TK-智能電磁流量計的主要功能和設計思路

本項目中要求智能電磁流量計轉換器所實現的主要功能有：
　　①　A/D采樣，每隔1/12 s采樣一次；
　　②　D/A轉換，輸出4～20 mA電流；
　　③　產生電磁流量計必需的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，顯示流量結果、檢測狀態（空/滿管狀態、正/反流量）、設置參數和自診斷結果等等；
　　⑥　鍵盤管理，設置3個按鍵，對鍵盤動作進行處理；
　　⑦　脈沖量輸出，將流量結果轉換成0～1 000 Hz范圍內的脈沖信號輸出；
　　⑧　兼容HART協議，對手持式通信器發出的命令作出反應；
　　⑨　流量狀態檢測/輸出，檢測管道為空管或滿管，流量方向為正向或反向，并輸出相應的開關量等等。
　　根據工作條件和工作經驗，我們選擇了Motorola公司的M68HC11系列的單片機來設計智能化方案。M68HC11系列以功能強、速度高而著稱，是功能zui強的8位單片機。它與其他系列單片機zui大的區別在于它具有4種工作方式，即正常單片方式、正常擴展方式、特殊自引導方式及特殊測試方式。對于開發儀表，Motorola公司推薦使用正常單片方式。單片機處于正常單片方式時對外不提供地址線和數據線。由于內部帶了相當可觀的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系列開發儀表，相對來說，能大大簡化系統設計，減小系統體積，接口簡單，便于調試。
　　由于此項目對智能電磁流量計的要求很高，不僅要求具備電磁流量計的基本測量功能，液晶顯示模塊要能夠顯示大量的信息，并且要能與HART協議兼容。隨之帶來的問題是功能越多，結構越復雜。由一塊單片機來實現全部的功能是不太可能的。比較國外的同類產品可以發現，它們均采用了多CPU系統。因此設計了一套多CPU系統的方案。其中一片CPU作為主機，負責實現A/D采樣、D/A轉換、與HART通信協議的接口及開關量檢測、輸出的功能。主機另一個重要任務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。主要用于實現勵磁方波信號、脈沖采樣信號、液晶顯示及鍵盤管理。顯而易見，多CPU之間的數據交換是非常頻繁復雜的。如何實現CPU之間的數據通信以及如何做到它們之間的協調，是所有問題中zui關鍵的一個。
　　M68HC11系列的單片機之間的通信可采用同步串行通信口SPI。采用串行通信的優點在于連接簡單，傳輸迅速。但國內大多數產品及文獻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*的一種功能，主要用于與外圍器件通信，也可在多機系統中完成處理機之間的通信。SPI系統具有足夠的靈活性，只要用法得當，考慮周密，*可以勝任多CPU的通信問題。
　　SPI使用3根線進行通信：數據入、數據出和串行時鐘。包含4個引腳：MISO主機輸入從機輸出腳、MOSI主機輸入從機輸出腳、SCLK時鐘腳及SS腳。單片機設置為主機方式時，SCLK信號由內部CPU總線時鐘給出。單片機為從機方式時，在允許SPI系統后，SS為輸入腳，它用于允許SPI從機發送數據，相當于從機的片選信號。