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閱讀：191發(fā)布時(shí)間：2021-12-27
智能電磁流量計(jì)軟件系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)
3_3．1開(kāi)發(fā)環(huán)境
MCS5l是世界范圍內(nèi)的8位控制器架構(gòu)之一，雖然現(xiàn)在單片機(jī)的主流市場(chǎng)已不是Mcs5l系列單片機(jī)，但McS51系列單片機(jī)在工業(yè)控制、儀器儀表、計(jì)算機(jī)、通信、家用電器等許多領(lǐng)域都有著極為廣泛的應(yīng)用，在應(yīng)用技術(shù)上已經(jīng)很成熟，在國(guó)內(nèi)外已有許多的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)范例，且具有價(jià)格便宜、體積小巧、功耗低等的特點(diǎn)，適于做工業(yè)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)應(yīng)用。Mcs5l是一種8位微處理器，但與目前的16位甚至32位的微控制器相比，8 位微處理器實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，代碼密度高，內(nèi)置頻率達(dá)12洲z的時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行的脈沖時(shí)序，其指令集簡(jiǎn)單易懂，許多指令可直接訪問(wèn)I／O 引腳，便于迅速操作(位操作)外圍設(shè)備。從結(jié)構(gòu)上說(shuō)，Mcs5l包含處理器、程序存儲(chǔ)器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)、定時(shí)／計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，分別說(shuō)明如下；
1．處理器(cPu)
處理器(c})u)是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼，cPu負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作， 完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。
2．?dāng)?shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)
McS5l內(nèi)部有128個(gè)8位用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和128個(gè)專用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，用戶能使用的R柵只有128個(gè)，可存放讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表，專用寄存器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問(wèn)， 而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)；
3．程序存儲(chǔ)器(ROM)
MCs5l有4096個(gè)8位掩膜ROM，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。
4．定時(shí)／計(jì)數(shù)器(ROM)
Mcs5l有兩個(gè)16位的可編程定時(shí)／計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。
5．并行輸入輸出(I／O)口
Mcs51有4組8位I／O口(PO、P1、P2或P3)，用于對(duì)外部數(shù)據(jù)的傳輸。
6．全雙工串行口
Mcs51內(nèi)置一個(gè)全雙工串行通信口，用于與其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既可以用作異步通信收發(fā)器，也可以當(dāng)同步移位器使用；另外，外部程序與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的尋址范圍可達(dá)到64K。
7．中斷系統(tǒng)
Mcs5l具備較完善的中斷功能，有5個(gè)中斷源，包括2個(gè)外中斷、2個(gè)定時(shí)／ 計(jì)數(shù)器中斷和一個(gè)串行中斷，每個(gè)中斷源的優(yōu)先級(jí)是可編程的，可滿足不同的控制要求，并具有2級(jí)的優(yōu)先級(jí)別選擇。
3．3．2開(kāi)發(fā)工具
本文軟件開(kāi)發(fā)采用的編程語(yǔ)言是匯編語(yǔ)言。匯編語(yǔ)言雖然是一種層次非常低的語(yǔ)言，僅僅高于直接手工編寫(xiě)二進(jìn)制的機(jī)器指令碼，但作為最基本的編程語(yǔ)言之一，匯編語(yǔ)言雖然應(yīng)用的范圍不算很廣，但重要性卻勿庸置疑，因?yàn)樗軌蛲瓿稍S多其它語(yǔ)言所無(wú)法完成的功能。使用匯編語(yǔ)言編程，優(yōu)點(diǎn)是速度快，運(yùn)行效率高，可直接對(duì)硬件內(nèi)部進(jìn)行控制，匯編語(yǔ)言直接同計(jì)算機(jī)的底層軟件甚至硬件進(jìn)行交互，它具有如下一些優(yōu)點(diǎn)：
1．能夠直接訪問(wèn)與硬件相關(guān)的存儲(chǔ)器或I／O端口；
2．能夠不受編譯器的限制，對(duì)生成的二進(jìn)制代碼進(jìn)行*的控制；
3．能夠?qū)﹃P(guān)鍵代碼進(jìn)行更準(zhǔn)確的控制，避免因線程共同訪問(wèn)或者硬件設(shè)備共享引起的死鎖；
4．能夠根據(jù)特定的應(yīng)用對(duì)代碼做的優(yōu)化，提高運(yùn)行速度；
5．能夠限度地發(fā)揮硬件的功能。
轉(zhuǎn)換器軟件代碼與硬件的關(guān)系非常密切，所以即使使用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的代碼非常難懂、開(kāi)發(fā)效率很低，但基于匯編語(yǔ)言的上述優(yōu)點(diǎn)，能夠很好揚(yáng)長(zhǎng)避短，限度地發(fā)揮硬件的性能，所以采用匯編語(yǔ)言。3-3_3各模塊的開(kāi)發(fā)
1．MCS51資源的分配
對(duì)于電磁流量計(jì)信號(hào)轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，有三個(gè)系統(tǒng)的輸入：外部采集信號(hào)、外部觸發(fā)按鈕、用戶對(duì)鍵盤(pán)的操作。比較這三個(gè)輸入，系統(tǒng)對(duì)于外部采集的信號(hào)和外部觸發(fā)按鈕的響應(yīng)具有高實(shí)時(shí)性的要求，相對(duì)而言，對(duì)用戶操作鍵盤(pán)的響應(yīng)的實(shí)時(shí)}蘿靼瞧北辯硎二黻t鞋辮燁S5T實(shí)際開(kāi)發(fā)環(huán)境j聃Fs5 T只有兩個(gè)中斷源接][； 鍵盤(pán)的響應(yīng)可眨通過(guò)鍵盤(pán)掃描的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此，將設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)響應(yīng)外部信號(hào)的采集和外部觸發(fā)按鈕的動(dòng)作作為兩個(gè)中斷源的觸發(fā)源。另外，對(duì)中斷處理存在優(yōu)先級(jí)的問(wèn)題，在本系統(tǒng)中，毫無(wú)疑問(wèn)，對(duì)外部信號(hào)的采集優(yōu)先級(jí)高于外部觸發(fā)按鈕的優(yōu)先級(jí)，因此本系統(tǒng)設(shè)計(jì)將電極信號(hào)和參考信號(hào)設(shè)為中斷1的中斷源， 系統(tǒng)每lOms就對(duì)外部進(jìn)行一次采樣；中斷0設(shè)為中斷1的8分頻，每秒鐘對(duì)外部進(jìn)行大約12次采樣，迅速反應(yīng)系統(tǒng)外部狀態(tài)，以及進(jìn)行系統(tǒng)自診斷處理，中斷1 的優(yōu)先級(jí)高于中斷0的優(yōu)先級(jí)。
2．程序的開(kāi)發(fā)
軟件系統(tǒng)所包含的模塊包括采集信號(hào)模塊、系統(tǒng)自診斷模塊、系統(tǒng)保護(hù)模塊、系統(tǒng)檢測(cè)模塊、系統(tǒng)日志模塊、系統(tǒng)算法實(shí)現(xiàn)模塊、顯示模塊、用戶操作處理模塊、外部觸發(fā)處理模塊、數(shù)據(jù)模塊。根據(jù)MCS51開(kāi)發(fā)環(huán)境，分成中斷處理模塊、主程序模塊、采樣模塊、鍵盤(pán)操作處理模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、串行EEPROM操作模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)軟件系統(tǒng)的功能。各程序模塊完成的任務(wù)及程序流程框圖如下；
1．中斷處理模塊
中斷0程序完成系統(tǒng)的自診斷、處理外部觸發(fā)動(dòng)作以及計(jì)算累計(jì)流量這些任務(wù)。診斷系統(tǒng)的工作狀態(tài)，處理各種異常事件，給系統(tǒng)報(bào)警，異常事件包括電極電壓過(guò)大或者過(guò)小、參考電壓過(guò)大或者過(guò)小、A／D采樣飽和、上限報(bào)警、下限報(bào)警、累計(jì)流量溢出；外部觸發(fā)動(dòng)作，是指外部系統(tǒng)調(diào)零、外部觸發(fā)累計(jì)流量復(fù)位。中斷程序0程序框圖如圖3．15所示。圖3．16 MCS51主程序流程圖Fig．3．16 Main program flow chart for MCS51
3．采樣模塊的開(kāi)發(fā)
采樣模塊主要完成對(duì)外部信號(hào)的采集這一任務(wù)，分別采集電極信號(hào)、參考信號(hào)盼波峰和波谷，采樣流程框圖如圖3．17圖3．18所示：Fig．3．18 AIDC program flow chartII
4．鍵盤(pán)操作模塊的開(kāi)發(fā)
鍵盤(pán)操作主要完成按鍵的確認(rèn)這一任務(wù)。本鍵盤(pán)采用的是4×4矩陣式接口方式，本系統(tǒng)采用掃描法實(shí)現(xiàn)按鍵的確認(rèn)。此方法分兩步進(jìn)行：步，識(shí)別鍵盤(pán)有無(wú)按鍵被按下；第二步，如果有鍵被按下，識(shí)別出具體的按鍵。
識(shí)別鍵盤(pán)有無(wú)按下的方法：讓所有的行線均置為低電平，檢查各列線電平是否有變化，如果有變化，則說(shuō)明有鍵按下，如果沒(méi)有變化，則說(shuō)明沒(méi)有鍵按下。識(shí)別具體按鍵的方法：逐列置低電平，其余各列置為高電平，檢查各行線的電平的變化，如果某行線為低電平，則可確定該行該列交叉點(diǎn)處的鍵被按下。處理按鍵的識(shí)別過(guò)程要考慮兩點(diǎn)問(wèn)題：去按鍵抖動(dòng)和防按鍵粘連。去抖動(dòng)一般采用軟件延時(shí)的方法，防粘連一般是通過(guò)邏輯判斷設(shè)標(biāo)志位的解決措施。按鍵確認(rèn)的流程框圖如下所示：圖3．19鍵值確認(rèn)流程圖Fig．3．19 Check the key flow chart
5．EEPROM操作模塊的開(kāi)發(fā)
EEPROM操作模塊主要完成從EEPROM讀取數(shù)據(jù)和把數(shù)據(jù)寫(xiě)到EEPROM的任務(wù)。根據(jù)所使用的EEPROM的使用規(guī)則，EEPROM操作程序流程如下圖所示：羞起始位“I“ ◆ 送操作碼◆ E次送操作地址t 《次送操作數(shù)據(jù)圖3．20 EEPROM操作流程Fig．3．20 EEPROM operation flow chart
6．顯示模塊
顯示模塊完成數(shù)據(jù)的顯示和系統(tǒng)菜單的顯示這兩個(gè)任務(wù)。數(shù)據(jù)的顯示比較簡(jiǎn)單，系統(tǒng)菜單的顯示則由于系統(tǒng)具有比較多的菜單選項(xiàng)而顯得略為復(fù)雜，其程序流程框圖如下所示： 開(kāi)始工按鍵的確認(rèn)冒標(biāo)志付查找數(shù)據(jù)表格，確定顯示入口程序地址顯示菜單烹結(jié)束圖3．21顯示程序流程框圖Fig．3．21 Display program flow chart
7．?dāng)?shù)據(jù)處理模塊
數(shù)據(jù)處理模塊完成的任務(wù)主要包括將采集進(jìn)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行加、減、乘、除的運(yùn)算以及進(jìn)行數(shù)據(jù)碼制之間的轉(zhuǎn)換。在本系統(tǒng)中，在運(yùn)算時(shí)使用的數(shù)據(jù)格式是二MUVC A．@A+DP’I’R MOV DPL．A POP ACC MOV DPH．A CLR A JMP @A十DPTR
本系統(tǒng)的NVRAM容量為255B，可以存儲(chǔ)255個(gè)參數(shù)，由于本系統(tǒng)的參數(shù)種類比較繁雜，數(shù)量卻不是很多，所以對(duì)該NVR塒的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)作如下設(shè)計(jì)：比較獨(dú)立的參數(shù)，比如最小流量報(bào)警(Min alarm)、流量報(bào)警(Max alarm)、掉電次數(shù)(Main interrupt)等等參數(shù)存儲(chǔ)在NVRAM的前半部分，與運(yùn)算要用到的變量參數(shù)以及運(yùn)算過(guò)程中產(chǎn)生的中間變量存儲(chǔ)在NVRAM的后半部分，以阻尼系數(shù)為例， 與阻尼系數(shù)相關(guān)的在運(yùn)算過(guò)程中需要用到的中間變量，都存儲(chǔ)在該變量的后續(xù)的存儲(chǔ)空間內(nèi)。所有的參數(shù)都對(duì)應(yīng)一個(gè)固定的存儲(chǔ)位置，如表3．1所示表3．1NvRAM存儲(chǔ)參量對(duì)應(yīng)表存儲(chǔ)地址參量含義01H 最小流量報(bào)警02H 流量報(bào)警03II 掉電次數(shù)04H 出錯(cuò)標(biāo)志70H．74H 阻尼系數(shù)75H-79H 阻尼系數(shù)中間變量95H一99H 計(jì)算瞬時(shí)流量中間變量AOH-A5H 瞬時(shí)流量
EEPROM的容量為128B，本系統(tǒng)EEPROM內(nèi)記錄的是該轉(zhuǎn)換器的一些基本參數(shù)， 如最小流量報(bào)警、流量報(bào)警、一次儀表的管徑、阻尼系數(shù)、脈沖寬度等等， 由于這部分參數(shù)數(shù)量不是很巨大，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)據(jù)表格，每個(gè)參數(shù)對(duì)應(yīng)一個(gè)固定的存儲(chǔ)位置，以方便參數(shù)的改寫(xiě)與查找。另外，當(dāng)用戶修改在EEPROM內(nèi)存儲(chǔ)的參數(shù)時(shí)，EEPROM內(nèi)的參數(shù)也會(huì)作相應(yīng)的修改。擴(kuò)展閱讀：開(kāi)封中儀流量?jī)x表有限公司專業(yè)生產(chǎn)電磁流量計(jì)、孔板流量計(jì)、渦街流量計(jì)、文丘里流量計(jì)、V錐流量計(jì)、V型錐流量計(jì)、噴嘴流量計(jì)、插入式電磁流量計(jì)、智能電磁流量計(jì)、分體式電磁流量計(jì)、一體式電磁流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)孔板、一體化孔板流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴流量計(jì)、長(zhǎng)徑噴嘴流量計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、長(zhǎng)徑噴嘴、插入渦街流量計(jì)、智能渦街流量計(jì)，更多信息請(qǐng)?jiān)L問(wèn)開(kāi)封中儀網(wǎng)站：
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