电磁流量计单片机系统设计
电磁流量计单片机系统设计
4．3．3．1 微处理器的选取
作为整个测控系统的核心部件，微处理器的选择对整个系统的功能优化和性能提升起着至关重要的作用。根据本课题设计系统的功能需求，需要功能硬件部件有A／D转换来进行信号处理，由于用到模数转换功能，市场上的模数转换芯片一般价格都不低，而自己搭建模数转换电路不仅麻烦而且可靠性也不高， 要优先选用内部集成有模数转换模块的芯片。和计算机进行通信时要用到通用串行同步／异步(USART)通信口，数据显示采用液晶就要求有足够的通用I／O 端口来送数据和控制线，此外还要有足够大空间的ROM写程序和足够大空间的RAM来定义变量。
MCS．51单片机作为从八十年代就开始流行的处理器，其开发技术成熟，应用广泛，不足之处在于功能过于简单，己经不能适应于目前对测控系统功能和速度的要求。因此，各大公司纷纷推出各种面向不同应用场合的增强型单片机， 这些系列的单片机大多具有较强的功能模块接口功能，较高的处理速度，大容量ROM和RAM，往往处理器本身就已经是一个小系统模式，仅仅需要一些简单电容、电阻元件就可以工作。考虑到本课题设计的是低功耗系统，而典型的低功耗增强型的单片机包括Atmel公司的AVR系列单片机，Microchip公司的PIC系列单片机，TI公司的MSP430系列单片机，以及Silicon Labs公司C8051F系列单片机。考虑到本系统要求微处理器具有低功耗，内置转换速度和精度都要求比较高多路A／D转换器， 本课题选用美国Cygnal公司推出的、采用Silicon Labs的CIP．51微处理器内核、*集成的混合信号片上系统(SOC，System On Chip)芯片C8051F410。
一、高速8051CPU
1)与MCS．51指令集*兼容； 2)流水线指令结构，70％的指令的执行时间为一个或两个系统时钟周期； 3)速度可达50MIPS(时钟频率为50MHz时)； 4)扩展的中断系统。
二、存储器
1)2304字节数据存储器； 2)32KB的FLASH；可在系统编程，扇区尺寸为512字节；VDD为2．25V 即可进行读／写／擦除全功能操作； 3)64字节电池后备RAM。
三、模拟外设
1)12位ADC，可编程转换速率，可达200ksps，可多达24个外部输入，可编程为单端输入或差分输入，内置温度传感器(±30C)，内部电压基准1．5V、2．2V(可编程)； 2)两个12位电流模式DAC； 3)两个比较器； 4)上电复位和欠压检测器。
四、数字外设
1)24个端口I／O，输入电压可高达5．25V： 2)可同时使用的硬件SMBusTM(12CTM兼容)、SPITM及UART串口； 3)16位可编程计数器阵列，带6个捕获／比较模块、WDT： 4)4个通用16位计数器／定时器。
五、时钟源
1) 内部振荡器：24．5MHz，2％精度(支持UART操作)，时钟乘法器可达50MHz； 2)外部振荡器：晶体、RC、C或外部时钟(单或双引脚方式)； 3)外部smaRTClock振荡器：32KHz晶体或自谐振振荡器： 4)从SUSPEND方式快速唤醒(<lgS)： 5)可在运行中切换时钟源。
六、系统特性
1．)在片调试，片内调试电路支持全速、非侵入式在系统调试，支持断点、单步执行、观察点，观察／修改存储器、寄存器和堆栈； 2)电源电压：2．0V～5．25V，内建LDO稳压器：2．1V或2．5V： 3)28脚QFN和32脚LQFP封装： 4)温度范围：．400C～+850C。
总之，C8051F410器件片内丰富的模拟和数字资源，为设计小体积、低功耗、高可靠性和高性能的单片机应用系统提供了方便，也可使系统的整体成本大大降低，*了本系统对微处理器的设计要求。
4．3．3．2 液晶显示和通信模块的设计
反映管道内流体流速的感应电动势经过转换器、A／D采样和单片机处理后， 为了方便用户观测，可以使用液晶直接显示，也可以通过通讯模块，发送到上位机上进行显示。
一、液晶显示模块
为了实现整个系统的低功耗，在此选用段码式、低功耗液晶显示模块LCMl41[371。LMl41液晶显示模块是一种新型的压力、流量和温度测量仪表的专用液晶显示模块，它内含驱动与控制电路以及串行通信接口，可与单片机方便接口，还可外接蜂鸣器，节省了硬件资源和空间。图4-15所示为它的外形，其对应的各引脚功能及状态说明如表4-1所示。图4．15 LCMl41外形图表4一l 液晶显示模块LCMl41的各个引脚的功能及状态说明引脚符号功能状态。1 CS 模块片选输入2 f馏数据／指令控制写入输入3 DA工A 数据传送输入／输出4 GND 负电源5 VLCD LCD屏对比度调节输入6 VDD 正电源输入液晶显示模块LCMl41与单片机的接线图如图4-16所示。单片机的P2．6端口控制LCMl41的供电，当P2．6输出高电平时，LCMl41上电工作；反之，当P2．6 输出低电平时，关闭LCMl41。LCMl41的工作电压为2．7V'～5．2V，在3V电压下工作时，电流消耗60 u A， 休眠状态电流消耗1 u A。工作温度一20～+70℃。P2．6 VDD GND #VLCD GND C8051 LMl41 F410 P2．5 DA弘P2．4 l豫P2．3 CS 图4．16 LCMl41与C8051F410接线图
二、串行通信模块
通信模块的主要功能是接收上位机发送下来的命令字及控制字，并将流量有效值、时间等数据信息传递给上位机。C8051F410内部集成串行口，其串行口和其他标准串行接口芯片一样，输入输出均为TTL电平。本系统采用的是RS．232接口实现C8051F410与PC机的串行通讯电气接口。RS232是一个电气接口规范，它只规定了平衡驱动器和接收器的电气特性， 而没有规定接插件、传输电缆和通信协议。TTL／RS．232的转换芯片较多，较常用的有MAX232、MAX3221等。由于MAX232需要5V电源供电，而本低功耗系统采用3．6V电源供电，MAX3221采用3．Ov~5．5V宽电源供电，故本系统采用MAX3221作为TTL／RS．232的转换芯片。由于MAX3221采用了CMOS 工艺，其供电电流可以降到1 u A，而且具有自动关断功能，因此其可靠性高、功耗低。MAX3221和单片机、PC机的接线电路如图4．17所示。--扩展阅读：开封中仪流量仪表有限公司专业生产电磁流量计、孔板流量计、涡街流量计、文丘里流量计、v锥流量计、v型锥流量计、喷嘴流量计、插入式电磁流量计、智能电磁流量计、分体式电磁流量计、一体式电磁流量计、标准孔板流量计、标准孔板、一体化孔板流量计、标准喷嘴流量计、长径喷嘴流量计、标准喷嘴、长径喷嘴、插入式涡街流量计、智能涡街流量计、锥型流量计、v锥型流量计、节流装置、节流孔板、限流孔板等流量产品，更多有关电磁流量计、孔板流量计、涡街流量计的信息请访问开封中仪网站：
