【導(dǎo)讀】有及國(guó)有控股企業(yè)總利潤(rùn)的1/4左右。油井產(chǎn)量的計(jì)量是油田生產(chǎn)管理中的一。產(chǎn)方案，具有重要的指導(dǎo)意義。目前國(guó)內(nèi)各油田采用的油井產(chǎn)量計(jì)量方法主。隨著技術(shù)的進(jìn)步，油田越來(lái)越需要功能強(qiáng)、自動(dòng)化程度高的油。井計(jì)量設(shè)備以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和油田的管理水平。個(gè)恒流量的控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)的研究對(duì)象就是液體如石油、水等的流量，通過(guò)對(duì)流量的檢測(cè)，流量有瞬時(shí)流量和累積流量?jī)煞N單位。時(shí)間內(nèi)通過(guò)管道橫截面的流體的數(shù)量；累積流量指一段時(shí)間內(nèi)的總流量。示方法最為常用。時(shí)間之內(nèi)流體通過(guò)的累積總量，稱(chēng)為累積流量，也常被稱(chēng)為總流量。量以M表示，體積流量以Qv表示。過(guò)步進(jìn)電機(jī)來(lái)精確控制閥門(mén)的開(kāi)度,實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的精確控制。通過(guò)電磁流量傳感器，AD轉(zhuǎn)換器進(jìn)行輸入，通過(guò)控制步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)部分，分別對(duì)撥碼盤(pán)設(shè)。其它類(lèi)型的流量計(jì)有電磁式流量計(jì)和超聲波流量計(jì)等。與流體流動(dòng)速度有關(guān)，據(jù)此可以實(shí)現(xiàn)流量測(cè)量。

　　

【正文】 撥盤(pán)輸入 控制端 A 輸出狀態(tài) 8 4 2 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 2 1 0 0 1 0 3 1 0 0 1 1 4 1 0 1 0 0 5 1 0 1 0 1 6 1 00 1 1 0 7 1 0 1 1 1 8 1 1 0 0 0 9 1 1 0 0 1 *：輸出狀態(tài)為 1 時(shí)，表示該輸出線與 A 相遇。 2 BCD 碼撥盤(pán)與單片機(jī)的接口 a．單片 BCD 碼撥盤(pán)與單片機(jī)的接口 單片 BCD 碼撥盤(pán)可以與任何一個(gè) 4 位 I/O 口或擴(kuò)展 I/O 口相連，以輸入BCD 碼， A 端接 +5V。為了使輸出端在不與控制端 A 相連時(shí)有確定的電平，常將 8， 4， 2， 1 輸出端通過(guò)電 阻拉低。圖 是 AT89C51 通過(guò) ～ 單片 BCD 碼撥盤(pán)的接口電路。 + 5VA8 4 2 1A8 4 2 1A8 4 2 1A8 4 2 1A T 89C 51P P P P P P P P 圖 AT89C51 與撥盤(pán)的接口電路 控制端 A 接 +5V，當(dāng)撥盤(pán)撥至某輸入十進(jìn)制數(shù)時(shí)，相應(yīng)的 8， 4， 2， 1 有效端輸出高電平（如撥至“ 6”時(shí)， 4， 2 端為有效端）無(wú)效端為低電平。這時(shí)撥盤(pán)輸出的 BCD 碼為正邏輯（原碼），如表 924 所示。如果控制端 A 接地，8， 4， 2， 1 輸出端通過(guò)電阻上拉至高電平時(shí)，撥盤(pán)輸出的 BCD 碼為負(fù)邏輯（反碼）。 3 多片 BCD 碼撥盤(pán)與單片機(jī)的接口 在應(yīng)用系統(tǒng)中，要輸入多位十進(jìn)制數(shù)時(shí)，應(yīng)將多片 BCD 碼撥盤(pán)拼接。如果按照?qǐng)D 934 的接法， N 位十進(jìn)制撥盤(pán)需占用 4179。 N 根 I/O 口線，為了減少I(mǎi)/O 口線占用數(shù)量，可將撥盤(pán)的輸出線分別通過(guò) 4 個(gè)與非門(mén)與單片機(jī)的 I/O 口相連，而每片撥盤(pán)的控制端 A 不再接 +5V 或地，而是分別與 I/O 口線相連，用來(lái)控制選擇多片撥盤(pán)中的任意一片。這時(shí)， N 位十進(jìn)制撥盤(pán)，用 N 片 BCD碼撥盤(pán)拼成時(shí)只需占用 4+N 根 I/O 口線。圖 3 通過(guò) P1 與 4 片 BCD 碼撥盤(pán)相連的 4 位 BCD 碼輸入電路。 4 片撥盤(pán)的 BCD 碼輸出相同端接入同一個(gè) 4 個(gè)與非門(mén)。四個(gè)與非門(mén)輸出8， 4， 2， 1 端分別接入 ， ， ， 。其余的 ， ， 分別與千、百、十、個(gè)位 BCD 碼撥盤(pán)的控制端相連。當(dāng)選中某位時(shí)，該位的控制端置 0，其他三個(gè)控制端置 1。 例如選中千位時(shí)， 置 0， ～ 置 1，此時(shí)四個(gè)與非門(mén)所有其它位連接的輸入端均為 1 狀態(tài)，因此四個(gè)與非門(mén)輸出的狀態(tài)完全取決于千位數(shù)BCD 撥盤(pán)輸出狀態(tài)。由于該位的控制端置 0，因此，撥盤(pán)所置之?dāng)?shù)輸出為 BCD反碼，通過(guò)與非門(mén)輸出為該千位數(shù) BCD 碼。 4． 3． 2 步進(jìn)電機(jī)控制接口 步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)換成相應(yīng)角位移或線位移的電磁機(jī)械裝置，也是一種 能把輸出機(jī)械位移增量和輸入數(shù)字脈沖對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)器件。步進(jìn)電機(jī)具有快速啟停能力，只要電機(jī)的負(fù)荷不超過(guò)它所能提供的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩，就能通過(guò)輸入脈沖來(lái)控制它在一瞬間啟動(dòng)和停止。步進(jìn)電機(jī)的步距角和轉(zhuǎn)速只和輸入的脈沖頻率有關(guān)，和環(huán)境溫度、氣壓、沖擊和振動(dòng)無(wú)關(guān)，也不受電網(wǎng)電壓的波動(dòng)和負(fù)載變化的影響，它每轉(zhuǎn)一周都有固定的步數(shù)，步進(jìn)精確和步距誤差不會(huì)長(zhǎng)期積累。因此，步進(jìn)電機(jī)在需要精確定位場(chǎng)合應(yīng)用廣泛。 （一）步進(jìn)電機(jī)的工作原理 電機(jī)定子上均勻分布有六個(gè)磁極，相鄰兩磁極間夾角為 60176。，磁極上繞有三相控制繞組，分別對(duì)應(yīng)于 A、 B 和 C 三相 電源。轉(zhuǎn)子外側(cè)均勻分布有 40個(gè)齒，每個(gè)齒的齒距為 9176。定子的每個(gè)極弧上也有 5 個(gè)齒，定子和轉(zhuǎn)子的齒寬和齒距都相同，而每個(gè)定子磁極的極距為 60176。，故每個(gè)磁極所占的齒距數(shù)不是整數(shù)。 為了弄清步進(jìn)電機(jī)的工作原理，將定子和轉(zhuǎn)子展開(kāi)成平面圖。圖中，定子A 極上的齒和轉(zhuǎn)子上的齒是對(duì)齊的，但 B 極和 C 極上的齒分別和轉(zhuǎn)子上齒錯(cuò)1/3 齒距（即 3176。）。若使 B 相繞組通電，電機(jī)就會(huì)沿 B 極軸向產(chǎn)生磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子因受到 反應(yīng)轉(zhuǎn)矩作用而轉(zhuǎn)動(dòng)，直到 B 極上齒和轉(zhuǎn)子上齒對(duì)齊為止。但 A極和 C 極上的齒又分別和轉(zhuǎn)子上對(duì)應(yīng)齒錯(cuò)新的 1/3 齒距（即 3176。）。此時(shí)，若斷開(kāi) B 極控制繞組中電流而接通 C 相控制繞組， C 極和轉(zhuǎn)子間產(chǎn)生的反應(yīng)轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)使 C 極上齒和轉(zhuǎn)子上齒對(duì)齊。同理， A 極通電驅(qū)使 A極上齒和轉(zhuǎn)子上齒對(duì)齊。由此可見(jiàn)，錯(cuò)齒是促使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的根本原因。 根據(jù)上述原理，若按 ABCA 順序輪流循環(huán)通電，則步進(jìn)馬達(dá)就會(huì)沿順時(shí)針?lè)较蛞悦總€(gè)脈沖 3176。的規(guī)律轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)；若把通電順序改為 ABCA，則步進(jìn)馬達(dá)就會(huì)沿逆時(shí)針?lè)较蛞幻總€(gè)脈沖 3176。的規(guī)律轉(zhuǎn)動(dòng)。這就是所謂的三相單三拍通電方式。 對(duì)于三相六拍通電方式，即按 AABBBCCCAA 順序循環(huán)通電，步距角將減少一半，每個(gè)脈沖只轉(zhuǎn)過(guò) 176。 。 （二）步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng) 上述分析表明：步進(jìn)電機(jī)是否旋轉(zhuǎn)是由控制繞組中輸入脈沖的有無(wú)來(lái)控制的，每步轉(zhuǎn)過(guò)的角度和方向是由三相控制繞組中的通電方式?jīng)Q定的。因此，步進(jìn)電機(jī)的控制是要求單片機(jī)軟件產(chǎn)生按上述規(guī)律變化的時(shí)序脈沖，然后通過(guò)接口和驅(qū)動(dòng)放大電路來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)控制繞組工作。步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)由硬件電路和軟件程序兩部分組成。 （ 1）步進(jìn)電機(jī)控制電路 89C51 對(duì)三相步進(jìn)電機(jī)的控制電路如圖 所示。由于 89C51 的 P1 口負(fù)載只能驅(qū)動(dòng)三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 LSTTL 輸入門(mén)，因此需要通過(guò) 7406 驅(qū)動(dòng)器去驅(qū)動(dòng)達(dá)林頓復(fù)合功率放大器， 使步進(jìn)電機(jī)繞組的靜態(tài)電流達(dá)到 2A。 按上述順序通電，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)；按相反順序通電，步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。 4． 3． 3 電磁流量計(jì)電路 電磁流量計(jì)電路如圖 和圖 所示，它是利用法拉第法則檢測(cè)管內(nèi)流動(dòng)流體的流量。激勵(lì)線圈中流過(guò)的電流通常采用矩形波，電極間產(chǎn)生的流量信號(hào)與激勵(lì)波形相似，而電平為 40? V～ 4mV 左右。將該電壓信號(hào)放大并采樣，變換為 4～ 20mV的輸出信號(hào)。檢測(cè)流體的性質(zhì)，通常與流體的共同電位 C 對(duì)比，流量信號(hào)特別是 A、 B 兩極間的直流成分相重疊。輸出阻抗跟樣， 變換為 4～ 20mV的輸出信號(hào)。檢測(cè)流體的性質(zhì)，通常與流體的共同電位 C 對(duì)比， + 27 V7406P P P MLAMLBMLCA T 89C 51 圖 AT89C51 與步進(jìn)電機(jī)接口電路 流量信號(hào)特別是 A、 B 兩極間的直流成分相重疊。輸出阻抗跟流體的電導(dǎo)率有關(guān)，最大為 3M? 。因此輸入部件的構(gòu)件要求能把交流放大，并且阻抗高。 圖 示出了電磁流量計(jì)初級(jí)輸入放大電路，加入 C5和 C6是為了消除因A A2的輸入偏置電流和失調(diào)電流流過(guò) R R R R6而產(chǎn)生的直流偏壓。該直流偏壓含有由溫度引起變化約 300mV 電壓。應(yīng)當(dāng)注意 A3 的差動(dòng)放大倍數(shù)為 200 倍， A3的輸出可簡(jiǎn)單地認(rèn)為已飽和，因此用 C5和 C6截除直流電壓。 圖 示出第二級(jí)的采樣和保持電路，通常 4066 型模擬開(kāi)關(guān)在輸入輸出端間的電壓為 18V、 85℃時(shí)規(guī)定為 1? A，因此輸入輸出端間開(kāi)路時(shí)的電位差，應(yīng)抑制在二極管正向電壓 以下。為了提高 A A5 的保持特性，輸入級(jí)使用結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的運(yùn)算放大器。 V D 2V D 1V D 3 V D 4R?1KR?1KR?1KR?1KR?1KR?1KR?1KR?1KR?1KC?0 .0 1 u FC?0 .0 1 u FC?0 .0 1 u FC?0 .0 1 u FC?0 .0 1 u FC?0 .0 1 u FR?1KR?1KR?1KR?1K 圖 電磁流量計(jì)初級(jí)輸入放大電路 4． 3． 4 MCS51 對(duì) LED 的接口 在單片機(jī)系統(tǒng)中， LED 和鍵盤(pán)是兩種很 重要外設(shè)。鍵盤(pán)用于輸入數(shù)據(jù)、代碼和命令； LED 用來(lái)顯示控制過(guò)程和運(yùn)算結(jié)果。 LED（ Light— Emitting Diode）是發(fā)光二極管的簡(jiǎn)稱(chēng)。 LED 有七段和八段之分，也有共陰和共陽(yáng)兩種。 1． LED 數(shù)碼顯示管原理 LED 數(shù)碼管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jiǎn)單，是通過(guò)同名管腳是所加電平高低來(lái)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、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(chēng)為字形碼。因此， LED 上所顯示字形不同，相應(yīng)字形碼也不一 圖 第二級(jí)的采樣和保持電路 樣。八段共陰能顯示的字形及相應(yīng)字形碼如表 75 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(xiě)字母“ b”和“ d”顯示。 LED 數(shù)碼顯示管分為共陰和共陽(yáng)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(yáng)八段 LED 數(shù)碼顯示管時(shí)，所有發(fā)光二極管陽(yáng)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 a— SP 各引腳上是否是低電平 0 伏。因此，共陰和共陽(yáng)所需 字形碼正好相反，如表 5 所列。 2． MCS51 對(duì) LED 的顯示 接口電路 MCS51 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；動(dòng)態(tài)顯示是指各 LED 輪流一遍一遍顯示各自字符，人們因視覺(jué)惰性而看到的是各 LED似乎在同時(shí)顯示不同字形。 表 5 八段 LED 數(shù)碼顯示管字型碼表 地址偏移量 共陰字形碼 共陽(yáng)字形碼 所顯字符 SGTB+0H 3FH C0H 0 +1H 06H F9H 1 +2H 5BH A4H 2 +3H 4FH B0H 3 +4H 66H 99H 4 +5H 6DH 92H 5 +6H 7DH 82H 6 +7H 07H F8H 7 +8H 7FH 80H 8 +9H 6FH 90H 9 +AH 77H 88H A +BH 7CH 83H b +CH 39H C6H C +DH 5EH A1H d +EH 79H 86H E +FH 71H 8EH F +10H 00H FFH 空格 +11H F3H 0CH P +12H 76H 89H H +13H 80H 7FH 178。 +14H 40H BFH — （ 1）靜態(tài)顯示 在單片機(jī)應(yīng)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(dòng)電路（輸出電流為 10mA）等三部分電路組成。圖中， A、 B、 C、 D 為二進(jìn)制碼（或 BCD 碼）輸入端； LE 為鎖存控制端， LE 為低電平時(shí)可以輸入數(shù)據(jù)。 LE 為高電平時(shí)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(jìn)制碼（或 BCD 碼），并把它自動(dòng)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)字形碼，送給 LED 顯示。圖 731 為采用 MC14495 芯片的 4位靜態(tài) LED 顯示器接口電路。圖中， — 碼（或 BCD 碼）， =0 用于控制二 — 四 譯碼器工作， 出后控制 MC14495 中哪一位接收 — 。 （ 2）動(dòng)態(tài)顯示 為了減少硬件開(kāi)鎖，提高系統(tǒng)可靠性和降低成本，單片機(jī)控制系統(tǒng)通常采用動(dòng)態(tài)掃描顯示。 圖 示出了 89C51 通過(guò) 8155 對(duì)六只共陽(yáng) LED 的接口電路。圖中， B 口和所有 LED 的 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、 SP 引線相連，各 LED控制端 G 和 8155C 口相連，故 B 口為字形口和 C 口為字位口，因?yàn)?CPU 可以通過(guò) C 口控制各 LED 是否點(diǎn)亮。讀者參見(jiàn)表 73 可以很容易看出 8155 的端口地址分配如下： 8000H 命令 /狀態(tài)口 8001H A 口 8002H B 口（字形口） 8003H C 口（字位口） 8