基于C8051F410为核心实现自动气体流量检测仪的设计与应用
基于C8051F410片上系统热偶校验仪的设计
置成 ２ｍ Ａ模式 ， Ａ １ 置成 ０ ２ Ａ模式 ， ＤＣ设 ．５ ｍ 那 么ＤＣ Ａ ０的数字量 Ｄ 。 每增加一个码其对应 的
模 拟 量增 加 △ ｎ的大小 如公式 １所示 ； Ａ １的数 ， Ｄ Ｃ
１ 硬 件 电路
基 于 Ｃ ０ １４ ０片上 系统 设 计 的精 密 直 流毫 ８５Ｆ １
摘要 ： 介绍基于 Ｃ ０ １ ４０片上系统设计热偶校 验仪的方法． 出了使用 双路 １ ８５ Ｆ １ 给 ２位 电流输出型 Ｄ Ａ实 ／
现ｌ ５位分辨率 Ｄ Ａ转换 的硬件 电路 ， ／ 与辅助信号处理 电路一起 产生精密 直流毫伏 信号 ， 通过软件处理 能够产生与预设 的测量 温度和冷端温度对应 的模拟 热偶用 的毫伏信 号 ， 代替标 准热偶 用于测 温仪表 的 校验． 方法的应用可 以代替管式加 热炉热偶校验系统 ， 该 有效降低校验过程 的能耗． 关 键 词 ： ８５１ １； Ｃ ０ １４ ０ 毫伏信号 ； ７ 分辨率 ； 校验仪
１ １ Ｃ ０ １ ４ Ｏ片上 系统基 本外 围接 口 ． ８ ５ １ Ｆ
Ｃ ０ １４０基本 外 围接 口电路是 保证 系 统正 ８５ Ｆ １ 常工作 的辅助 电路 ， 包括 Ｃ ０ １４０片上 ８５ Ｆ １ 系统 工作 所需 要 的 ＪＴ Ａ Ｇ接 口 、 电源退 耦 、 基 准滤 波 、 电 复 位 等 基 本 外 围 电 路 ， 图 ２所 上 如
１ ３ 信号 Ｉ ． ／ Ｖ转 换及 放大调 理 电路
位器的阻值使系统的输出电压 ｏ 在 一 ０ Ｕ Ｔ ｌ 一＋ ７ Ｖ范围， ０ ｍ 可满足热偶信号的输出范围 Ｊ ．
，，
信号 ＩＶ转 换 及 放 大 调 理 电 路 的作 用 是 把 ／ ／
ｌ ５位 Ｄ Ａ输出的电流信号转换成电压信号 ， ／ 并将 其调理成所需的毫伏信号进行输出 ］信号的 Ｉ ． ／ ／ Ｖ
基于C8051F410的负压监控系统设计_黄运生
Industry Control and Applications
《自动化技术与应用》２ ０ １ ０ 年第 ２ ９ 卷第 １ 期
基于 C8051F410 的负压监控系统设计
黄运生, 王东旭, 陈 学
（中南大学 信息科学与工程学院, 湖南 长沙 410083 ）
摘 要:负压的精确控制在烧结生产中有重要意义, 针对烧结过程中存在的时滞和大超调问题, 设计了一个基于 C8051F410 单片机的 负压在线监控系统。采用带死区的积分分离 PI 控制算法, 并用 Smith 预估器补偿纯滞后环节。仿真及实际运行结果表明, 该 系统响应速度快, 控制精度高, 具有较强实用价值。 关键词:烧结过程; 负压控制;C8051F410 中图分类号 :TP273 文献标识码 :B 文章编号:1003-7241(2010)01-0019-04
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Байду номын сангаас
。针对烧结杯真空室负压这个控制对象 , 发现使用常
规 PID 算法对其进行控制, 易产生大超调、振荡、执行 机构调节动作滞后且过于频繁等现象。经分析决定使 用带死区的积分分离 PI 控制算法, 并用 Smith 预估器进 行滞后补偿。 造成调节动作滞后的原因主要有两个 : 一 , 调节阀 自身的限制 , 由于调节阀本身是一个闭环控制系统 , 内 部控制器比较当前位置和目标位置进行运算输出 , 并由 内部电机经过机械减速器减速后带动阀门改变开度, 每 次调节都需要一定时间; 二, 旁路调节阀离负压测量点较 远 , 且压力不能突变 , 也造成了信号反馈的滞后。因此 在 PI 控制器两端反向并接一个 Smith 预估器以补偿系 统滞后。 为避免控制动作过于频繁, 消除因频繁动作引起的 振荡, 采用了带死区的 PI 控制算法。当偏差在死区范围 内, 则 PI 控制器输出为零 ; 当偏差超出了死区的范围则 采用 PI 调节。死区的设置应根据实验确定 , 太小 , 则使 调节过于频繁 , 达不到稳定被调节对象的目的 ; 太大 , 则 系统将产生很大的滞后。 此外 , 在烧结过程中某两个阶段切换时 , 由于负压 给定值差距较大 , 短时间出现较大偏差 , 造成 PI 运算的 积分饱和从而引起系统的超调。为了解决这一问题, 使 用了积分分离 PI 控制算法: 即偏差较大时, 采用 P 控制,
基于C8051F410片上系统的逆变电源设计
Ｉ
工欠 过 流
电路 、 半桥 控制 电路 、 功率驱动 电路组成 。控制 电路
产 生的 Ｓ ＷＭ信号包 括正负 两个半周 ， Ｐ 正半周控 制 信号 Ｐ ＷＭ＋和 负 半 周 控 制 信 号 Ｐ ＷＭ一经 三 极 管 Ｑ 、 ６构成 的电平转 换 电路实 现 ５ Ｖ电平 到 １ ５Ｑ ２Ｖ 电平 的转 换 ， 入 到半 桥 控 制 电路 Ｉ２ １ （ １和 输 Ｒ １１ ｕ ｕ ） ｕ 驱动功率开关 Ｑ １ Ｑ ３实现 Ｓ ＷＭ 的正半 ２ ，ｌ １、１ Ｐ 周功率输 出 ，２驱动功 率开关 Ｑ ２ Ｑ ４实现 Ｓ ＷＭ ｕ １、１ Ｐ
音报警 电路 能够在过流或欠压状态产生声音报 警输
出。
ห้องสมุดไป่ตู้
随着计算机 控制 系统 、 电机变频 控制 和环保 清 洁能源等领域 的发展 和崛起 ， 于变频 器 、 用 不问断 电 源（ Ｐ ） 太 阳能发 电 和压 电驱 动 等领域 的电源 ＵＳ 、
３ 电路 设 计 ３ １ Ｃ ０ １ ４Ｏ外 围 电 路 ． ８５ Ｆ １ Ｃ ０ １４ ０外 围 电 路 如 图 ２所 示 ８５Ｆ １ 。 包 括 Ｃ ０ １ ４０片 上 系 统 工 作 所 需 要 的 Ｊ Ｔ ８５ Ｆ １ Ａ Ｇ接 口 、 源 电
部 分 组 成 。系 统 结 构 框 图如 图 １ 示 。 所
供
频ｒＨＩ 率 ｔ 卡 测… 化． ｔ ． ｒ
： Ｉ ＇
Ｕ
电 路
功率 输出驱动 电路 如 图 ３所示 ， 由电平转 换
电
Ｃ０１ 二 ８ ５ 一
源 誊篓 统 电 篙簇 ＦＦ — 系 ”— ４ １ 卜 ０
艾 学忠 ， 慧超 ， 玉 良 纪 张
基于C8051F单片机的流量计设计
感器 ， 温度 传感 器） 传递 部件 、 、 微控 制器 及其 显示 和
输 出部 分组 成． 由于 采用 了压 力工 作温 度补 偿 ， 大大 提 高 了测量精 度 ．
所 需要 的几 乎 所 有 模 拟 和 数 字 外 设 及 其 它 功 能 部 件 ， 设或 功能 部件 包括 ＡＤＣ、 编程 增 益放 大 器 、 外 可 ＤＡＣ、 电压 比较 器 、 电压基 准 、 温度 传 感 器 、 ＭＢ ｓ Ｓ ｕ／ ＩＣ、 ２ ＵＡＲ Ｓ Ｉ 定时 器 、 编 程 计 数 器 ， 时 器 阵 Ｔ、 Ｐ 、 可 定
Ｋｅ ｒ ｓ ｙ ｗｏ ｄ ：Ｃ８ ５ Ｆ Ｍ ＣＵ ；ｆｏ ｍｅ ｅ ；ｓ ｒａ ｏ ０ １ ｌ ｗ ｔ ｒ ｅ ｉｌＣ ｍｍｕ ｉ ａ ｉ ｎ；Ｌ ｎｃ ｔ ｏ ＣＤ ｉｐ ａ ｄｓ ｌｙ
流 量计 广泛 应 用 于 工业 生产 和人 民生 活 当 中．
期 ， 理能 力大 大提 高。 采 用相 同振 荡器频 率 的情 处 在
Ａｂ ｔａ ｔ Ａ ｌ ｗ ｔ ｒ ｗａ ｅ ｉ ｎ ｄ ｂ ｓ ｄ ｏ ０ １ ＣＵ． Ｔｈ ｏ ｏ ｉ ｇ ｏ ａ ｄ ｒ ｎ ｓｒ ｃ ： ｆｏ ｍｅ ｅ ｓ ｄ ｓｇ ｅ ａ ｅ ｎ Ｃ８ ５ Ｆ Ｍ ｅ ｃ ｍｐ ｓ ｎ ｆ ｈ ｒ ｗａ ｅ ａ ｄ
ｔ ｅｄ ｓｇ ｆ ｓ ｆｗａ ｅ ａ ｅ ａｓ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ Ａｎ ｈ ｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔ ａ ｄ ｃ ｎ ｒ ｌｃ ｒ ｓ ｓ ｔ ｅ ｈ ｅ ｉｎ ｏ ｏ ｔ ｒ ｒ ｌｏ ｉ ｔｏ ｕ ｅ ， ｄ ｔ ｅ ｍ ａ ｕ ｅ ｎ ｎ ｏ ｔｏ ｏ ｅ ｕ ｅ ｈ
列 （ Ｃ ） 内部 振 荡 器 、 门狗 定 时 器 及 电源 监 视 ＰＡ 、 看
基于C8051F410单片机的剩余电流动作保护装置设计
Science &Technology Vision科技视界0引言随着人们生活水平提高,电器设备迅速增加,由于剩余电流导致直接或间接触电事故时有发生,严重危害了人们的健康,甚至威胁生命。
在电网中安装剩余电流保护器,可以预防人们用电中可能发生的触电事故,保护生命和财产安全,具有十分重大的意义。
国际电工委员会将对其准确的定义是:接地性故障电流。
剩余电流保护器是当人体的可能接触的电压值超过了安全值或人体的触电电流及其他对地故障电流超过了允许值时,能够自动切断电源以保障人身和设备安全的电子设备。
在我国于2005年修订的GB 13955-2005《剩余电流动作保护装置安装和运行》的发布,更是将剩余电流动作保护器在国家民用与农网改造中对用电安全所起到的重要作用给以了充分的肯定和详细的诠释。
根据GB 13955的具体规定,装置的特性参数在不同的电网中如何选择符合标准的剩余电流动作保护,显得非常重要。
1C8051F410单片机性能简介C8051F410是Silicon Laboratories 公司最新推出的8051系列单片机,它可以提供高达50MIPS 的8051核心处理器、C8051F410芯片内含稳压器,可以给系统外部元器件提供电源。
此外,它还整合了丰富的外设功能,如200ksps 的12位AD 转换器、两组12位DA 转换器、温度传感器、可编程电压参考和比较器,C8051F410采用32脚QFN 封装,体积非常小巧灵活,因而成为便携式设备、电子产品和仪器仪表的理想选择,大大简化了硬件电路的复杂度。
C8051F410是完全集成的低功耗混合信号片上系统型MCU。
下面列出了一些主要特性:1.1高速、流水线结构的8051兼容的微控制器核(可达50MIPS);1.2全速、非侵入式的在系统调试接口(片内);1.3真12位200ksps 的24通道ADC,带模拟多路器;1.4两个12位电流输出DAC;1.5高精度可编程的24.5MHz 内部振荡器;1.6高达32KB 的片内FLASH 存储器、2304字节片内RAM;1.7硬件实现的SMBus/I2C、增强型UART 和增强型SPI 串行接口、4个通用的16位定时器;1.8具有6个捕捉/比较模块和看门狗定时器功能的可编程计数器/定时器阵列(PCA)硬件实时时钟(smaRTClock),工作电压可低至1V,带64字节电池后备RAM 和后备稳压器;1.9硬件CRC 引擎1.10片内上电复位、VDD 监视器和温度传感器、片内电压比较器多达24个端口I/O 具有片内上电复位、VDD 监视器、看门狗定时器和时钟振荡器的C8051F41x 器件是真正能独立工作的片上系统。
基于C8051F350单片机的气体流量计检测仪设计
（1）计数与计时气体流量计检测仪采用中断方式对钟罩挡板脉冲、流量计输出脉冲和光栅尺脉冲进行计数。同时，检测仪要对标准时间计时，并且要产生1s中断，以及在通讯时产生波特率。C8051F350单片机可满足计数与计时要求，它拥有一个可编程计数器阵列(PCA)，将PCA设置为对输入脉冲计数，大部分情况下只需控制其启动和停止，然后读出计数值。T0用于被检流量计脉冲信号计数；T1为串口通讯波特率发生器；T2用于标准时间计时和1s定时。（2）通讯C8051F350单片机与计算机通讯采用RS-232C串口，设定波特率115200bps。实际通讯时，计算机发出的有效指令编为一组代码，单片机在执行命令后，返回的数据中包含与此次操作对应的另一组代码。这样，上位机与单片机程序可同时编写，写好后可以像拼图一样组合使用；而且数据格式被约定了，在上位机修改数据格式的代码就可改变命令。（3）检定方式由检定人员将相关检定参数设定在计算机上，通过串口发送给单片机，检定流程。首先将钟罩提升至指定位置，在设定检定方式和参数后开始检定。已实现的检定方式有：①钟罩定容方式：主要检定脉冲量输出流量计，标定流量计仪表系数；②流量计定容方式：主要检定标准流量脉冲信号输出流量计，采用流量比对方式，标定流量计相对误差；③模拟量检定方式：类似于方式①，采用挡板定容，由起始和终止挡板数控制流量计模拟量的采集并进行A/D转换，1s采样1次；④手动方式：类似于方式②，主要检定人工读数的流量计，由检定人员控制计时和光栅尺脉冲计数的起始与结束。在检定各种流量计的过程中，单片机每隔1s采集压力、温度等传感器数据，同时读取钟罩位移对应的光栅尺脉冲数和钟罩经过的档板个数，流量计输出脉冲数等数据，发送至计算机进行显示和流量值补偿计算。当钟罩降至底部时，停滞3s，再由计算机发送升钟罩指令，提升钟罩以便进行下一次检定。计算机部分软件设计计算机主要用于设置流量计检定参数及分析计算检定误差和管理数据。（1）计算机功能模块检测仪采用Delphi程序设计开发用户界面，采用SQL Server数据库管理检定数据，计算机各功能模块包括系统参数设置、数据采集及处理、数据查询、数据修改、检定报表打印和检定人员管理模块。（2）计算机数据处理数据处理方式因检定方式的不同而异，以检定方式①为例，按以下公式计算流量计仪表系数和误差，首先确定每个流量检定点的仪表系数ki。式中ki为第i流量检定点的仪表系数，m-3； Nij为第i流量检定点第j次检定被检流量计的累计脉冲数； Vij为第i流量检定点第j次检定钟罩的体积量，即不同检定点钟罩的定容体积量，在检定前输入，m3； PS和Tm为检定时间内钟罩处和流量计的平均绝对压力，Pa；TS和Tm为钟罩处和流量计的平均温度值，℃。可计算流量计的仪表系数k为：流量计的线性度为 (5)进而可以得出流量计的基本误差为：式中为钟罩装置的系统误差，经计量部门检定合格后确定。软件的设置（1）设置权限登录软件的人员分不同权限，最高权限为具有所有权限的系统管理员，可以通过管理员生成不同权限的操作员和调试员或其他自定义人员。操作员权限为检测仪表、调用检测记录等，其权限由系统管理员指定；调试员权限为修改软件内部设置、设置系统数据等。（2）设置系统参数完成组建系统后，必须设置一些相应系统参数以保证检测仪正常工作和仪器较高的检测精度，包括：①钟罩仪表系数：表示旋转编码器所发出的脉冲中每单个脉冲代表钟罩排出气体的体积。它是钟罩固定参数，每年需校准一次。在检测软件中必须设置该系数，否则无法检测被测流量计。②流量计仪表系数：表示流量计所发出脉冲中每单个脉冲代表流过流量计气体的体积，单位为升每个脉冲(L/N)。它在检测之前输入，也必须设置，可设置为流量计固定参数或可变参数。③标况方的条件：它是气体的标准状态条件，即大气压力为101.325kPa、温度为293.15K(20℃)。④钟罩提升到指定高度后的稳定时间：钟罩提升后，在短时间内经历上升、停止过程会产生颤动，通过设置稳定时间使钟罩稳定下来，以减小系统误差。该参数设置越大，钟罩颤动越小，检测效果越好，但也会降低检测效率。⑤钟罩检测下降开始阶段稳定脉冲数：钟罩下降阶段经历静止、下降过程，在下降开始阶段会产生颤动，通过设置钟罩下降开始阶段脉冲不计量，使钟罩在这段不计量的过程中减小颤动，减小系统误差。该参数设置越大，钟罩颤动越小，检测效果越好，但也会降低检测效率。⑥检测完毕后下降脉冲个数：钟罩在当次检测完毕后，不能马上停止钟罩下降，必须先停止脉冲计数，再停止钟罩。设置此参数，是为了满足先停止脉冲计数，再停止钟罩。该参数设置不应太大，保证检测停止与钟罩止降时间错开即可。3）设置检定证书格式包括设置纸张大小、字体大小、正文位置等。结束语气体流量计在生产和生活中经常被用到，其准确性与整个生产和生活安全密切相关。面对日益增长的流量计检定测试需求，提高检测仪器的工作效率和准确度等级显得十分重要。本文采用C8051F350单片机为控制核心，改进钟罩装置，加装精密光栅尺作为钟罩位移传感元件，并增设多路传感器，设计出气体流量计检测仪。该检测仪通过单片机数据采集实现控制，提高了采集数据的可靠性和准确性；检测仪组成简单，维护方便；在检定过程中，完全由检测仪控制检测过程和计算检定结果，提高了检测精度，具有普遍适用性。
基于单片机的流量检测
现代检测技术课程设计学院：物理与信息工程学院班级：07测控指导老师：徐天奇学生:梅虎学号：200710101321一,作品简介本作品是一款基于C8051F系列单片机为核心的流量计，给出了硬件组成和软件设计．设计以C8051F单片机为控制模块，选用电子靶式流量传感器，信号调理电路、通信电路、LCD显示等电路．在软件上进行了压力和温度补偿．设计的流量计精度高，抗干扰能力强，使用方便．流量计广泛应用于工业生产和人民生活当中，但大都存在体积大、精度低、价格贵等缺点．本文设计的电子巴(靶式)智能流量计，其主要由测量管、受力元件(靶片)、感应元件(电容式力传感器，压力传感器，温度传感器)、传递部件、微控制器及其显示和输出部分组成．由于采用了压力工作温度补偿，大大提高了测量精度。
二，单片机使用简介C8051f单片机是美国Cygnal公司推出的一种高性能混合信号系统级单片机是一种高集成度的混合信号系统MCU 芯片，它是真正的单片机。
它包含一个真正12 位多通道ADC，有一个与8051 兼容的微控制器内核，有8k 字节的FLASH 存储器，还有用硬件实现的UART 和SPI 串行接口，此系列产品的特点是有32 个通用的I/ O 引脚，其中有一些能用于指定的数字外设接口，任意一个I/O 引脚均可配置成为模拟输入至ADC。
片内还有VDD 监视器硬件看门狗定时器WDT 和时钟振荡器。
片内FLASH 存储器可在系统多次重复编程且能用于非易失性数据的存储，集成外设中可分别关断单个或所有外设，节省功耗，有256 字节的SRAM 。
在F226 中还附加有1024 字节的RAM，片内JTAG 调试功能，允许使用安装在最终应用系统上的，进行非侵入方式不使用片内资源全速在系统调试。
系统调试支持存储器寄存器的察看和修改、设置断点监视点单步及运行和停机命令。
在用JTAG 口调试时所有的模拟和数字量外设均可全功能运行。
可在工业温度范围-45℃--+85℃内以2.7V--3.6V 电压工作封装为48 脚TQFP ，端口I/ O 都容许5V 输入信号电压。
基于C8051F410片上系统智能开关电源的设计
基于C8051F410片上系统智能开关电源的设计林士伟;董亚春【摘要】介绍基于C8051F410设计智能开关电源的方法.利用C8051F410内部PCA模块的PWM功能,结合外围电路进行功率变换,通过A/D转换模块和相应的外围电路对输出电流和电压检测,使用负载预测和PID控制算法实现稳压输出.该设计方案支持RS485现场总线,可实现多台开关电源模块并联使用.最后给出双电源模块并联使用场合的测试数据,分析了稳压和电流分配误差的原因.该电源设计方案对通信等应用场合的供电设计有一定的借鉴作用.%The design of intelligent switching power supply based on C8051F410 control core is introduced.The mode uses the external circuit to carry out power conversion combining with the core＇s internal PCA module for PWM function.Then through the A/D converter module and the corresponding peripheral circuit,it outputs current and voltage detection.The mode can output regulator by using the load forecasting and PID control algorithm.This switching power supply also supports RS485 Fieldbus and enables multiple parallel switching power supply module.The power supply has some reference for communications applications such as power supply design.【期刊名称】《吉林化工学院学报》【年(卷),期】2012(029)003【总页数】4页(P63-66)【关键词】片上系统;PWM;开关电源;PID控制;负载检测【作者】林士伟;董亚春【作者单位】吉林化工学院信息与控制工程学院,吉林吉林132022;中国石油吉林石化公司乙二醇厂,吉林吉林132022【正文语种】中文【中图分类】TP23随着信息和网络技术的发展，工业控制、通信系统、机电设备等领域的供电设备越来越多使用智能型开关电源.智能型开关电源的典型特点是模块化，能够并联使用，模块之间有信息交换通道，具有负载分配协调机制，更容易实现系统扩展［1］.本文针对智能型开关电源的设计和关键技术进行研究，设计的智能型开关电源使用单片机作为控制部件和PWM发生部件，取消了传统的开关电源芯片，可有效降低电源中控制电路的静态功耗，达到提高电源效率的目的.以C8051F410片上系统为核心，包括输出电压电流检测电路、PWM功率驱动电路、LC滤波电路、LCD显示电路、按键电路和辅助供电电源电路等部分组成，LCD显示、按键电路作为人机接口，实现人机信息交换.输出电流检测电路及输出电压检测电路用来测量开关电源模块输出给负载电阻的电压和电流值.C8051F410根据当前测得的输出电压和电流值预测负载大小，以此推算出该负载所对应的输出PWM信号，再对输出电压的偏差进行PID运算，细调输出的PWM信号，PWM 信号经功率驱动放大后输出驱动负载［2］.原理，如图1所示.功率输出驱动电路如图2所示.由电平转换电路、栅源保护电路、快速驱动和功率开关等部分组成.图中Q2、Q3为电平转换和功率管导通驱动管，D1的作用是使Q1快速截止，这样设计能够大大提高开关管边沿速度，能够有效提高工作效率.当PWM信号输出高电平时Q3导通使MOS场效应管Q1的栅极经快速开关管D1快速拉低使其漏源导通，输出为VIN将对换能电感充电;反之，当PWM信号输出低电平时Q3截止Q2导通，使MOS场效应管Q1的栅极拉为高电平使其快速截止，VIN关断，换能电感通过D2向负载放电，维持输出稳定［3-5］.C8051F410内部ADC转换的电压范围为0～2.2 V，设计中采用的输出电压检测电路，如图3所示.输入电压经过R13与R14分压及运放跟随后可以满足A/D转换的采样范围.C21可有效的抑制高频信号的干扰;C26、C17为电源退偶、滤波;D4实现输入电压保护功能［6-8］.输出电流检测电路，如图4所示.R2=0.025欧，为输出电流采样电阻，经过差动运放器AD620放大后送给A/D进行转换.调整R15可改变差动放大电路的增益G，取R15=2.4 k，经计算可得电路的增益为 G=21.5，当输出电流在0～4 A范围内变化时，AD0信号在0～2.15 V 范围内，满足C8051F410内部ADC转换器的输入范围.D3实现输出电压保护［9］.由于RS485总线抗干扰强、通信距离远、接口电路简单，因此设计中选用RS485总线方式作为电源模块之间信息交换通道.通信接口电路如图5所示.在图6中，换能电感Li可以按照式(1)计算，如果输入电压Ui=24 V，输出电压Uo=8 V，最大输出功率Pomax=32 W，η=80%，d=50%计算，片上系统的时钟设置为98 MHz时，16位PWM的频率fPWM=1.5 KHz，将以上参数带入公式(1)中计算电感Li=800 uH.首先通过实验测试，标定出不同负载下输出8 V电压所对应的PWM值，建立RL-PWM的对应关系，以二维数组的形式进行存储.通过C8051F410片上系统的两路DAC模块及辅助电路分别实现实时采集开关电源模块的输出电压及输出电流，并以此来预测出当前的负载大小，根据负载大小，对建立的RL-PWM关系二维数组中数据进行二次插值处理，预测出当前负载下合适的PWM数值，送入C8051F410片上系统PCA模块，输出PWM信号，经功率模块转换为电压输出. 使用负载预测算法可有效的避免负载快速变化时输出电压波动现象.在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节，本系统采用增量式PID算法.由于微分作用具有放大干扰信号的特点，在PID控制中，对具有高频扰动的生产过程，微分作用响应过于灵敏，容易引起控制过程振荡.本设计串联一阶惯性环节，作为低通滤波器抑制高频噪声，组成不完全微分PID控制器.可避免控制过程的震荡.当程序开始运行时，系统进行初始化，程序检测当前状态是单机方式还是并联方式.如果当前状态为单机工作，程序通过稳压控制子程序稳定电压输出为8 V，并检测在当前负载状态下，电流值的大小，通过液晶进行显示.如果当前状态为并联方式，通过按键选择系统中的单个电源系统工作在主方式或者从方式.当工作在主方式时，通过稳压控制子程序稳定电压输出8V并检测电流值.当工作在从方式时，通过电流分配控制子程序接收主机工作状态分配自身的电流输出.当控制Io1:Io2=1:2时，对并联系统测得的数据如表 1 所示，其中 Ui、Ii、Uo、Io1、Io2、η 分别为输入电压、输入电流、并联系统输出电压、电源模块1输出电流、电源模块2输出电流以及系统工作效率.根据测试数据，可以得出输出电流与输出电压都存在着误差，分析误差原因并给出提高电源效率的措施如下:电流检测时选用的采样电阻存在温漂，随着电流的增大，会导致检测的输出电流存在一定的误差;导线的压降、输出电压检测电路中分压电阻的精度、温漂等都会引起输出电压误差.在功率变换电路中整流管使用MBR20100肖特基二极管，在4 A输出时，压降只有0.3 V，能够有效提高电源效率.另外，二极管D1可使Q1快速截止，这样设计能够大大提高开关管边沿速度，能够有效提高工作效率.本设计采用片上系统PWM直接合成DC-DC电源，外围电路简单、功能灵活、便于调试和维修、效率高，是一种创新和尝试.根据测试结果可得出结论:调整负载电阻从空载到4A输出时，供电系统的输出电压U0在8.01 V～8.05 V之间，两个模块输出电流之和不变并且可以按照控制的比例分配动态调整各模块自身的输出电流，电流的相对误差绝对值小于1%，系统的效率超过80%;可实现负载短路保护显示及自动报警的功能.系统采用最简单最经济的设计方案，满足通信等应用场合的供电设计要求.【相关文献】［1］王水平，付敏江.开关稳压电源［M］.西安电子科技大学出版社，1999.［2］于遵谨.基于单片机的开关电源测试系统的设计［J］.计算机测量与控制，2008(3):306-308. ［3］练敏英，孙宁，苏瑞丰，等.基于锂离子电池组的微小卫星电源控制器设计［J］.计算机测量与控制，2009(1):108-110.［4］霍隆超，焦振宏，张波.新型实验电源系统研究［J］.计算机测量与控制，2009(2):368-370. ［5］朱明，钱莉莉，林沪生.通信电源集成电路手册［M］.北京.人民邮电出版社，1996.［6］徐磊，陈圣俭，王月芳，等.数模混合电路测试与故障诊断方法研究［J］.计算机测量与控制，2010(8):2095-2097.［7］高欢，王玉松，刘连生.基于单片机和模数转换器的实用测试系统［J］.计算机测量与控制，2011(1):26-29.［8］翟玉文，梁伟，艾学忠，等.电子设计与实践［M］.北京:中国电力出版社，2005.［9］刘光斌，刘冬，姚志成.单片机系统实用抗干扰技术［M］.北京:人民邮电出版社，2004.。
基于C8051F410的光电式引张线仪设计
点 光 源 通 过 光 学 系 统 形 成 平 行 光 ， 当 有 光 照 射 到 Ｃ Ｄ芯 片 时 ， Ｃ Ｃ Ｃ Ｄ器 件 上 的 微 光 敏 元 阵 列 根 据 光 线 的 强
故 损 失 ［。 １ １ 大 坝 变 形 监 测 是 大 坝 安 全 监 测 的 重 要 内 容 ， 据 我 根 国 对 大 坝 变 形 监 测 的 实 际 要 求 ［ 和 大 坝 变 形 监 测 的 发 ２ １
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展 趋 势 ｛ ， 文 以 新 华 龙 Ｃ ０ １ ４ ０单 片 机 为 硬 件 控 制 ３本 １ ８５ Ｆ １ 平 台 ， 用 东 芝 公 司 的 线 阵 Ｃ Ｄ 芯 片 Ｔ Ｄ１ ０ Ｃ 为 测 量 使 Ｃ Ｃ ７３ 传 感 器 ，设 计 了 用 于 大 坝 水 平 位 移 监 测 的 光 电 式 引 张 线 仪 。 该 仪 器 的 有 效 测 量 范 围 为 ０ ５ ｍ ， 量 精 度 可 ～ ０ｍ 测
Ｋｅ ｒ ｓ：ＣＣ ； ａ ｄ ｆ ｒ ａ ｉｎ ｍｏ ｉ ｒｎ ａ ｔｍａｉ ａ ｕ ｎ ｗｉ ｌ ｎ ｎ ｒ ｎ ｄ ｃ ｒ ｙ ｗｏ ｄ Ｄ ｄ ｍ ｅ ｏ ｍ ｔ ｎ ｔｉ ｇ； ｕ ｏ ｔ ｍｅ ｓ ｒ ｇ； ｒ ａｉ ｍｅ ｔ ｔａ ｓ ｕ ｅ ｏ ｏ ｃ ｉ ｅ ｇ
达 ００ ．２ｍｍ， 远 远 优 于 传 统 引 张 线 仪 ０ １ｍｍ 的 指 标 ， ．
满 足 大 坝 安 全 监 测 对 位 移 测 量 数 据 的更 高 精 度 要 求 。
１ 仪 器 的 测 量 原 理
采 用 线 阵 Ｃ Ｄ传 感 器 进 行 被 测 线 体 （． Ｃ ０８ ｍｍ～ ． １２ ｍｍ
霍尔流量计-4-20MA输出设计方案
设计方案1.单片机采用：C8051F410。
●12位AD，200KSPS，多达24路外部输入（内部选择器）。
输入范围为0-VREF。
VREF可以被配置成内部1.5V，2.2V，或外部输入。
若配置成2.2V，则分辨率为2.2/4096=0.54mV。
理论精度为1/4096=0.03%。
若采用8位则是0.4%。
●12位电流输出DA，电流最大输出范围为0-0.25/0.5/1/2mA。
（XTR115的输入电流范围0.04-0.2mA）●JTAG在片调试，速度可达50MIPS（时钟频率为50MHz时）●存储器，2304字节内部数据RAM（256+2048），32KB FLASH；可在系统编程，扇区大小为512字节。
64字节电池后备RAM（smaRTClock）●24个端口I/O；推挽或漏极开路，耐5.25 V电压。
可同时使用的硬件SMBus（I2C兼容）、SPI和UART串口，4个通用16位计数器/定时器，16位可编程计数器/定时器阵列（PCA），有6个捕捉/比较模块和WDT。
硬件实时时钟（smaRTClock），工作电压可低至1V，64字节电池后备RAM和后备稳压器●供电电压范围2.00-5.25V。
50M频率下10mA 电流，1M频率下0.3mA。
●芯片内部用于温度传感器。
●32脚LQFP2.（C8051F350=8K FLASH；768RAM；2.7-3.6V，24位△AD，8位DA，待选）3.4-20 mA电流输出采用：XTR115。
●2线制，24V供电。
●提供外部电路+5V电源，+2.5V参考电源。
●输入电流控制，输出电流=100倍输入电流。
4.温度传感器采用：TMP36（实验后决定是否使用）。
●供电电压范围2.70-5.50V。
●输出10mV/℃，测温范围-40℃-+125℃，输出电压0-1.8V。
●50uA电流5.霍尔位移传感器采用：SS495模拟霍尔位置传感器。
●体积小巧（0.16x0.118″）●低功耗—典型7mA 在5VDC，最大8.7 mA●电源沉或源线性输出●内含激光修正的薄膜电阻提供精确的灵敏●度和温暖度补偿●工作温度范围-40~+150●可反应于正的或负的磁场●方块霍尔传感元件提供稳定的输出●Rail-to-Rail性能可提供更有效的信号以达到6.FLASH存储器采用：M24C04。
基于C8051F410单片机的流量仪设计与应用
基于Ｃ ８ ０ ５ １ Ｆ ４ １ ０ 单 片机 的流量仪设计与应 用
赵祖龙 赖万 昌 成 都 理 工 大学 ，成 都 ６ １ ０ ０ ５ ９
图１系统总体 结构 图
Ｆ ｉ ｇ． １ Ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｄ ｉ ａ ｇ ｒ ａ ｍ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｕ ｎ ｉ ｔ ｔ ｅ ｓ ｔ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ
图３ Ｆ Ｍ１ ２ ８ ６ ４ Ｍ一１ ２ Ｌ 串行接 口电路原理 图
Ｆ ｉ ｇ． ３ Ｆ Ｍ１ ２ ８ ６ ４ Ｍ－１ ２ Ｌ ｓ ｅ ｒ ｉ ａ ｉ ｌ ｎ ｔ ｅ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ｓ ｃ ｈ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ｄ ｉ ａ ｇ ｒ ａ ｍ
ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ ｃ ｈ ｉ ｐ ｗ ｉ ｔ ｈ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ Ａ ／ ０ ａ ｎ ｄ Ｄ ／
Ａ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ ｔ ｏ ｃ ａ ｐ ｔ ｕ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｏ ｕ ｔ ｐ ｕ ｔ ｓ ｉ ｇｎ ａ ｌ ｓ ，
Ｓ Ｏ ａ ｓ ｔ ｏ ａ ｃ ｈ ｉ ｅ ｖ ｅ ｔ ｈ ｅ ｐ ｕ ｒ ｐ ｏ ｓ ｅ ｏ ｆ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｓ ｓ ｆ ｌ ｏ ｗ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ ． Ｔｈ ｅ ｆ ｌ ｏ ｗ ｍ ｅ ｔ ｅ ｒ ｈ ａ ｓ ａ ｓ ｉ ｍｐ ｌ ｅ
和 流量控 制器 控制 电路构 成 ；软件部 分 由液 晶显 示 、Ａ／ Ｄ 反 馈 信号 的采 集￣ Ｕ Ｄ／ Ａ输 出 组 成 。系统 框 图如图 ｌ 所示。
基于C8051F410片上系统智能开关电源的设计
随着信 息 和 网络 技 术 的发展 ， 工业 控 制 、 信 通 系 统 、 电设 备 等 领域 的供 电设 备 越 来 越 多 使 用 机 智 能型 开关 电 源． 能 型开 关 电源 的典 型 特 点是 智 模 块 化 ， 够 并 联 使 用 ， 块 之 间 有 信 息 交 换 通 能 模
道 ， 有 负 载 分 配 协 调 机 制 ， 容 易 实 现 系统 扩 具 更 展 ¨ ． 文针 对智 能 型开 关 电源 的设 计 和 关键 技 本
压 电流 检测 电路 、ＷＭ 功率驱 动 电路 、 Ｃ滤 波 电 Ｐ Ｌ
路 、Ｃ Ｌ Ｄ显示 电路 、 键 电 路 和 辅 助 供 电 电 源 电 按
功率 开关 等部 分组 成 ． 中 Ｑ 、 ３为 电平 转换 和 图 ２Ｑ 功率 管 导 通 驱 动 管 ， Ｄ１的作 用 是 使 Ｑ １快 速 截 止 ， 样设计 能 够大 大提 高开关 管边 沿速 度 ， 这 能够
功 率输 出驱 动 电路 如 图 ２所示
收 稿 日期 ：０ ２ ２ １ ２ １ － —１ ０
摘要 ： 介绍基 于 Ｃ ０ １４ ０设 计智能开关 电源的方法． ８５Ｆ １ 利用 Ｃ ０ １ ４ ０内部 Ｐ Ａ模块 的 Ｐ ８５ Ｆ １ Ｃ ＷＭ 功能 ， 结 合外 围电路进行功率变换 ， 通过 Ａ Ｄ转换模块 和相 应 的外围 电路 对输 出电流 和电压检测 ， 用负载 预 ／ 使
测 和 ＰＤ控制算法实现稳压输 出． Ｉ 该设 计方 案支持 Ｒ ４ ５现 场总线 ， 实现 多 台开 关 电源模块 并联使 Ｓ８ 可
术 进 行研 究 ， 设计 的智 能 型 开 关 电源 使 用单 片机 作为控制部件和 Ｐ ＷＭ 发 生 部 件 ， 消 了传 统 的 取 开 关 电源 芯 片 ， 有 效 降 低 电源 中控 制 电路 的静 可
基于C8051F410的网络温湿度传感器的设计
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ Ｎｅ ｔ ｗｏ ｒ ｋ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｈｕ ｍｉ ｄ ｉ ｔ ｙ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｃ８ ０ ５１ Ｆ４１ ０
ＷＡＮ Ｇ Ｄａ ｎ，Ｚ ＨＡＮＧ Ｈｏ ｎ ｇ — ｙ ｕ
Ｓ Ｐ Ｉ 总 线 功 能和 网卡 芯 片 Ｅ Ｎ Ｃ ２ ８ Ｊ ６ ０通 信 。 在 单 片机 内部 完成 轻 量 级 Ｔ Ｃ Ｐ ／ Ｉ Ｐ协 议 栈 Ｕ Ｉ Ｐ协 议 的 移 植 ， 最 终 实现 了通 过 浏 览 器 即可 访 问传 感 器节 点 温 湿 度 信 息 。传 感 器部 分采 用单 总线 接 口 的工 业 级 Ａ Ｍ ２ ３ ０ ５温 湿 度 传 感 器 。系统 具 有
我国在 ２ ０ ０ ９年 提 出要 着 力 突 破 传 感 网 、物 联 网关 键 技 术， 并 把 发 展 物 联 网 确 定 为 国家 科 研 和 产 业 发 展 的战 略 。 物 联 网 应 用 中 。对 环 境 数 据 信 息 的采 集 以及 有 效 传 输 尤 为 重 要 。 温 湿 度 信 息 是 环 境 参 数 中 最 重 要 的信 息 之 一 ， 传 统 测 量 温湿度方案或是采用独 立的温度计 。 一 般悬 挂 在 墙 上 直 接 观 察， 对 于一般场合具有成本低 、 测量方便等优点 ， 但 非 常 不 便 于长期 、 大 量记 录 ， 而且 其精度 有限 ， 又非 常易损耗 ， 而 基 于
基于C8051F410单片机的光纤传输组件设计
件开发设计和 实验数据记 录等 内容。该组件 具有体积小 、精度 高、操作 简单的特点 ，实用价值 明显 。 关键词 Ｃ ８ ０ ５ １单片机 ；光纤 ；传 输 ；组件
Ｔ Ｐ ３ ６ ８ 文献 标 识 码 Ａ 文章编号 １ ０ ０ ７— ７ ８ ２ ０ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ７—１ ４ ７— ０ ５ 中图 分 类 号
丧ａ 叶拭２ ０ １ ３ 年 第 ２ ６ 卷 第 ７ 期
Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｓ ｃ ｉ ． ＆Ｔ ｅ ｃ ｈ ． ／ Ｊ ｕ ｌ ｙ ． １ ５．２ ０１ ３
基于 Ｃ ８ ０ ５ １ Ｆ ４ １ ０单 片 机 的 光 纤 传 输 组 件 设 计
孙
摘 要
磊 ，林
Ｔｈｅ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ Ｆｉ ｂｅ ｒ － Ｏｐ ｔ ｉ ｃ Ｃｏ ｍ ｍ ｕｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｍｏ ｄ ｕｌ ｅ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｃ８ Ｏ ５１ Ｆ ４１ ０ ＳＣＭ
Ｓ ＵＮ Ｌｅ ｉ ， ＬＩ Ｎ Ｆｅ ｎ ｇ， ＹＡ ＮＧ Ｐ ｅ ｎ ｇ ｙ ｉ
ｃ ａ ｌ ｉｂ ｆ ｅ ｒ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｍｏ ｄ ｕ ｌ ｅ， ｉ ｎ ｃ ｌ ｕ ｄ ｉ ｎｇ ｔ ｈ ｅ ｗｈ ｏ ｌ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｉ ｓ ｔ ｙ ｐ ｅ ｏ ｆ ｏ ｐ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｉ ｆ ｂ ｅ ｒ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ， ｈ ａ ｒ ｄ ｗａ ｒ ｅ ｃ ｉ ｒ —
峰 ，杨鹏毅
２ ３ ２ ０ ０ １ ）
（ 中国电子科技集 团公 司第 ８研究所 军工部 ，安徽 淮南
光纤通信 带宽大、信噪 比低 、抗 干扰 能力强 ，在现代通信领域发挥 着重要作 用。文中选用 Ｃ ８ ０ ５ １ Ｆ ４ １ ０单
基于C8051F410单片机的流量仪设计与应用-设计应用
基于C8051F410单片机的流量仪设计与应用-设计应用摘要：设计实现了一种基于C8051F410为的高稳定性和高性价比气体流量仪。
利用C8051F410单片机片内的A/D和D/A转换器来采集和输出信号，从而达到控制质量流量控制器的目的。
该流量仪具有电路设计简单、可靠性好、性价比高、检测精度高等优点。
引言工业生产过程中对流体流量进行正确测量和调节是保证生产过程安全经济运行、提高经济效益、实现科学管理的基础。
质量流量控制器就是用来对各种气体的质量流量进行精密测量与控制的一种仪器，被广泛应用于电子工艺设备、分析测量仪器、制气配气等行业。
本文采用C8051F410单片机为检测，充分利用该单片机丰富的内部硬件资源，设计了一款可以控制两路气体质量流量控制器的自动气体流量检测仪。
1系统总体结构D07-19B型质量流量控制器具有精度高、重复性好、响应速度快、稳定可靠、工作压力范围快等特点，其操作使用方便，便于与单片机连接实现自动控制。
控制器输出的流量检查电压与流过通道的质量流量成正比，满量程流量检测输出电压为+5V.该控制器的流量控制范围是（2~100）%F.S.,流量分辨率是0.1%F.SC8051F410是SiliconLaboratories公司推出的一款8051系列单片机[1].C8051F410单片机是完全集成的低功耗混合信号片上系统型芯片，可以与8051兼容的微控制器内核，片内具有4个通用的16为定时器，2个12位电流输出D/A转换，真12位200kps的24通道A/D 转换，高精度可编程24.5MHz内部振荡器和达到32KB的片内FLASH 存储器等特点。
在许多AD/DA转换精度或时钟精度要求不是特别高的设计中，不必再使用外部AD/DA转换芯片或谐振电路，只靠片内资源就可以完成相应的功能，极大地减少了很多外围电路设计，提高了系统的集成度和抗干扰能力。
本系统主要包括硬件和软件两个部分。
硬件部分由电源电路、键盘电路、液晶显示和流量控制器控制电路构成；软件部分由液晶显示、A/D反馈信号的采集和D/A输出组成。
基于C8051F410单片机的AD芯片替代方案的设计与实现
基于C8051F410单片机的AD芯片替代方案的设计与实现闫德顺;刘收;苏建军;韩暋
【期刊名称】《计算机测量与控制》
【年(卷),期】2015(23)4
【摘要】针对某已定型便携式电缆测试设备,在核心AD芯片停产且交付周期紧迫的情况下,提出了一种利用单片机和另一款AD芯片构成的最小系统替代原AD芯片的解决方案;在详细对比分析了新选AD与原AD芯片的区别和联系的基础上,设计了系统硬件和软件实施方案;测试结果表明,替换后设备测试能力完全满足用户要求;该方案的提出可以为其他产品遇到此类问题提供一种解决思路.
【总页数】3页(P1385-1387)
【作者】闫德顺;刘收;苏建军;韩暋
【作者单位】北京航天测控技术有限公司,北京 100041;北京航天测控技术有限公司,北京 100041;北京航天测控技术有限公司,北京 100041;北京航天测控技术有限公司,北京 100041
【正文语种】中文
【中图分类】TP216
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1.基于ADE7978/ADE7933芯片组电量变送装置的设计与实现 [J], 华金;冯宁
2.基于串行接口芯片的单片机智能控制器的设计与实现 [J], 李战明
3.基于单片机与射频芯片的无线通信方案研究 [J], 杜昱铿;
4.基于单片机与音频芯片的沟通辅助系统的设计与实现 [J], 刘叙一;周林灿;杨三华
5.基于单片机与AD7888芯片的直流低压监控电路设计 [J], 王真;李卢丹
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储罐液位仿真系统物料流量模拟装置的设计
储罐液位仿真系统物料流量模拟装置的设计王影;刘麒;董亚春【摘要】系统采用C8051F410片上系统为控制核心,采用直流稳压电源供电,通过电位器和单片机软件模拟进出料流量的大小.被模拟的流量以数字形式显示,并变送成4～20 mA信号传给储罐模拟电路,通过RS485接口上传给PC机,实现对物料流量进行仿真的效果.%With C8051F410 microcontroller as control core,this system employs DC regulated power supply,and simulates the input and output flow through the potentiometer chip and software.The materials flow simulated is displayed in digital form and transformed into 4 to 20 mA signal,then sent to tank analog circuits and can be uploaded to PC via the interface RS485.So it realizes the simulation for the flow of feeding and discharging process in the storage simulation system.【期刊名称】《吉林化工学院学报》【年(卷),期】2012(029)003【总页数】4页(P55-58)【关键词】C8051F410单片机;RS485串口通信;4～20mA变送电路;恒流源【作者】王影;刘麒;董亚春【作者单位】吉林化工学院信息控制工程学院,吉林吉林132022;吉林化工学院信息控制工程学院,吉林吉林132022;中国石油吉林石化公司乙二醇厂,吉林吉林132022【正文语种】中文【中图分类】TP273先进的监控系统对于储罐的正常运营非常重要.所以一个自动化程度高，功能完善的监控系统可以极大地提高工作效率，保证油库运营安全、可靠地运行.然而，到生产现场查看物料实际的流量的方法既不安全，又不方便，甚至是不可能实现的.因此，设计一套关于储罐进出料流量的模拟装置对实际流量的模拟是至关重要的. 本系统采用以C8051F410单片机为控制核心，包括数码管作为显示器件模块，RS-485串口通信模块，4～20 mA变送电路的数模转换模块，直流稳压电源提供5 V电压模块等部分组成.通过控制电位器可以了解得知进出料流量的大小.实施方案原理框图如图1所示.调节进料模拟单元电阻器，改变模拟流量，由进料单元的C8051F410处理器A/D 采集模拟流量，通过数码管显示流量，然后转换为4～20 mA电流，通过储罐单元的C8051F410处理器采集A/D，即进料流量，对进料流量进行积分算出液位变化高度.与计算机通信，上传进料及目前料位高度，采用现场总线方式与计算机构成罐体进料采集系统.C8051F410片上系统如图2所示，主要是C8051F410芯片和支持芯片工作的基本外围电路.图中含有复位电路及滤波电路.网络节点定义为:JATG为下载调试接口，C2D和C2CK是JTAG下载调试接口，Vcc为电源接口，GND为地接口.WEI1、WEI2、WEI3、WEI4 为位控制接口，A、B、C、D、E、F、G 为数码管显示接口. RS-485的信号传输采用两线间的电压来表示逻辑1和逻辑0，由于发方需要2根传输线，收方也需要2根传输线.数据采用差分传输，所以抗干扰抑制性好，又因为阻抗低，无接地问题所以传输距离可达1 200 m，传输速率可达10 Mb/s.普通的PC机一般不带RS-485接口，因此要使用RS485转换器，单片机可以通过图2电路，通过对传统485通信电路修改，可节省I/O引脚，而且简化了程序设计，使传输更加稳定.RS-485通信电路，如图3所示.图4 变送电路中CA3140放大器是单电源供.图中3极管有两种:9013(NPN)，9012(PNP)都是起放大电流作用.由C8051F410自带D/A输出0.2～1 mA电流，经过图中放大器的作用转换为4～20 mA的电流共储罐模拟电路采集.C8051F41x内部有2个12位的电流模式数/模转换器(IDAC).IDAC的最大输出电流可以有四种不同的设置:0.25、0.5、1、2 mA.用 IDAC 控制寄存器(IDA0CN或IDA1CN)中的对应位来分别使能或禁止IDAC.当两个IDAC都被使能时，它们的输出可以分别连到不同的引脚或合并到一个引脚.当IDAC被使能时，内部的带隙偏置发生器为其提供基准电流.可以用软件命令、定时器溢出或外部引脚边沿触发IDAC更新.模拟流量，如图5所示.图5 为模拟流量电路中有一个电压跟随器，电压跟随器可以起到缓冲的作用，防止信号有相当的部分损耗在前级的输出电阻(R16)中，同时电压跟随器提高了输入阻抗，这样输入电容的容量可以大幅度减少.电容起到滤波的作用.通过改变电位器(R20)的大小可以改变A/D端电压的大小，从而来模拟流量速度，通过C8051F410自带A/D采集进行模拟.C8051F41x的ADC0子系统集成了1个27通道的模拟多路选择器(AMUX0)和一个200ksps的12位逐次逼近寄存器型ADC，ADC中集成了跟踪保持电路、可编程窗口检测器和硬件累加器.ADC0子系统有一种特殊的突发方式(Burst mode)，该方式能自动使能ADC0，采集和累加样本值，然后将ADC0置于低功耗停机方式，而不需CPU干预.AMUX0、数据转换方式及窗口检测器都可用软件通过特殊功能寄存器来配置.ADC0输入为单端方式，可以配置用于测量 P0.0～P 2.7、温度传感器输出、VDD、GND(相对于 GND).只有当ADC控制寄存器(ADC0CN)中的AD0EN位被置1或在突发方式执行转换时，ADC0子系统才被使能.当AD0EN位为0时或在突发方式下不进行转换时，ADC0子系统处于低功耗关断方式.为显示瞬时流量设计了如图6的数码管显示驱动电路采用动态扫描方式，大大简化了硬件电路，动态显示亮度要低于静态显示，所以在选择限流电阻时应略小于静态显示电路中的限流电阻值.调节电位器，用万用表量取电位器两端的电压V1，则经理论计算进料(或出料)流量(QMAX为进出料阀的最大控制流量，VREF为A/D的参考电压)，绝对误差ΔQ=Q－!显示(Q显示显示器显示的流量)，相对误差为，要求相对误差小于0.5%. 本设计采用C8051F410片上系统为核心、配以数码管作为显示电路、4～20mA 变送电路、RS-485通信接口电路以及电源电路五部分.从C8051F410片上系统的特点看出，采用C8051F410片上系统大大简化了测量电路，提高了变送器的可靠性和精度;增加了支持MODBUS协议的RS485现场总线通信，使得设计的模拟电路在使用中能够灵活设置测量范围，并能够直接用于现场总线型计算机测控系统之中.【相关文献】［1］康华光，陈大钦，张林.电子技术基础:模拟部分［M］.北京:高等教育出版社，2006.［2］康华光，邹寿彬，秦臻.电子技术基础:数字部分［M］.北京:高等教育出版社，2006.［3］赵文博，刘文涛.单片机语言C51程序设计［M］.北京:邮电出版社，2005.［4］翟玉文，艾学忠.电子设计与实践［M］.北京:中国电力出版社，2005.［5］童长飞.C8051F系列单片机开发与C语言编程［M］.北京:北京航空航天大学，2005. ［6］张毅刚，修林成，胡振江.单片机应用设计［M］.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，1996.。
基于C8051F410片上系统微功耗液位变送器的设计
基于C8051F410片上系统微功耗液位变送器的设计王影;刘麒;高德辛;于攀;李硕【摘要】介绍基于C8051F410片上系统设计微功耗液位变送器的方法.利用其内部AD/DA模块,结合外围电路完成电压的采集和4～20mA的电流变送,通过单片机引脚直接驱动LCD段式液晶,进行当前液位的显示,使用冒泡排序的滤波方法稳定采样、变送值.此系统为微功耗系统,采用24V供电,工作电流在2mA以下.本系统有两个量程(0～20cm、0～50cm),并给出了两个量程下的实际测量的数据记录,分析了测量误差的原因,给出了相应的改进措施.该系统设计方案对工业仪表的设计有一定的借鉴作用.【期刊名称】《吉林化工学院学报》【年(卷),期】2017(034)007【总页数】6页(P52-56,61)【关键词】片上系统;微功耗;变送器【作者】王影;刘麒;高德辛;于攀;李硕【作者单位】吉林化工学院信息与控制工程学院,吉林吉林 132022;吉林化工学院信息与控制工程学院,吉林吉林 132022;吉林化工学院信息与控制工程学院,吉林吉林 132022;吉林化工学院信息与控制工程学院,吉林吉林 132022;吉林化工学院信息与控制工程学院,吉林吉林 132022【正文语种】中文【中图分类】TP216随着对低功耗的迫切要求，越来越多的设计人员开始重视功耗问题.降低功耗的传统手段主要集中在硬件上.本文针对微功耗型液位变送器的软硬件设计两个关键方面进行研究，设计的系统使用410片上系统作为控制部件，改进了降低功耗主要集中在硬件上的传统手段，充分发挥各自特点，在微功耗的前提下，实现了液位的就地显示，同时又将液位变成4～20 mA电信号送到控制室[1].该方法对微功耗仪表的设计具有一定借鉴意义.方案原理如图1所示.设计以410片上系统为核心，包括液位检测电路、段式液晶显示电路、变送电路、按键电路等.液晶显示、按键电路实现人机信息交换.液位检测电路测量当前液位深度，变送电路变送电流信号，按键电路切换量程.单片机将当前测得的电压值转换成液位深度送显，并根据当前电压值控制DAC0的输出，经变送电路转换成相应大小的电流信号变送至控制室，若控制室串接250Ω电阻，可转换为1～5 V电压[11].2.1 最小系统及电路变送电路C8051F410是完全集成的低功耗混合信号片上系统型MCU.下面列出一些主要特性:带模拟多路器，两个12位电流输出DAC，高精度可编程的24.5MHz内部振荡器，4个16位定时器,24个端口I/O 等.用户软件对所有外设具有完全的控制，可以关断任何或所有外设以节省功耗.每种器件都可在工业温度范围(-40 ℃到+85 ℃)内用2.0～2.75 V的电压工作(使用片内稳压器时电源电压可达5.25V).C8051F410为32脚LQFP封装[11].图2为C8051F410的最小系统电路图[4].变送电路如图3所示.有放大器调节电路、三极管电流补偿电路等部分组成.图中DAC0为电压输入，当输入电压为0.75 V(最大)时，A路运放的输出端为1.5 V，因为虚断，B路运放的同相输入为0 V，所以Text1处为-1.5 V.B路运放的输出控制三极管的开关，起到补偿电流的作用，最终流经75Ω的电流为4～20 mA.但应注意到图中DAC0的最低输入不能为0 V，此时三极管将处于截止状态，无法起到补偿电流的作用，整个变送电路将失去作用，此问题我们通过编程使得DAC0的最低输出不为0 mA，从而可以维持变送电路工作[3].2.2 液位检测电路C8051F410的ADC转换电压范围为0～2.2 V，DAC输出的最小电流为0.25 mA，设计中的液位检测电路如图4所示，DAC1相当于0.25 mA恒流源，干簧管与电阻间隔放置，若干簧管处于导通状态的个数发生变化，串联电阻总阻值发生变化，ADC0采集到的电压值相应的发生变化，经单片机计算后得到相应的液位值.显然，总阻值应小于8.8KΩ，当阻值为8.8K时，电压为2.2 V，是ADC采样的最大值.每个电阻值选取的越小，检测电路分辨率越高.此设计中，我们选取的是阻值为100Ω的电阻，数量为88个.液位检测电路做成PCB板装入内径d=6.3 cm，长L=55 cm的白钢管内，在白钢管外部有带有磁性的悬浮球，悬浮球位置随液位变化而变化，干簧管被磁铁吸引后会导通，从而对应测得不同的液位深度.理想情况下，悬浮球磁性只让一个干簧管导通，此时检测结果最准确.但只要液位检测电路的分辨率(干簧管个数)足够高(多)，对检测结果影响就不大.2.3 段式液晶显示电路出于微功耗目的，我们用段式液晶.其驱动与普通液晶不同，需在其 SEG与COM两端加以交变电压，同时我们不用传统的的驱动芯片，进一步降低整个系统的功耗.但410单片机不具备直接驱动段式液晶的能力，我们采用电阻分压的做法为COM 端提供三个状态(0，VCC/2，VCC)，结合本设计的程序可用410直接驱动段式液晶[8],液晶接口电路如图5所示：3.1 工作电流计算此系统CPU工作在最低频率下，开启一路AD采样、两路DA输出、及直接驱动段式液晶，功耗约为1.5 mA，LM358、HT7550、ILC7660及其它器件功耗约0.5 mA.整个系统工作电流在2 mA以下，满足微功耗工业仪表工作电流在4 mA 以下的要求.3.2 液位检测电路电阻阻值、个数及干簧管个数计算C8051F410的ADC转换电压范围为0～2.2 V，我们选择的DAC1输出为0.25 mA，根据欧姆定律，我们需要的最大阻值R=U/I=8.8KΩ，设计的检测电路最大量程为50 cm.其分辨率取决于干簧管的排列密度.在干簧管的数量能被排列开且分辨率满足测量要求的前提下，我们每隔d=50 cm/88=0.56 cm放一个干簧管，则有88个阻值为100Ω的电阻.图6为PCB板图，共5段.3.3 系统测量分辨率计算410单片机最大采样电压2.2 V，DAC1恒流0.25 mA[13].因为串联88个100Ω的电阻，当液位检测电路每多串联一个电阻，电压相应增加0.25 mA*100Ω=25 mV，410单片机12位AD的采样码值为0～4 095，即当液位检测电路每多串联一个电阻，其采样码值变化X=25 mV*4095/2.2 V=46.534.0～4095经编程转换为0～50 cm时，需要乘的比例系数K=50/4095=0.012 21，所以当液位检测电路每多串联一个电阻，液位增加值L=46.534*0.012 21=0.568 cm.即本系统的分辨率为5.68 mm，可满足一般的工业液位检测.3.4 段式液晶刷新时间计算我们选用的显示模块为5 V工作电压、1/2bias、4duty的段式液晶.若直接用单片机IO口驱动，需要处理好其刷新时间与其他程序执行时间的关系.段式液晶的刷新频率为25～300 hz，一般工作在50hz左右即可.而4duty的段式液晶扫描分四次进行，每次每个COM口正反各扫描一次，每次之间需有t=1/50=2 ms的间隔.为不影响其正常显示，我们将其置于定时器中断中，由于单片机出于低功耗的考虑工作在最低频率下0.191 406 Mhz，且410的机器周期为1个时钟周期.所以其机器周期为：T=1/0.191406=5.2us.根据定时器装初值的公式(65536-x)T=t，将上述数值代入可得x=65 153.程序开始运行，首先进行单片机IO口初始化、ADC0初始化、定时器初始化、DAC0初始化、打开“恒流源”DAC1等.程序运行时，ADC0进行采样，采集到的电压值存储到缓冲区，经滤波和转换后由段式液晶显示当前液位深度、DAC0输出电压.由于显示程序在定时器中断中刷新，所以可实现液位变化的实时显示.当切按下切换量程的按键时，程序会根据按键对应的量程执行相应的采样及输出子程序[6].程序框图如图7所示：分别选择量程在0～20 cm、0～50 cm时，按等间隔的原则取点测量，数据统计表格如表1所示,其中h1为实际深度，h2为测量深度，表中给出了各点的实际深度与测量深渡.根据测试数据，可以看出测量结果有误差，分析误差原因并给出减小误差的措施如下：根据液位检测电路部分及本系统分辨率部分的计算结果可得：每当检测电路中多串联一个电阻，采样电压相应增加0.025 V，单片机ADC采样码值约增加46.534，液位增加约为0.568 cm，若电阻未串联入电路中(干簧管未导通)，则液位相应减少0.568 cm.由于悬浮球磁性的原因，导致了串联入电路的电阻值不是十分准确，引起了电压采样误差，最终导致了液位测量误差.我们也注意到液位为0或最高量程时几乎没有测量误差.原因分析：当实际液位为0时，无干簧管导通，即液位计检测电路电阻无穷大，采样电压为0，转换为液位值也是0；当实际液位为满量程时，总电阻值为8.8 K，经转换后对应的液位即最大量程.所以当液位为0或最高量程时几乎没有误差.将电阻个数(干簧管排列密度)增加，由于电阻总阻值是8.8KΩ不能变化的，每个电阻的阻值就应减小，此时，每当检测电路中多串联一个电阻，采样电压相应增加的数值也会减小，最终液位误差就会减小.本设计采用C8051F410单片机作为控制器，进行电压的采样与输出，并直接驱动段式液晶作为显示模块，通过变送电路将液位模拟量转换为4～20 mA电流信号变送到控制室，该系统的芯片工作温度均为宽温，适用于大多数工业场合.其功耗极低、外围电路简单、功能灵活、便于调试和维修、测量结果准确，是一种创新和尝试.根据测试结果可得出结论：液位为0或最高量程时，本系统几乎没有测量误差，在干簧管数量足够多时，系统的分辨率和精度都会得到很大的提高，该方法对微功耗仪表的设计具有一定借鉴意义.*通信作者：刘麒，E-mail:*****************【相关文献】[1] 翟玉文,艾学忠．电子设计与实践[M].北京:中国电路出版社，2005.[2] 张元良,吕艳,王建军.智能仪表设计实用技术及实例[M].北京：机械工业出版社,2008.[3] 童诗白,华成英.模拟电子技术基础[M].4版.北京：高等教育出版社，2005.[4] 刘麒.基于C8051F410设计的热敏电阻测温装置[J].吉林化工学院学报,2016(1):29.[5] 艾学忠.单片机原理及接口技术[M].北京：机械工业出版社，2012.[6] 邓会国.单片机C语言编程[M].北京：化学工业出版社，2015：115-117.[7] 阎石.数字电子技术基础[M].5版.北京：高等教育出版社，2006.[8] 张步幸.智能电表段式液晶驱动的设计与实现[J].微型机与应用，2013(13)：104-106.[9] 王鹏，马波，邵仕泉，等.基于51单片机的段式液晶的显示器的驱动设计[J].西南民族大学学报:自然科学版,2011：243-246.[10] 缪丽玲.基于STM32F0单片机IO直接驱动段式液晶的设计与实现[J].电子技术与软件工程,2015(2)：257-258.[11] 庹先国，余小平，奚大顺.电子系统设计[M].北京：北京航空航天大学出版社,2014.[12] 王正扬，卢世强.简易水位显示装置中JAG-5型干簧管的应用[J].企业科技与发展,2010(6)：27-29.[13] 王影.基于C8051F410片上系统热偶校验仪的设计[J].吉林化工学院学报,2011(11):87-88.。
(参考资料)C8051f410定时器与PCA设计实验
将 CEX0 配置到 P0.0 端口，并将被测方波信号由 P0.0 输入到 C8051F410 中的 PCA0。
本实验任务可以拆分为以下 2 个步骤，分别完成：
（1）首先产生能被 PCA0 上升边沿触发捕捉的方波信号。
利用片内定时 T2 产生方波信号，并通过 P0.1 脚输出，具体细节参见代码中注释。 （2）使用导线连接 P0.0 与 P0.1 脚，将产生的方波信号通过输入 CEX0 进行捕捉，PCA0 时基输入选择为定时器 T0 的溢出，通过计算，可以求到方波的周期。 说明：在代码中定义一全局整型变量 capture_period，用来保存 PCA0 在相邻的两次正 边沿捕捉期间，PCA0 中定时器计数的次数（前后两次计数值之差），PCA0 的定时器每 10 us 计数一次，方波的周期为 500us，故 capture_period = 500/10 = 5 0= 32H。 实验参考代码：
3、掌握仿真器及 Keil 软件的使用，初步掌握程序的调试方法，包括跟踪、单步运行和
断点设置等。
二、实验仪器
1、自制的 C8051f410 实验开发板 1 块
2、直流稳压电源、示波器
各1台
3、仿真器（U-EC6）
1只
4、PC 机
1台
三、实验内容
实验任务：利用 PCA0 上升边沿触发的捕捉方式测量方波的周期，实验电路如图所示,
void main (void) {
PCA0MD = 0x00;
PORT_Init (); OSCILLATOR_Init (); PCA0_Init ();
TestTimerInit ();
EA = 1;
while (1) {
if (TF2H) {
嵌入式基于C8051F单片机的气流仪.
嵌入式基于C8051F单片机的气流仪摘要：实现了一种全集成可变带宽中频宽带低通滤波器，讨论分析了跨导放大器-电容(OTA—C)连续时间型滤波器的结构、设计和具体实现，使用外部可编程电路对所设计滤波器带宽进行控制，并利用ADS软件进行电路设计和仿真验证。
仿真结果表明，该滤波器带宽的可调范围为1～26 MHz，阻带抑制率大于35 dB，带内波纹小于0．5 dB，采用1．8 V电源，TSMC 0．18μm CMOS工艺库仿真，功耗小于21 mW，频响曲线接近理想状态。
关键词：Butte引言本课题研究的棉花气流仪是根据GB6468－1992棉纤维"马克隆值"测试方法的有关规定，结合目前的微电脑监控系统技术，采用单片机C8051F，具有测试速度快、容易维修、费用低、效率高等特点。
马克隆值为在特定条件下一团棉花的透气性的度量。
实践经验表明，马克隆值与纺纱有着密切的关系，马克隆值过高或过低，其棉纤维可纺性能都较差，只有马克隆值适中的棉纤维才能获得较全面的纺纱经济效益。
1气流仪的基本原理本仪器是气流式的马克隆值测定仪。
马克隆气流仪的基本原理是以一定压力的气流通过固定容积内的定质量的纤维塞，由于纤维的表面积不同，对气流的阻力大小不同，在纤维塞两端产生的压力差或流量大小也不同。
表面积小的纤维，对气流的阻力小流量大(或压差小)；反之，流量大(或压差大)。
因此可根据流量或压力差的变化，指示出纤维的透气性。
试样的质量和体积对仪器是常数，透气性的变化可用马克隆值单位来标定。
式中：A为试样筒内截面积；L为试样筒高度；△P为试样筒两端压力差；S为纤维比表面积；μ为空气粘滞系数；ε为试样筒内纤维的空隙率(纤维集合体内空间体积与集合体总体积之)；K为常数。
从公式可以看出：纤维的表面积越小(即纤维越粗)，通过的流量越大，表示纤维的透气性越好，所测的马克隆值越高，表明纤维的成熟度越好。
因此，一般情况下，纤维成熟度越好，其马克隆值也越高，即两者是正相关。
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基于C8051F410为核心实现自动气体流量检测仪的设计与应用引言
工业生产过程中对流体流量进行正确测量和调节是保证生产过程安全经济运行、提高经济效益、实现科学管理的基础。
质量流量控制器就是用来对各种气体的质量流量进行精密测量与控制的一种仪器，被广泛应用于电子工艺设备、分析测量仪器、制气配气等行业。
本文采用C8051F410单片机为检测核心，充分利用该单片机丰富的内部硬件资源，设计了一款可以控制两路气体质量流量控制器的自动气体流量检测仪。
1 系统总体结构
D07-19B型质量流量控制器具有精度高、重复性好、响应速度快、稳定可靠、工作压力范围快等特点，其操作使用方便，便于与单片机连接实现自动控制。
控制器输出的流量检查电压与流过通道的质量流量成正比，满量程流量检测输出电压为+5V.该控制器的流量控制范围是（2~100）%F.S.,流量分辨率是0.1%F.S
C8051F410是Silicon Laboratories公司推出的一款8051系列单片机[1].C8051F410单片机是完全集成的低功耗混合信号片上系统型芯片，可以与8051兼容的微控制器内核，片内具有4个通用的16为定时器，2个12位电流输出D/A转换，真12位200kps的24通道A/D转换，高精度可编程24.5MHz内部振荡器和达到32KB的片内FLASH存储器等特点。
在许多AD/DA转换精度或时钟精度要求不是特别高的设计中，不必再使用外部AD/DA 转换芯片或谐振电路，只靠片内资源就可以完成相应的功能，极大地减少了很多外围电路设计，提高了系统的集成度和抗干扰能力。
本系统主要包括硬件和软件两个部分。
硬件部分由电源电路、键盘电路、液晶显示和流量控制器控制电路构成；软件部分由液晶显示、A/D反馈信号的采集和D/A输出组成。
系统框图如图1所示。
图1 系统总体结构图
本系统以C8051F410单片机为控制核心，利用键盘设置定时时间和气体检测容量上限，利。