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正文內(nèi)容

co測試儀軟件設(shè)計(編輯修改稿)

2024-10-08 08:44 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 的主要工作就是軟件的設(shè)計, 在了解電路設(shè)計原理后,根據(jù)原理和目的畫出 程序 流程圖, 用匯編語言進(jìn)行編程,如 A/D轉(zhuǎn)換程序,報警程 序,顯示程序及所用到的進(jìn)制轉(zhuǎn)換程序,即十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制。 系統(tǒng)工作時,首先進(jìn)行初始化等準(zhǔn)備工作。然后進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,經(jīng)過硬件的放大濾波處理后,送至單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。單片機(jī)根據(jù)輸入的信號進(jìn)行濃度計算,最后得到濃度值。系統(tǒng)軟件采取模塊化結(jié)構(gòu),主程序分別調(diào)用初始化程序, A/D 采樣程序, LED 顯示程序(聲光報警和外圍控制程序),結(jié)果存儲程序等,來完成整個傳感器輸出信號的智能量化過程。 設(shè)計中用到了 keil 編譯軟件,其作用是對編寫好的程序進(jìn)行編譯,產(chǎn)生 HEX 文件,此格式的文件可以用于 proteus 環(huán)境中的仿真。 主要算法 初步考慮的算法 溫度補(bǔ)償方法 : CO 電化學(xué)傳感器在其量程內(nèi)輸出為線性,所以在其工作溫度范圍內(nèi)選取 2 個不同溫度,每個溫度下測量 2 個數(shù)據(jù),就可以對輸入輸出特性進(jìn)行標(biāo)定。 表 21 標(biāo)定數(shù)據(jù) CO體積分?jǐn)?shù) 電壓 T=T1 電壓 T=T2 P1 u(p1,T1) u(p1,T2) P2 u(p2,T1) u(p2,T2) 建立各個標(biāo)定溫度下輸入輸出特性的一次擬合方程, T1和 T2時多項式方程為 P1=A0 (T1) + A1 (T1).u (1) P2= A0 (T2) + A1 (T2).u 畢業(yè)設(shè)計 6 式中: A0(Ti) 為不同工作溫度的零位值, i =1, 2。 A1 (Ti) 為不同工作溫度的靈敏度,i=1, 2。 P1=A0(T1)+A1(T1).u(P1, T1) (2) P2=A0(T1)+A1(T1).u(P2, T1) (3) 解式 (2)、式 (3),求 T= T1 時的系數(shù) A0(T1), A1(T1)。 P1=A0 (T2 ) +A1 (T2).u (P1, T2 ) (4) P2=A0 (T2) +A1 (T2).u (P2, T2) (5) 解式 (4)、式 (5),求 T=T2時的系數(shù) A0(T2), A1(T2)。 系數(shù) A0(T)與溫度的關(guān)系可以用式 (6)表示: A0 (T) =a0+a1T (6) 將 A0(T1), T1和 A0(T2),T2帶人式 (6),得到式 (7),式 (8) A0(T1)=a0+a1. T1 (7) A0(T2)=a0+a1. T2 (8) 解方程得到 a0, a1。 系數(shù) A1(T)與溫度的關(guān)系可以用式 (9)表示: A1 (T) =b0+ (9) 將 A1(T1), T1和 A1(T2), T2帶人式 (9),得到式 (10)、式 (11) A1 (T1) =b0+b1T 1 (10) A1 (T2) =b0+b1T 2 (11) 解方程得到 b0, b1。 確定了系數(shù) a0, a1, b0, b1后,可以確定溫度系數(shù) A0(T), A1(T),這樣就可以根據(jù)測 量的電壓值求出當(dāng)前溫度下的 CO體積分?jǐn)?shù)值 [4]。 實際應(yīng)用的算法 線性法 : 由于條件所限我們忽略了溫度等因素對 CO濃度的影響,并且溫度補(bǔ)償方法比較復(fù)雜,軟件編程及硬件電路都不易實現(xiàn),因此我將采取一種比較簡單且易于軟硬件實現(xiàn)的方法來完成設(shè)計,即線性法 [5]。 CO氣體電化學(xué)傳感器輸出為線性電流信號,電壓和 CO氣體體積分?jǐn)?shù)為線性關(guān)系: P=K u。 式中: P為 CO體積分?jǐn)?shù),單位為 ppm; K為比例系數(shù), K值約為 2; u為電壓值,單位為 mV。 為便于實現(xiàn)仿真,我將 K值取作 2,即令 K=2。 畢業(yè)設(shè)計 7 第 3 章 軟件 設(shè)計 主程序設(shè)計 主程序是軟件的主體框架,它的主要任務(wù)是首先完成系統(tǒng)初始化,然后循環(huán)判斷各個標(biāo)志,一旦滿足條件就進(jìn)入相應(yīng)的子功能模塊中,當(dāng)處理完后再返回到主循環(huán)中。CO 檢測的主程序流程如下圖所示。為了便于調(diào)試、連接和擴(kuò)展,采用模塊化程序設(shè)計技術(shù),模塊間任務(wù)劃分明確、耦合清晰,避免了重復(fù)設(shè)計,彼此間具有相對的獨立性。系統(tǒng)上電后,首先對單片機(jī)自身初始化,包括設(shè)置堆棧指針、中斷禁止及優(yōu)先級的決定、設(shè)置各個定時器 /計數(shù)器的工作方式等,然后對 A/D 初始化。 A/D 初始化后系統(tǒng)開始工作,首先采樣 CO 濃度并顯示, 超過安全值報警。 超標(biāo)準(zhǔn) ? 開始 初始化 開啟 A/D 等待中斷 轉(zhuǎn)換完成 數(shù)據(jù)處理 聲光報警 Y 結(jié)果存儲 顯示 N 圖 31 主程序流程圖 畢業(yè)設(shè)計 8 單片機(jī)初始化程序 : ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H 。 外部中斷 0 地址入口 AJMP INTDATA ORG 000BH 。 定時器 0 的中斷向量地址 AJMP TINT0 ORG 0100H MAIN: MOV SP,70H 。 把堆棧起始地址設(shè)在 70H MOV TMOD,11H 。 設(shè) T0、 T1 為 16 位定時器 MOV TH0,0FFH MOV TL0,0F7H 。T0 定時器初值 提供大約 250K HZ 的頻率給 ADC0809 的 CLOCK SETB TR0 。 開啟 T0 定時器 SETB ET0 。 允許 T0 中斷 A/D 轉(zhuǎn)換程序的設(shè)計 ADC0809 簡介 ADC0809 是采樣頻率為 8 位的、以逐次逼近原理進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。其內(nèi)部有一個 8 通道多路開關(guān),它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號,只選通 8 個單段 模擬輸入信號中的一個進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換 [6]。 : (1)8 路 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換 器,即分辨率 8 位。 (2)具有轉(zhuǎn)換起停控制端。 (3)轉(zhuǎn)換時間為 100μs。 (4)單個+ 5V電源供電。 (5)模擬輸入電壓范圍 0~+ 5V,不需零點和滿刻度校準(zhǔn)。 (6)工作溫度范圍為 40~+ 85℃ 。 (7)低功耗,約 15mW。 : ADC0809 是 CMOS 單片型逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器,它由 8 路模擬開關(guān)、地址鎖畢業(yè)設(shè)計 9 存與譯碼器、比較器、 8 位開關(guān)樹型 A/D 轉(zhuǎn)換器、逐次逼近 。 (引腳功能 ): ADC0809 芯片有 28 條引腳,采用雙列直插式封裝。下面說明各引腳功能。 IN0~ IN7: 8 路模擬量輸入端。 OUT1~ OUT7: 8 位數(shù)字量輸出端。 ADDA、 ADDB、 ADDC: 3 位地址輸入線,用于選通 8 路模擬輸入中的一路。 ALE:地址鎖存允許信號,輸入,高電平有效。 START: A/D 轉(zhuǎn)換啟動信號,輸入,高電平有效。 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 )。 OE:數(shù)據(jù)輸出允許信號,輸入,高電平有效。當(dāng) A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時,此端輸入一個高電平,才能打開輸出三態(tài)門,輸出數(shù)字量。 CLK:時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率范圍是 101280kHz。 REF(+)、 REF():基準(zhǔn)電壓。 Vcc:電源,單一+ 5V。 GND:地。 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中。此地址經(jīng)譯碼選通 8 路模擬輸入之一到比較器。 START 上升沿將清除內(nèi)部寄存器。下降沿啟動 A/D 轉(zhuǎn)換,之后 EOC 輸出信號變低,指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到A/D 轉(zhuǎn)換完成, EOC 變?yōu)楦唠娖?,指?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。當(dāng) OE 輸入高電平時,輸出三態(tài)門打開,轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線 上 [7]。 A/D 轉(zhuǎn)換子程序 SETB EA 。開啟總中斷 CLR F0 。清 F0 MOV DPTR,6FF8H MOVX @DPTR,A 。啟動 AD SETB IT0 。設(shè)為下降沿有效 SETB EX0 。開外中斷 0 允許 CLR SETB SETB 。報警電路復(fù)位 畢業(yè)設(shè)計 10 LOOP: JNB F0,LOOP 。等待 AD 轉(zhuǎn)換結(jié)束,電壓值的十 六進(jìn)制數(shù)讀到 40H 里面 A/D 轉(zhuǎn)換程序流程圖 在啟動 A/D轉(zhuǎn)換時,由寫信號 /WR和 ADC0809的地址鎖存和轉(zhuǎn)換啟動 。在讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果時,由讀信號 /RD和 ADC0809的 OE信號。令 =0, A0、A A2給出被選擇的模擬通道的地址,令 A0A1A2=000,這時的 ADC0809的地址是6FF8H,且指向通道 0( IN0)。 開始 初始化 開啟總中斷 啟動 AD 開外中斷 0 循環(huán)等待 AD 轉(zhuǎn)換完成 數(shù)據(jù)輸出 圖 32 A/D轉(zhuǎn)換子程序流程圖 N Y 畢業(yè)設(shè)計 11 報警子程序 程序流程圖 : 報警程序 : ALARM: MOV A,40H 。當(dāng) 40H 里面的電壓值大于 53H 某個數(shù)時報警 SUBB A,53H JC OUT1 開始 40H 里的值賦給 A A大于 53H 里的值 清零 A大于 54H 里的值 清零 A大于 55H 里的值 置 返回 圖 33 報警子程序流程圖 N N N Y Y Y 畢業(yè)設(shè)計 12 CLR MOV A,40H 。當(dāng) 40H 里面的電壓值大于 54H 某個數(shù)時報警 SUBB A,54H JC OUT1 CLR MOV A,40H 。當(dāng) 40H 里面的電壓值大于 55H 某個數(shù)時報警 SUBB A,55H JC OUT1 SETB OUT1: RET 顯示程 序設(shè)計 在單片機(jī)系統(tǒng)中,通常用 LED 數(shù)碼顯示器來顯示各種數(shù)字或符號。由于它具有顯示清晰、亮度高、使用電壓低、壽命長的特點,因此使用非常廣泛。 LED 顯示是用發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件,也可稱為數(shù)碼管,其外形結(jié)構(gòu)如圖所示,由圖可見它由 8 個發(fā)光二極管構(gòu)成,通過不同的組合可用來顯示 0~ A~F 及小數(shù)點。 圖 34 “8” 字型數(shù)碼管 畢業(yè)設(shè)計 13 圖 35 共陰極數(shù)碼管與共陽極數(shù)碼管 LED 顯示器分為共陰極 和共陽極,共陰極是將 8 個發(fā)光二極管陰極連接在一起作為公共端,而共陽極是將 8 個發(fā)光二極管的陽極連接在一起作為公共端。我們這次就是采用的共陽極 LED,所以這里要介紹共陽極數(shù)碼管。 LED 顯示器有靜態(tài)和動態(tài)顯示兩種方式,靜態(tài)顯示是將共陰極聯(lián)到一起接地,每位的顯示段( adp)分別與一個 8 位的鎖存器輸出相連。由于顯示的各位可以相互獨立,各位可以互相顯示,只要在該位的段選線上保持段選碼電平,該位就能保持相應(yīng)的顯示字符。并且由于各位由一個 8 位鎖存器控制段選線,故在同一時間內(nèi)每一位顯示的字符可以不同,這種方式占用鎖存器較多 。動態(tài)顯示是將所有位的段選線相應(yīng)的并聯(lián)在一起,由一個 8 位的 I/O口控制,形成段選線的多路復(fù)用。而各位的陰極分別由相應(yīng)的 I/O 口控制,實現(xiàn)各位的分時選通。要 LED 能夠顯示相應(yīng)的字符,就必須采用動態(tài)掃描方式,只要每位顯示的時間足夠短,則可造成多位同時顯示的假象,達(dá)成顯示的目的。在數(shù)字電路中常常要把數(shù)據(jù)或運(yùn)算結(jié)果通過半導(dǎo)體數(shù)碼管、液晶數(shù)碼和熒光數(shù)碼管,用十進(jìn)制數(shù)顯示出來。 發(fā)光二極管的工作電壓為 ,工作電流為幾毫安到幾十毫安,壽命很
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