基于单片机的气体流量检测系统论文.doc

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1、摘要工业生产中过程控制是流量测量与仪表应用的一大领域,流量与温度、压力和物位一起统称为过程控制中的四大参数,人们通过这些参数对生产过程进行监视与控制。对流体流量进行正确测量和调节是保证生产过程安全经济运行、提高产品质量、降低物质消耗、提高经济效益、实现科学管理的基础。流量的检测和控制在化工、能源电力、冶金、石油等领域应用广泛。本文以80C51单片机为智能检测核心,充分利用单片机丰富的硬件资源,配以适当的检测接口电路,可精确测量由涡轮流量传感器输出的代表流量大小的脉冲信号。由软件计算出流量,以简单的硬件结构实现了一个高可靠性、高精度、多功能,价格相对便宜的气体流量检测系统。关键字：AT89C51

2、ADC0809；涡轮流量传感器；放大电路AbstractIndustrial production process control is the flow measurement and instrumentation big field, flow and temperature, pressure and thing location for process control of collectively together four parameters, people through these parameters on the production process for moni

3、toring and control. The fluid flow measure and adjust properly is to ensure the safe and economic operation process, improve the product quality and reduce the material consumption, to improve the economic benefit and to realize scientific management foundation. Flow of the detection and control in

4、chemical, electrical energy, metallurgy, petroleum, etc wide application. This paper 80C51 SCM in for intelligent detection core, make full use of single-chip microcomputer rich hardware resources, match with proper testing interface circuitry, can accurate measurement of turbine flow sensor or by r

5、epresentatives of electromagnetic flow sensor output pulse signal, the flow volume. Calculated by software for virtual standard state and cumulative flow, tell with simple hardware structure achieved a high reliability, high precision, multi-function, cheaper gas flow detection system. Key word: AT8

6、9C51, ADC0809, turbine flow sensor 目录摘要IAbstractII1 绪论11.1现状11.2 检测流量的分类11.3涡轮流量计的特点32 系统工作原理52.1工作原理52.2系统结构52.3元器件的选择52.3.1 单片机52.3.2 A/D转换元件62.3.3 LED显示元件93 系统硬件电路设计123.1 外围电路硬设计123.1.1 信号的采集123.1.2 放大电路的设计133.2 单片机硬件电路及其外围电路的设计143.2.1与A/D的接口143.3.2 与LED现实的接口154 系统软件设计184.1主程序194.2显示程序204.3 A/D转换

7、程序215 抗干扰技术235.1硬件措施235.2软件措施23参考文献25结束语26致27- 27 - / 311 绪论1.1 现状在物资量计量领域中,流体流量的检测是各行各业加强物料管理、能源管理,进行物资交接、财务结算,经济核算,效益分析与评价及至决策的重要依据；也是企业监控生产过程,使其保护优质、高效、安全、平稳运行和改善环境的重要手段。从某种意义上讲：计量就是眼睛,计量就是金钱,计量就是效益。现代企业对流量计量的要求越来越高,主要反映在满足准性、可靠性、及时性和自动化水平的程度等方面,计量的准确可靠性愈来愈受到社会各界的关注。气体涡轮流量计是一种速度式仪表。它具有压力损失小、精确度高、

8、始动流量低,抗振与抗脉动流性能好等特点。广泛使用于石油、化工、电力工业锅炉等燃气计量和燃气调压站、输配气管网天然气、城市天然气计量等领域并可广泛用于贸易计量。目前,国在气体流量计特别是气体涡轮流量计的设计、制造与鉴定技术及设备装备水平方面远远落后于欧美国家。而且国所生产的涡轮流量计产品大多只有简单的计数显示器,客户无法直接从管路中气体流动状况了解流量计实际运行情况,同时性能与质量也不能与国外气体流量计相比。随着中国与国际市场接轨的步伐加快,低精度流量计的使用会受到越来越大的限制,而高精度流量计将需求旺盛。1.2 检测流量的分类为了满足各种测量的需要,几百年来人们根据不同的测量原理,研究开发制造

9、出了数十种不同类型的流量计,大致分为容积式、速度式、差压式、面积式、质量式等。各种类型的流量计量原理、结构不同既有独到之处又存在局限性。为达到较好的测量效果,需要针对不同的测量领域,不同的测量介质、不同的工作围,选择不同种类、不同型号的流量计。工业计量中常用的几种气体流量计有：差压式流量计、容积式流量计、涡轮流量计、涡街流量计、旋进涡轮流量计、时差式超声波流量计、科式质量流量计等。1差压式流量计：差压式流量计是以伯努利方程和流体连续性方程为依据,根据节流原理,当流体流经节流件时如标准孔板、标准喷嘴、长径喷嘴、经典文丘利嘴、文丘利喷嘴等,在其前后产生压差,此差压值与该流量的平方成正比。缺点：测量

10、精度普遍偏低；围度窄,一般仅3：14：1；现场安装条件要求高；压损大。2容积式流量计：在容积式流量计的部,有一构成固定的大空间和一将该空间分割成若干个已知容积的小空间的旋转体,如腰轮、皮膜、转筒、刮板椭圆齿轮、活塞、螺杆等。旋转体在流体压差的作用下连续转动,不断地将流体知容积的小空间中排出。根据一定时间旋转体转动的次数,即可求出流体流过体积量。缺点：结果复杂,体积庞大；被测介质种类、口径、介质工作状态局限性较大；大部分仪表只适用于洁净单相流体；产生噪声及振动。3涡街流量计：在流体中安放非流线型旋涡发生体,流体在旋涡发生体两侧交替地分离释放出两列规则的交替排列的旋涡涡街。在一定的流量雷诺数围,旋

11、涡的分离频率与流经涡街流量传感器处流体的体积流量成正比。缺点：不适用于低雷诺数测量：需较长直管段：仪表系数较低；4时差式超声波流量计：当超声波穿过流动的流体时,在同一传播距离,其沿顺流方向和沿逆流方向的传播速度则不同。在较宽的流量雷诺数围,该时差与被测流体在管道中的体积流量平均流速成正比。缺点：传播时间法只能用于清洁液体和气体；而多普勒法只能用于测量含有一定量悬浮颗粒和气泡的液体；多普勒法测量精度不高。5涡轮流量计：气体涡轮流量计是一种速度式流量计,如图1.1 所示,图1.1 涡轮流量传感器结构图它是由导流体、涡轮、轴承、前置放大器组成；被测流体冲击涡轮叶片,使涡轮旋转,涡轮的转速随流量的变化

12、而变化,即流量大,涡轮的转速也大,再经磁电转换装置把涡轮的转速转换为相应频率的电脉冲,经前置放大器放大后,送入显示仪表进行计数和显示,根据单位时间的脉冲数和累计脉冲数即可求出瞬时流量和累积流量。涡轮变送器的工作原理是当流体沿着管道的轴线方向流动,并冲击涡轮叶片时,便有kQ = f ,其中：Q 是流经变送器的流量L/s；f 是电脉冲频率；k 是仪表系数,次/升。管道流体的力作用在叶片上,推动涡轮旋转。在涡轮旋转的同时,叶片周期性地切割电磁铁产生的磁力线,改变线圈的磁通量。根据电磁感应原理,在线圈将感应出脉动的电势信号,此脉动信号的频率与被测流体的流量成正比,k 是涡轮变送器的重要特性参数,它是代

13、表每立方米流量有几个脉冲,或者每升流量有几个脉冲,不同的仪表有不同的k。涡轮变送器输出的脉冲信号,经前置放大器放大后,送入显示仪表,就可以实现流量的测量。本文的涡轮流量传感器只是由流体、涡轮、轴承只是产生模拟信号部分,未经转换和放大的部分。1.3涡轮流量计的特点在各种流量计中涡轮流量计、容积式流量计是可以得到最佳重复性的少数仪表。二者相比,涡轮流量计又具有自己的特点,如结构简单、加工零部件少、质量轻、维修方便、成本低的特点。涡轮流量计还具有测量准确度高、测量围广、压力损失小、惰性小、温度围广及数字信号输出等优点。像这样的技术参数其他流量计则是难以达到的。因此涡轮流量计在工业上应用最广泛,发展最

14、迅速。除了在石油、化工、电力工业中用来测量水、油品、燃气等管流流量及食品工业中测量牛奶、酒类等流量外,由于其兼有测量准确度高和重复性好的特点,故还可以作为校验其它流量计的标准表。涡轮流量计虽有很多优点,但由于涡轮必须与流体接触并转动,因此对被测流体的洁净度要求高。流体的温度、粘度、密度对仪表指示值也有较大影响。而且由于有转动部件,会带来轴承的磨损,使仪表的使用年限受到影响。因此,必须注意根据被测流体的具体情况恰当的选择变送器型式及其附属设备,如附加适当的过滤器等保护设备。应该指出,随着新材料、新工艺的发展,仪表转动部分的耐磨性、变送器的维修性能和寿命正在不断提高；随着对涡轮流量计粘度修正问题研

15、究的不断深入以及测量线路的完善和微的应用,涡轮流量计可以方便和准确得进行各种参数的修正,显示仪表的性能也将更臻完善目前生产的双涡轮流量计,由于变送器串联两个涡轮,可以互相校核,从而提高了仪表使用的可靠性,受到好评。随着涡轮流量计结构和性能的不断完善,它将在各个领域中越来越广泛的得到应用,在流量测量和标准传递中发挥更大作用。除此之外,考虑到价格因素：用于检测气体流量的孔板或者涡街流量计的价格一般在40000-10000元,所以选用涡轮流量计作为检测元件是性价比比较适合的。本文实质是设计一种新型涡轮流量计,充分利用单片机体积小、功能强大、价格便宜、可靠性高等优点并配合一些外围器件,通过编制合理的软

16、件程序完成流量高精度的较先进的一种计量系统。本论文重点就在于讲述一个智能流量检测系统的硬件以及软件设计,对于系统每个功能的实现都会在文中详细介绍。2 系统工作原理2.1工作原理被测气体流经涡轮流量传感器时,传感器的叶轮借助于流体的动能而产生旋转,周期性的改变磁电感应转换系统中的磁阻值,使通过线圈的磁通量周期性的发生变化而产生电脉冲信号。在一定的流量围下,叶轮转速与流体流量成正比,即电脉冲数量与流量成正比。该脉冲信号经放大器放大,将放大后的信号通过变换器,转化为电信号,AD转换器将模拟电信号转化为离散信号,传给单片机。单片机将信号以数字形式在LED数码管上显示。在测量围,传感器输出的脉冲总数与流

17、过传感器的体积总量成正比,其比值称为仪表常数,以K 表示。每台传感器都经过实际标定测得仪表常数值。当测出脉冲信号的频率f除以仪表常数K便可求得瞬进流量q。即q-fK。2.2系统结构整个检测系统的结构是：由涡轮流量传感器检测气体流量,产生模拟信号,精放大电路将模拟信号放大,通过AD转换器,作为单片机与外部输入的接口,将外部的模拟量输入单片机。单片机在系统软件的控制作用下,对输入的数据进行分析实现LED显示。LED数码管显示动态的流量。系统软件主要包括主程序,显示程序和供主程序调用的各个小的子程序。主程序实现系统的总体功能,子程序实现相应的具体功能。涡轮传感器AT89C51流量显示ADC0809信

18、号放大图2.1 原理图2.3元器件的选择2.3.1 单片机目前在市场常见的有PHILIPS,SIEMENS,INTEL,ATMEL等公司7E产的100多种型号的80C51系列单片机。这类单片机具有集成度高,性能价格比优越的特点,在工业测量控制领域获得极为广泛的应用。T89C51采用INTEL核技术,结合ATMEL公司闪存技术制造,性能稳定可靠,在程序不太复杂的情况下,无需扩展外部存储器,因此,对于追求可靠性,追求体积轻巧灵便的产品而言,则显得尤为重要。这也是在课题中采用此产品,而没有采用16位或准16位单片视的一个主要原因。AT89C51是一种带4K字节闪速可编程可擦除只读存储器的低功耗、高性

19、能CMOS 8位微控制器。器件采用ATMEL非易失存储器制造技术制造,与工业标准的80C51和80C51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪速存储器组合在单个芯片中,ATMEL的89C51是一种高效微控制器,为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高而价廉的方案。图2.2 AT89C51引脚图AT89C51有40个引脚,32个外部双向输入输出端口,同时含2个外中断口,3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口,2个读写口线。其引脚排列图如图22所示。AT89C51可以按照常规方法进行编程,也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起,特别是可反复擦写的Flas

20、h存储器可有效地降低开发成本。2.3.2 A/D转换元件ADC有两大类：一类在电子线路中使用,不带使能控制端；另一类带有使能控制端,可和微机直接接口。ADC0809是一种8位逐次逼近式A/D转换器,可以和微机直接接口。1. 部结构1八路模拟开关及地址锁存与译码器八路模拟开关用于输入IN0IN7上八路模拟电压。地址锁存和译码器在ALE信号控制下可以锁存ADDA、ADDB和ADDC上地址信息,经译码后控制IN0IN7上哪一路模拟电压送入比较器。例如：当ADDA、ADDB和ADDC上均为低电平0以及ALE为高电平时,地址锁存和译码器输出使IN0上模拟电压送到比较器输入端VIN。图2.3 ADC080

21、9部结构2256电阻阶梯和树状开关为了简化问题起见,现以二位电阻阶梯和树状开关为例加以说明。其中,四个分压电阻使A、B、C和D四点分压成2.5V、1.5V、0.5V和0V。SAR中高位D1控制左边两只树状电子开关,低位D0控制右边四只树状开关。各开关旁的0和1表示树状开关闭合条件,由D1D0状态决定。例如：D1=1,则上面开关闭合而下面开关断开,D1=0时的情况正好与此相反。树状开关输出电压VST和D1D0关系列出于表2.1。D1 D0VST0 00V0 10.5V1 01.5V1 12.5V表2.1 VST和D1D0的关系对于8位A/D转换器,SAR为八位,电阻阶梯、树状开关和上述情况类似。

22、只是要有28=256个分压电阻,形成256个标准电压供给树状开关使用。VST送给比较器输入端。3逐次逼近寄存器和比较器A/D转换工作原理各异,但逐次逼近型ADC是应用较多的类型之一,主要原因为转换速度快、精度高。逐次逼近寄存器SAR在A/D转换过程中存放暂态数字量,在A/D转换完成后存放数字量,并可送到三态输出锁存器。A/D转移前,逐次逼近寄存器SAR为全0。A/D转换开始时,控制电路使逐次逼近寄存器SAR最高位为1,并控制树状开关的闭合和断开,由此产生VST送给比较器。比较器对输入模拟电压VIN和VST进行比较。若VINVST,则比较器输出逻辑0而使SAR最高位由1变为0；若VINVST,则

23、比较器输出使SAR最高位保留1。此后,控制电路在保持最高位不变下,依次对次高位、次次高位最低位重复上述过程,就可在逐次逼近寄存器SAR中得到A/D转换完成后的数字量。例：逐次逼近寄存器SAR ADC实质上是实现一种二进制搜索算法。所以,当部电路运行在数兆赫兹时,由于逐次逼近算法的缘故,ADC采样速率仅是该数值的几分之一。假设：四位D3D2D1D0A/D转换器的基准电压VR=8V,采样保持信号电压UI=6.25V,转换过程如下：第一次第一个节拍与参考电压UR=8/16VR=4V比较,得URUI,故D3=1；第二次第二个节拍与参考电压UR=12/16VR=6V比较,得URUI,故D2=0；第四次第

24、四个节拍与参考电压UR=13/16VR=6.5V比较,得URUI,故D2=0；最后一个节拍完成数据输出,合计共5个节拍。这种转换器的速度比间接式的要快得多,主要特点是电路简单,而速度、精度都高。4三态输出锁存器和控制电路三态输出锁存器用于锁存A/D转换完成后的数字量。CPU使OE引脚变为高电平就可以从三态输出锁存器取走A/D转换后的数字量。2. ADC0809引脚ADC0809采用双列直插式封装,共有28条引脚,如图2.4所示IN0IN78路模拟输入； D7D0A/D转换后的数据输出端； ADDA、ADDB、ADDC模拟通道选择地址信号；VR、VR正、负参考电压输入端；ALE地址锁存允许信号,

25、高电平有效；STARTA/D转换启动信号,正脉冲有效；EOC转换结束信号,高电平有效；OE输出允许信号,高电平有效。图2.4 ADC0809引脚图2.3.3 LED显示元件1LED数码显示管原理LED数码管结构简单,价格便宜。八段LED显示管有八只发光二极管组成,编号是a、b、c、d、e、f、g和SP,分别和同名管脚相连。七段LED显示管比八段LED少一只发光二极管SP,其他的和八段LED相同。图2.5数码管原理图八段LED数码显示管原理很简单,是通过同名管脚是所加电平高低来控制发光二极管是否点亮而显示不同字形的。例如：若在共阴LED管的SP、g、f、e、d、c、b、a管脚上分别加上7FH控制

26、电平即：SP上为0伏,不亮；其余为TTL高电平,全亮,则LED显示管显示字形为8。7FH是按SP、g、f、e、d、c、b、a顺序排列后的十六进制编码0为TTL低电平,1为TTL高电平,常称为字形码。因此,LED上所显示字形不同,相应字形码也不一样。八段共阴能显示的字形及相应字形码如表4所列。该表常放在存,SGTB为表的起始地址,各地址骗移量为相应字形码对表始址的项数。由于B和8、D和0字形相同,故B和D均以小写字母b和d显示。LED数码显示管分为共阴和共阳两种。为共阴八段LED管时,所有发光二极管阴极共连后接到引脚G,G脚为控制端,用于控制LED是否点亮。若G脚接地,则 LED被点亮；若G脚T

27、TL高电平,则它被熄灭。为共阳八段LED数码显示管时,所有发光二极管阳极共连后接到G脚。正常显示时G脚接+5V,各发光二极管是否点亮取决于aSP各引脚上是否是低电平0伏。因此,共阴和共阳所需字形码正好相反,如表2.2所列地址偏移量共阴字形码共阳字形码所显字符SGTB+0H3FHC0H0+1H06HF9H1+2H5BHA4H2+3H4FHB0H3+4H66H99H4+5H6DH92H5+6H7DH82H6+7H07HF8H7+8H7FH80H8+9H6FH90H9+AH77H88HA+BH7CH83Hb+CH39HC6HC+DH5EHA1Hd+EH79H86HE+FH71H8EHF+10H00H

28、FFH空格+11HF3H0CHP+12H76H89HH+13H80H7FH+14H40HBFH表 2.2 八段LED数码显示管字型码表在硬件连接电路中用到锁存器,选择结构简单的74LS374芯片作为所存芯片。3 系统硬件电路设计3.1 外围电路硬设计系统外围硬件电路有流量信号的采集和放大电路组成。3.1.1 信号的采集流量信号通过涡轮流量传感器车采集,本设计应用霍尔效应设计传感器。1.霍尔效应当一块通有电流的金属或半导体薄片垂直地放在磁场中时,薄片的两端就会产生电位差,这种现象就称为霍尔效应。两端具有的电位差值称为霍尔电势U,其表达式为3.1其中K 为霍尔系数,I 为薄片过的电流,B 为外加磁

29、场洛伦慈力Lorrentz的磁感应强度,d 是薄片的厚度。由此可见,霍尔效应的灵敏度高低与外加磁场的磁感应强度成正比的关系。图3.1 霍尔元件的基本电路图 2,实用电路按图3.2所示的方法设置磁体,将它们和霍尔开关电路组合起来可以构成旋转传感器。霍尔电路通电后,磁体每经过霍尔电路一次,便输出一个脉冲。由此,可对转动物体实施转数、转速、角度、角速度等物理量的检测。在转轴上固定一个叶轮和磁体,用流体气体、液体去推动叶轮转动,便可构成流速、流量传感器。,我们可确定流量的计算公式为：3.2式中,Q 为流量m3；K 为基表系数,0.01m3r；M为转数。3.2 旋转传感器磁体设置3.1.2 放大电路的设

30、计涡轮传感器中霍尔元件输出的模拟信号都很微弱通常在毫伏级,必须通过一个模拟放大器对其进行一定倍数的放大,才能满足A/D转换器对输入信号电平的要求,这种情况下,就必须选择一种符合要求的放大器。仪表器的选型很多,我选择一种用途非常广泛的仪表放大器：其实就是典型的差动放大器。差动放大器也叫差动放大器是一种将两个输入端电压的差以一固定增益放大的电子放大器。差动放大器的优点是能抑制零点漂移,差动放大器是一个对称电路,可使漂移信号相互抵消,从而使电路稳定。因电路对称,由温度变化等因素引起两管的输出漂移电压必然是大小相等,极性相同,即为共模信号。当输入信号为共模信号时,由于电路对称,两管的集电极电流产生相等

31、的电流增量。双端输出时的共模输出电压为零,共模放大倍数也为零。即使单输出电路,由于共模电阻取值较大,产生较大的反馈电压,把放大倍数压的很低,也能很好的抑制共模信号,因此稳定了工作点,抑制了零点漂移,对共模放大倍数抑制作用越强,表明放大器的性能越好。在本设计中放大电路只需三个廉价的普通运算放大器和几只电阻器,即可构成性能优越的仪表用放大器。电路图参见图3.3：要使电路满足平衡,则R1=R2、R3=R4、R5=R6,因为每个运放的特性不可能完全一致,在A和A2的Pin1、Pin8我们增设了调零电位器VR1和VR2,这在实际的应用中是非常有用的。我们假设A1、A2的失配、失调电压和电流均为零的情况下

32、其差模电压增益为:3.2整个电路采用正负两组电源供电,这样可对正或负输入电压进行放大。电源电压一般可取515V,但对其稳定度有一定的要求。图中的电容C用于除抖动和抗干扰。图3.3放大器原理图3.2单片机硬件电路及其外围电路的设计在本检测系统中单片机检测电路分为与A/D的连接和LED显示管连接,以下做重点介绍：3.2.1与A/D的接口MCS-51和ADC接口必须弄清和处理好三个问题：要给START线送一个100ns宽的起动正脉冲；获取EOC线上的状态信息,因为它是A/D转换的结束标志；要给三态输出锁存器分配一个端口地址,也就是给OE线上送一个地址译码器输出信号。MCS-51和ADC接口通常可以

33、采用查询和中断两种方式。采用查询法传送数据时,MCS-51应对EOC线查询它的状态：若它为低电平,表示A/D转换正在进行,则MCS-51应当继续查询；若查询到EOC变为高电平,则就给OE线一个高电平,以便2-12-6线上提取A/D转换后的数字量。采用中断方式传送数据时,EOC线作为CPU的中断请求输入线。CPU响应中断后,应在中断服务程序中使OE线变为高电平,以提取A/D转换后的数字量。图3.4 A/D接口电路图3.4中的P27A15线作为整个ADC0809芯片的片选线当P27A15=0时,或非门敞开,允许写信号通过,将单片机负的写脉冲转换为ADC0809所需要的正脉冲,以选中ADC0809某

34、一通道并启动转换。采用74LS373作为地址锁存器使用,其中输入端1D8D接至单片机的P0口,输出端提供的是低8位地址,G端接至单片机的地址锁存允许信号ALE。输出允许端OE接地,表示输出三态门一直打开。3.3.2 与LED现实的接口1静态显示在单片机应用系统中,常采用MC14495芯片作为LED的静态显示接口,它可以和LED显示器直接连接。MC14495芯片是由4位锁存器、地址译码器和笔段ROM阵列以及带有限流电阻的驱动电路输出电流为10mA等三部分电路组成。A、B、C、D为二进制码或BCD码输入端；为锁存控制端,为低电平时可以输入数据。为高电平时锁存输入数据,h+I为输入数据大于等于10指

35、示位,若输入数据大于或等于10,则h+I输出高电平,否则输出为低电平；为输入等于15指示位,若输入数据等于15,则输出高电平,否则为高阻状态。MC14495芯片的作用是输入被显字符的二进制码或BCD码,并把它自动转换成相应字形码,送给LED显示。采用MC14495芯片的4位静态LED显示器接口电路。图中,P1.7P1.4用于输出欲显示字符的二进制码或BCD码,P1.2=0用于控制二四译码器工作,P1.1和P1.0经译码器输出后控制MC14495中哪一位接收P1.7P1.4上代码。2动态显示为了减少硬件开锁,提高系统可靠性和降低成本,单片机控制系统通常采用动态扫描显示。89C51通过对六只共阳L

36、ED的接口电路。B口和所有LED的a、b、c、d、e、f、g、SP引线相连,各LED控制端G和8155C口相连,故B口为字形口和C口为字位口,因为CPU可以通过C口控制各LED是否点亮。动态显示采用软件法把欲显示十六进制数或BCD码转换为相应字形码,故它通常需要在RAM区建立一个显示缓冲区。显示缓冲区包含的存储单元个数常和系统中LED显示器个数相等。显示缓冲区的起始地址很重要,它决定了显示缓冲区在RAM中的位置。显示缓冲区中每个存储单元用于存放相应LED显示器欲显示的字形码地址偏移量,故CPU可以根据这个地址偏移量通过查字形码表来找出所需显示字符的字形码,以便送到字形口显示。当显示器位数较少时

37、采用静态显示的方法是适合的。当位数较多时,用静态显示所需的I/O太多,一般采用动态显示方法。图 3.5 LED接口电路采用四联排共阴极数码管进行显示,具有四位数码管,这四个数码管的段选a、b、c、d、e、f、g分别接在一起,每一个都拥有一个共阴的位选端。P3口控制数码管的点亮情况。因为单片机的I/O口输出功率有限,需要使用74LS374芯片进行锁存,单片机的P3口分别与74LS374芯片的D口连接；两块74LS374芯片的Q口与LED数码管的A、B、C、D、E、F、G、DP管脚段选和1、2、3、4管脚连接。此外还用一个排阻R-PACK8来保护LED。4系统软件设计系统软件设计是该设计的核心,

38、也是设计的重点和难点部分。控制系统软件设计的好坏直接影响到该控制系统的控制功能,因此,要想做好本设计,一个好的系统软件是关键。本设计中采用C语言编写AT89C51单片机程序：1.简单紧凑、灵活方便C语言一共32个关键字和9种控制语句,程序书写形式自由,主要用小写字母表示。它把高级语言的基本结构和语句与地基语言的实用性结合起来。C语言可以像汇编语言一样对位、字节和地址进行操作,而这三者是计算机最基本的工作单元。2.运算符丰富C语言的运算符包含的围很惯犯,共有34中运算符。C语言把括号、赋值、强制类型转换等都作为运算符处理。从而使C语言的运算类型极其丰富,表达式类型多样化。灵活使用各种运算符可以实

39、现在其他高级语言中难以实现的运算。3.数据结构丰富C语言的数据类型有：整型、实型、字符型、数组类型、指针类型、结构体类型、共用体类型等。能用来实现各种复杂的数据结构的运算。4.C语言是结构式语言结构式语言的特点是代码及数据的分隔化,即程序的哥哥部分除了必要的信息交流外彼此独立。这种结构化方式可以使层次清晰,便于使用、维护以及调试。C语言是以函数形式提供给用户,这些函数可以方便的调用,并具有多种循环、条件语句控制程序流向,从而使程序完全结构化。5.C语言语法限制不太严格,程序设计自由度高虽然C语言也是强类型语言,但是它的语法比较灵活,允许程序编写者有较大的自由度。6.C语言允许直接访问五路地址,

40、可以直接对硬件进行操作它既具有高级语言的功能,又具有低级语言的许多功能,能够像汇编语言一样对位、字节和地址进行操作。7.生成目标戴姆质量高,程序执行率高8.适用围广,可移植性大C语言的一个突出优点是适合多种操作系统,如DOS、UNIX；也适用于多种机型。该控制系统的程序主要分为三部分：主程序、各种中断子程序。主程序完成系统的地址分配、系统初始化。实现系统的数字化显示。各子程序完成相应的各功能。 主程序数码管显示模数转换图4.1 程序结构图4.1主程序主程序部分,主要完成存储器分配、系统初始化等,并通过调用各子程序段,实现软件的总体设计功能。#include #define uchar unsi

41、gned char #define uint unsigned int uchar out0=0x7f ; /赋初值uchar buf3=0,0,0;/全局数组uchar pr=0x57,0x6E,0x5E,0x3E,0x6D,0x5D,0x3D,0x6B,0x5B,0x3B;uchar discode=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;int AD; /转换结果,十六进制int uuu,sc=0; int Int_result, /标度变换后的结果sbit Dataout=P10; /数据线sbit cs=P11; /片选sb

42、it sclk=P12; /io口时钟sbit dx=P13; /断码显示控制锁存sbit wx=P14; /位控控制锁存sbit sw=P17;sbit PWM=P15;sbit direction=P16;void delay1ms /单位时间1ms延时 uchar time; while fortime=0;time;图4.2 主程序框图4.2显示程序void display P2=0xfe; /即P2=1111 1110B,P2.0引脚输出低电平,数码显示器DS0接通电源 P0=Tabk/1000; /显示千位delay; P2=0xfd ; /即P2=1111 1101B,P2.1引

43、脚输出低电平,数码显示器DS1接通电源 P0=Tab/100; /显示百位delay; P2=0xfb; /即P2=1111 1011B,P2.2引脚输出低电平,数码显示器DS2接通电源 P0=Tab/10; /显示十位 delay; P2=0xf7; /即P2=1111 0111B ,P2.3引脚输出低电平,数码显示器DS3接通电源 P0=Tabk%10;/显示个位delay; P2=0xff; /关闭所有显示器 图4.2 显示程序4.3 A/D转换程序AD_val uchar i,temp=0; cs=1;/初始化,启动 sclk=0; cs=0; _nop_; fori=0;i/读取采集

44、数据,读取的是上一次采集数据 sclk=1; temp=temp1; if temp |=0x01; sclk=0; cs=1; AD=temp; fori=0;i /延时17us以上,进行复位 _nop_; Int_result=AD*100/256; /处理整数 uuu=Int_result;图4.3 A/D转换程序5 抗干扰技术干扰的来源是多方面的,有时候也是错综复杂的。对于计算机控制系统来说,干扰可能来源于外部,也可能来源于部。外部干扰指那些与系统结构无关,而是由外界环境因素决定的；而部干扰则是由系统结构、制造工艺等所决定的。外部干扰主要是由空间电或磁的影响。例如：输电线和电气设备发出的电磁场,通讯广播发射的无线电波,太阳或其他天体辐射出的电磁波,空中雷电,火花放电,弧光放电辉光放电等放电现象,甚至湿度,气温等气象条件也是外来干扰。部干扰主要是分布电容,分布电感引起的耦合感应,电磁场辐射感应,长线传输的波反应,多点节底引起的电位差引起的干扰,寄生震荡引起的干扰,甚至原器件产生的噪音也属于干扰。