【正文】 其中飽和蒸汽密度 0? 和水 密度 1? ，干度影響系數(shù) X 依據(jù)蒸汽干度 S 查表。 本章小結(jié) 本章介紹了渦街流量計，用圖解和公式推導(dǎo)的方法詳細(xì)分析了渦街流量計的工作原理和基本特性，并詳細(xì)闡明了渦街流量計如何與漩渦發(fā)生體結(jié)合，實現(xiàn)對應(yīng)力頻率的精確檢測，對在實踐中遇到的影響檢測精度的因素做了分析并給出了解決方法。在本測量系統(tǒng)中，單片機(jī)作為整個系統(tǒng)的 核心部件，使系統(tǒng)增強(qiáng)了數(shù)據(jù)處理、自診斷、顯示與報警等功能。 硬件與軟件設(shè)計是對單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)的重要步驟。 單片機(jī)系統(tǒng)的硬件主要包括單片機(jī)、傳感器、傳感器信號調(diào)節(jié)器、 A/D 轉(zhuǎn)換、 LCD顯示電路、芯片監(jiān)控電路、通信接口電路，如圖 41 所示： 傳 感 器 信 號 調(diào) 節(jié)器A / D 轉(zhuǎn) 換 A T 8 9 C 5 2L C D 顯 示R S 2 3 2 串 行 接 口看 門 狗 圖 41 硬件總體設(shè)計圖 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13 傳感器部分電路 傳感器 利用伴隨漩渦分離的物理效應(yīng)，可以采用熱敏、力敏元件或通過光、聲調(diào)制方法等來檢測漩渦分離頻率。 2．力敏元件檢測方法漩渦分離造成的交變差壓、交變升力或者交變升力引起的機(jī)械振動，用差動電容、電阻應(yīng)變片、壓電晶體、壓電陶瓷等檢測。 4．聲、光信號調(diào)制檢測方法利用聲束光束通過渦街時受到漩渦的調(diào)制，由接收聲強(qiáng)光強(qiáng) 或相位的脈動頻率得到漩渦分離頻率。對上游不同形式的阻力件必須配置足夠長的滿足不同要求的直管段，以保證儀表的測量精度。液柱式傳感器的結(jié)構(gòu)簡單，測量精度高，但是測量結(jié)果只能就地讀取，不能進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳送。壓變電阻式傳感器的靈敏度高、測量范圍廣、頻率響應(yīng)快 ，但是易受電阻片結(jié)構(gòu)、貼片用膠、貼片工藝以及工作環(huán)境溫度影響。因此，研究的渦街流量計系統(tǒng)使用壓電式壓力傳感器來測量流體的壓力。 TPF 壓力傳感器有一個流體測量膜，被設(shè)計用于檢測高粘度液體，而具有內(nèi)部測量腔的普通傳感器做不到這一點。它包括一個 用于傳感器激勵的可調(diào)節(jié)的電流源和一個三字節(jié)的可編程放大器 (PGA)。 MAX1450 能夠?qū)鞲衅餍盘栠M(jìn)行補償，這使得它在低功耗和中等精度的應(yīng)用中最理想。 圖 43 MAX1450 引腳圖 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 15 圖 44 MAX1450 與單片機(jī)連接圖 MAX1450 的各個引腳功能如下： 表 41 MAX1450 引腳功能 管腳號 代號 功能 1 INP 正傳感器輸入 1 16 IC 內(nèi)部連接，斷開連接 4 SOTC 偏移量 TC 輸入符號位 5 SOFF 偏移量輸入符號位 6 A1 PGA 獲得設(shè)置輸入 7 A0 PGA 獲得設(shè)置 LSB 輸入 8 OFFOC 偏移量 TC 調(diào)節(jié) 9 OFFSET 偏移量調(diào)節(jié)輸入 10 BBUF 緩沖橋式電壓輸出 11 FSOTRIM 電橋驅(qū)動電源設(shè)置輸入 13 A2 PGA 獲得設(shè)置 MSB 輸入 14 OUT PGA 輸出電壓 15 DDV 正供電電壓輸出 17 ISRC 電流源參考 18 SDRIVE 傳感器激勵電源輸出 19 SSV 負(fù)供電電壓輸出 20 INM 負(fù)傳感器信號輸入 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 16 信號調(diào)理電路的設(shè)計 為了進(jìn)行數(shù)字量和控制系統(tǒng)的處理，我們需 要設(shè)計一個模數(shù)轉(zhuǎn)化電路，將從濾波器傳來的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，傳入單片機(jī)進(jìn)行處理。 A/D 轉(zhuǎn)換器按照轉(zhuǎn)換原理可分為間接 A/D 轉(zhuǎn)換器和直接 AD/轉(zhuǎn)換器。其中積分型 A/D 轉(zhuǎn)換器電路簡單，抗干擾能力強(qiáng)，且能作到高分辨率，但轉(zhuǎn)換速度較慢 ； 直接 A/D 轉(zhuǎn)換器是把模擬信號直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，如逐次逼近型，并聯(lián)比較型等。因此我們在綜合考慮各種 A/D 轉(zhuǎn)換器的優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上，選取了逐次逼近式的具有串行總線結(jié)構(gòu)的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 MAXl87，它僅有 8 個引腳，外圍接線很少 ,體積小、速度快、精度高。三線串行接口，兼容 SPI， QSPI， Microwire 總線。 圖 45 MAX187 引腳圖 各引腳功能如下 ： 1． +SV 電源 ； 2．模擬量輸入 ： 范圍 0~ REFV ； 3．操作模式選擇 ： 低電平為休眠模式，正常操作模式為高電平是使用內(nèi)部參考，懸空時禁止內(nèi)部參考 ； 4．參考電壓 ： 內(nèi)部參考為 ，使用內(nèi)部參考時此 的申容，使用外部參考時，接 ~VDD 的基準(zhǔn)電壓 ； 5．地 ； 6．?dāng)?shù)據(jù)輸出 ； 7．片選端 ； 8．時鐘，最 高為 5MHZ。 MAX187 有 2 種操作模式 ： 正常模式和休眠模式，將 SHDN 置為低電平進(jìn)入休眠模式，這時的電流消耗降到 10pA 以下。 使用內(nèi)參考時，在電源開啟后，經(jīng)過 20ms 后參考引腳的 電容充電完成，可進(jìn)行正常的轉(zhuǎn)換操作。這時可在 SCLK 端輸入一串脈沖將結(jié)果從 DOUT 端移出，讀入單片機(jī)中處理。要注意的是 ： 在 CS 置為低電平啟動A/D 轉(zhuǎn)換后，檢測到 DOUT 有效 (或者延時 以上 )，才能發(fā) SCLK 移位脈沖讀數(shù)據(jù)， SCLK 至少為 13 個。 用單片機(jī) AT89C52 的 P1 口來控制 MAX187 的轉(zhuǎn)換。 MAX187 電源需要加去耦合電容，常見的方法是用一個 電容和一個 電容 并聯(lián)。 4 腳為參考端接一個 的電容，這是使用內(nèi)部 參考電壓方式。 圖 46 MAX187 與單片機(jī)連接圖 單片機(jī)硬件電路及周邊設(shè)計 單片機(jī)介紹 目前在市場常見的有 PHILIPS， SIEMENS， INTEL， ATMEL 等公司生產(chǎn)的 100多種型號的 80C51 系列單片機(jī)。 AT89C52 采用 Intel 內(nèi)核技術(shù)，結(jié)合 ATMEL 公司閃存技術(shù)制造，性能穩(wěn)定可靠， 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 18 在程序不太復(fù)雜的情況下，無需擴(kuò)展外部存儲器，因此，對于追求輕巧靈便的產(chǎn)品而言，則顯得尤為重要。 AT89C52 是一個低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8k bytes 的可反復(fù)擦寫的 Flash 只讀程序存儲器和 256 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲單元，功能強(qiáng)大的 AT89C52 單片機(jī) 可以滿足 許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場合。 AT89C52可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。 圖 47 AT89C52 引腳圖 主要管腳有： XTAL1（ 19 腳）和 XTAL2（ 18 腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接 12MHz 晶振。 VCC（ 40 腳）和 VSS（ 20 腳）為供電端口，分別接 +5V 電源的正負(fù)端。 主要功能特性： 1． 8k 可反復(fù)擦寫 (1000 次） Flash ROM 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 19 2． 32 個雙向 I/O 口 3． 2568bit 內(nèi)部 RAM 4． 3 個 16 位可編程定時 /計數(shù)器中斷 5．時鐘頻率 024MHz 6． 2 個串行中斷 7．可編程 UART 串行通道 8． 2 個外部中斷源 9．共 6 個中斷源 10． 2 個讀寫中斷口線 11． 3 級加密位 12．低功耗空閑和掉電模式 13．軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能 液晶顯示電路設(shè)計 液晶作為一種顯示器件 ,以其特有的優(yōu)勢正廣泛應(yīng)用于測試儀器設(shè)備中。而液晶顯示器（ LCD） 具有功耗低、體積小、質(zhì)量輕、超薄和可編程驅(qū)動等其它顯示 器件 無法比擬的優(yōu)點 ,不僅可以 顯示數(shù)字、字符 ,還可以顯示各種圖形、曲線及漢字 ,并且可實現(xiàn)屏幕上下左右滾動、動畫、閃爍、文本特征顯示等功能 ,日益成為智能儀器儀表和測試設(shè)備的首選顯示器件 。本系統(tǒng)采用 MSCG19264型點陣式 LCD，實現(xiàn)電流信號數(shù)據(jù)的實時顯示。 MSCG19264的圖形 LCD為 TRULY公司生產(chǎn)的 19264單色模塊 M19264， 其接口為 8位并行總線方式 ， 顯示驅(qū)動控制電路由三片列驅(qū)動器 KS0108B和一片行驅(qū)動器KS0107B組成，屬行列驅(qū)動及控制合一的驅(qū)動電路，只需外接振蕩電路即可工作。 2． CS1~CS3：芯片片選信號，低電平有效。 3． RS：數(shù)據(jù) /指令選擇信號。 4． R/W：讀 /寫選擇信號。 5． E：讀 /寫使能信號。 6． RES：復(fù)位信號，低電平有效。 RES可與 MPU相連，由 MPU控制；也可直 接 接 VCC， 使之不起作用。 8． V0、 Vee： LCD驅(qū)動電源。 圖 48 MSCG19264 電路圖 芯片監(jiān)控電路的設(shè)計 為防止單片機(jī)程序的跑飛或死機(jī)，電路硬件中加入了具有 “看門狗 ”功能的芯片MAX813L， MAX813L 是 MAXIM 公司推出的低成本微處理器監(jiān)控芯片，此芯片可監(jiān)控單片機(jī)的工作，在上電和掉電的情況下可輸出一個復(fù)位信號 RESET，同時具有“ 看門狗 ” 功能以監(jiān)視程序的運行。該輸入端的最小輸入脈寬要求可以有效地消除開關(guān)的抖動。 2．工作電源 (VCC)： 接 +SV 電源。 4．電源故障輸入端 (PFI)： 當(dāng)該端輸入低于 時， 5 號引腳 PFO 輸出的信號由高電平變?yōu)榈碗娖健? 6．看門狗信號輸入端 (WDI)： 程序正常運行時，必須在小于 的時間間隔內(nèi)向該輸入端發(fā)送一個脈沖信號，以清除芯片內(nèi)部的看門 狗定時器。 8 號引腳 WDO 由高電平變?yōu)榈碗娖?。手動?fù)位端輸入低電平時，該端也產(chǎn)生復(fù)位信號輸出。 圖 為 MAX813L 與單片機(jī)的連接。在軟件設(shè)計中， 不斷輸出脈沖信號，如果因某種原因 單片機(jī)進(jìn)入死循環(huán)，則 無脈沖輸出。另外，當(dāng)電源電壓低于門限值 時，MAX813L也產(chǎn)生復(fù)位輸出，使單片機(jī)處于復(fù)位狀態(tài)，不執(zhí)行任何指令，直至電源電壓恢復(fù)正常，可有效防止因電源電壓較低時單片機(jī)產(chǎn)生錯誤的動作。當(dāng) PFI 低于 時，電源故障輸出腳第 5 腳 PFO 變低，可引起 AT89C52 中斷，進(jìn)行電源故障處理，或?qū)⒅匾獢?shù)據(jù)保存下來。 圖 410 看門狗 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 22 通訊接口的設(shè)計 AT89C52 內(nèi)部有一個功能很強(qiáng)的全雙工串行口，該串行口有 4 種工作方式，波特率可用軟件設(shè)置，由片內(nèi)定時 /計數(shù)器產(chǎn)生，接收發(fā)送均可觸發(fā)中斷系統(tǒng)，使用方便。 RS232 是由美國電子工業(yè)協(xié)會 (EIA)正式公布的、在異步串行通訊中應(yīng)用最廣的標(biāo)準(zhǔn)總線。它適用于設(shè)備之間的通訊距離不大、傳送速率最大為 20K 波特率的應(yīng)用場合。 圖 411 RS232 接口 鍵盤接口的設(shè)計 鍵盤是單片機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)行人機(jī)對話的基本接口，是單片機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入的重要方式。 在本采集系統(tǒng)中，單片機(jī) 3 個 I/O 口外接 3 個按鍵，可以實現(xiàn) 3 個鍵盤的輸入 ，即 3 三個鍵，最多可完成 8 種 任務(wù)。在選擇好要置的儀表參數(shù)后，其最高位開始閃爍，此時按 1 鍵，閃爍位將右移一位，此時配合 3 鍵調(diào)節(jié)該位大小。 2. 2 鍵為選擇功能鍵。 3. 3 鍵為數(shù)值調(diào)整功能鍵。 獨立式按鍵的接法是在單片機(jī)的 I/O 口上接一個按鍵，每個按鍵對應(yīng)單片機(jī)的一個輸入端口，按鍵的另一端接電源或者數(shù)字地。 圖 412 鍵盤接口 本章小結(jié) 本章對系統(tǒng)的單片機(jī)硬件電路及外圍電路的設(shè)計的介紹中，闡明了系統(tǒng)芯片的選型原因和芯片特點，并對單片機(jī)的外圍電路 ： A/D 轉(zhuǎn)換電路、傳感器信號調(diào)節(jié)器電路、LCD 顯示電路進(jìn)行了詳細(xì)的介紹和分析，對單片機(jī)的外圍電路 ： 控制信號輸出電路 ，鍵盤接口電路 和通信接口 電路 進(jìn) 行了 詳細(xì)的 介紹。 C 語言是一種編譯型程序設(shè)計語言，它兼顧了多種高級語言的特點，并可以調(diào)用匯編語言的子程序。C 語言提供了完備的規(guī)范化流程控制線結(jié)構(gòu)，對于大型程序可按功能分成若干模塊，程序直觀便于管理，對于像本文介紹的這樣比較復(fù)雜的系統(tǒng)采用 C 編程可以更容易實現(xiàn)。 總體設(shè)計流程圖如圖 51 所示： 圖 51 總體設(shè)計流程圖 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 25 顯示程序設(shè)計 主程序中調(diào)用的顯示驅(qū)動程序流程圖如圖 5圖 53 所示： 圖 52 顯示驅(qū)動程序流程圖 3片 清 屏選 擇 顯 示 模 片液 晶 狀 態(tài) 忙寫 入 指 令 或 數(shù) 據(jù)結(jié) 束否 圖 53 顯示子程序流程圖 鍵盤程序設(shè)計 在使用單片機(jī)對鍵盤處理時，必須消除鍵盤抖動的影響。消除鍵盤抖動可以使用硬件去抖或軟件去抖方法。程序清單見附錄，程序流程圖如圖 54 所示： 開 始是 否 有 鍵 閉 合延 遲 去 抖是 否 有 鍵 閉 合掃 描 取 鍵 值閉 合 鍵 釋 放結(jié) 束NNN 圖 54 鍵盤程序流程圖 RS232 接口程序設(shè)計 在 PC 內(nèi)接有 PC16550（和 8250 兼容）串行接口、 EI