TK-智能电磁流量计的主要功能和设计思路

本项目中要求智能电磁流量计转换器所实现的主要功能有：
　　①　A/D采样，每隔1/12 s采样一次；
　　②　D/A转换，输出4～20 mA电流；
　　③　产生电磁流量计必需的2路相位相反、频率相同的励磁方波信号，要求频率为30 Hz和60 Hz两种；
　　④　产生对2路励磁方波信号高电平接近下降沿的20 ms脉冲采样信号；
　　⑤　液晶显示，显示流量结果、检测状态（空/满管状态、正/反流量）、设置参数和自诊断结果等等；
　　⑥　键盘管理，设置3个按键，对键盘动作进行处理；
　　⑦　脉冲量输出，将流量结果转换成0～1 000 Hz范围内的脉冲信号输出；
　　⑧　兼容HART协议，对手持式通信器发出的命令作出反应；
　　⑨　流量状态检测/输出，检测管道为空管或满管，流量方向为正向或反向，并输出相应的开关量等等。
　　根据工作条件和工作经验，我们选择了Motorola公司的M68HC11系列的单片机来设计智能化方案。M68HC11系列以功能强、速度高而著称，是功能zui强的8位单片机。它与其他系列单片机zui大的区别在于它具有4种工作方式，即正常单片方式、正常扩展方式、特殊自引导方式及特殊测试方式。对于开发仪表，Motorola公司推荐使用正常单片方式。单片机处于正常单片方式时对外不提供地址线和数据线。由于内部带了相当可观的RAM和ROM，因此它通常不需要外接存储器，并且具备相当多的并行I/O口及高速的同步串行通信口和异步串行通信口。采用M68HC11系列开发仪表，相对来说，能大大简化系统设计，减小系统体积，接口简单，便于调试。
　　由于此项目对智能电磁流量计的要求很高，不仅要求具备电磁流量计的基本测量功能，液晶显示模块要能够显示大量的信息，并且要能与HART协议兼容。随之带来的问题是功能越多，结构越复杂。由一块单片机来实现全部的功能是不太可能的。比较国外的同类产品可以发现，它们均采用了多CPU系统。因此设计了一套多CPU系统的方案。其中一片CPU作为主机，负责实现A/D采样、D/A转换、与HART通信协议的接口及开关量检测、输出的功能。主机另一个重要任务是合理安排测量程序，以及如何与其他CPU的通信问题。其余CPU均作为从机。主要用于实现励磁方波信号、脉冲采样信号、液晶显示及键盘管理。显而易见，多CPU之间的数据交换是非常频繁复杂的。如何实现CPU之间的数据通信以及如何做到它们之间的协调，是所有问题中zui关键的一个。
　　M68HC11系列的单片机之间的通信可采用同步串行通信口SPI。采用串行通信的优点在于连接简单，传输迅速。但国内大多数产品及文献只涉及了比较简单的双CPU通信。对于多CPU的相互通信却提及甚少。SPI是Motorola单片机*的一种功能，主要用于与外围器件通信，也可在多机系统中完成处理机之间的通信。SPI系统具有足够的灵活性，只要用法得当，考虑周密，*可以胜任多CPU的通信问题。
　　SPI使用3根线进行通信：数据入、数据出和串行时钟。包含4个引脚：MISO主机输入从机输出脚、MOSI主机输入从机输出脚、SCLK时钟脚及SS脚。单片机设置为主机方式时，SCLK信号由内部CPU总线时钟给出。单片机为从机方式时，在允许SPI系统后，SS为输入脚，它用于允许SPI从机发送数据，相当于从机的片选信号。