【正文】 存器 74LS164串行數(shù)據(jù)輸入端與前一位的并行輸出最高位相連，第一位移位寄存器的數(shù)據(jù)輸入端與單片機的數(shù)據(jù)輸出端 連接。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 圖 15 整體電路圖畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 3 軟件編程 開發(fā)環(huán)境 選用的開發(fā)平臺為 MedWin 單片機集成開發(fā)環(huán)境，只需在 PC 機上安裝 MedWin 軟件，然后在 MedWin 軟件代碼編輯器編輯程序代碼，經(jīng)匯編，修改，產(chǎn)生代碼，形成輸入輸出口實驗十六進制 .HEX 文件。 本設(shè)計軟件編程部分選用匯編語言來寫程序代碼。利用 單片機豐富的 I/O 口可以采用查詢方式來檢測模數(shù)轉(zhuǎn)換是否結(jié)束，當(dāng)單片機引腳 為 1 時轉(zhuǎn)換未結(jié)束等待，當(dāng)查詢到 為 0 時表示模數(shù)轉(zhuǎn)換已經(jīng)結(jié)束，可以開始讀取數(shù)據(jù)了。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 圖 16 程序流程圖 單片機選擇 A/D通道地址 單片機 置位并啟動 A/D 測試 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束？ =1? 數(shù)碼管顯示 N Y 單片機初始化 開始 單片機讀取數(shù)據(jù)并作處理 畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 程序代碼編寫 系統(tǒng)電源線 接通或者系統(tǒng)復(fù)位后，程序從主程序入口進入運行。 START:MOV R7,60H MOV R0,20H CLR A LOOP:MOV R0,A INC R0 DJNZ R7,LOOP 初始化程序從數(shù)據(jù)存儲器地址為 20H 單元開始，到 80H 單元全部清零。因為單片機高 8 位地址位的 位與單片機的WR 位經(jīng)或非后與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的 START 和 ALE 用導(dǎo)線連接。該位通過一個反相器與單片機引腳 相連，因為啟動模數(shù)轉(zhuǎn)換之前 位被置位，所以當(dāng)查詢到 位為 0 時即表示模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)束。而在處理過程中對于有些數(shù)據(jù)的處理，可能畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 要碰到雙字節(jié)相除的情況。思路明確后，實際電壓值轉(zhuǎn)換部分程序可以寫出來。根據(jù)酒精 濃度與電壓的線性映射關(guān)系，如表 3 所示，可以寫出該部分的程序代碼 MOV B,100 MVL AB MOV R6,A MOV R7,B MOV R5,0 MOV R4,51 ACALL DIV16 畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 MOV 70H,R6 MOV 71H,R7 MOV A,71H JNZ L5 L1:MOV 72H,75 CLR C MOV A,70H SUBB A,72H JNC L2 ACALL PP0 AJMP PP L2:MOV 72H,145 CLR C MOV A,70H SUBB A,72H JNC L3 ACALL PP1 AJMP PP L3:MOV 72H,173 CLR C MOV A,70H SUBB A,72H JNC L4 ACALL PP2 AJMP PP L4:MOV 72H,233 CLR C MOV A,70H SUBB A,72H JNC L5 ACALL PP3 AJMP PP L5:MOV 72H,18 CLR C MOV A,70H SUBB A,72H 畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 JNC L6 ACALL PP4 AJMP PP L6:MOV 72H,64 CLR C MOV A,70H SUBB A,72H JNC L7 ACALL PP5 AJMP PP L7:MOV 72H,105 CLR C MOV A,70H SUBB A,72H JNC L8 ACALL PP6 AJMP PP L8:ACALL PP7 AJMP PP 從讀取到的電壓值得到酒精濃度值后，還要把該值轉(zhuǎn)換為 3 位 10 進制 BCD 碼，存儲到特定的存儲單元以供數(shù)碼管顯示數(shù)值。于是可以寫出顯示部分的程序代碼。對于被除數(shù)的移動，最簡單的辦法是把被除數(shù)向余數(shù)單元左移，把被除數(shù)左移后空出的低位存放商數(shù)，當(dāng)除法完成后，被除數(shù)已全部移動到余數(shù)單元并逐次被減而得到余數(shù)，而被除數(shù)單元中內(nèi)容已成為商 數(shù)。畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 4 電路調(diào)試與測試結(jié)果 電路調(diào)試 根據(jù)各個模塊功能的設(shè)計和繪制的整體電路圖，找到各功能模塊的連接點。打開打開 Microcontrmller ISP Software 軟件，在菜單 options選項中選擇 select device，在彈出的窗口中選擇器件 AT89S51，并選 Byte Mode 點擊 OK。用萬用表測量采樣點的電壓值，看用萬用表測得的電壓值與數(shù)碼管上顯示數(shù)據(jù)是否一致。然后，再把電位器阻值從 0 開始逐漸調(diào)大，在每過一個 電壓后觀察相應(yīng)發(fā)光二極管點亮，說明發(fā)光二極管顯示部分電路連接正確。 如圖 17 所示，硬件電路中發(fā)光二極管顯示和 3 位數(shù)碼管顯示都正確后，表明所連接的硬件電路已經(jīng)調(diào)試成功。之前顯示的是酒精濃度值與電壓的對應(yīng)關(guān)系，所以要顯示酒精濃度值，需要找到電壓與濃度之間的關(guān)系，然后才能建立酒精濃度值與顯示的映射關(guān)系。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 圖 17 濃度與電壓關(guān)系曲線圖 表 3 樣品對應(yīng)電壓值 樣品濃度 C(mL/mL) C1 C2 C3 C4 C 在酒精氣體濃度的每個小區(qū)間內(nèi)，將電壓值與數(shù)碼管顯示值之間的關(guān)系當(dāng)作線性處理，即每段小區(qū)間對應(yīng)著一個線性映射關(guān)系，如表 4 所示。準(zhǔn)備多個不同濃度的酒精氣體樣品，從小到大，依次用氣敏傳感器檢測，記錄對應(yīng)的電壓值，記錄樣品的濃度和電壓值之間的關(guān)系，如圖 17 所示。圖 17所示是測量其中一個樣品溶液時顯示的數(shù)值。準(zhǔn)備好若干個不同濃度的酒精氣體樣品，檢測氣體傳感器是否能正常工作。調(diào)節(jié)電位器，觀察數(shù)碼管數(shù)據(jù)顯示的變化，同樣用萬用表測量電壓值作比較。 電路連接好，并將調(diào)試程序代碼（注釋電壓到酒精濃度轉(zhuǎn)換關(guān)系代碼）燒寫到 AT89S51單片機上后，接上 +5V 電源開始調(diào)試。電路的連接順序是，先連接好各個模塊，在調(diào)試檢查正確的前提下再把各個模塊連接起來。 DIV16:MOV R5,0 MOV R4,51 MOV R3,0 MOV R2,0 畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 MOV R1,16 LP1:CLR C MOV A,R6 RLC A MOV R6,A MOV A,R7 RLC A MOV R7,A MOV A,R2 RLC A MOV R2,A MOV A,R3 RLC A MOV R3,A MOV A,R2 CLR C SUBB A,R4 JC NEXT MOV R0,A MOV A,R3 SUBB A,R5 JC NEXT INC R6 MOV R3,A MOV A,R0 MOV R2,A NEXT:DJNZ R1,LP1 RET 根據(jù)程序流程圖和各個子程序的編寫可以得到整個設(shè)計的總程序代碼，見附錄。對于多字節(jié)無符號數(shù)的除法，可以依照移位相減的基本方法來進行。根 據(jù) 7 段數(shù)碼管的字型碼如表 2 所示和移位寄存器 74LS164的邏輯功能，將對應(yīng)的共陰極字型碼放在一個表格中，然后通過查表的方式找到要顯示的數(shù)字送移位寄存器驅(qū)動數(shù)碼管顯示。 模數(shù)轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字電壓量被單片機讀取后還要作一定的數(shù)據(jù)處理，其中包括把電壓值轉(zhuǎn)換為與之相對應(yīng)的酒精濃度值，根據(jù)總體設(shè)計思路，對電壓值都近似作對應(yīng)區(qū)間的線性轉(zhuǎn)換。如果所有位都當(dāng)單字節(jié)除法來運算的話，對于有些要作雙字節(jié)除法的位上的數(shù)字則無法顯示，而能是顯示 0。根據(jù)這思路可以寫出模數(shù)轉(zhuǎn)換的子程序代碼。模數(shù)轉(zhuǎn)換需要一定的時間，這時可以開始對轉(zhuǎn)換是否結(jié)束進行不斷的查詢。 對模擬電壓信號的數(shù)字轉(zhuǎn)換由模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 ADC0809加單片機 AT89S51控制來完成。當(dāng)然，在程序運行的過程當(dāng)中，還要用到工作寄存器，因為工作寄存器都是臨時存儲數(shù)據(jù)，不需要保存作為以后處理要用到的數(shù)據(jù)，所以工作寄存器的初始化這部分可以省去。讀取后的數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)存儲器單元中，經(jīng)過單片機作相應(yīng)的處理，即要將該電壓值轉(zhuǎn)換為酒精濃度值，然后處理后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成三位十進制 BCD 碼用數(shù)碼管顯示。因為 ADC0809 的模擬輸入端 IN0 與負(fù)載電阻的一端用導(dǎo)線連在了一起。初始化器件后，將經(jīng)過編譯生成的 .HEX 十六進制文 件下載到單片機。因為每位數(shù)據(jù)串行輸出先輸出的是低位，所以數(shù)碼管引腳 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、 dg 應(yīng)順序與對應(yīng)位的移位寄存器并行輸出端的 Q Q Q Q Q Q Q Q0 連接。電路連接如圖14 所示。動態(tài)顯示需要時刻對顯示器件進行數(shù)據(jù)刷新，顯示數(shù)據(jù)有閃爍感，占用的 CPU 時間多。把 8 個發(fā)光二極管的陰極連接在一起構(gòu)成共陰極端，接進電路時，共陰極端接地，給要發(fā)光顯示的二 極管的陽極端接高電平可使該發(fā)光二極管導(dǎo)通點亮。改變 7 腳與 8 腳之間電阻的阻值可以調(diào)節(jié)發(fā)光二極管的顯示亮度，當(dāng)阻值增加亮度減弱，反之加強。本系統(tǒng)采用條狀顯示方式，即將引腳 9 和引腳 3 都接到電源的正極。因為與串聯(lián)回路相接的內(nèi)部參考電壓為，所以相鄰分壓端之間的 電壓差為 。地址地址鎖存芯片 74LS373 的輸入端低三位分別與 單片機引腳 － 連接，用于鎖存選擇模數(shù)轉(zhuǎn)換通道的地址。單片機的 ALE 端畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 口接到 D 觸發(fā)器的時鐘信號輸入端 CK， D 觸發(fā)器的反相輸出端與觸發(fā)信號輸入端用導(dǎo)線相 連， D 觸發(fā)器的清零和復(fù)位端為低電平有效，分別接高電平， D 觸發(fā)器的正向輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的 CLK 端子用導(dǎo)線相連接，為模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片提供正常的時鐘信號。 ADC0809 與 AT89S51 單片機的接口電路如圖 10 所示 [11]。地址選通端 ADDA， ADDB， ADDC分別與單片機地址總線的低三位 A0， A1， A2 相連，用于選通 IN0IN7 中的某一通道。 表 1 ADC0809 通道地址 ADDC ADDB ADDA 選通通道 0 0 0 IN0 0 0 1 IN1 0 1 0 IN2 0 1 1 IN3 1 0 0 IN4 1 0 1 IN5 1 1 0 IN6 1 1 1 IN7 ADC0809 芯片內(nèi)部沒有時鐘脈沖源，可以用單片機提供的地址鎖存控制輸入信號 ALE經(jīng) D 觸發(fā)器二分頻后，作為 ADC0809 的時鐘輸入。直到 A/D 轉(zhuǎn)換完成，EOC 變?yōu)楦唠娖剑甘?A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。 ADC0809 的工作過程是：首先輸入 3 位地址，并使 ALE=1，將地址存入地址鎖存器畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 中。要求時鐘頻率不高于 640KHZ。 EOC： A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當(dāng) A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一個高電平 （ 轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。 ADDA、 ADDB、 ADDC： 3 位地址輸入線，用于選通 8 路模擬輸入中的一路。 圖 8 ADC0809 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 ADC0809 芯片有 28 條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖 9 所示。設(shè)計中選用的石英晶體大小為 ,但復(fù)位鍵按下后，電容和電阻選用的參數(shù)值能夠保證給復(fù)位端 RST 提供大于 2 個機器周期的高電平復(fù)位信號 [10]。 對于復(fù)位電路部分， AT89S51 技術(shù)資料給出，當(dāng)振蕩器工作時， RST 引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上的高電平將使單片機復(fù)位。根據(jù)技術(shù)資料的推薦，使用石英晶體推薦電容容量為 30pF177。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器。對于選用的AT89S51 單片機，根據(jù)美國 ATMEL 公司提供的技術(shù)資料，可以對它的 最小系統(tǒng)作恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計，如圖 8 所示 [9]。 ALE 以 1/6 的振蕩頻率固定速率輸出，可作為對外輸出的時鐘或用作外部定時脈沖。在振蕩器工作時，在 RST 上作用兩個機器周期以上的高電平，將器件復(fù)位?？梢则?qū)動 4 個 LSTTL 負(fù)載。使用片外存儲器時，作低八位地址和數(shù)據(jù)分時復(fù)用，能驅(qū)動 8 個LSTTL 上拉電阻。 GND：接地。 根據(jù)實際需要，本次設(shè)計選用的是以 8051 為核心單元 Atmel 公司的低耗 AT89S51 單片機?，F(xiàn)在，單片微機已不僅指單片計算機，還包括微計算機，微處理器，微控制器和嵌入式控制器，單片微機已是它們的俗稱 [8]。負(fù)載電阻要根據(jù) MQ3 實際的技術(shù)參