C8051F350單片機(jī)簡介 - 基于C8051F350單片機(jī)的氣體流量計(jì)檢測儀設(shè)計(jì)

　　C8051F350單片機(jī)簡介

　　檢測儀選用C8051F350單片機(jī)為控制核心，它是一款高集成度的混合信號片上系統(tǒng)型單片機(jī)，集成了PGA、ADC、DAC等豐富的片上資源，而且具有低功耗、高分辨率、小封裝、高性價比等優(yōu)點(diǎn)，是高精準(zhǔn)度測量應(yīng)用的理想選擇。單片機(jī)信號的輸入與輸出如圖2所示。

　　C8051F350單片機(jī)的功能特性：①70%的指令的執(zhí)行時間為1或2個系統(tǒng)時鐘周期，這樣在保證系統(tǒng)速度要求時，可以降低系統(tǒng)時鐘頻率，從而降低系統(tǒng)功耗；②PGA可以放大1~128倍，適用于小信號直接測量；③8通道24位ADC，其非線性可達(dá)0.0015%，保證系統(tǒng)的高精度；④8kB片內(nèi)FLASH存儲器，保證足夠的代碼空間，可用于傳感器的線性矯正程序，而且可以將其中一個扇區(qū)（512字節(jié)）作為非易失型存儲器使用，存放系統(tǒng)標(biāo)定參數(shù)；⑤高精度可編程的24.5MHz內(nèi)部振蕩器，±2%的精度，可支持無晶體UART操作；⑥768字節(jié)內(nèi)部RAM，可用于存放線性化運(yùn)算時需要的大量數(shù)據(jù)；⑦可編程計(jì)數(shù)器/定時器陣列，可實(shí)現(xiàn)16位PWM，配合簡單外圍電路可實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換；⑧32腳LQFP封裝，節(jié)省PCB面積，可用于小型化產(chǎn)品；⑨片內(nèi)調(diào)試電路提供全速、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試，保證開發(fā)簡便。

　　C8051F350芯片可外接的振蕩電路有四種，設(shè)計(jì)中選擇晶體作為外部振蕩源，為了便于波特率的設(shè)置，圖2中所示Y1取22.1184MHz。C8051F350芯片共有17個數(shù)字I/O端口，其中P2.0/C2D用作JTAG調(diào)試，余下16個端口在硬件連接和交叉開關(guān)配置后，引腳功能如下：P0.0光柵尺輸入脈沖計(jì)數(shù)；P0.2、P0.3連接外部晶振；P0.4、P0.5串口通訊；P0.6鐘罩擋板、限位信號（INT0中斷）；P0.7流量計(jì)脈沖信號（INT1中斷）；P1.0按鍵（上電復(fù)位）；P1.1、P1.2單片機(jī)讀擋板和限位信號；P1.4控制CD4053；P1.5~P1.7控制74HC595，P0.1、P1.3空余。

　　圖2 C8051F350單片機(jī)接口圖

　　檢測儀信號采集

　　壓力、溫度傳感器和一些氣體流量計(jì)輸出的流量信號是電流信號（4mA~20mA）?？紤]到ADC輸入范圍，可選用100Ω的精密電阻將電流信號轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的0.4V~2V的電壓信號。

　　C8051F350單片機(jī)有8通道24位可編程AD轉(zhuǎn)換器，而檢測儀中待轉(zhuǎn)換的模擬量有16路，為了解決通道不足的問題，可使用雙向模擬開關(guān)CD4053。

　　設(shè)置ADC使用內(nèi)部參考電壓，經(jīng)過零點(diǎn)校準(zhǔn)和斜率校準(zhǔn)，使ADC在輸入4mA時輸出為初始值，輸入20mA時為滿量程值。讀取AD轉(zhuǎn)換結(jié)果的高16位送給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)再根據(jù)每個變送器提供的線形內(nèi)插表算出對應(yīng)的數(shù)值。

　　氣體流量計(jì)信號調(diào)整電路

　　氣體流量計(jì)信號以脈沖方式輸出，輸出的一部分是標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號（TTL電平），還有一部分是在3V~30V之間的高電平信號。因此，利用比較器設(shè)計(jì)一個輸入脈沖調(diào)整電路來簡化電路，調(diào)整電路可識別這兩部分脈沖信號，并將高電平的信號轉(zhuǎn)化為TTL電平。流量計(jì)信號調(diào)整電路如圖3，f2為流量脈沖的輸入。設(shè)置參考電壓V2，當(dāng)輸入低于參考電壓時，輸出GND=0V；當(dāng)輸入電壓高于參考電壓時，比較器輸出電壓Vcc=5V。比較器輸出的信號，經(jīng)過光電隔離和功率放大，輸入到單片機(jī)P0.7引腳。

　　圖3 流量計(jì)信號調(diào)整電路圖

　　多路電磁閥控制電路

　　依據(jù)檢定規(guī)程和流量計(jì)量程，檢定時需設(shè)定多個檢定流量點(diǎn)。在0.5m3/h~128m3/h之間取10個流量檢定點(diǎn)，對應(yīng)10只電磁閥來控制流量，定標(biāo)時手動輸入所需流量值，計(jì)算機(jī)根據(jù)電磁閥對應(yīng)的流量值，自動打開相應(yīng)電磁閥或電磁閥組合。

　　檢測儀通過C8051F350單片機(jī)執(zhí)行電磁閥的開閉動作、控制鼓風(fēng)機(jī)，為了盡量少占用單片機(jī)的I/O口，引入74HC595芯片，如圖4所示，設(shè)計(jì)串行口多路氣閥控制電路。74HC595內(nèi)含8位串入、串/并出移位寄存器和8位三態(tài)輸出鎖存器。將第一個74HC595的Q7與第二個的SER相接，單片機(jī)只需控制第一個74HC595的SER、 SRCLK和RCLK三個引腳，就可使多路氣閥和風(fēng)機(jī)等的開閉得到控制。

　　圖4 多路氣閥控制電路圖