轮流量计积算仪硬件电路设计

1、积算仪系统硬件电路构成：
  涡轮流量计硬件电路图主要由以下五个部分组成：电源电路、信号处理及 CPU电路、显示电路、键盘电路、比较电路。其整体硬件电路系统结构框图如图 3-1所示。 

图3-1 涡轮流量计积算仪系统结构 
  测量系统工作流程如下：被测流体经过传感器，在检测线圈中磁通随之发生周期性变化，产生的周期性的感应电势，即电脉冲信号，被送入以单片机为中心的信号处理单元，进行计算、积算、存储和显示。整体电路连接参见系统电路原理图 3-9 所示。 

2、电源电路：
  电源电路的作用主要是给测量系统供电，本测量系统的电源由两个独立电源组成，可以独立进行工作，互不依赖。并且采用电池供电，电池是纯净电源，能有效降低系统的干扰。电源电路的连接如图3-2所示。

图3-2 电源电路图 

3、比较电路:
  系统采用一个外部比较电路对脉冲信号进行比较，输出想要得到的脉冲信号。 比较器电路选用了LM258单电源运算放大器，其管脚配置如图3-3所示： 
  

图3-3 LM258DIP8封装 
选择LM258主要基于以下考虑：
①  输入电压范围宽；
②  低成本；
③  满足脉冲比较放大的功能[7]；
比较器电路的连接如图3-4所示。 

 图3-4  比较器电路连接图 
  电路的参考电压接比较器的同相端，脉冲信号接比较器的反相端，当脉冲信号电压大于参考电压时，输出饱和高电压；当脉冲信号电压小于参考电压时，比较器输出端截止，输出低电平。 

4、信号处理及 CPU:
  传感器输出的脉冲信号，送至信号处理即 CPU 系统，进行计数、计算、累积。单片机是信号处理电路的核心，是整个系统的关键部分，在整个硬件电路中起着举足轻重的作用。 
它的主要功能包括：
  对传感器的输出脉冲信号计数；
  人机交互；
  流量积算；
  LCD 显示控制；
  数据存储。 

  图3-5 管脚配置图 

 图3-6 P89LPC922的内部功能模块图 

4.1、LPC900 FLASH 单片机介绍：
   LPC900 FLASH 单片机，是 PHILIPS 公司推出的一款高性能、微功耗 51 内核单片机，主要集成了字节方式的 IC 总线、SPI 总线、增强型 UART 接口、比较器、实时时钟、EPROM、AD/DA 转换器、ISP/IAP 在线编程和应用中编程等一系列有特色的功能部件。LPC900 系列单片机提供从 8 脚 DIP 到 28 脚的 PLCC 等丰富的封装形式，可以满足各种对成本、线路板空间有限制而又要求高性能、高可靠性的应用。且其具有高速率（6 倍于普通 51 单片机），低功耗（完全掉电模式功耗低于 1u A），高稳定性，小封装，多功能（内嵌众多流行的功能模块），多选择等特点（该系列有多款不同封装，不同价位，不同功能的型号供用户选择）。  
   适合于许多要求高集成度、低成本的场合。可以满足多方面的性能要求。P89LPC920/921/922/9221 采用了高性能的处理器结构，指令执行时间只需 2 到 4个时钟周期。P89LPC920/921/922/9221 集成了许多系统级的功能，这样可大大减少元件的数目和电路板面积并降低系统的成本[8]。 

4.2、P89LPC922  型号的选择：
  选择P89LPC922主要是基于以下考虑：

2.  速度快。 P89LPC920/921/922采用增强型80C51 CPU，其运行速度是标准80C51的6倍。一个机器周期由2个CPU时钟周期组成，大多数指令执行时间为1到2个机器周期。当操作频率为18MHz时，除乘法和除法指令外，高速80C51 CPU的指令执行时间为111～222ns。同一时钟频率下，其速度为标准80C51器件的6倍。只需要较低的时钟频率即可达到同样的性能，这样无疑又降低了功耗和EMI。 
3.  键盘中断。 P89LPC922芯片的I/O口具有键盘中断功能，该功能主要用于当P0口等于或不等于特定的模式时产生一个中断。该功能还可用于总线地址识别或对键盘的识别。用户可通过SFR将端口配置为不同的用途。
4.  脉冲检测计数。 P89LPC920/921/922/9221有2个模拟比较器，输入和输出选项允许将比较器配置成为不同模式。当正向输入（二个可选择脚之一）电压大于反向输入时（可选择外部管脚输入或内部参考电压），输出信号为“1” （可从寄存器读出和/或输出到管脚），反之则输出为“0”。每个比较器都可配置为当输出发生改变时产生中断，其较低工作电压为VDD=2.4V。本测量系统采用外部参考电压，利用比较器的功能，记录来自传感器的脉冲信号个数，以此来计算流体的流量值。
5.  流量累计及定时显示。 P89LPC920/921/922/9221具有一个简单的实时时钟。它允许用户在器件其它部分掉电时能够继续运行一个的定时器。实时时钟可以作为一个中断或一个唤醒源。实时时钟可用作1个由7位预分频器组成的23位倒计数器或1个可装载的16位倒计数器。当定时时钟变为0后，计数器被重装载，并设置RTCF标志。该定时器的时钟源可以是CPU时钟（CCLK）或者XTAL振荡器（前提是XTAL振荡器不作为CPU的时钟源）。如果XTAL振荡器作为CPU时钟源，

  综上所述，可以看出P89LPC922单片机满足了本测量系统低功耗、高速度、高性能的要求，适合用作涡轮流量计积算仪系统的CPU。另外。P89LPC920/921/922集成了许多系统级的功能，这样可大大减少元件的数目和电路板面积并降低系统的成本。 

5、LCD 选择：
  显示模块是人机接口的一个重要组成部分，友好的显示界面能够方便操作者的读数和进行参数设定。其接线图见图3-9系统原理图。
  本测量系统的显示模块选用了长沙太阳人电子有限公司的微功耗SMS0501C液晶显示模块，其主要显示参数如下：