【導讀】論文以差壓式流量計作為流量測量前端，采用STC89S52單片機作為控制核心，ADC0832為模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，并設計了由數(shù)碼管和矩陣式鍵盤組成的人機對話接口。號，通過I/V轉(zhuǎn)換電路變?yōu)殡妷盒盘枺缓筮M入ADC0832轉(zhuǎn)變?yōu)閱纹瑱C可接受的數(shù)字量，經(jīng)單片機進行處理、積分運算后送數(shù)碼管進行累積流量的顯示。在對流量計算方法深入研究的基礎上，論文主要完成了流量積算儀總體方案的設計，

　　

【正文】 應用。動 態(tài)顯示 電路 硬件 連接見 圖 211 所示。 在圖 211 中，使用 P0 口作為筆段碼鎖存器，使用 P1 作為掃描碼鎖存器。用中功率 PNP 管作為驅(qū)動器。顯示時，依次將各位筆段碼送 P0 口，位掃描碼送 P1 口，即可分時顯示所有位。就微觀來說，任一時刻只有一只 LED 數(shù)碼管工作，利用人眼視覺惰性特征，只要刷新頻率不小于 25Hz，宏觀上就看到所有位同時顯示，且沒有閃爍感。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 19 M1M1M2M2M3M3M4M4aabbccddeeffgghhM1M1M2M2M3M3M4M4aabbccddeeffgghhM1M1M2M2M3M3M4M4aabbccddeeffgghhM1M1M2M2M3M3M4M4aabbccddeeffgghhP 00P 01P 02P 03P 04P 05P 06P 07Q3Q1 Q2 Q4V C CR 1310kR 1410kR 1510kR 1610kP 13P 12P 11P 10R5560R 12 圖 211 動態(tài)顯示電路 鍵盤電路 鍵盤是單片機系統(tǒng)實現(xiàn)人機對話的常用輸入設備。本 設計通過鍵盤控制瞬時流量、累積流量切換顯示和流量的設定 。 基本 的鍵盤都是不同按鍵開關(guān)的組合，可以向單片機系統(tǒng)輸入不同的數(shù)字量。目前常用的大部分按鍵都是機械式按鍵，利用了機械觸點的通斷作用，通過機械觸點的閉合與斷開，實現(xiàn)了電壓信號高低的輸入。由于機械式開關(guān)在閉合與斷開的瞬間均有抖動過程，因此通過機械式開關(guān)輸入的電壓信號也會出現(xiàn)相應的抖動，這種抖動的時間一般為5～ 25ms，不同的開關(guān)由于不同的機械特征具備不同的抖動時間常數(shù)，在鍵盤設計中必須要考慮鍵盤抖動的問題，通過硬件或軟件的措施來進行鍵盤輸入消抖，保證輸入的可靠性。 一般采用軟件延時消除抖動。 [23] 鍵盤按照其內(nèi)部不同 電路結(jié)構(gòu)，可分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤二種。編碼鍵盤本身除了帶有普通按鍵之外，還包括產(chǎn)生鍵碼的硬件電路。使用時，只要按下編碼鍵盤的某一個鍵，硬件邏輯會自動提供被按下的鍵的鍵碼，使用十分方便，但價格較貴。由非編內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 20 碼鍵盤組成的簡單硬件電路，僅提供各個鍵被按下的信息，其他工作由軟件來實現(xiàn)。由于價格便宜，而且使用靈活，因此廣泛應用在單片機應用系統(tǒng)中。本設計選用非編碼鍵盤。非編碼鍵盤按照其鍵盤排列的結(jié)構(gòu)，又可分為獨立式按鍵和行列式按鍵兩種類型。本設計采用 2*4非編碼行列式按鍵鍵盤 。 對重鍵的處理 也是設計中需要考慮的一個問 題， 重鍵是指用戶操作時幾個鍵同時被按 下的現(xiàn)象，一般要對重鍵輸入進行相應的處理，最常用的一種處理方法 是，當有多個鍵同時被按下時，只響應第一個被按下的鍵 。 下圖是鍵盤與單片機的連接： K7K5 K6K8 K3\K4K1K2P 25P 24P 20 P 21 P 22 P 23 圖 212 2*4 非編碼鍵盤與單片機的連接圖 流量積算儀硬件電路圖 流量積算儀硬件電路設計原理總圖：見附錄 A 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 21 第三章 流量積算儀軟件部分的設計 軟件設計的整體思想 軟件中主要包括以下這些模塊 : （ 1） 初始化模塊 系統(tǒng)啟動之后 ,需要對端口進行設置；特殊功能寄存器進行初始化操作；還要對一些 RAM單元進行清零操作等； （ 2） 主程序模塊 主要是完成各功能子程序的調(diào)用； （ 3） 按鍵處理模塊 對是否有鍵按下，按下后進行相應的一些處理； （ 4） 數(shù)據(jù)處理模塊 數(shù)據(jù)處理模塊主要是完成 標度變換、 流量累積的計算功能； （ 5） 數(shù)據(jù)處理模塊 在單片機內(nèi)部 RAM區(qū)中開辟出一段顯示緩沖區(qū) ,該模塊是完成把緩沖區(qū)的內(nèi)容顯示到 LED上的功能 ； （ 6） 中斷服務模塊 只要完成判斷計算 1s時間的功能。 各模塊的軟件實現(xiàn) 編程語言選擇及編程環(huán)境 (1)編程語言選擇 對于 51系列單片機，現(xiàn)有四種語言支持，即 匯編、 PL/M、 C和 BASIC語言。 8051匯編語言與其他匯編語言非常類似，具有執(zhí)行效率高、速度快、與硬件結(jié)合緊密等特點。尤其在進行 I/O端口管理時，使用匯編語言有快捷、直觀的優(yōu)點。但是匯編語言編程相對比較困難，程序可讀性低，開放性差，開發(fā)周期較長。 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語言是為了能夠勝任系統(tǒng)程序設計的要求而開發(fā)的，因此有很強的表達能力，能夠用于描述系統(tǒng)軟件各方面的特性。它具備較高的可移植性，提供了種類豐富的運算符和數(shù)據(jù)類型，極大地方便了程序 設計。同時，它有功能豐富的庫函數(shù)，運算速度快、編譯效率高，且可以直接實現(xiàn)對系統(tǒng)硬件的控制。 C語言是一種結(jié)構(gòu)化程序設計語言，支持自頂向下的結(jié)構(gòu)化程序設計技術(shù)。它具有完善的模塊程序結(jié)構(gòu)，在軟件開發(fā)中可以采用模塊化程序設計方法。用 C語言開發(fā)系統(tǒng)可以大大縮短開發(fā)周期，明顯增強程序的可讀性，便于改進和擴充。使用 C語言進行 8051系列單片機系統(tǒng)開發(fā)，編程者可以內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 22 專注于應用軟件部分的設計，不必將大量的精力花在內(nèi)存分配等底層工作上，從而大大加快了軟件開發(fā)的速度。在實際編程中，常常以 C語言為主，匯編語言為輔，充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢 。本設計采用 C語言編程。 [25] (2)編程環(huán)境 單片機開發(fā)中除必要的硬件外，同樣離不開軟件，我們寫的匯編程序要變?yōu)?CPU可以執(zhí)行的機器碼有兩種方法，一種是手工匯編，另一種是機器匯編，目前 應用最多的是機器匯編。機器匯編是通過匯編軟件將源程序變?yōu)闄C器碼。本設計編程環(huán)境使用的是Keil uVision3， Keil提供了包括 C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（ uVision）將這些部件組合在一起。 Keil uVision3可以完成編輯、編譯、 連接、調(diào)試、仿真等整個開發(fā)流程 。 Keil軟件是目前最流行開發(fā) MCS51系列單片機的軟件 。 本系統(tǒng)采用 Keil公司 C51編譯器。A51是一個有通用特性機用法的重定位宏匯編器，能很好地與 INTEL公司的 MASM51宏匯編兼容，支持模塊化編程，可以方便地與高級語言接口。 主程序 單片機要接收 A/D 轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)；并顯示瞬時流量、累積流量；對按鍵進行判斷、處理等。因此主程序的主要任務是調(diào)用 幾 個功能模塊實現(xiàn)設計功能，首先調(diào)用 A/D 轉(zhuǎn)換子程序，讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量； 調(diào)用線性變換子程序?qū)?shù)字量轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?瞬時流量值；然后調(diào)用數(shù)學運算子程序即流量累積子程序?qū)D(zhuǎn)換后的數(shù)字量進行相應的數(shù)學運算 ，得到累積流量；再 調(diào)用 LED 顯示子程序，實現(xiàn)對流量的顯示； 在流量累積過程中，要使用定時器進行定時，還需設置中斷服務程序： 最后調(diào)用按鍵 子程序?qū)崿F(xiàn)人機交流。主程序的流程圖如 圖 31所示： 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 23 定 時 1 s 到 嗎 ？初 始 化設 定 時 器 工 作 方 式定 時 器 初 始 化開 中 斷主 程 序調(diào) 用 鍵 盤 掃 描 程 序顯 示 累 積 流 量 Y N延 時返 回啟 動 定 時 器 圖 31 流量積算儀主程序流程圖 A/D 轉(zhuǎn)換模塊 在了解 ADC0832芯片的工作原理和工作時序后。對于此設計 A/D轉(zhuǎn)化子程序可分為以下幾大步：第一步，啟動 ADC0832； 第二步，在前三個時鐘脈沖通過 DI、 DO端口的設置確定模擬量輸入通道，本設計只有單通道，為了軟件編程更簡易令在前三個脈沖都為高電平（即 DI、 DO為 1），單端輸入方式模擬量從通道 CH0輸入。第三步，進行 A/D轉(zhuǎn)化；第四步，判斷轉(zhuǎn)換是否結(jié)束；第五步，返回 8位轉(zhuǎn)換結(jié)果。 A/D轉(zhuǎn)化子程序的流程圖 見 圖32所示： 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 24 兩 字 節(jié) 數(shù) 據(jù) 相 等 嗎 ？初 始 化使 能 芯 片產(chǎn) 生 時 鐘 信 號輸 入 通 道 控 制 字A / D 轉(zhuǎn) 換 子 程 序 入 口讀 取 兩 字 節(jié) 數(shù) 據(jù)將 轉(zhuǎn) 換 數(shù) 據(jù) 送 入 寄 存 器Y返 回N 圖 32 A/D 轉(zhuǎn)化子程序的流程圖 標度變換模塊 在該流量積算儀中，需要將測量的流量通過 I/V轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成 0～ +5V的電壓信號，再將對應的電壓信號經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成對應的 00～ FFH（ 8位）的數(shù)字量。要使流量積算儀顯示出實際的流量值，需要進行標度變換。 標度變換子程序流程圖見圖 32。 線性參數(shù)標度變換是最常用的標度變換方法，其前提條件是被測參數(shù)值與 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果為線性關(guān)系。因為實際運用中的差壓式流量計都已做成流量與輸出電流信號成線性關(guān)系，所以可以采用線性標度變換公式進行計算，其計算公式為： 0000()xxmmNNA A A A?? ? ?? (31) 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 25 式中， 0A — 一次測量儀表的下限； mA — 一次測量儀表的上限； xA — 實際測量值（工程量）； 0N — 儀表下限所對應的數(shù)字量； mN — 儀表上限所對應的數(shù)字量； xN — 測量值所對應的數(shù)字量。 式 （ 31） 為線性標度變換的通用公式，其中， mA ， 0A ， mN ， 0N 對于某一固定的被測參數(shù)來說都是常數(shù)，不同的參數(shù)有著不同的值，為了使程序設計簡單，一般將 0A 所對應的 A/D 轉(zhuǎn)換值置為 0，即 0N =0。這樣式（ 31）可寫成 00() xxm mNA A A AN? ? ? （ 32） 在本設計中，設定 mA 為瞬時流量的最大值， 0A 為瞬時流量的最小值， mN =255，0N =0，又因為 xN 為 A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量，所以采用標度變換公式（ 32）可得 xA = 00255m xAANA? ? 即瞬時流量 =（瞬時流量的最大值 — 瞬時流量的最小值） /255+瞬時流量的最小值。 初 始 化調(diào) 用 A /D 轉(zhuǎn) 換 子 程 序標 度 變 換 子 程 序 入 口返 回00255mxxAAA N A??? 圖 33 標度變換子程序流程圖 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 26 流量累積模塊 要顯示累積流量， 就 要對瞬 時流量進行累積， 流量 累積過程如下： 每 100ms對 瞬時流量累積一次 ，每 1s對累積流量顯示一次 。 要完成 100ms的定時，可以采用 定時器 T0來完成， 然后在中斷程序中設置一個計數(shù)參數(shù)，計數(shù) 10次，即定時10*100ms=1s， 1s以后 即可 顯示一次累積結(jié)果。 在進行流量累積過程中 需要 調(diào)用 標度變換 子程序 還需要判斷累積結(jié)果是不大于9999，若累積結(jié)果大于 9999，就將累積結(jié)果清零 。 流量積算程序流程圖 見圖 34： 初 始 化調(diào) 用 標 度 變 換 子 程 序進 行 累 積 運 算流 量 累 積 子 程 序 入 口返 回累 積 值 9 9 9 9 ? 累 積 結(jié) 果 清 零YN 圖 34 流量積算程序流程圖 LED 顯示模塊 為節(jié)省硬件，降低成本，在動態(tài)顯示占用 CPU時間不影響儀表的實時測量的情況下，采用動態(tài)顯示。此外，為了保證動態(tài)顯示亮度，每位顯示時間不得小于 1ms，考慮低成本，采用軟件方式延時。另外，十進制數(shù)顯也采用軟件方式將 BCD碼轉(zhuǎn)換成七段碼。轉(zhuǎn)換過程：顯示的 BCD碼通過計算、查表、求出存放顯示段碼單元地址，從該地址單位中取出送顯示端口輸出。 據(jù)此 ,給出如圖所示的 LED顯示子程序流程圖 如下： 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 27 顯 示 子 程 序初 始 化 a [ ]中存 放 0 ~ 9 的 字 符 碼個 、 十 、 百 、 千 位 設 定筆 段 碼 送 P 0 口位 掃 描 碼 送 P 1 口顯 示 延 時 4 位 完 ？NY返 回 圖 35 LED 顯示子程序流程圖 延時模塊 此 子程序的功能是產(chǎn)生延時，使輸出穩(wěn)定。程序里先有一個