關(guān)于渦街流量計設(shè)計思路畢業(yè)論文模板(3)

1、渦街流量計 畢畢業(yè)業(yè)設(shè)設(shè)計計說說明明書書（論論文文）中中文文摘摘要要采用單片機(jī)開發(fā)的流量計，具有計量精度高，功耗低、穩(wěn)定可靠、成本低等特點。文中介紹了一個折線流量計的設(shè)計思路。簡單介紹了其流量計量的原理、特點和發(fā)展現(xiàn)狀。并結(jié)合當(dāng)前研究和應(yīng)用中的問題指出了流量計的發(fā)展趨勢。主要介紹了流量計的原理組成和其軟件編程方法。該流量計的硬件主要由流量傳感器、8031 單片機(jī)及其接口電路等部件組成。用 8031 單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和檢測，并討論在以 8031 單片機(jī)為微處理器的智能化儀表中采用一片 8155 實現(xiàn)智能儀表鍵盤/顯示器。該流量計可以對工業(yè)自動化生產(chǎn)中的各種液體進(jìn)行動態(tài)測量與計數(shù)。同時它還具有硬

2、件結(jié)構(gòu)簡單、讀數(shù)直觀、功能齊全、可靠性高等特點。關(guān)鍵詞 傳感器 渦街流量計 單片機(jī)渦街流量計 畢畢業(yè)業(yè)設(shè)設(shè)計計說說明明書書（論論文文）外外文文摘摘要要TitleTitle Design and development of a low-cost digital display for waterflow rate Measurements AbstractAbstractA basic requirement in the measurement of flow rate using a target fluidic flowmeter is the use of Fourier Transf

3、orm to determine the flow oscillation frequencies and from thence the flow rate. In such a flowmeter, the inlet fluid jet impinges upon a rectangular target, thereby setting up flow oscillations about the target. The oscillation frequency is directly proportional to the flow rate. A digital flow-rat

4、e display has been designed and developed to convert the signal from a fibrefilm probe of a constant temperature anemometer into direct reading of flow rate. This low-cost device is able to perform as good as a commercial dynamic signal analyzer, with the additional feature of a direct read-out of f

5、low rate.Keywords flow rate flowmeter fluid low-cost渦街流量計 目錄目錄前 言.1第一章 緒 論.21.1 設(shè)計背景 .21.1.1 流量計的發(fā)展現(xiàn)狀及分類.41.1.2 渦輪流量計的發(fā)展與分類.51.1.3 單片機(jī)的概述 .61.1.4 單片機(jī)的發(fā)展 .71.1.5 單片機(jī)的特點 .81.1.6 單片機(jī)的應(yīng)用 .9第二章 控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)及其系統(tǒng)原理.112.1 總體方案設(shè)計 .112.2 渦輪流量計系統(tǒng)的原理.122.2.1 渦輪流量計傳感器的原理 .122.2.2 渦輪流量計傳感器的結(jié)構(gòu) .12第三章 數(shù)據(jù)處理.153.1 測量數(shù)據(jù)預(yù)

6、處理技術(shù).153.2 線性插值算法 .153.2.1 分段插值算法程序的設(shè)計方法.173.2.2 插值法在流量測量中的應(yīng)用.18渦街流量計 第四章 單片機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 .204.1 單片機(jī)硬件設(shè)計 .204.1.1 8031 .204.1.2 8155.224.2 渦輪流量計傳感器的設(shè)計 .224.3 矩陣式鍵盤接口技術(shù) .234.4 8 位 LED 顯示器的結(jié)構(gòu)及接口技術(shù) .254.4.1 LED 顯示器的結(jié)構(gòu) .254.4.2 LED 顯示接口技術(shù) .264.5 控制系統(tǒng)中其它硬件 .27第五章 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 .295.1 LED 顯示器程序設(shè)計 .295.2 矩陣式鍵盤接口程序

7、.325.3 插值法在流量計中的程序設(shè)計 .375.4 系統(tǒng)主程序 .445.5 系統(tǒng)程序總體方案 .47第六章 結(jié)論.48參考文獻(xiàn) .49致謝 .50附錄 A 程序清單 .51渦街流量計 附錄 B 元器件清單 .61渦街流量計 第 0 頁前 言現(xiàn)在流量測量技術(shù)和儀表類型繁多，測量對象復(fù)雜多樣，決定了流量測量儀表在應(yīng)用技術(shù)上的復(fù)雜性。至今為止 ,可供工業(yè)用的流量儀表種類達(dá)60 種之多。品種如此之多的原因就在于至今還沒找到一種對任何流體、任何量程、任何流動狀態(tài)以及任何使用條件都適用的流量儀表 .在工業(yè)自動化生產(chǎn)過程中，需要進(jìn)行物質(zhì)流量和數(shù)量測量的場合隨處可見。流量是經(jīng)常測量和控制的參數(shù)，流體流量

8、的測量對于節(jié)約能源，防止大氣污染集實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化的是必不可少的。隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，對流體流量和總量的測量和測試提出了越來越多，越來越高的要求，需要檢測的液體的介質(zhì)也越來越多，為此人們根據(jù)不同測量對象的物理性能，運用不同的物理原理和規(guī)律，設(shè)計制造了各種類型的流量儀表，并將其應(yīng)用于工藝流程中配比參數(shù)、調(diào)節(jié)控制、實現(xiàn)工業(yè)能源計量。流量測量是研究物質(zhì)量變的科學(xué)，質(zhì)和量的互變規(guī)律是事物聯(lián)系與發(fā)展的基本規(guī)律，因此，其測量對象已不限于傳統(tǒng)意義上的管道流體，凡是需要掌握流體流動的地方都有流量測量的問題。我所做的渦輪流量計單片機(jī)控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計，課題的重點在于將流量傳感器、測量電路和單片機(jī)有機(jī)的結(jié)合起

9、來，然后才能發(fā)揮作用。需要我熟悉這些方面的相關(guān)知識。在此期間的工作，如調(diào)查研究、查閱文獻(xiàn)、收集材料、繪圖、技術(shù)分析、程序設(shè)計、組織工作和總結(jié)撰寫論文和設(shè)計說明書，在不同程度上提高了自身的各種能力。雖然在這次畢業(yè)設(shè)計過程中我認(rèn)真對待每個環(huán)節(jié)，盡自己努力完善各個環(huán)節(jié)，但由于自己初次設(shè)計以及自己水平有限，設(shè)計中存在諸多不足之處，敬請各位老師給與批評指正。渦街流量計 第 1 頁第一章 緒 論1 1. .1 1 設(shè)設(shè)計計背背景景 人們對自然界的認(rèn)識在很大程度上取決于檢測和儀表。無論是在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究、國防建設(shè)領(lǐng)域中，還是在日常生活中都與檢測有著密切的關(guān)系。具體地說，為了及時了解一個生產(chǎn)過程或?qū)嶒炦M(jìn)

10、展，就必須經(jīng)常測試能夠表征它們特性、狀態(tài)的各物理參數(shù)量，如電壓、電流、溫度、壓力、流量、液位、成分等。對這些參數(shù)的大小、變化方向等進(jìn)行監(jiān)督和控制，就能使生產(chǎn)過程或?qū)嶒灥墓r處于最佳狀態(tài)，做到安全、經(jīng)濟(jì)，最終達(dá)到預(yù)期的結(jié)果。檢測技術(shù)則是指人們?yōu)榱硕ㄐ粤私饣蚨空莆兆匀滑F(xiàn)象或狀態(tài)所從事的一系列技術(shù)措施。儀器儀表是研究實現(xiàn)信息的獲取、轉(zhuǎn)換、傳輸、處理以及根據(jù)處理結(jié)果對生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行控制的重要工具過程變量的自動化檢測儀表是工業(yè)自動化實現(xiàn)的關(guān)鍵任何控制系統(tǒng)都是從生產(chǎn)過程運行的信息測量開始，因為只有在知道生產(chǎn)過程的狀態(tài)和工藝參數(shù)的條件下才能進(jìn)行自動控制。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是在新材料、新結(jié)構(gòu)的傳感器結(jié)合

11、高性能微型計算機(jī)之后，檢測技術(shù)有了變革性的進(jìn)步。這些新技術(shù)在檢測系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、快速性、可靠性和抗干擾等方面發(fā)揮了明顯的作用，大大豐富了檢測技術(shù)所包含的內(nèi)容，擴(kuò)大了檢測技術(shù)的應(yīng)用范圍，使檢測技術(shù)發(fā)展成為一門內(nèi)容廣泛，并建立在多種學(xué)科發(fā)展基礎(chǔ)上的自動化技術(shù)先行學(xué)科。流量是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程控制中的重要的測量參數(shù)之一，與溫度、壓力、物位同為熱工量。流量測量的意義在于既可以指導(dǎo)生產(chǎn)，同時又是規(guī)范工藝操作的需要和進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算的依據(jù)。由于流量這個參數(shù)受流體的工作條件影響，對其檢測有相當(dāng)?shù)碾y度。為了滿足現(xiàn)代工業(yè)中各種不同的場合和各種不同的測量目的，各種流量計量儀表就應(yīng)運而生。流量計量是計量科學(xué)的重要組成部分之一

12、，它與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防建設(shè)、科學(xué)研究以及人民生活有密切關(guān)系。做好流量計的研究和開發(fā)工作，對于保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、促進(jìn)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展都具有重要的意義。特別是在能源危機(jī)、工業(yè)生產(chǎn)自動化程度越來越高的當(dāng)今時代，流量計在國民經(jīng)濟(jì)中的地位與作渦街流量計 第 2 頁用更加明顯。流量儀表每種產(chǎn)品都有它特定的適用性 ,也都有它的局限性。按測量對象劃分就有封閉管道和明渠兩大類 ;按測量目的又可分為總量測量和流量測量 ,其儀表分別稱作總量表和流量計。流量測量技術(shù)與儀表的應(yīng)用大致有以下幾個領(lǐng)域。(1)工業(yè)生產(chǎn)過程流量儀表是過程自動化儀表與裝置中的大類儀表之一，它被廣泛誚用于冶金、電力、煤炭、化工、石油、交通

13、、建筑、輕紡、食品、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、環(huán)境保護(hù)及人民日常生活等國民經(jīng)濟(jì)各個領(lǐng)域，是發(fā)展工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，節(jié)約能源，改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量，提高經(jīng)濟(jì)效益和管理水平的重要工具在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位。在過程自動化儀表與裝置中，流量儀表有兩大功用：作為過程自動化控制系統(tǒng)的檢測儀表和測量物料數(shù)量的總量表。(2)能源計量能源分為一次能源（煤炭、原油、煤層氣、石油氣和天然氣） 、二次能源（電力、焦炭、人工燃?xì)狻⒊善酚?、液化石油氣、蒸汽）及載能工質(zhì)（壓縮空氣、氧、氮、氫、水）等。能源計量是科學(xué)管理能源，實現(xiàn)節(jié)能降耗，提高經(jīng)濟(jì)效益的重要手段。流量儀表是能源計量儀表的重要組成部分，水、人工燃?xì)狻⑻烊粴?、蒸汽和油品這些常用的能源都使

14、用著數(shù)量極其龐大的流量計，它們是能源管理和經(jīng)濟(jì)核算不可缺少的工具。(3)環(huán)境保護(hù)工程煙氣，廢液、污水等的排放嚴(yán)重污染大氣和水資源，嚴(yán)重威脅人類生存環(huán)境。國家把可持續(xù)發(fā)展列為國策，環(huán)境保護(hù)將是21 世紀(jì)的最大課題。空氣和水的污染要得到控制，必須加強(qiáng)管理，而管理的基礎(chǔ)是污染量的定量控制。我國是以煤為主要能源的國家，全國有上百萬個煙囪不停地向大氣排放煙氣。煙氣排放控制是根治污染的重要項目，每個煙囪必須是安裝煙氣分析儀表和流量計，組成連櫝排放監(jiān)視系統(tǒng)。煙氣的流量沆量有很大因難，它的難度為煙囪尺寸大且形狀不規(guī)則，氣體組分變化不定，流速范圍大，臟污，灰塵，腐蝕，高溫，無直管段等 。(4)交通運輸有五種方式

15、：鐵路公路、航空、水運、和管道運輸。其中管道運輸雖早已有渦街流量計 第 3 頁之，但應(yīng)用并不普遍。隨著環(huán)保問題的突出，管道運輸?shù)奶攸c引起人們的重視。管道貌岸然運輸必須裝備流量計，它是控制、分配和調(diào)度的眼睛，亦是安全監(jiān)沒和經(jīng)濟(jì)核算的必備工具。(5)生物技術(shù)21 世紀(jì)將迎來生命科學(xué)的世紀(jì)，以生物技術(shù)為特征的產(chǎn)業(yè)將獲得迅速發(fā)展。生物技術(shù)中需監(jiān)測計量的物質(zhì)很多，如血液，尿液等。儀表開發(fā)的難度極大，品種繁多。(6)科學(xué)實驗科學(xué)實驗需要的流量計不但數(shù)量多，且品種極其繁雜。據(jù)統(tǒng)計流量計100 多種中很大一部分是應(yīng)科研之需用的，它們并不批量生產(chǎn)，在市面出售，許多科研機(jī)構(gòu)和大企業(yè)皆設(shè)專門小組研制專用的流量計。(

16、7)海洋氣象，江河湖泊這些領(lǐng)域為敞開流道，一般需檢測流速，然后推算流量。流速計和流量計所依據(jù)的物理原理及流體力學(xué)基礎(chǔ)是共通的但是儀表原理及結(jié)構(gòu)以及使用條件有很大差別。1 1. .1 1. .1 1 流流量量計計的的發(fā)發(fā)展展現(xiàn)現(xiàn)狀狀及及分分類類流量測量的發(fā)展可追溯到古代的水利工程和城市供水系統(tǒng)。古羅馬凱撒時代已采用孔板測量居民的飲用水水量。公元前1000 年左右古埃及用堰法測量尼羅河的流量。我國著名的都江堰水利工程應(yīng)用寶瓶口的水位觀測水量的大小等等。17 世紀(jì)托里拆利奠定差壓式流量計的理論基礎(chǔ)，這是流量測量的里程碑。自那以后，18、19 世紀(jì)流量測量的許多類型儀表的雛形開始形成，如堰、示蹤法、皮

17、托管、文丘里管，容積、渦輪及靶式流量計等。20 世紀(jì)由于過程工業(yè)、能量計量、城市公用事業(yè)對流量測量的需求急劇增長，才促使儀表迅速發(fā)展，微電子技術(shù)和計算機(jī)動手術(shù)的飛躍發(fā)展極大地推動儀表更新?lián)Q代，新型流量計如雨后春筍般涌現(xiàn)出來。至今，據(jù)稱已有上百種流量計投向市場，現(xiàn)場使用中許多棘手的難題可望獲得解決。我國開展近代流量測量技術(shù)的工作比較晚，早期所需的流量儀表均從國外進(jìn)口，直到 20 世紀(jì) 30 年代中期才出現(xiàn)光華精密機(jī)械廠所制造的家用水表，50年代有了新成儀表廠所開發(fā)的文丘里管流量計，60 年代開始渦輪、電磁流量計渦街流量計 第 4 頁的生產(chǎn)。至今我國已形成一個相當(dāng)規(guī)模從事流量測量技術(shù)與儀表研究開發(fā)

18、和生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)，從事流量儀表研究和生產(chǎn)的單位超過230 家。我國 90 年代初流量儀表產(chǎn)量估計超過 250 萬臺。流量測量的手段是用流量計，流量計是現(xiàn)代工業(yè)測量中重要的儀表之一，為了適應(yīng)各種用途，各種類型的流量計相繼問世，投入使用的類型有上百種。根據(jù)其測量方法和結(jié)構(gòu)原理大致分為差壓式流量計、浮子流量計、容積式流量計、電磁流量計、渦街流量計、科里奧利質(zhì)量流量計、超聲流量計、插入式流量計和渦輪流量計等等。1 1. .1 1. .2 2 渦渦輪輪流流量量計計的的發(fā)發(fā)展展與與分分類類1938 年，第一只渦輪流量計在美國問世，發(fā)展到今天，已經(jīng)成為流量測量儀表門類中的一個重要產(chǎn)品系列。渦輪流量計由渦輪流量傳

19、感器及與之配套的顯示流量的顯示儀表兩部分構(gòu)成。它具有測量精度高、重復(fù)性好、體積小、重量輕、維修方便、加工零部件少及數(shù)字脈沖輸出等優(yōu)點，由它組成的流量測量系統(tǒng)可達(dá)國際商業(yè)貿(mào)易允許的計量誤差要求。這種系統(tǒng)的成功應(yīng)用在國際上已有幾十年以上的歷史了，在國外液化石油氣、成品油和輕質(zhì)原油等的轉(zhuǎn)運及集輸站，大型原油輸管線首末站都大量采用渦輪流量計進(jìn)行貿(mào)易結(jié)算。美國石油學(xué)會(API)早己制訂了 “API2534：用渦輪流量計計量液態(tài)烴 ”的標(biāo)準(zhǔn)，并在世界得到公認(rèn)。作為貿(mào)易結(jié)算的計量儀表，主要的國際標(biāo)準(zhǔn)及法制計量組織ISO 和 OIML 以及工業(yè)先進(jìn)國家皆已頒布各種渦輪流量計標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，如ISO 9951、IS

20、O2715、OIML R6、R32、AGAN07、API 2534、JISB 8765、JISB 7501和 CEN(歐共體)標(biāo)準(zhǔn)等。我國從 60 年代開始生產(chǎn)渦輪流量計的產(chǎn)品，現(xiàn)在已成全系列化儀表，亦頒布了有關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、檢定規(guī)程。渦輪流量計經(jīng)過多年的發(fā)展，已形成了眾多的產(chǎn)品系列，分類方法也很多。按傳感器結(jié)構(gòu)分類有：(1)軸向型(普通型)葉輪軸中心與管道軸線重合，是渦輪流量計的主導(dǎo)產(chǎn)品，有全系列產(chǎn)品 (DNlODN600)。(2)切向型葉輪軸與管道軸線垂直，流體流向葉片平面的沖角約90 度，適用于小口徑微流量測量。(3)機(jī)械型葉輪的轉(zhuǎn)動直接或經(jīng)磁耦合帶動機(jī)械計數(shù)機(jī)構(gòu)，指示計算總量，渦街流量計

21、第 5 頁測量精度比電信號檢測的傳感器稍低，其傳感器與顯示裝置組成一體，方便使用。(4)井下專用型適用于石油開采井下作業(yè)，測量介質(zhì)有泥漿及油氣流等，傳感器體積受限制，耐高壓、高溫及流體沖擊等。(5)自校正雙渦輪型可用于天然氣等氣體流量測量，傳感器由主、輔雙渦輪組成，可由二渦輪的轉(zhuǎn)速差自動校正流量特性的變化。(6)廣粘度型在波特型浮動轉(zhuǎn)子壓力平衡結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上擴(kuò)大上錐體與下錐體的直徑，增加粘度補(bǔ)償翼及承壓葉片等結(jié)構(gòu)措施，使傳感器適用于高粘度液體，如重油，粘度可達(dá) 30mm2s。此外，按測量介質(zhì)分類可以分為液體用渦輪流量計和氣體用渦輪流量計；按信號檢測方式分類可分為感應(yīng)式、變磁阻式、笛簧管(干簧管)式

22、、光電式渦輪流量計；按傳感器與管道連接方式可分為法蘭連接型、螺紋連接型、夾裝型渦輪流量計；按流動方向分類可分為單向型和雙向型渦輪流量計1 1. .1 1. .3 3 單單片片機(jī)機(jī)的的 概概述述單片機(jī)控制是大規(guī)模集成電路發(fā)展的產(chǎn)物。單片機(jī)是把中央處理器CPU、隨機(jī)存取存儲器 RAM、只讀存儲器 ROM、定時器 /計數(shù)器以及 I/O 接口電路等主要計算機(jī)部件集成在一塊集成電路芯片上的微型計算機(jī)，它的特點是高性能、高速度、體積小、價格低廉、穩(wěn)定可靠、應(yīng)用廣泛。隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和普及，單片機(jī)以其體積小、應(yīng)用靈活、可靠性和性能價格比高等有點、在工業(yè)控制、只能儀器儀表、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和各種家用電器等

23、諸多領(lǐng)域得到了極為廣泛的應(yīng)用。畢業(yè)設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用本學(xué)科及其他學(xué)科的基本理論、專業(yè)知識和基本技能，結(jié)合實踐來提高學(xué)生的分析與解決實際問題的能力的重要環(huán)節(jié)，而對折線流量計的研究不僅要求我們綜合前面所學(xué)的知識，還要求我們進(jìn)一步學(xué)習(xí)更多的有關(guān)此類方面的知識。并且流量計在工業(yè)中的應(yīng)用也相當(dāng)?shù)膹V泛，然后運用單片機(jī)控制，使其具有更好的技術(shù)指標(biāo)，有利于生產(chǎn)，具有實際的社會意義。單片微型機(jī)簡稱單片機(jī)，它是在一片芯片上集成了中央處理部件，存儲器、定時器/計數(shù)器和各種輸入輸出設(shè)備等接口部件。單片機(jī)是微機(jī)發(fā)展的一個重要的分支，自問世以來，性能不斷地改善和提高，加之單片機(jī)具有集成度高、功能渦街流量計 第 6 頁

24、強(qiáng)、速度快、體積小、功耗小、使用方便、性能可靠、價格便宜等優(yōu)點，故在工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集和處理、通信系統(tǒng)、家用電器等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。國內(nèi)雖然起步較晚，但單片機(jī)的潛力越來越被人們所重視，尤其在工業(yè)控制、自動化儀器儀表、計算機(jī)系統(tǒng)接口、智能化外設(shè)等應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展很快。它的應(yīng)用對于產(chǎn)品升級換代、機(jī)電一體化都具有重要的意義 在工業(yè)生產(chǎn)中，電流、電壓、溫度、壓力、流量、流速和開關(guān)量都是常用的主要被控參數(shù)。采用單片機(jī)對溫度進(jìn)行控制不僅具有控制方便、簡單和靈活性大等優(yōu)點，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大的提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和普及，單片機(jī)以其體積小、應(yīng)用靈活、可靠

25、性和性能價格比高等有點、在工業(yè)控制、只能儀器儀表、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和各種家用電器等諸多領(lǐng)域得到了極為廣泛的應(yīng)用。畢業(yè)設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用本學(xué)科及其他學(xué)科的基本理論、專業(yè)知識和基本技能，結(jié)合實踐來提高學(xué)生的分析與解決實際問題的能力的重要環(huán)節(jié)，而對折線流量計的研究不僅要求我們綜合前面所學(xué)的知識，還要求我們進(jìn)一步學(xué)習(xí)更多的有關(guān)此類方面的知識。并且流量計在工業(yè)中的應(yīng)用也相當(dāng)?shù)膹V泛，然后運用單片機(jī)控制，使其具有更好的技術(shù)指標(biāo)，有利于生產(chǎn)，具有實際的社會意義。1 1. .1 1. .4 4 單單片片機(jī)機(jī)的的發(fā)發(fā)展展單片機(jī)按照其用途可分為通用型和專用型兩大類。通常所說的單片機(jī)都是通用型單片機(jī)。通用型單片機(jī)把可

26、開發(fā)資源（如ROM、RAM、EPROM、I/O 口等）全部提供給使用者。單片機(jī)的發(fā)展歷史可劃分為四個階段：第一階段（ 1974-1976 年）：單片機(jī)初級階段。因工藝限制，單片機(jī)采用雙片的形式而且功能比較簡單。例如仙童公司生產(chǎn)的F8 單片機(jī)，只包括了 8 位CPU、64B 的 RAM 和兩個并行口。需加一塊 3851（由 1KBROM、定時器 /計數(shù)器和兩個并行 I/O 口構(gòu)成） 。才能組成一臺完整的計算機(jī)。第二階段（ 1976-1978 年）：低性能單片機(jī)階段。典型產(chǎn)品是Intel 公司制造的 MCS-48 系列單片機(jī)，片內(nèi)集成了 8 位 CPU、并行 I/O 口、8 位定時器 /計數(shù)器、

27、RAM 和 ROM 等。單無串行口，中斷系統(tǒng)比較簡單，片內(nèi)RAM 和 ROM 容渦街流量計 第 7 頁易較小且尋址范圍不大于 4KB。第三階段（ 1978-1982 年）：高性能單片機(jī)階段。代表性的產(chǎn)品有Intel公司的 MCS-51、Motorola 公司的 6801 和 Zilog 公司的 Z8 等。片內(nèi)普通帶有串行 I/O 口、多級中斷系統(tǒng)、 16 位定時器 /計數(shù)器，片內(nèi) ROM、RAM 容量加大，尋址范圍可達(dá) 64KB，有的片內(nèi)還帶有 A/D 轉(zhuǎn)換器。這類單片機(jī)性能價格比高，目前仍被廣泛用用，是當(dāng)今數(shù)量較多的單片機(jī)機(jī)種。第四階段（ 1982-現(xiàn)在）： 8 位單片機(jī)鞏固發(fā)展及 16 位

28、、32 位單片機(jī)推出階段。16 位單片機(jī)的典型產(chǎn)品是 Intel 公司的 MCS-96 系列單片機(jī)，主振位12MHz，片內(nèi) RAM 位 232B，ROM 為 8KB，中斷處理為 8 級，而且片內(nèi)帶有多通道10 位 A/D 轉(zhuǎn)換器和高速輸入 /輸出部件（ HIS/HSO） ，實時處理能力很強(qiáng)。 32位單片機(jī)除了更高的集成度外，其主振已達(dá)20MHz,使 32 位單片機(jī)的數(shù)據(jù)處理速度比 16 位單片機(jī)增快許多，性能比8 位、16 位單片機(jī)更加優(yōu)越。20 世紀(jì) 80 年代以來，單片機(jī)的發(fā)展非常迅速。就通用單片機(jī)而言，世界上一些著名的計算機(jī)廠家已投放市場的產(chǎn)品就有50 多個系列， 400 多個品種。單片

29、機(jī)的產(chǎn)品已占整個微機(jī)（包括一般的微型處理器）產(chǎn)品的80%以上，其中8 位單片機(jī)的產(chǎn)量又已占整個單片機(jī)產(chǎn)量的60%以上。這說明 8 位單片機(jī)將在今后若干年后仍是工業(yè)檢測、控制應(yīng)用的主角。1 1. .1 1. .5 5 單單片片機(jī)機(jī)的的特特點點（1）集成度高在一個芯片上集成了構(gòu)成一臺微型計算機(jī)所需要的基本部件，能滿足很多應(yīng)用領(lǐng)域?qū)τ布墓δ芤螅虼擞蓡纹瑱C(jī)組成的應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、體積小、功耗低。（2）控制性能強(qiáng)單片機(jī)是為了滿足工業(yè)控制而設(shè)計的，所以實時控制功能特別強(qiáng)，其CPU可以對 I/O 接口直接進(jìn)行操作，位操作能力更是其他計算機(jī)無法比擬的，能有針對性地解決從簡單到復(fù)雜的各類控制任務(wù)。（3）可

30、靠性高單片機(jī)的 CPU、存儲器、 I/O 接口集成在同一芯片內(nèi)部，各部件間的連接緊湊，數(shù)據(jù)在傳送時收到的干擾小，且不易受環(huán)境條件的影響，所以單片機(jī)的可靠渦街流量計 第 8 頁性高。（4）性能價格比高 由于單片機(jī)功能強(qiáng)、價格便宜，其應(yīng)用系統(tǒng)的印制電路板小，所接插件少，安裝調(diào)試簡單，使單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的性能價格比高于一般的微型計算機(jī)系統(tǒng)1 1. .1 1. .6 6 單單片片機(jī)機(jī)的的應(yīng)應(yīng)用用單片機(jī)以其卓越的性能、很高的性能價格比，使其在許多領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。利用它可開發(fā)便攜式智能監(jiān)測控制儀器。還可以指導(dǎo)它應(yīng)用于產(chǎn)品的內(nèi)部，取代部分老式機(jī)械、電子零件或元器件，可使產(chǎn)品縮小體積、增強(qiáng)功能，實現(xiàn)不同程

31、度的智能化。這是其他任何計算機(jī)機(jī)種無法比擬的。單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域有以下幾個方面：（1）在智能儀器儀表上的應(yīng)用 單片機(jī)具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。例如精密的測量設(shè)備（功率計，示波器，各種分析儀）。（2）在工業(yè)控制的應(yīng)用 用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工業(yè)流水線的智能話管理等。（3）在家用電器中的應(yīng)用 可以這樣說，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機(jī)控制，從電飯褒、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)機(jī)、彩電、其

32、他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備，五花八門，無所不在。（4）在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用 現(xiàn)代的單片機(jī)普遍具備通信接口，可以很方便地與計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實現(xiàn)了單片機(jī)智能控制，從手機(jī)，電話機(jī)、小型程控交換機(jī)、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動電話，集群移動通信，無線電對講機(jī)等。（5）醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用 單片機(jī)在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機(jī)，各種分析儀，監(jiān)護(hù)儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。（6）在各種大型電器中的模塊化應(yīng)用 某些專用單片機(jī)設(shè)計用于實現(xiàn)特定功能，從而在各種

33、電路中進(jìn)行模塊化應(yīng)用，而不要求使用人員了解其內(nèi)部結(jié)渦街流量計 第 9 頁構(gòu)。如：音樂信號以數(shù)字的形式存于存儲器中（類似于ROM） ，由微控制器讀出，轉(zhuǎn)化為模擬音樂電信號（類似于聲卡） 。（7）單片機(jī)在汽車設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用 單片機(jī)在汽車電子中的應(yīng)用非常廣泛，例如汽車中的發(fā)動機(jī)控制器，基于CAN 總線的汽車發(fā)動機(jī)智能電子控制器，GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)， abs 防抱死系統(tǒng)，制動系統(tǒng)等等。第二章 控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)及其系統(tǒng)原理2 2. .1 1 總總體體方方案案設(shè)設(shè)計計單片機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)各種傳感器、變送器送來的脈沖信號，輸入單片機(jī)的定時/計數(shù)器 T0、T1，經(jīng)過數(shù)字濾波后，根據(jù)查表求得流量值?？傮w方案設(shè)計

34、如圖2-1 所示：渦街流量計 第 10 頁 圖 2-1 總體方案設(shè)計框圖2 2. .2 2 渦渦輪輪流流量量計計系系統(tǒng)統(tǒng)的的原原理理該系統(tǒng)原理就是讓流體進(jìn)入 ,然后使折線流量計傳感器產(chǎn)生的差壓信號，利用折線流量計傳感器所產(chǎn)生的差壓信號，進(jìn)行放大運算，再通過A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)入 8031 單片機(jī)。用戶的輸入信號是何種類型及分度號都由鍵盤輸入。數(shù)據(jù)經(jīng)過單片機(jī)運算后，通過 LED 顯示器顯示出來。渦街流量計 第 11 頁2 2. .2 2. .1 1 渦渦輪輪流流量量計計傳傳感感器器的的原原理理渦輪傳感器的工作原理是當(dāng)流體沿著管道的軸線方向流動，并沖擊渦輪葉片時，便有管道內(nèi)流體的力作用在葉片上，推動渦

35、輪旋轉(zhuǎn)。在渦輪旋轉(zhuǎn)的同時，葉片周期性地切割電磁鐵產(chǎn)生的磁力線，改變線圈的磁通量。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，在線圈內(nèi)將感應(yīng)出脈動的電勢信號，此脈動信號的頻率與被測流體的流量成正比，k 是渦輪傳感器的重要特性參數(shù)。它是代表每立方米流量有幾個脈沖，或者每升流量有幾個脈沖。不同的儀表有不同的k，并隨儀表長期使用的磨損情況而變化。盡管渦輪流量計的設(shè)計尺寸相同，但實際加工出來的渦輪幾何參數(shù)卻不會完全一樣，因而每臺渦輪傳感器的儀表常數(shù)k 也不完全一樣，它通常是制造廠在常溫下用潔凈的水標(biāo)定出來的。渦輪傳感器輸出的脈沖信號，經(jīng)前置放大器放大后，送入顯示儀表，就可以實現(xiàn)流量的測量。2 2. .2 2. .2 2 渦渦輪輪

36、流流量量計計傳傳感感器器的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)渦輪流量傳感器主要由殼體、導(dǎo)向體、葉輪、軸、軸承、信號檢出器及壓緊圈組成，同時還應(yīng)配有與之相配合的前連接管和后連接管具體結(jié)構(gòu)如圖 2-1和圖2-2 圖2-1 結(jié)構(gòu)主視圖 渦街流量計 第 12 頁 圖2-2 整表結(jié)構(gòu)圖1)殼體殼體是傳感器的主體部分，它起到承受被測液體的壓力，固定安裝檢測部件，連接管道的作用，殼體采用不導(dǎo)磁不銹鋼或硬質(zhì)合金制造。對于大口徑傳感器亦可用碳鋼與不銹鋼組合的鑲嵌結(jié)構(gòu)，殼體外壁裝信號檢出器。2)導(dǎo)向體在傳感器進(jìn)出口裝有導(dǎo)向體，它對流體起導(dǎo)向整流以及支承葉輪的作用，通常選用不導(dǎo)磁不銹鋼或硬鋁材料制作。 、3)渦輪亦稱葉輪，是傳感器的檢測部

37、件，它由高導(dǎo)磁性材料制成。葉輪有直板葉片、螺旋葉片、和丁字形葉片等幾種，亦可用嵌有許多導(dǎo)磁體的多孔護(hù)罩環(huán)來增加有一定數(shù)量葉片渦輪旋轉(zhuǎn)的頻率，葉輪由支架中軸承支承，與殼體同軸，其葉片數(shù)視口徑大小而定。葉輪幾何形狀及尺寸對傳感器性能有較大影響，要根據(jù)流體性質(zhì)、流量范圍、使用要求等設(shè)計，葉輪的動平衡很重要，直接影響儀表的性能和使用壽命。 信號檢出器常用變磁阻式，由永久磁鐵、導(dǎo)磁棒(鐵芯)、線圈等組成。永久磁鐵對葉片有吸引力，產(chǎn)生磁阻力矩，小口徑傳感器在小流量時，磁阻力矩在諸阻力矩中成為主要項，為此將永久磁鋼分為大小兩種規(guī)格，小口徑配小規(guī)格以降低磁阻力矩。輸入信號有效值在 lOmv以上的可直接配用流量

38、計算機(jī)，配上放大器則輸出伏級頻率信號。渦街流量計 第 13 頁第三章 數(shù)據(jù)處理3 3. .1 1 測測量量數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)預(yù)預(yù)處處理理技技術(shù)術(shù)許多控制系統(tǒng)及智能化儀器中，一些參量往往是非線性參量，常常不便于計算和處理，有時甚至很難找出明顯的數(shù)學(xué)表達(dá)式，需要根據(jù)實際檢測值或采用一些特殊的方法來確定其與自變量之間的函數(shù)關(guān)系式；在某些時候，即使有明顯的解析表達(dá)式，但計算起來也相當(dāng)麻煩。而在實際測量和控制系統(tǒng)中，都允許有一定范圍的誤差。因此，如何找出一種既方便，又能滿足實際功能要求的數(shù)據(jù)處理方法，就是這一節(jié)所要解決的問題。例如，在溫度測量中，熱電阻及熱電偶與溫度之間的關(guān)系，即為非線性關(guān)系，很難用一個簡單的解析

39、式來表達(dá)。在流量測量中，流量孔板的差壓信號與流量之間也是非線性關(guān)系，即使能夠用公式Q=K計算，但開方運算不但復(fù)雜，而P且誤差也比較大。另外，在一些精度及實時性要求比較高的儀表及測量系統(tǒng)中，傳感器的分散性、溫度的漂移、以及機(jī)械滯后等引起的誤差在很大程度上都是不能允許的。渦街流量計 第 14 頁諸如此類的問題，在模擬儀表及測量系統(tǒng)中，解決起來相當(dāng)麻煩，有時甚至是不可能解決的。而采用計算機(jī)后，則可以用軟件補(bǔ)償?shù)霓k法進(jìn)行校正。這樣，不僅能節(jié)省大量的硬件開支，而且精度也大為提高。3 3. .2 2 線線性性插插值值算算法法用計算機(jī)處理非線性函數(shù)應(yīng)用最多的方法是線性插值法。線性插值法是代數(shù)插值法中最簡單的

40、形式。假設(shè)變量y 與自變量 x 的關(guān)系如圖 3-1 所示。已知 y 在點x0和x1的對應(yīng)值分別為y0和y1，現(xiàn)在用直線 AB 代替弧線AB，由此可得直線方程 g(x)=ax+b （3-1）根據(jù)插值條件，應(yīng)滿足： （3-2）baxybaxyo110圖 3-1 線性插值法示意圖 解方程組（ 3-2） ，可求出直線方程 g(x)的參數(shù) a 和 b。由此可得出該線方程表達(dá)式為g(x)= 000101)()()(yxxxxyy渦街流量計 第 15 頁=k(x-x0)+y0 （3-3）式中，K=，稱為直線方程 g(x)的斜率。0101xxyy或g(x)= y0+ y1 （3-4）011xxxx100 xx

41、xx 式（3-3）為點斜式直線方程，式（ 3-4）為兩點式直線方程。由圖 3-1 可以看出，插值點x0和x1之間的間距越小，那么在這一區(qū)間g(x)和 f(x)之間的誤差越小。因此，在實際應(yīng)用中，為了提高精度，經(jīng)常采用折線來代替曲線，此方程稱為分段插值法。3 3. .2 2. .1 1 分分段段插插值值算算法法程程序序的的設(shè)設(shè)計計方方法法分段插值法的基本思想是將被逼近的函數(shù)（或測量結(jié)果）根據(jù)變化情況分成幾段，為了提高精度及縮短運算時間，各段可根據(jù)精度要求采用不同的逼近公式。最常用的是線性插值和拋物線插值。在這種情況下，分段插值的分段點的選取可按實際曲線的情況靈活決定。分段插值法程序設(shè)計步驟如下：

42、（1）用實驗法測量出傳感器的輸出變化曲線，y=f(x)(或各插值節(jié)點的值（xi,yi） ，i=0，1，2，n)。為使測量結(jié)果更接近實際值，要反復(fù)進(jìn)行測量，以便求出一個比較精確的輸入輸出曲線。（2）將上述曲線進(jìn)行分段，選取各插值基點。為了使基點的選取更合理，可根據(jù)不同的方法分段。主要有以下兩種方法：a.等距分段法。等距分段法即沿 x 軸等距離地選取插值基點。這種方法的主要優(yōu)點是使xi+1- xi 為常數(shù)，從而簡化計算過程。但是，當(dāng)函數(shù)的曲率或斜率變化比較大時，將會產(chǎn)生一定的誤差。要想減少誤差，必須把基點分得很細(xì)，但這樣勢必占用更多的內(nèi)存，并使計算機(jī)的開銷加大。b.非等距分段法。這種方法的特點是函

43、數(shù)基點的分段不是等距的，而是根據(jù)函數(shù)曲線形狀的變化率的大小來修正插值點間的距離。曲率變化大的部位，插值距離取小一點。也渦街流量計 第 16 頁可以使常用刻度范圍插值距離取小一點，而在曲線較平緩和非常用刻度區(qū)域距離大取大一點，但是非等距插值點選取比較麻煩。（3）根據(jù)各插值基點的（ xi-yi）值，使用相應(yīng)的插值公式，求出模擬y=f(x)的近似表達(dá)式 Pn(x)。（4）根據(jù) Pn(x)編寫出匯編語言應(yīng)用程序。用式（3-3）進(jìn)行計算比較簡單，只需進(jìn)行一次減法，一次乘法和一次加法運算即可。在用分段法進(jìn)行程序設(shè)計之前，必須首先判斷輸入值xi 處于哪一段。為此，需將 xi 與各分點值進(jìn)行比較，以確定出該點

44、所在的區(qū)間。然后，轉(zhuǎn)到相應(yīng)段逼近公式進(jìn)行計算。值得說明的是，分段插值法總的來講光滑度都不太高，這對于某些應(yīng)用是有缺陷的。但是，就大多數(shù)工程要求而言，也能基本滿足需要。在這種局部化的方法中，要提高光滑度，就得采用更高階的導(dǎo)數(shù)值，多項式的次數(shù)亦需相應(yīng)增高。為了只用函數(shù)值本身，并在盡可能低的次數(shù)下達(dá)到較高的精度，可以采用樣條插值法。3 3. .2 2. .2 2 插插值值法法在在流流量量測測量量中中的的應(yīng)應(yīng)用用圖 3-2 所示為某流量測量系統(tǒng)的流量與差壓的實測變化曲線。渦街流量計 第 17 頁圖 3-2 流量-差壓變化曲線由圖 3-2 可以看出，流量差壓變化曲線是非線性的。由于該曲線變化比較平滑，因

45、此可以采用多項式差值公式，也可以選用分段線性插值法完成。下面以分段線性插值法求解。由于流量在低端變化較為陡直，高端變化比較平緩，所以我們采用不等距分段法。假設(shè) 3 個差值基點分別為P1，P2和P3，其對應(yīng)的流量值分別為Q1，Q2，Q3，如圖 3-3 所示圖 3-3 用分段線性插值法求解流量圖現(xiàn)在，用圖 3-3 中的折線,來代替弧線 OA,AB,BC。寫出圖OAABBC6.16 流量測量中各段的線性差值公式為：渦街流量計 第 18 頁 Q= （3-5）時時時時10 ;121);1(2132);2(323; 3PPPKPPPPPKQPPPPPKQPPQ式中， K3折線的斜率, K3=；BC2323

46、PPQQK2折線的斜率，K2=；AB1212PPQQK1折線的斜率，K1=。OA11PQ第四章 單片機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計4 4. .1 1 單單片片機(jī)機(jī)硬硬件件設(shè)設(shè)計計根據(jù)課題的要求的任務(wù)，采用8031 單片機(jī)設(shè)計一個小系統(tǒng)。為了讀取鍵盤給定值及檢測和控制，專門擴(kuò)展一個8155 可編程接口及程序存儲器EPROM2732。74LS373(8 位 I/O 鎖存器)、2732 組成最小系統(tǒng)，擴(kuò)展的 8155 用于給定值或產(chǎn)品計數(shù)顯示。硬件圖說明為達(dá)到本系統(tǒng)功能，采用8031 單片機(jī)設(shè)計一個最小系統(tǒng)，為讀鍵盤給定值，同時實行檢測和控制，專門擴(kuò)展一個8155 可編程接口。4 4. .1 1. .1 1 8

47、 80 03 31 18031 芯片是 MCS-51 系列單片機(jī)中的一種，除無片內(nèi) ROM 外，其余特性與MCS-51 單片機(jī)基本一樣。(1)主電源引腳 VCC和 VSS VCC（40 腳）接+5V 電壓；VSS（20 腳）接地。(2）外接晶體引腳 XTAL1 和 XTAL2渦街流量計 第 19 頁XTAL1（19 腳）:接外部晶體的一個 引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構(gòu)成了片內(nèi) 振蕩器。當(dāng)采用外部振蕩器時，對HMOS 單片機(jī)，此引腳應(yīng)接地；對CHMOS 單片機(jī)，此引腳作為驅(qū)動端。XTAL2（18 腳）:接外晶體的另一端。在單片機(jī)內(nèi)部，接至上述振蕩器的反相放大器的輸

48、出端。采用外部振蕩器時，對HMOS 單片機(jī)，該引腳接外部振蕩器的信號，即把外部振蕩器的信號直接接到內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端；對XHMOS，此引腳應(yīng)懸浮。(3)控制或與其它電源復(fù)用引腳RST/VPD、ALE/PROG、PSEN 和 EA/VPP RST/VPD（9 腳）：當(dāng)振蕩器運行時，在此腳上出現(xiàn)兩個機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。推薦在此引腳與VSS引腳之間連接一個約 8.2k 的下拉電阻，與 VCC引腳之間連接一個約 10F 的電容，以保證可靠地復(fù)位。ALE/PROG（30 腳）：當(dāng)訪問外部存貯器時， ALE（允許地址鎖存）的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE 端仍以不

49、變的頻率周期性地出現(xiàn)正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此，它可用作對外輸出的時鐘，或用于定時目的。然而要注意的是，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。ALE 端可以驅(qū)動（吸收或輸出電流） 8 個 LS 型的 TTL輸入電路。PSEN（29 腳）：此腳的輸出是外部程序存儲器的讀選通信號。在從外部程序存儲器取指令（或常數(shù)）期間，每個機(jī)器周期兩次PSEN 有效。但在此期間，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的PSEN 信號將不出現(xiàn)。 PSEN 同樣可以驅(qū)動（吸收或輸出） 8 個 LS 型的 TTL 輸入。EA/VPP（引腳）：當(dāng) EA 端保持高電平時，訪問內(nèi)部程序存儲器，但

50、在PC（程序計數(shù)器）值超過 0FFFH（對 851/8751/80C51）或 1FFFH（對 8052）時，將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲器內(nèi)的程序。當(dāng)EA 保持低電平時，則只訪問外部程序存儲器，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。對于常用的8031 來說，無內(nèi)部程序存儲器，所以 EA 腳必須常接地，這樣才能只選擇外部程序存儲器。(4)輸入/輸出（I/O）引腳 P0、P1、P2、P3（共 32 根） P0 口（39 腳至 32 腳）：是雙向 8 位三態(tài) I/O 口，在外接存儲器時，與地址總線的低 8 位及數(shù)據(jù)總線復(fù)用，能以吸收電流的方式驅(qū)動8 個 LS 型的TTL 負(fù)載。渦街流量計 第 20 頁P(yáng)1 口（1

51、 腳至 8 腳）：是準(zhǔn)雙向 8 位 I/O 口。由于這種接口輸出沒有高阻狀態(tài)，輸入也不能鎖存，故不是真正的雙向I/O 口。P1 口能驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 LS 型的 TTL 負(fù)載。對 8052、8032，P1.0 引腳的第二功能為T2 定時/計數(shù)器的外部輸入， P1.1 引腳的第二功能為 T2EX 捕捉、重裝觸發(fā)，即 T2 的外部控制端。對 EPROM 編程和程序驗證時，它接收低8 位地址。P2 口（21 腳至 28 腳）：是準(zhǔn)雙向 8 位 I/O 口。在訪問外部存儲器時，它可以作為擴(kuò)展電路高 8 位地址總線送出高 8 位地址。在對 EPROM 編程和程序驗證期間，它接收高 8 位地

52、址。 P2 可以驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 LS 型的TTL 負(fù)載。P3 口（10 腳至 17 腳）：是準(zhǔn)雙向 8 位 I/O 口，在 MCS-51 中，這 8 個引腳還用于專門功能，是復(fù)用雙功能口。 P3 能驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個LS 型的 TTL 負(fù)載。作為第一功能使用時，就作為普通I/O 口用，功能和操作方法與 P1 口相同。值得強(qiáng)調(diào)的是， P3 口的每一條引腳均可獨立定義為第一功能的輸入輸出或第二功能。4 4. .1 1. .2 2 8 81 15 55 5(1)8155 是一種多功能的可編程常用外圍接口芯片，它具有三個可編程I/O 端口（PA 口和 PB 口是 8 位，P

53、C 口是 6 位） ，一個可編程 14 位定時器和256 字節(jié)的 RAM，能方便地進(jìn)行 I/O 擴(kuò)展和 RAM 擴(kuò)展，芯片采用 40 線雙列直插式封裝；(2)8155 能適應(yīng) CPU 與 I/O 接口之間的多種數(shù)據(jù)傳送方式的要求；(3)8155 可執(zhí)行功能很強(qiáng)，內(nèi)容豐富的兩條命令 (方式字和控制字 )為用戶根據(jù)外界條件來使用 8155 構(gòu)成多種接口電路提供了靈活方便的編程環(huán)境；(4)8155 的 PC 口的使用比較特殊，除作數(shù)據(jù)口外，還可作狀態(tài)口，進(jìn)行按位控制等；4 4. .2 2 渦渦輪輪流流量量計計傳傳感感器器的的設(shè)設(shè)計計渦輪流量傳感器機(jī)械部分的設(shè)計包括殼體、前后導(dǎo)向體、渦輪葉片、壓緊圈、

54、軸和軸承以及與之相配套的和輸油管配合的連接管的設(shè)計。如圖4-1 由于渦輪渦街流量計 第 21 頁流量計傳感器的大小受公共汽車發(fā)動機(jī)輸油管徑的大小的限制，在設(shè)計渦輪流量計傳感器的殼體時，渦輪流量傳感器的殼體的內(nèi)徑要與之相適應(yīng)根據(jù)現(xiàn)在發(fā)動機(jī)的輸油管的實際情況本文取殼體的內(nèi)徑為12，從而能夠滿足流體流量的要求。進(jìn)而可以相應(yīng)的確定其它相配合的部件的尺寸，然后才可以確定殼體的長度及其它的參數(shù)尺寸。 圖4-1 傳感器結(jié)構(gòu)及安裝示意圖渦輪葉片是渦輪流量傳感器的最重要的部分，它的設(shè)計的好壞直接關(guān)系到整個渦輪流量傳感器的測量精度。在渦輪葉片的設(shè)計中，選用的是最常用的螺旋葉片，而且是 6 個葉片，這樣有利于提高測

55、量的精度。同樣，由于殼體管徑的限制，葉輪的最大的外徑也限制在了12mm 上。在設(shè)計中，采用了多種不同的渦輪角度進(jìn)行設(shè)計，分別加工，然后進(jìn)行實驗，確定最后的加工角度。導(dǎo)向體的設(shè)計要和殼體緊密配合，但其最重要的是要保持和殼體的同心性，同時，還要特別注意的是其通過軸承和軸與葉輪一定要配合緊密，防止太松影響重性，太緊又會影響葉輪的旋轉(zhuǎn)。壓緊圈的設(shè)計只要滿足其和殼體配合緊密，固定好導(dǎo)向體就可以了，尺寸大小可以參照殼體內(nèi)徑的大小前后連接管設(shè)計的要求是能夠和殼體相配合，前連接管的長度一定要大于管徑的10 倍以上，后連接管的長度一定要大于管徑渦街流量計 第 22 頁的 5 倍以上。4 4. .3 3 矩矩陣陣

56、式式鍵鍵盤盤接接口口技技術(shù)術(shù)鍵盤是由若干個按鍵組成的開關(guān)矩陣，它是最簡單的單片機(jī)輸入設(shè)備，操作員可以通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)或命令，實現(xiàn)簡單的人機(jī)通信。若鍵盤閉合鍵的識別是由專用硬件實現(xiàn)的，則稱為編碼鍵盤；若用軟件實現(xiàn)閉合鍵識別的，則稱為非編碼鍵盤。非編碼鍵盤又分為行列式和獨立式兩種。本次設(shè)計采用的是行列式。鍵盤接口應(yīng)有以下功能：(1)鍵掃描功能，即檢測是否有鍵閉合；(2)鍵識別功能確定被閉合鍵所在的行列位置；(3)產(chǎn)生相應(yīng)的鍵的代碼（鍵值）功能；(4)消除按鍵抖動及對付多鍵串按（復(fù)建）功能。圖 4-2 為由 8155 構(gòu)成鍵盤接口電路，鍵盤中的 15 個按鍵，分為 2 行（L0L1）8 列（R0R7

57、） 。按鍵分為兩類：數(shù)字鍵（O9,10 個）和功能鍵（5 個） ，另外還有一個鍵沒有定義，編程時可當(dāng)作復(fù)位鍵或其他用途。渦街流量計 第 23 頁圖 4-2 由 8155 構(gòu)成的鍵盤接口電路圖 4-2 為由 8155 構(gòu)成鍵盤接口電路，鍵盤中的15 個按鍵，分為 2 行（L0L1）8 列（R0R7） 。按鍵分為兩類：數(shù)字鍵（ O9,10 個）和功能鍵（5 個） ，另外還有一個鍵沒有定義，編程時可當(dāng)作復(fù)位鍵或其他用途。4 4. .4 4 8 8 位位 L LE ED D 顯顯示示器器的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)及及接接口口技技術(shù)術(shù)4 4. .4 4. .1 1 L LE ED D 顯顯示示器器的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)顯示器用

58、以顯示 轉(zhuǎn)換模擬電流后的數(shù)值 。LED 顯示器是由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件，也可稱為數(shù)碼管。系統(tǒng)中通常使用8 段 LED 數(shù)碼顯示器，其外形及引腳如圖 4-3（a）所示，由圖可見 8 段 LED 顯示器由 8 個發(fā)光二極管組成。其中 7 個長條形的發(fā)光二極管排列成 “日”字形，另一個圓點形的發(fā)光二極管在顯示器的右下角作為顯示小數(shù)點用，通過不同的組合可用來顯示各種數(shù)字，包括 AF 在內(nèi)的部分英文字母和小數(shù)點 “ ”等字樣。 渦街流量計 第 24 頁LED 顯示器有兩種不同的形式：一種是8 個發(fā)光二極管的陽極都連在一起的，稱為共陽極 LED 顯示器；另一種是 8 個發(fā)光二極管的陰極都連在一起的

59、，稱為共陰極 LED 顯示器,我們選擇其中一種共陽極。 如圖 4-3（b）所示。圖 4-3 8 位 LED 顯示器結(jié)構(gòu)LED 顯示方式可分為靜態(tài)顯示方式和動態(tài)顯示方式。 若數(shù)碼管顯示為某一個字符時相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定地導(dǎo)通或截止，則該顯示方式為靜態(tài)顯示方式。靜態(tài)顯示方式時所有數(shù)碼管同時點亮，字符顯示期間加在數(shù)碼管上的七段碼不變，即每一個數(shù)碼管對應(yīng)一個8 位 IO 接口，所以占用的硬件資源較多。動態(tài)顯示則是輪流點亮各數(shù)碼管，即對顯示器進(jìn)行掃描。任何時刻只給一個數(shù)碼管通電，通電一定時間后再給下一個數(shù)碼管通電。只要刷新率足夠高，動態(tài)顯示方式同樣可以實現(xiàn)穩(wěn)定顯示。動態(tài)顯示的最大優(yōu)點是節(jié)約IO 口。由于

60、靜態(tài)顯示器硬件要求比較高 ,而且顯示的位數(shù)不如動態(tài)顯示器多 ,為此我們選擇 8 位的動態(tài) LED 顯示器。渦街流量計 第 25 頁4 4. .4 4. .2 2 L LE ED D 顯顯示示接接口口技技術(shù)術(shù)以 MCS-51 單片機(jī)為核心的應(yīng)用系統(tǒng)通常采用8155 擴(kuò)展 LED 顯示器，其電路如圖 4-2 所示。8155 的 A 口輸出位選擇碼， B 口輸出段碼，因而是動態(tài)顯示方式。從電路結(jié)構(gòu)可以看出，圖中LED 器件是共陰極數(shù)碼管。設(shè)計 6 位共陰極顯示器與 8155 的接口電路，并與之寫出對應(yīng)的動態(tài)掃描顯示子程序。顯示數(shù)據(jù)緩沖區(qū)在片內(nèi)RAM78H7DH 單元。分析：設(shè)計 8155 的 A 口