畢業(yè)設(shè)計（論文）-電磁流量計設(shè)計.doc

編號 淮安信息職業(yè)技術(shù)學院淮安信息職業(yè)技術(shù)學院 畢畢業(yè)業(yè)論論文文 題 目電磁流量計設(shè)計 學生姓名 學 號11111109 院 系電子工程學院 專 業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 班 級111111 指導教師 顧問教師 二一四年六月 摘 要 I 摘摘 要要 本課題研究的內(nèi)容主要是利用電磁感應原理對各種液體如石油、水等的 流量進行檢測與控制。主要由流量傳感器采集流量信號，然后經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換 器將連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)化為離散信號后傳給單片機運算，單片機在軟件系統(tǒng) 的控制下，根據(jù)預先的設(shè)置和預期的控制要求，將控制命令發(fā)送到步進電機， 然后通過步進電機來精確控制閥門的開關(guān),實現(xiàn)對流量的精確控制，并通過 顯示單元實時顯示。在設(shè)計過程中，從總體方案、單元電路、元器件選擇和 設(shè)計等都進行了細致的介紹。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：流量計 電磁感應 A/D轉(zhuǎn)換器 Abstract II A Abstractbstract The content of this research is mainly using the electromagnetic induction principle to all kinds of liquid such as oil, water flow test and control. Mainly by flow sensor to collect traffic signal, and then, after A/D converter will be continuous analog signal into A discrete signal to the single chip microcomputer after operation, under the control of single-chip microcomputer in the software system, according to the control requirements of setting and expected in advance, will control commands sent to the stepper motor, and then through the stepper motor to precisely control the switch of the valve, realize the precise control of traffic, and through the display unit in real time. In the design process, from the overall plan, the unit circuit, components selection and design and so on all has carried on the detailed introduction. Keywords: Flowmeter Electromagnetic induction A/D converter 目 錄 III 目目 錄錄 摘摘 要要 .I I ABSTRACTABSTRACT .IIII 第一章第一章 緒論緒論 .1 1 1.1 課題研究背景.1 1.2 課題內(nèi)容.1 1.3 研究意義.1 第二章第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計系統(tǒng)總體設(shè)計 .3 3 2.1 總體設(shè)計.3 2.2 主要元器件.3 第三章第三章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 .5 5 3.1 傳感器電路.5 3.2 信號處理電路.5 3.3 A/D 轉(zhuǎn)換電路 .6 3.4 驅(qū)動電路.8 3.5 顯示電路.9 3.6 鍵盤電路.9 第四章第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件設(shè)計 .1111 4.1 軟件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計.11 4.2 主程序設(shè)計.11 4.3 流量控制子程序.12 4.4 中斷服務子程序.13 4.4.1 設(shè)定值輸入程序.13 4.4.2 A/D 中斷子程序 .13 4.4.3 定時器中斷子程序.15 4.4.4 數(shù)碼管顯示子程序.15 4.4.5 步進電機控制程序.16 第五章第五章 總結(jié)與展望總結(jié)與展望 .1717 5.1 總結(jié).17 5.2 展望.17 致致 謝謝 .1919 參考文獻參考文獻 .2121 附錄附錄 1 1 系統(tǒng)硬件電路系統(tǒng)硬件電路.2323 附錄附錄 2 2 程序源代碼程序源代碼.2525 第一章 緒論 1 第一章第一章 緒論緒論 1.11.1 課題研究背景課題研究背景 在我國，石油化工業(yè)是國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)之一，所以對油井產(chǎn)量進行準 確、及時的計量，對掌握油藏狀況，制定生產(chǎn)方案，具有重要的指導意義；為 了使高粘度的石油得到開采，就得在開采過程中直接加入降粘劑，如果加少了， 石油抽不上來，加多了又造成經(jīng)濟浪費，由于石油是重要的能源，無論是從節(jié) 約能源的角度，還是從經(jīng)濟性角度來看，對于流量的精確控制都是十分必要的， 所產(chǎn)生的經(jīng)濟效益也是十分明顯的。在自來水的監(jiān)測與流量控制中，應用高精 度的流量計與控制儀表也是必須的，所帶來的經(jīng)濟效益是十分巨大且顯而易見 的。 1.21.2 課題內(nèi)容課題內(nèi)容 無論是在石油的開采、計量及運輸過程中，還是在自來水的監(jiān)測與控制中， 對于流量都要求一定的精確計量和控制。因此，本課題就是針對這一具體實際 要求，通過對當前一些相關(guān)領(lǐng)域的分析和研究，設(shè)計出了一種基于 AT89C51 單 片機的電磁流量計。 電磁流量計是基于法拉第電磁感應原理研制出的一種測量導電液體體積流 量的儀表。根據(jù)法拉第電磁感應定律，導電體在磁場中作切割磁力線運動時， 導體中產(chǎn)生感應電壓，該電動勢的大小與導體在磁場中做垂直于磁場運動的速 度成正比，由此再根據(jù)管徑，介質(zhì)的不同,轉(zhuǎn)換成流量。 電磁流量計無節(jié)流部件，因此壓力損失小， 節(jié)能效果好，量程范圍寬，適 合于各種有懸浮物固體粒子的污水、煤漿的測量以及腐蝕性介質(zhì)的測量。同時 電磁流量計也有以下一些不足之處：不能測較高溫度流量；不能測氣體、蒸汽 以及含有大量氣泡的液體；易受外界電磁干擾，造成輸出精度受影響。 1.31.3 研究意義研究意義 開展石油化工過程流程模擬、先進控制與過程優(yōu)化技術(shù)的研究與應用具有 十分重要的現(xiàn)實意義，是當前國內(nèi)外石油化工界廣泛關(guān)注的一個話題。自動化 技術(shù)可以提高計量準確度、數(shù)據(jù)可靠性和及時性，為優(yōu)化生產(chǎn)運行、核算經(jīng)濟 效益、強化生產(chǎn)調(diào)度和有效監(jiān)控生產(chǎn)過程，進一步降低泵站工業(yè)噪聲污染，改 善職工工作條件，減輕勞動強度，避免職業(yè)傷害，延長設(shè)備使用壽命以及企業(yè) 節(jié)能降耗工作起到積極作用。 淮安信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計論文 2 第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計 3 第二章第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計系統(tǒng)總體設(shè)計 2.12.1 總體設(shè)計總體設(shè)計 在硬件電路部分，采用 AT89C51 單片機，外擴 EPROM 存儲器，構(gòu)成單片機 控制系統(tǒng)的主體部分。通過電磁流量傳感器，AD 轉(zhuǎn)換器進行輸入，通過控制步 進電機帶動閥門來控制輸出。一些其他的功能，如設(shè)定值輸入，數(shù)碼管顯示則 通過擴展 I/O 接口芯片 8155 來完成相應的功能。系統(tǒng)軟件設(shè)計部分，分別對鍵 盤設(shè)定值輸入，步進電機控制，AD 轉(zhuǎn)換控制，數(shù)碼管顯示等程序進行了設(shè)計， 并且設(shè)計了主程序。 流量傳感 器 AD轉(zhuǎn)換 單片機 步進電機控制閥 顯示電路 鍵盤電路 圖 2-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 系統(tǒng)的工作原理是流量傳感器采集到流量信息，通過變換器，轉(zhuǎn)化為電信 號，經(jīng) AD 轉(zhuǎn)換器將模擬電信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，傳給單片機，單片機軟件系統(tǒng) 根據(jù)事先的設(shè)定值對采集的信息進行處理，輸出離散的控制信號來控制閥門的 動作，從而調(diào)節(jié)流量，實現(xiàn)流量的精確控制。 2.22.2 主要元器件主要元器件 流量傳感器部分采用的是電容式電磁流量計傳感器，電容式電磁流量計采 用了電容耦合的方式來檢測流量信號。 AD 轉(zhuǎn)換部分本設(shè)計選用的是 ADC0809 ，ADC0809 是一種 8 位逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器，可以和微機直接接口，可以與 ADC0808 相互代換。內(nèi)部結(jié)構(gòu)由八路 模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、256 電阻階梯、樹狀開關(guān)、逐次逼近式 寄存器 SAR、控制電路和三態(tài)輸出鎖存器等組成。 單片機部分本設(shè)計采用 MCS-51 系列中的 AT89C51，AT89C51 有 40 條引腳， 共分為電源線、時鐘、控制線和端口線四類。 控制部分采用由步進電機帶動的控制閥。 顯示部分采用結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜的 8 段共陽型 LED 用來顯示控制過程和 運算結(jié)果。 為了以后方便擴展，本系統(tǒng)采用 8155 來連接顯示部分。8155 是 Intel 公司 研制的通用 I/O 接口芯片。MCS-51 和 8155 相連不僅可為外設(shè)提供兩個 8 位 I/O 淮安信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計論文 4 端口（A 口和 B 口）和一個 6 位 I/O 端口（C 口） ，而且也可為 CPU 提供一個 256 字節(jié)的 RAM 存儲器和一個 14 位定時器/計數(shù)器。因此，8155 廣泛應用于 MCS-51 系統(tǒng)中。 鍵盤種類很多，本設(shè)計采用的是作為人機接口使用的最方便的鍵盤是十進 制輸入，BCD 碼輸出的 BCD 碼鍵盤。 第三章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 5 第三章第三章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 3.13.1 傳感器電路傳感器電路 目前常用的流量計傳感器主要有插入式電磁流量計傳感器、電磁式流量傳 感器、插入式正逆流渦輪流量傳感器、電容式電磁流量計傳感器等。本文采用 電容式電磁流量計傳感器。 電容式電磁流量計采用了電容耦合的方式來檢測流量信號，具有電極與被測 流體不接觸的特點，因而從根本上解決了電極表面附著、腐蝕、摩擦、液體滲 漏等問題。而且對傳統(tǒng)接觸式電磁流量計難以測量的低電導率液體如酒精等也 能進行測量，拓展了電磁流量計的適用范圍，在造紙、石油、化工、冶煉等行 業(yè)有著良好的應用前景。 圖 3-1 電容式電磁流量計傳感器結(jié)構(gòu) 設(shè)計的傳感器結(jié)構(gòu)如圖所示，包括測量管、勵磁線圈、檢測電極、屏蔽電 極和屏蔽罩。檢測電極緊貼于管壁外，被屏蔽電極罩住，并以等電位驅(qū)動技術(shù) 減小雜散電容的影響。同時為了減小電極上的渦流影響，將檢測電極做成了梳 狀。最外層屏蔽罩接地，有利于屏蔽外界干擾?？紤]到檢測電極上感應信號比 較微弱，將前置放大器置于傳感器內(nèi)盡可能貼近電極的地方，以減小信號在傳 輸中的衰減及干擾。為避免鐵磁材料的磁滯現(xiàn)象，采用了空心線圈勵磁。 3.23.2 信號處理電路信號處理電路 信號處理模塊主要電路如圖所示，高輸入阻抗的前置放大器從高內(nèi)阻的信 號源中檢出電壓信號，完成阻抗轉(zhuǎn)換。高共模抑制比的儀表放大器對信號進行 差動放大，抑制共模干擾。然后經(jīng)過旋轉(zhuǎn)電容濾波器濾波，實現(xiàn)與參考信號的 互相關(guān)處理，并與勵磁電流保持嚴格同步。最后由整流采樣電路對旋轉(zhuǎn)電容濾 波器電容上的電壓信號進行整流采樣，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送入單片機。 淮安信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計論文 6 圖 3-2 信號處理電路原理圖 3.33.3 A/DA/D 轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路 ADC0809 是一種 8 位逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器，可以和微機直接接口，可以與 ADC0808 相互代換。內(nèi)部結(jié)構(gòu)由八路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、 256 電阻階梯、樹狀開關(guān)、逐次逼近式寄存器 SAR、控制電路和三態(tài)輸出鎖存器 等組成。 IN-0 26 msb2-1 21 2-2 20 IN-1 27 2-3 19 2-4 18 IN-2 28 2-5 8 2-6 15 IN-3 1 2-7 14 lsb2-8 17 IN-4 2 EOC 7 IN-5 3 ADD-A 25 IN-6 4 ADD-B 24 ADD-C 23 IN-7 5 ALE 22 ref(-) 16 ENABLE 9 START 6 ref(+) 12 CLOCK 10 ADC0809 圖 3-3 ADC0809 引腳圖 AT89C51 屬于 MCS-51 系列單片機。有 40 條引腳，共分為電源線、時鐘、控 制線和端口線四類。 第三章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 7 P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 p1.7 8 P3.0(RXD) 10 P3.2(INT0) 12 P3.3(INT1) 13 P3.4(T0) 14 P3.5(T1) 15 P3.6(WR) 16 P3.7(RD) 17 XTAL2 18 XTAL1 19 GND 20 (A9)P2.1 22 (A10)P2.2 23 (A11)P2.3 24 (A12)P2.4 25 (A13)P2.5 26 (A14)P2.6 27 (A15)P2.7 28 PSEN 29 EA 31 (AD7)P0.7 32 (AD6)P0.6 33 (AD4)P0.4 35 (AD3)P0.3 36 (AD2)P0.2 37 (AD1)P0.1 38 Ucc 40 (AD0)P0.0 39 (AD5)P0.5 34 ALE 30 RST 9 P3.1(TXD) 11 (A8)P2.0 21 AT89C51 圖 3-4 AT89C51 引腳圖 AT89C51 和 ADC 接口必須弄清和處理好三個問題：要給 START 線送一個 100ns 寬的起動正脈沖；獲取 EOC 線上的狀態(tài)信息，因為它是 A/D 轉(zhuǎn)換的結(jié)束 標志；要給“三態(tài)輸出鎖存器”分配一個端口地址，也就是給 OE 線上送一個 地址譯碼器輸出信號。 圖 3-5 ADC0809 與單片機的接口 淮安信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計論文 8 AT89C51 和 ADC 接口通?？梢圆捎貌樵兒椭袛鄡煞N方式。采用查詢法傳送數(shù) 據(jù)時，AT89C51 應對 EOC 線查詢它的狀態(tài)：若它為低電平，表示 A/D 轉(zhuǎn)換正在進 行，則 AT89C51 應當繼續(xù)查詢；若查詢到 EOC 變?yōu)楦唠娖?，則就給 OE 線一個高 電平，以便 2-12-6 線上提取 A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。采用中斷方式傳送數(shù)據(jù)時， EOC 線作為 CPU 的中斷請求輸入線。CPU 響應中斷后，應在中斷服務程序中使 OE 線變?yōu)楦唠娖?，以提?A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。 3.43.4 驅(qū)動電路驅(qū)動電路 圖 3-6 AT89C51 與步進電機接口電路 步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)換成相應角位移或線位移的電磁機械裝置，也 是一種能把輸出機械位移增量和輸入數(shù)字脈沖對應的驅(qū)動器件。具有快速啟停 能力，只要電機的負荷不超過它所能提供的動態(tài)轉(zhuǎn)矩，就能通過輸入脈沖來控 制它在一瞬間啟動和停止。 步進電機是否旋轉(zhuǎn)是由控制繞組中輸入脈沖的有無來控制的，每步轉(zhuǎn)過的 角度和方向是由三相控制繞組中的通電方式?jīng)Q定的。因此，步進電機的控制是 要求單片機軟件產(chǎn)生按一定規(guī)律變化的時序脈沖，然后通過接口和驅(qū)動放大電 路來驅(qū)動步進電機控制繞組工作。由于 89C51 的 P1 口負載只能驅(qū)動三個標準的 LSTTL 輸入門，因此需要通過 7406 驅(qū)動器去驅(qū)動達林頓復合功率放大器，使步 進電機能夠正?？刂瓶刂崎y門。 控制閥是自動控制系統(tǒng)中非常重要的一個環(huán)節(jié)，起到調(diào)節(jié)流體流量，克服 干擾來保證被控變量達到給定的工藝指標的作用?？刂崎y的閥部分由閥的內(nèi)件 和閥體組成，閥的內(nèi)件包括閥芯、閥桿、填料函和上閥蓋等。常用的控制閥有 第三章 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 9 普通型、散熱片型、長頸型上閥蓋及密封結(jié)構(gòu)等形式，本控制系統(tǒng)采用由步進 電機帶動的控制閥。 3.53.5 顯示電路顯示電路 LED 是發(fā)光二極管的簡稱。有共陰和共陽兩種。在本設(shè)計中，選用管結(jié)構(gòu)簡 單、價格便宜的 8 段共陽型 LED 用來顯示控制過程和運算結(jié)果。 8155 是 Intel 公司研制的通用 I/O 接口芯片。AT89C51 和 8155 相連不僅可 為外設(shè)提供兩個 8 位 I/O 端口（A 口和 B 口）和一個 6 位 I/O 端口（C 口） ，而 且也可為 CPU 提供一個 256 字節(jié)的 RAM 存儲器和一個 14 位定時器/計數(shù)器。 AT89C51 對 LED 管的顯示可以分為靜態(tài)和動態(tài)兩種。靜態(tài)顯示的特點是各 LED 管能穩(wěn)定地同時顯示各自字形；動態(tài)顯示是指各 LED 輪流一遍一遍顯示各自 字符，人們因視覺惰性而看到的是各 LED 似乎在同時顯示不同字形。當顯示器 位數(shù)較少時，采用靜態(tài)顯示的方法是適合的。當位數(shù)較多時，用靜態(tài)顯示所需 的 I/O 太多，一般采用動態(tài)顯示方法。本設(shè)計采用動態(tài)顯示。 EA/VP 31 X 1 19 X 2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 IN T0 12 IN T1 13 T0 14 T1 15 P1.0 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 A LE/P 30 TXD 11 RXD 10 AT89C51 A D0 12 PA 0 21 PA 1 22 PA 2 23 A D1 13 PA 3 24 A D2 14 PA 4 25 A D3 15 PA 5 26 A D4 16 PA 6 27 PA 7 28 A D5 17 A D6 18 PB0 29 A D7 19 PB1 30 CE 8 PB2 31 RD 9 PB3 32 WR 10 PB4 33 A LK 11 PB5 34 IO /M 7 PB6 35 TMROU T 6 PB7 36 TMRN 3 PC0 37 PC1 38 RESET 4 PC2 39 PC3 1 PC4 2 PC5 5 8155 a bf c g d e D PY1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp a bf c g d e D PY1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp a bf c g d e D PY1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp a bf c g d e D PY1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp PC0.3 PB0.7 PB0.7 PC0.3 圖 3-7 LED 接口電路 圖 3-7 示出了 89C51 通過 8155 對 LED 的接口電路。圖中，B 口和所有 LED 的 a、b、c、d、e、f、g、SP 引線相連，各 LED 控制端 G 和 8155C 口相連，故 B 口為字形口和 C 口為字位口，因此 CPU 可以通過 C 口控制各 LED 是否點亮。 3.63.6 鍵盤電路鍵盤電路 鍵盤種類很多，作為人機接口使用的最方便的鍵盤是十進制輸入，BCD 碼輸 出的 BCD 碼鍵盤。這種鍵盤為四片 BCD 碼鍵盤拼接的 4 位十進制輸入鍵盤組。 淮安信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計論文 10 每片鍵盤具有 09 十個位置，每個位置都有相應的數(shù)字顯示，代表鍵盤輸入的 十進制數(shù)。因此，每片鍵盤可代表一位十進制數(shù)。需要幾位十進制數(shù)可選擇幾 片 BCD 碼鍵盤拼接。 BCD 碼鍵盤后面有 5 個接點，其中 A 為輸入控制線，另外 4 根是 BCD 碼輸出 信號線。鍵盤撥到不同位置時，輸入控制線 A 分別與 4 根 BCD 碼輸出線中的某 根或某幾根接通。其接通的 BCD 碼輸出線狀態(tài)正好與鍵盤知識的十進制數(shù)相一 致。 +5V A 8 4 2 1 A 8 4 2 1 A 8 4 2 1 A 8 4 2 1 AT89C51 P1.3 P1.2 P1.1 P1.0 P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 圖 3-8 AT89C51 與鍵盤的接口電路 圖 3-8 是 AT89C51 通過 P1.0P1.3 與單片 BCD 碼鍵盤的接口電路。單片 BCD 碼鍵盤可以與任何一個 4 位 I/O 口或擴展 I/O 口相連，以輸入 BCD 碼，A 端 接+5V。為了使輸出端在不與控制端 A 相連時有確定的電平，常將 8，4，2，1 輸出端通過電阻拉低。 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 11 第四章第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件設(shè)計 4.14.1 軟件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 該控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計可以分為三部分：一、主程序部分。該部分完成存 儲器分區(qū)、數(shù)據(jù)定義和系統(tǒng)的初始化等，以及調(diào)用各個子程序，完成主要的控 制功能；二、流量控制程序。通過 PID 控制算法，編寫出相應的流量控制子程 序，實現(xiàn)對流量的控制，達到預期的控制要求；三、各子程序。各個子程序完 成具體的實現(xiàn)方法，主要包括：設(shè)定值輸入、數(shù)碼管顯示、步進電機控制、AD 轉(zhuǎn)換中斷、T0 定時器中斷、采樣中斷等。由此我們可以得出系統(tǒng)的總體設(shè)計框 圖，如下圖所示。 最小系統(tǒng)： ORG 0000H ；匯編程序開頭 LJMP SETUP ；跳過中斷入口地址區(qū) 、 、 、 ；中斷入口地址區(qū) ORG 0030H SETUP: 、 、 、 ；初始化區(qū) MAIN: 、 、 、 ；主程序 LJMP MAIN ；主程序一般是反復循環(huán)執(zhí)行程序 、 、 、 ；子程序和中斷服務程序區(qū) END ；匯編程序結(jié)束 4.24.2 主程序設(shè)計主程序設(shè)計 主程序部分，主要完成存儲器分配、系統(tǒng)初始化和系統(tǒng)整體控制等，并通 過調(diào)用各子程序段，實現(xiàn)軟件的總體設(shè)計功能。 淮安信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計論文 12 開始 初始化 設(shè)定值輸入 等待T0中斷 采樣流量 數(shù)字濾波 查表將相應流量值送20H 實測流量與給 定流量比較 開大閥門開小閥門 顯示當前流量與累計流量 小于大于 等待外部中斷 圖 4-1 主程序流程圖 系統(tǒng)初始化程序的功能是對 8155 和 89C51 進行初始化，使 D/A 輸出為 0， 步進電機處于停機狀態(tài)，將 RAM 中的標志位和工作單元置為初始狀態(tài)，提示符 CPUREADY 寫入緩沖器。更新顯示器子程序的功能是將顯示緩沖器的內(nèi)容，分別 轉(zhuǎn)化為段數(shù)據(jù)，輸出到 8155。顯示器 012 的顯示數(shù)據(jù)緩沖器分別為 73H7FH 單元。當系統(tǒng)處于停機狀態(tài)時，顯示器 04 顯示參數(shù)，顯示器 57 顯示參數(shù) 地址，所以 73H77H 作為數(shù)據(jù)緩沖器，78H7AH 作為地址緩沖器，在運行狀態(tài) 時，73H77H 作為瞬時流量緩沖器，78H7FH 作為累計流量緩沖器。 4.34.3 流量控制子程序流量控制子程序 在流量測試的基礎(chǔ)上，把流量設(shè)定值和實際測試得到的瞬時流量送單片機 進行比較計算出誤差，采用數(shù)字 PID 調(diào)節(jié)算法，計算輸出到 AD0809 中。 程序的入口參數(shù)：參數(shù)均為 3 字節(jié)的浮點數(shù)，分別將它們存放在 RAM 單元 中。低字節(jié)存放浮點數(shù)的階數(shù)和符號，其中符號存放在最高位，階數(shù)以補碼的 形式存放在另 7 位中。尾數(shù)以原碼的形式存放在另 2 個字節(jié)中。 本程序占用資源：A，B，R0R7，CY，F(xiàn)0。 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 13 流量控制子程序見附錄 1 主程序。 4.44.4 中斷服務子程序中斷服務子程序 4.4.1 設(shè)定值輸入程序設(shè)定值輸入程序 本程序?qū)?4 位 BCD 碼按千、百、十、個依次存放在 89C51 片內(nèi) RAM 的 30H33H 單元中，每個地址單元的高 4 位為 0，低 4 位為 BCD 碼。 RDS：MOV R0，#30H；初始化，存放單元首址 MOV R2，#7FH；P1 口高 4 位置控制字及低 4 位置輸入方式 MOV R3，#04H；讀入 4 個 BCD 碼 MOV A，R2 LOOP：MOV P1，A；P1 口送控制字及低 4 位置輸入方式 MOV A，P1；讀如 BCD 碼 ANL A，#0FH；屏蔽高 4 位 MOV R0，A；送入存儲單元 INC R0；指向下個存儲單元 MOV A，R2；準備下一片鍵盤的控制端置 0 RR A； MOV R2，A； DJNZ R3，LOOP；未讀完返回 RET；讀完結(jié)束 4.4.2 A/DA/D 中斷子程序中斷子程序 A/D 中斷子程序流程圖如下所示： 淮安信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計論文 14 開始 保護現(xiàn)場，選寄存器區(qū)1 讀8155A口的AD數(shù)據(jù) 個位送緩沖區(qū) 返回 Y N 為千位否？ 為百位否？ Y N 恢復現(xiàn)場 為十位否？ N Y 信號采樣完？ N Y 置AD采樣結(jié)束標志 千位送緩沖區(qū) 百位送緩沖區(qū) 十位送緩沖區(qū) 啟動AD 對信號采集 圖 4-2 A/D 中斷子程序 程序見附錄 1 主程序。 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 15 4.4.3 定時器中斷子程序定時器中斷子程序 開始 保護現(xiàn)場 采樣周期計數(shù)器減1 恢復采樣計數(shù)器初值 啟動對零系統(tǒng) 置標志位 返回 Y N 允許采樣？ 采樣時刻到？ Y N 恢復現(xiàn)場 圖 4-3 定時器 T0 中斷 程序見附錄 1 主程序。 4.4.4 數(shù)碼管顯示子程序數(shù)碼管顯示子程序 開始 寫顯示RAM命令送8155 顯示緩沖器指針置初值 長度計數(shù)器初值 取顯示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為段數(shù)據(jù) 送8155 緩沖器指針減1 長度減1為0？ 返回 Y N 圖 4-4 數(shù)碼管顯示子程序 在單片機內(nèi)部 RAM 的 20H 和 21H 單元中有四位十六進制數(shù)(20H 中為高兩位)， 淮安信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計論文 16 將其自左到右顯示出來的程序。 相應程序見附錄 1 主程序： 4.4.5 步進電機控制程序步進電機控制程序 步進電機控制程序是利用程序延時來控制電機的通電時間（即形成控制脈 沖）以達到正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、啟動和停止的。這種控制的缺點是 CPU 因執(zhí)行延時程 序而降低了效率。為了提高 CPU 的使用效率，也可采用單片機內(nèi)部定時/計數(shù)器 編制上述程序。 具體程序見附錄 1 主程序。 第五章 總結(jié)與展望 17 第五章第五章 總結(jié)與展望總結(jié)與展望 5.15.1 總結(jié)總結(jié) 畢業(yè)設(shè)計是我三年大學中規(guī)模最大、難度最大，要求也最嚴格的設(shè)計。我 在完成畢業(yè)設(shè)計的幾個月時間里，有百思不得其解的疑難困惑，也有茅塞頓開 的恍然大悟；有一籌莫展的原地打轉(zhuǎn)，也有一日千里的順風疾馳；有失敗的痛 苦遺憾，也有成功的興奮喜悅，從中我學到了很多知識，收獲了很多體會，這 里面的酸甜苦辣都是我人生難得的財富。 5.25.2 展望展望 通過這次系統(tǒng)的畢業(yè)設(shè)計，我覺得不論從理論知識還是從實際操縱中都學 到了不少知識，歸納起來主要有以下幾個方面： 1、經(jīng)過這次畢業(yè)設(shè)計，我接觸了更多平時沒有接觸過的元器件以及獲得相 關(guān)的知識經(jīng)驗，同時我也發(fā)現(xiàn)自己在這方面很多不足之處。體會到理論知識對 實踐有很大的指導作用，它讓我知道，只有在正確的理論指引下，才能設(shè)計出 合乎實際需要的硬件電路。 2、學會了高效率的查閱資料、運用工具書、利用網(wǎng)絡(luò)查找資料。我發(fā)現(xiàn)， 在我們所使用的書籍上有一些知識在實際應用中其實并不是十分理想，各種參 數(shù)都需要自己去調(diào)整。偶爾還會碰到資料錯誤的現(xiàn)象，這就要求我們應更加注 重實踐環(huán)節(jié)。 3、在畢業(yè)設(shè)計中，我們應當注意重點與細節(jié)的關(guān)系。很多時候正是一些細 節(jié)的處理，決定了整體功能的實現(xiàn)效果。 4、需要對自己有信心，做事有恒心有耐心。失敗不可怕，只要不趴下，昂 首向前走，希望總會有成功的一天。 5、同組同學相互包容，彼此合作，取長補短，才能鑄就最后的成功。 6、可以這樣說畢業(yè)設(shè)計是對大學所學知識的一次運用和檢閱，同時對自學 能力提出很高的要求，所以平時的學習離開思考，就是嚴重的錯誤，我們學習 不應該有偏科現(xiàn)象，各方面的知識都應該要接觸，這樣做才能為畢業(yè)設(shè)計打下 基礎(chǔ)。 淮安信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計論文 18 致 謝 19 致致 謝謝 在論文完成之際，我首先向關(guān)心幫助和指導我的指導老師朱彩霞表示衷心 的感謝并致以崇高的敬意！ 在論文工作中，遇到了關(guān)于畢業(yè)設(shè)計論文的選題審題以及論文的編寫問題， 一直得到朱彩霞老師的親切關(guān)懷和悉心指導，使我找到了論文編寫的前進方向， 為我的論文的編寫鋪下了堅實的道路。朱彩霞老師以其淵博的學識、嚴謹?shù)闹?學態(tài)度、求實的工作作風和他敏捷的思維給我留下了深刻的印象，我將終生難 忘。再一次向他表示衷心的感謝，感謝他為學生營造的濃郁學術(shù)氛圍，以及學 習、生活上的無私幫助! 值此論文完成之際，謹向朱彩霞老師致以最崇高的謝 意! 在學校的學習生活即將結(jié)束，回顧兩年多來的學習經(jīng)歷，面對現(xiàn)在的收獲， 我感到無限欣慰。為此，我向熱心幫助過我的所有老師和同學表示由衷的感謝! 特別感謝我的師兄季廣全對我的學習和生活所提供的大力支持和關(guān)心!還要 感謝一直關(guān)心幫助我成長的室友王玉香、陳子璇等！ 感謝你們一路風雨相伴，是你們給了我們隱形的翅膀，即使沒有風，我們 也能飛翔！” 在我即將完成學業(yè)之際，我深深地感謝我的家人給予我的全力支持！ 最后，衷心地感謝在百忙之中評閱論文和參加答辯的各位專家、教授! 淮安信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計論文 20 參考文獻 21 參考文獻參考文獻 1.柳玉松,周仲虎. 化工裝置常用流量計原理及選型使用探討貴州工業(yè)大學學報(自 然科學版),2008.5 2.徐江海. 單片機實用教程.北京:機械工業(yè)出版社.2011.12.6167 3.董高峰. 談電磁流量計的選用. 技術(shù)論文.石化自動化.2010-04-05 4.盧國峰,王保良,楊麗明,羅元國,黃志堯,李海青. 電容式電磁流量計信號處理新方 法研究. 傳感技術(shù)學報, 2008 年9 月.第21 卷第9 期 5.錢欣,尹樹春,曹登場. 智能插入式電磁流量計的研制.承德石油高等專科學校學報. 2008年9月.第10卷第3期 6.王尚宏,隋韶陽,郭永濤. 低電壓微功耗電磁流量計測量原理分析.上海計量測試. 2009年第36卷第2期.3334 7.劉可昌,李霞,李斌. 永磁式電磁流量傳感器及其信號處理. 8.全國工業(yè)過程測量和控制標委會.JB/T9248-1999電磁流量計.北京:機械工業(yè)出版 社,2008 9.建設(shè)部標準定額研究所.CJ/T 3017-1993潛水電磁流量計.北京：中國標準出版社, 2010 10.張志良.單片機原理與控制技術(shù).2008年第2版.北京:機械工業(yè)出版社. 2007.3. 2932 11.馬中元, 劉克金. 電磁流量計低電導率流體測量問題的討論J . 自動化儀表, 2008 , 21 (5) :57 淮安信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計論文 22 附錄 1 系統(tǒng)硬件電路 23 附錄附錄 1 1 系統(tǒng)硬件電路系統(tǒng)硬件電路 C2 C1 EA/VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 INT0 12 INT1 13 T0 14 T1 15 P1.0 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE/P 30 TXD 11 RXD 10 AT89C51 P10.7 P10.7 P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 +5V GND PA0.5 PB0.7 PC0.3 AD0 12 PA0 21 PA1 22 PA2 23 AD1 13 PA3 24 AD2 14 PA4 25 AD3 15 PA5 26 AD4 16 PA6 27 PA7 28 AD5 17 AD6 18 PB0 29 AD7 19 PB1 30 CE 8 PB2 31 RD 9 PB3 32 WR 10 PB4 33 ALK 11 PB5 34 IO/M 7 PB6 35 TMROUT 6 PB7 36 TMRN 3 PC0 37 PC1 38 RESET 4 PC2 39 PC3 1 PC4 2 PC5 5 8155 IN-0 26 msb2-1 21 2-2 20 IN-1 27 2-3 19 2-4 18 IN-2 28 2-5 8 2-6 15 IN-3 1 2-7 14 lsb2-8 17 IN-4 2 EOC 7 IN-5 3 ADD-A 25 IN-6 4 ADD-B 24 ADD-C 23 IN-7 5 ALE 22 ref(-) 16 ENABLE 9 START 6 ref(+) 12 CLOCK 10 AD0809 7 7 P25.7 P20.4 P2.0 P2.0 P00.7 A0.7 IN0 A0.7 D0 3 Q0 2 D1 4 Q1 5 D2 7 Q2 6 D3 8 Q3 9 D4 13 Q4 12 D5 14 Q5 15 D6 17 Q6 16 D7 18 Q7 19 OE 1 LE 11 74LS373 A0 10 A1 9 A2 8 A3 7 A4 6 A5 5 A6 4 A7 3 A8 25 A9 24 A10 21 A11 23 A12 2 CE 20 OE 22 PGM 27 VPP 1 D0 11 D1 12 D2 13 D3 15 D4 16 D5 17 D6 18 D7 19 2764 P00.7 P20.4 GND GND +5V A0.7 9 9 30 30 16 17 17 16 CLK 3 D 2 SD 4 CD 1 Q 5 Q 6 A 74LS74 P25.7 淮安信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計論文 24 R21 R22 R23 R24 R25 R26 R27R28R43 C1 a bf c g d e DPY 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp a bf c g d e DPY 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp a bf c g d e DPY 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp a bf c g d e DPY 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp PC0.3 C2 C3 E1 E2 IN0 PB0.7 R1 R4 R5 R8 R9 R12 R13 R16 R18 R19 R20 R29 R30 R32 R33 R34 R35 R36 R38 R39 V1 1 2 4 8 1 2 4 8 1 2 4 8 1 2 4 8 p10.7 P10.7 P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 +5V V2 V3 A B C VCC P25.7 附錄 2 程序源代碼 25 附錄附錄 2 2 程序源代碼程序源代碼 ORG 0000H LJMP SETUP ORG 000BH LJMP INET0P ORG 001BH LJMP INET1P ORG 0030H SETUP: MOV 70H,#0 MOV 71H,#1 MOV 72H,#2 MOV 73H,#3 MAIN: LCALL DIS LJMP MAIN DIS: MOV DPTR,#TAB MOV A,70H MOVC A,A+DPTR MOV P0,A CLR P2.0 LCALL DEL SETB P2.0 MOV A,71H MOVC A,A+DPTR MOV P0,A CLR P2.1 LCALL DEL SETB P2.1 MOV A,72H MOVC A,A+DPTR MOV P0,A CLR P2.2 LCALL DEL SETB P2.2 MOV A,73H MOVC A,A+DPTR MOV P0,A 淮安信息職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計論文 26 CLR P2.3 LCALL DEL SETB P2.3 RET TAB : DB 0C0H, 0F9H, 0A4H, 0B0H, 99H, 92H, 82H, 0F8H, 80H, 90H DEL : MOV R7,#80H DJNZ R7,$ RET END PID1： MOV R0，#52H MOV R1，#49H LCALL FSUB MOV R1，#46H LCALL FSTR MOV R1，#4CH MOV R2，#06H LCALL LPDM MOV R0，#46H MOV R1，#4CH LCALL FMUL MOV R1，#4FH LCALL FSTR MOV R1，#4FH MOV R2，#09H LCALL LPDM MOV R0，#43H MOV R1，#4FH LCALL FMUL MOV R1，#4FH LCALL FSTR MOV R0，#4CH MOV R1，#4FH LCALL FADD MOV R1，#4CH LCALL FSTR 附錄 2 程序源代碼 27 MOV R1，#4FH MOV R2，#0CH LCALL LPDM MOV R0，#40H MOV R1，#4FH LCALL FMUL MO