tài)門一直打開。 A/D 接口電路如 圖46 所示。 圖 46 A/D 接口電路 某某 學畢業(yè)設計 （論文） 單片機與 LED 顯示的接口 (1)靜態(tài)顯示 在單片機應用系統(tǒng)中，常采用 MC14495 芯片作為 LED 的靜態(tài)顯示接口，它可以和LED 顯示器直接連接。 MC14495 芯片是由 4 位鎖存器、地址譯碼器和筆段 ROM 陣列以及帶有限流電阻的驅(qū)動電路（輸出電流為 10mA）等三部分 電路組成。 A、 B、 C、 D 為二進制碼（或 BCD 碼）輸入端； LE 為鎖存控制端， LE 為低電平時可以輸入數(shù)據(jù)。 LE為高電平時鎖存輸入數(shù)據(jù)， h+I 為輸入數(shù)據(jù)大于等于 10 指示位，若輸入數(shù)據(jù)大于或等于10，則 h+I 輸出高電平，否則輸出為低電平； VCR 為輸入等于 15 指示位，若輸入數(shù)據(jù)等于 15，則 VCR 輸出高電平，否則為高 阻狀態(tài)。 MC14495 芯片的作用是輸入被顯字符的二進制碼（或 BCD 碼），并把它自動轉(zhuǎn)換成相應字形碼，送給 LED 顯示。 (2)動態(tài)顯示 為了減少硬件開鎖，提高系統(tǒng)可靠性和降低成本，單片機控制系統(tǒng)通常采用動態(tài)掃描顯示。動態(tài)顯示采用軟件法把欲顯示十六進制數(shù)（或 BCD 碼）轉(zhuǎn)換為相應字形碼，故它通常需要在 RAM 區(qū)建立一個顯示緩沖區(qū)。顯示緩沖區(qū)內(nèi)包含的存儲單元個數(shù)常和系統(tǒng)中 LED 顯示器個數(shù)相等。顯示緩沖區(qū)的起始地址很重要，它決定了顯示緩沖區(qū)在RAM 中的位置。 顯示緩沖區(qū)中每個存儲單元用于存放相應 LED 顯示器欲顯 示的字形碼地址偏移量，故 CPU 可以根據(jù)這個地址偏移量通過查字形碼表來找出所需顯示字符的字形碼，以便送到字形口顯示。 當顯示器位數(shù)較少時，采用靜態(tài)顯示的方法是適合的。當位數(shù)較多時，用靜態(tài)顯示所需的 I/O 太多，一般采用動態(tài)顯示方法。 本設計采用四聯(lián)排共陰極數(shù)碼管進行顯示，具有四位數(shù)碼管，這四個數(shù)碼管的段選a、 b、 c、 d、 e、 f、 g 分別接在一起，每一個都擁有一個共陰的位選端。 P3 口控制數(shù)碼管的點亮情況。因為單片機的 IO 口輸出功率有限，需要使用 74LS374 芯片進行鎖存。此外還用一個電阻 RPACK8 來保護 LED。 LED 接口電路如 圖 47 所示。 李四 ：基于單片機的流量檢測系統(tǒng)的設計 圖 47 LED 接口電路 報警電路 報警電路中加一 PNP 三極管驅(qū)動，基極接單片機 口，當端口變成低電平時，驅(qū)動三極管導通，可使蜂鳴器發(fā)生、報警發(fā)光二極管亮，如圖 48。 圖 48 報警電 路 某某 學畢業(yè)設計 （論文） 第 5章 系統(tǒng)軟件設計 單片機 C 語言特點 系統(tǒng)軟件設計是該設計的核心，也是設計的重點和難點部分?？刂葡到y(tǒng)軟件設計 的好壞直接影響到該控制系統(tǒng)的控制功能，因此，要想做好本設計，一個好的系統(tǒng) 軟件是關鍵。 C 語言是一種編譯型程序設計語言，它兼顧了多 種高級語言的特點，并具備匯編語言的功能。 C 語言有功能豐富的庫函數(shù)、運算速度快、編譯效率高、有良好的可移植性，而且可以直接實現(xiàn)對系統(tǒng)硬件的控制。 C 語言是一種結構化程序設計語言，它支持當前程序設計中廣泛采用的由頂向下結構化程序設計技術。此外， C 語言程序具有完善的模塊程序結構，從而為軟件開發(fā)中采用模塊化程序設計方法提供了有力的保障。因此，使用 C 語言進行程序設計已成為軟件開發(fā)的一個主流。用 C 語言來編寫目標系統(tǒng)軟件，會大大縮短開發(fā)周期，且明顯地增加軟件的可讀性，便于改進和擴充，從而研制出規(guī)模更大、性能更完備的系統(tǒng)，用 C 語言進行單片機程序設計是單片機開發(fā)與應用的必然趨勢。所以作為一個技術全面并涉足較大規(guī)模的軟件系統(tǒng)開發(fā)的單片機開發(fā)人員最好能夠掌握基本的 C 語言編程。使用 C 語言肯定要使用到 C 編譯器，以便把寫好的 C 程序編譯為機器碼，這樣單片機才能執(zhí)行編寫好的程序。 本設計中采用 C 語言編寫 AT89C51 單片機程序， 該控制系統(tǒng)的程序主要分為主程序和各種中斷子程序。主程序完成系統(tǒng)的地址分配、系統(tǒng)初始化；各子程序完成相應的各功能。 圖 51 程序結構圖 李四 ：基于單片機的流量檢測系統(tǒng)的設計 主程序及流程圖 開 始初 始 化 賦 值數(shù) 據(jù) 采 集 與 A D 轉(zhuǎn) 換流 量 值 顯 示讀 取 數(shù) 據(jù) 與 設 定 值 比較 ， 是 否 超 出 范 圍調(diào) 用 報 警 系 統(tǒng)返 回YN 圖 52 主程序流程圖 部分代碼： main() { EA = 1。 //開總中斷 EX0 = 1。 //開外部中斷 0 While(1) { AD_val()。 //信號采集， A/D 轉(zhuǎn)換 LED_display()。 //數(shù)碼管顯示 alarm()。 //上下限報警 } } 某某 學畢業(yè)設計 （論文） A/D 轉(zhuǎn)換程序及流程圖 開 始A D C 0 8 0 9初 始 化讀 取 采 集 數(shù) 據(jù)啟 動 A /D 轉(zhuǎn) 換數(shù) 據(jù) 處 理 與 儲 存返 回延 時 復 位 圖 53 A/D 轉(zhuǎn)換程序流程圖 void AD_val() { uchar i,temp=0。 cs=1。 //初始化，啟動 sclk=0。 cs=0。 _nop_()。 for(i=0。i8。i++) //讀取采集數(shù)據(jù)，讀取的是上一次采集數(shù)據(jù) { sclk=1。 temp=temp1。 if(Dataout) temp |=0x01。 sclk=0。 } cs=1。 AD=temp。 for(i=0。i5。i++) //延時 17us 以上，進行復位 _nop_()。 Int_result=AD*100/256。 //處理整數(shù) num=Int_result。 } 李四 ：基于單片機的流量檢測系統(tǒng)的設計 顯示程序及流程圖 開 始原 始 數(shù) 據(jù) 轉(zhuǎn) 換查 表 獲 得 字 碼 型驅(qū) 動 對 應 數(shù) 碼 顯 示返 回 圖 54 顯示程序流程圖 部分代碼： void LED_display(uint num) { uchar qian,bai,shi,ge。 qian=num/1000。 //千，百，十，個處理 bai=num/100%10。 shi=num/10%10。 ge=num%10。 某某 學畢業(yè)設計 （論文） 報警程序及流程圖 開 始判 斷 所 讀 流 量是 否 超 出 下 限判 斷 所 讀 流 量是 否 超 出 上 限b e e p = b e e p 報 警b e e p = 1返 回NYNY 圖 55 報警程序流程圖 Void alarm() //報警程序 { if(setValue_low=numamp。amp。setValue_high=num) beep=1。 //在溫度允許范圍內(nèi)，不報警 else beep=beep。 } 李四 ：基于單片機的流量檢測系統(tǒng)的設計 第 6 章 抗干擾技術 干擾的來源 干擾的來源是多方面的，有時候也是錯綜復雜的。對于計算機控制系 統(tǒng)來說，干擾可能來源于外部，也可能來源于內(nèi)部。外部干擾指那些與系統(tǒng)結構無關，而是由外界環(huán)境因素決定的；而內(nèi)部 干擾則是由系統(tǒng)結構、制造工藝等所決定的。 外部干擾主要是由空間電或磁的影響。例如：輸電線和電氣設備發(fā)出的電磁場，通訊廣播發(fā)射的無線電波，太陽或其他天體輻射出的電磁波，空中雷電，火花放電，弧光放電輝光放電等放電現(xiàn)象，甚至濕度，氣溫等氣象條件也是外來干擾。 內(nèi)部干擾主 要是分布電容，分布電感引起的耦合感應，電磁場輻射感應，長線傳輸?shù)牟ǚ磻?，多點節(jié)底引起的電位差引起的干擾，寄生震蕩引起的干擾，甚至原器件產(chǎn)生的噪音也屬于干擾。 從機理上看，外部干擾和內(nèi)部干擾的物理性質(zhì)相同，引而消除火抑制它們的方法沒有本質(zhì)上的 區(qū)別，常見的干擾由以下三種：即串模干擾、共模干擾和長線傳輸干擾。