基于C8051的流量儀設(shè)計(jì)與應(yīng)用

引言

工業(yè)生產(chǎn)過程中對流體流量進(jìn)行正確測量和調(diào)節(jié)是保證生產(chǎn)過程安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、提高經(jīng)濟(jì)效益、實(shí)現(xiàn)科學(xué)管理的基礎(chǔ)。質(zhì)量流量控制器就是用來對各種氣體的質(zhì)量流量進(jìn)行精密測量與控制的一種儀器，被廣泛應(yīng)用于電子工藝設(shè)備、分析測量儀器、制氣配氣等行業(yè)。本文采用C8051F410單片機(jī)為檢測核心，充分利用該單片機(jī)豐富的內(nèi)部硬件資源，設(shè)計(jì)了一款可以控制兩路氣體質(zhì)量流量控制器的自動氣體流量檢測儀。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

D07-19B型質(zhì)量流量控制器具有精度高、重復(fù)性好、響應(yīng)速度快、穩(wěn)定可靠、工作壓力范圍快等特點(diǎn)，其操作使用方便，便于與單片機(jī)連接實(shí)現(xiàn)自動控制?？刂破鬏敵龅牧髁繖z查電壓與流過通道的質(zhì)量流量成正比，滿量程流量檢測輸出電壓為+5V.該控制器的流量控制范圍是(2~100)%F.S.,流量分辨率是0.1%F.S

C8051F410是Silicon Laboratories公司推出的一款8051系列單片機(jī)[1].C8051F410單片機(jī)是完全集成的低功耗混合信號片上系統(tǒng)型芯片，可以與8051兼容的微控制器內(nèi)核，片內(nèi)具有4個(gè)通用的16為定時(shí)器，2個(gè)12位電流輸出D/A轉(zhuǎn)換，真12位200kps的24通道A/D轉(zhuǎn)換，高精度可編程24.5MHz內(nèi)部振蕩器和達(dá)到32KB的片內(nèi)FLASH存儲器等特點(diǎn)。在許多AD/DA轉(zhuǎn)換精度或時(shí)鐘精度要求不是特別高的設(shè)計(jì)中，不必再使用外部AD/DA轉(zhuǎn)換芯片或諧振電路，只靠片內(nèi)資源就可以完成相應(yīng)的功能，極大地減少了很多外圍電路設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)的集成度和抗干擾能力。

本系統(tǒng)主要包括硬件和軟件兩個(gè)部分。

硬件部分由電源電路、鍵盤電路、液晶顯示和流量控制器控制電路構(gòu)成;軟件部分由液晶顯示、A/D反饋信號的采集和D/A輸出組成。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

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圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

Fig.1 Structure diagram of the power controlunit test system

本系統(tǒng)以C8051F410單片機(jī)為控制核心，利用鍵盤設(shè)置定時(shí)時(shí)間和氣體檢測容量上限，利用液晶實(shí)時(shí)顯示定時(shí)時(shí)間變化和當(dāng)前氣體容量值，通過片內(nèi)A/D采集流量控制器的反饋信號，然后計(jì)算出剩余時(shí)間內(nèi)的單位時(shí)間內(nèi)所應(yīng)通過的氣體容量，最后經(jīng)片內(nèi)D/A轉(zhuǎn)換輸出特定電壓值來調(diào)節(jié)流量控制器的電磁調(diào)節(jié)閥大小來控制通過閥的氣體速率，從而形成了一個(gè)完整的閉環(huán)系統(tǒng)。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 輔助電源電路

本系統(tǒng)總供電電源是由12V直流開關(guān)電源或鋰電池組提供，主要有模擬電路、數(shù)字電路、LCM液晶驅(qū)動電路以及質(zhì)量控制器控制電路。其中，不同的電路有模擬地、數(shù)字地、電源地等接地，故采用不同種類地之間用0歐電阻相連，以提高電路之間的抗干擾能力。電源分配方案如下圖2所示。

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圖2 電源分配方案

Fig.2 Allocation map of the power

由于各個(gè)電路部分的供電電壓不同，需要將12V直流電壓經(jīng)不同的電壓轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行轉(zhuǎn)換，LM2951-5.0提供給單片機(jī)和鍵盤的工作電壓VCC(+5V)、BSD12-12D15模塊提供給流量控制器工作電壓±15V、AMS1117-5.0提供給FM12864M-12L液晶和外圍控制電路的+5V工作電壓。

2.2 液晶顯示電路

FM12864M-12L是128*64點(diǎn)陣的漢字圖形型液晶顯示模塊，以ST7920為內(nèi)置控制驅(qū)動器，顯示漢字及圖形，內(nèi)置8192個(gè)中文漢字、128個(gè)字符及64*256點(diǎn)陣顯示RAM.可與單片機(jī)直接接口，提供8位并行和串行連接方式。在本系統(tǒng)中，為了節(jié)省單片機(jī)的IO口，F(xiàn)M12864M-12L采用串行控制方式，電路連接如圖3所示。

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圖3 FM12864M-12L串行接口電路原理圖

Fig.3 FM12864M-12L serial interface circuitschematic diagram

在串口接口方式下，單片機(jī)通過時(shí)鐘信號線“SCK”和數(shù)據(jù)線“SID”來傳送數(shù)據(jù);片選信號“CS”接高電平，以使液晶保持正常接收數(shù)據(jù);DB0-DB7懸空不接;VCC和LED+(背光源正極)接+5V;GND和LED-(背光源負(fù)極)接DGND;PSB接低電平時(shí)為串行控制方式;Vo接電位器來控制液晶的顯示對比度。特別的是，PSB接低電平為串口方式，但是有時(shí)液晶廠家在生產(chǎn)液晶時(shí)在液晶模塊板上的PSB引腳焊接了一個(gè)0歐電阻默認(rèn)接到高電平，也就是默認(rèn)并行方式。因此，有時(shí)需要把PSB引腳上的短路電阻焊除，否則會出現(xiàn)短路的現(xiàn)象。