渦輪流量計(jì)積算儀的測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)為低功耗單片微機(jī)系統(tǒng)，整臺(tái)儀表采用電池或直流電源供電，降低電路功耗是本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的首要核心問題。低功耗單片微機(jī)系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)以低功耗為主要指標(biāo)，除了選用各種低功耗的器件和芯片外，還在滿足速度等指標(biāo)的前提下，進(jìn)行降低功耗的硬件電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，以使單片微機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的功耗***小。 

1、積算儀系統(tǒng)硬件電路構(gòu)成：
  渦輪流量計(jì)硬件電路圖主要由以下五個(gè)部分組成：電源電路、信號(hào)處理及 CPU電路、顯示電路、鍵盤電路、比較電路。其整體硬件電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 3-1所示。 

圖3-1 渦輪流量計(jì)積算儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 
  測(cè)量系統(tǒng)工作流程如下：被測(cè)流體經(jīng)過傳感器，在檢測(cè)線圈中磁通隨之發(fā)生周期性變化，產(chǎn)生的周期性的感應(yīng)電勢(shì)，即電脈沖信號(hào)，被送入以單片機(jī)為中心的信號(hào)處理單元，進(jìn)行計(jì)算、積算、存儲(chǔ)和顯示。整體電路連接參見系統(tǒng)電路原理圖 3-9 所示。 

2、電源電路：
  電源電路的作用主要是給測(cè)量系統(tǒng)供電，本測(cè)量系統(tǒng)的電源由兩個(gè)獨(dú)立電源組成，可以獨(dú)立進(jìn)行工作，互不依賴。并且采用電池供電，電池是純凈電源，能有效降低系統(tǒng)的干擾。電源電路的連接如圖3-2所示。

圖3-2 電源電路圖 

3、比較電路:
  系統(tǒng)采用一個(gè)外部比較電路對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行比較，輸出想要得到的脈沖信號(hào)。 比較器電路選用了LM258單電源運(yùn)算放大器，其管腳配置如圖3-3所示： 
  

圖3-3 LM258DIP8封裝 
選擇LM258主要基于以下考慮：
①  輸入電壓范圍寬；
②  低成本；
③  滿足脈沖比較放大的功能[7]；
比較器電路的連接如圖3-4所示。 

 圖3-4  比較器電路連接圖 
  電路的參考電壓接比較器的同相端，脈沖信號(hào)接比較器的反相端，當(dāng)脈沖信號(hào)電壓大于參考電壓時(shí)，輸出飽和高電壓；當(dāng)脈沖信號(hào)電壓小于參考電壓時(shí)，比較器輸出端截止，輸出低電平。 

4、信號(hào)處理及 CPU:
  傳感器輸出的脈沖信號(hào)，送至信號(hào)處理即 CPU 系統(tǒng)，進(jìn)行計(jì)數(shù)、計(jì)算、累積。單片機(jī)是信號(hào)處理電路的核心，是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，在整個(gè)硬件電路中起著舉足輕重的作用。 
它的主要功能包括：
  對(duì)傳感器的輸出脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)；
  人機(jī)交互；
  流量積算；
  LCD 顯示控制；
  數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。 

  圖3-5 管腳配置圖 

 圖3-6 P89LPC922的內(nèi)部功能模塊圖 

4.1、LPC900 FLASH 單片機(jī)介紹：
   LPC900 FLASH 單片機(jī)，是 PHILIPS 公司推出的一款高性能、微功耗 51 內(nèi)核單片機(jī)，主要集成了字節(jié)方式的 IC 總線、SPI 總線、增強(qiáng)型 UART 接口、比較器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、EPROM、AD/DA 轉(zhuǎn)換器、ISP/IAP 在線編程和應(yīng)用中編程等一系列有特色的功能部件。LPC900 系列單片機(jī)提供從 8 腳 DIP 到 28 腳的 PLCC 等豐富的封裝形式，可以滿足各種對(duì)成本、線路板空間有限制而又要求高性能、高可靠性的應(yīng)用。且其具有高速率（6 倍于普通 51 單片機(jī)），低功耗（完全掉電模式功耗低于 1u A），高穩(wěn)定性，小封裝，多功能（內(nèi)嵌眾多流行的功能模塊），多選擇等特點(diǎn)（該系列有多款不同封裝，不同價(jià)位，不同功能的型號(hào)供用戶選擇）。  
   適合于許多要求高集成度、低成本的場(chǎng)合。可以滿足多方面的性能要求。P89LPC920/921/922/9221 采用了高性能的處理器結(jié)構(gòu)，指令執(zhí)行時(shí)間只需 2 到 4個(gè)時(shí)鐘周期。P89LPC920/921/922/9221 集成了許多系統(tǒng)級(jí)的功能，這樣可大大減少元件的數(shù)目和電路板面積并降低系統(tǒng)的成本[8]。 

4.2、P89LPC922  型號(hào)的選擇：
  選擇P89LPC922主要是基于以下考慮：

2.  速度快。 P89LPC920/921/922采用增強(qiáng)型80C51 CPU，其運(yùn)行速度是標(biāo)準(zhǔn)80C51的6倍。一個(gè)機(jī)器周期由2個(gè)CPU時(shí)鐘周期組成，大多數(shù)指令執(zhí)行時(shí)間為1到2個(gè)機(jī)器周期。當(dāng)操作頻率為18MHz時(shí)，除乘法和除法指令外，高速80C51 CPU的指令執(zhí)行時(shí)間為111～222ns。同一時(shí)鐘頻率下，其速度為標(biāo)準(zhǔn)80C51器件的6倍。只需要較低的時(shí)鐘頻率即可達(dá)到同樣的性能，這樣無疑又降低了功耗和EMI。 
3.  鍵盤中斷。 P89LPC922芯片的I/O口具有鍵盤中斷功能，該功能主要用于當(dāng)P0口等于或不等于特定的模式時(shí)產(chǎn)生一個(gè)中斷。該功能還可用于總線地址識(shí)別或?qū)︽I盤的識(shí)別。用戶可通過SFR將端口配置為不同的用途。
4.  脈沖檢測(cè)計(jì)數(shù)。 P89LPC920/921/922/9221有2個(gè)模擬比較器，輸入和輸出選項(xiàng)允許將比較器配置成為不同模式。當(dāng)正向輸入（二個(gè)可選擇腳之一）電壓大于反向輸入時(shí)（可選擇外部管腳輸入或內(nèi)部參考電壓），輸出信號(hào)為“1” （可從寄存器讀出和/或輸出到管腳），反之則輸出為“0”。每個(gè)比較器都可配置為當(dāng)輸出發(fā)生改變時(shí)產(chǎn)生中斷，其較低工作電壓為VDD=2.4V。本測(cè)量系統(tǒng)采用外部參考電壓，利用比較器的功能，記錄來自傳感器的脈沖信號(hào)個(gè)數(shù)，以此來計(jì)算流體的流量值。
5.  流量累計(jì)及定時(shí)顯示。 P89LPC920/921/922/9221具有一個(gè)簡單的實(shí)時(shí)時(shí)鐘。它允許用戶在器件其它部分掉電時(shí)能夠繼續(xù)運(yùn)行一個(gè)的定時(shí)器。實(shí)時(shí)時(shí)鐘可以作為一個(gè)中斷或一個(gè)喚醒源。實(shí)時(shí)時(shí)鐘可用作1個(gè)由7位預(yù)分頻器組成的23位倒計(jì)數(shù)器或1個(gè)可裝載的16位倒計(jì)數(shù)器。當(dāng)定時(shí)時(shí)鐘變?yōu)?后，計(jì)數(shù)器被重裝載，并設(shè)置RTCF標(biāo)志。該定時(shí)器的時(shí)鐘源可以是CPU時(shí)鐘（CCLK）或者XTAL振蕩器（前提是XTAL振蕩器不作為CPU的時(shí)鐘源）。如果XTAL振蕩器作為CPU時(shí)鐘源，

  綜上所述，可以看出P89LPC922單片機(jī)滿足了本測(cè)量系統(tǒng)低功耗、高速度、高性能的要求，適合用作渦輪流量計(jì)積算儀系統(tǒng)的CPU。另外。P89LPC920/921/922集成了許多系統(tǒng)級(jí)的功能，這樣可大大減少元件的數(shù)目和電路板面積并降低系統(tǒng)的成本。 

5、LCD 選擇：
  顯示模塊是人機(jī)接口的一個(gè)重要組成部分，友好的顯示界面能夠方便操作者的讀數(shù)和進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。其接線圖見圖3-9系統(tǒng)原理圖。
  本測(cè)量系統(tǒng)的顯示模塊選用了長沙太陽人電子有限公司的微功耗SMS0501C液晶顯示模塊，其主要顯示參數(shù)如下： 

顯示容量：5位數(shù)字+2組漢字 模塊工作電壓：2.7～5.5V      工作電流：20u A（3.0），

100u A（5.0V）          字高：12.0mm          視角：12：00      顯示方式：反射式正顯示      接口方式：二線式串行接口 環(huán)境相對(duì)濕度：<85%      工作溫度：-10～+50攝氏度     存儲(chǔ)溫度：-20～+60攝氏度
 

  在本測(cè)量儀表中，我們采用4個(gè)按鍵來對(duì)儀表進(jìn)行數(shù)據(jù)及命令的輸入，其接口電路如圖3-8所示，電路中，S1（OK）表示確認(rèn)鍵，它用于確認(rèn)已完成的設(shè)置；S2（CH）表示改變鍵，改變參數(shù)設(shè)置或功能顯示；S3（RT）表示右移鍵，它使設(shè)置位產(chǎn)生“從左到右”的位移循環(huán)變化；S4（PB）表示返回鍵。鍵盤的作用主要用于參數(shù)設(shè)定、功能切換、控制流量顯示。其優(yōu)點(diǎn)是：操作簡單、直觀；鍵盤是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)智能化的關(guān)鍵。 

  由電路所示，單片機(jī)的P0.0，P0.1，P0.2及P0.3，4個(gè)I/O口用來作為按鍵輸入接口，每個(gè)按鍵各接一個(gè)1M的上拉電阻并起著限流作用，保證按鍵按下時(shí)電流僅為1u A。當(dāng)某個(gè)按鍵按下時(shí)，對(duì)應(yīng)端口為低電平，反之則為高電平。軟件可以直接讀取該端口狀態(tài)值，從而對(duì)按鍵作出相應(yīng)的判斷。