TK-智能電磁流量計(jì)的主要功能和設(shè)計(jì)思路

本項(xiàng)目中要求智能電磁流量計(jì)轉(zhuǎn)換器所實(shí)現(xiàn)的主要功能有：
　　①　A/D采樣，每隔1/12 s采樣一次；
　　②　D/A轉(zhuǎn)換，輸出4～20 mA電流；
　　③　產(chǎn)生電磁流量計(jì)必需的2路相位相反、頻率相同的勵磁方波信號，要求頻率為30 Hz和60 Hz兩種；
　　④　產(chǎn)生對2路勵磁方波信號高電平接近下降沿的20 ms脈沖采樣信號；
　　⑤　液晶顯示，顯示流量結(jié)果、檢測狀態(tài)（空/滿管狀態(tài)、正/反流量）、設(shè)置參數(shù)和自診斷結(jié)果等等；
　　⑥　鍵盤管理，設(shè)置3個按鍵，對鍵盤動作進(jìn)行處理；
　　⑦　脈沖量輸出，將流量結(jié)果轉(zhuǎn)換成0～1 000 Hz范圍內(nèi)的脈沖信號輸出；
　　⑧　兼容HART協(xié)議，對手持式通信器發(fā)出的命令作出反應(yīng)；
　　⑨　流量狀態(tài)檢測/輸出，檢測管道為空管或滿管，流量方向?yàn)檎蚧蚍聪颍⑤敵鱿鄳?yīng)的開關(guān)量等等。
　　根據(jù)工作條件和工作經(jīng)驗(yàn)，我們選擇了Motorola公司的M68HC11系列的單片機(jī)來設(shè)計(jì)智能化方案。M68HC11系列以功能強(qiáng)、速度高而著稱，是功能zui強(qiáng)的8位單片機(jī)。它與其他系列單片機(jī)zui大的區(qū)別在于它具有4種工作方式，即正常單片方式、正常擴(kuò)展方式、特殊自引導(dǎo)方式及特殊測試方式。對于開發(fā)儀表，Motorola公司推薦使用正常單片方式。單片機(jī)處于正常單片方式時對外不提供地址線和數(shù)據(jù)線。由于內(nèi)部帶了相當(dāng)可觀的RAM和ROM，因此它通常不需要外接存儲器，并且具備相當(dāng)多的并行I/O口及高速的同步串行通信口和異步串行通信口。采用M68HC11系列開發(fā)儀表，相對來說，能大大簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，減小系統(tǒng)體積，接口簡單，便于調(diào)試。
　　由于此項(xiàng)目對智能電磁流量計(jì)的要求很高，不僅要求具備電磁流量計(jì)的基本測量功能，液晶顯示模塊要能夠顯示大量的信息，并且要能與HART協(xié)議兼容。隨之帶來的問題是功能越多，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜。由一塊單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)全部的功能是不太可能的。比較國外的同類產(chǎn)品可以發(fā)現(xiàn)，它們均采用了多CPU系統(tǒng)。因此設(shè)計(jì)了一套多CPU系統(tǒng)的方案。其中一片CPU作為主機(jī)，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)A/D采樣、D/A轉(zhuǎn)換、與HART通信協(xié)議的接口及開關(guān)量檢測、輸出的功能。主機(jī)另一個重要任務(wù)是合理安排測量程序，以及如何與其他CPU的通信問題。其余CPU均作為從機(jī)。主要用于實(shí)現(xiàn)勵磁方波信號、脈沖采樣信號、液晶顯示及鍵盤管理。顯而易見，多CPU之間的數(shù)據(jù)交換是非常頻繁復(fù)雜的。如何實(shí)現(xiàn)CPU之間的數(shù)據(jù)通信以及如何做到它們之間的協(xié)調(diào)，是所有問題中zui關(guān)鍵的一個。
　　M68HC11系列的單片機(jī)之間的通信可采用同步串行通信口SPI。采用串行通信的優(yōu)點(diǎn)在于連接簡單，傳輸迅速。但國內(nèi)大多數(shù)產(chǎn)品及文獻(xiàn)只涉及了比較簡單的雙CPU通信。對于多CPU的相互通信卻提及甚少。SPI是Motorola單片機(jī)*的一種功能，主要用于與外圍器件通信，也可在多機(jī)系統(tǒng)中完成處理機(jī)之間的通信。SPI系統(tǒng)具有足夠的靈活性，只要用法得當(dāng)，考慮周密，*可以勝任多CPU的通信問題。
　　SPI使用3根線進(jìn)行通信：數(shù)據(jù)入、數(shù)據(jù)出和串行時鐘。包含4個引腳：MISO主機(jī)輸入從機(jī)輸出腳、MOSI主機(jī)輸入從機(jī)輸出腳、SCLK時鐘腳及SS腳。單片機(jī)設(shè)置為主機(jī)方式時，SCLK信號由內(nèi)部CPU總線時鐘給出。單片機(jī)為從機(jī)方式時，在允許SPI系統(tǒng)后，SS為輸入腳，它用于允許SPI從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，相當(dāng)于從機(jī)的片選信號。