【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的主要工作就是軟件的設(shè)計(jì)， 在了解電路設(shè)計(jì)原理后，根據(jù)原理和目的畫出 程序 流程圖， 用匯編語(yǔ)言進(jìn)行編程，如 A/D轉(zhuǎn)換程序，報(bào)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(shí)，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(guò)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(hào)進(jìn)行濃度計(jì)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(bào)警和外圍控制程序），結(jié)果存儲(chǔ)程序等，來(lái)完成整個(gè)傳感器輸出信號(hào)的智能量化過(guò)程。 設(shè)計(jì)中用到了 keil 編譯軟件，其作用是對(duì)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(gè)不同溫度，每個(gè)溫度下測(cè)量 2 個(gè)數(shù)據(jù)，就可以對(duì)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(gè)標(biāo)定溫度下輸入輸出特性的一次擬合方程， T1和 T2時(shí)多項(xiàng)式方程為 P1=A0 (T1) + A1 (T1).u (1) P2= A0 (T2) + A1 (T2).u 畢業(yè)設(shè)計(jì) 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(shí)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(shí)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(cè) 量的電壓值求出當(dāng)前溫度下的 CO體積分?jǐn)?shù)值 [4]。 實(shí)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(duì) 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(shí)現(xiàn)，因此我將采取一種比較簡(jiǎn)單且易于軟硬件實(shí)現(xiàn)的方法來(lái)完成設(shè)計(jì)，即線性法 [5]。 CO氣體電化學(xué)傳感器輸出為線性電流信號(hào)，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(shí)現(xiàn)仿真，我將 K值取作 2，即令 K=2。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 第 3 章 軟件 設(shè)計(jì) 主程序設(shè)計(jì) 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(gè)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(cè)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(jì)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(jì)，彼此間具有相對(duì)的獨(dú)立性。系統(tǒng)上電后，首先對(duì)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(jí)的決定、設(shè)置各個(gè)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器的工作方式等，然后對(duì) A/D 初始化。 A/D 初始化后系統(tǒng)開(kāi)始工作，首先采樣 CO 濃度并顯示， 超過(guò)安全值報(bào)警。 超標(biāo)準(zhǔn) ? 開(kāi)始 初始化 開(kāi)啟 A/D 等待中斷 轉(zhuǎn)換完成 數(shù)據(jù)處理 聲光報(bào)警 Y 結(jié)果存儲(chǔ) 顯示 N 圖 31 主程序流程圖 畢業(yè)設(shè)計(jì) 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(shí)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(shí)器 MOV TH0,0FFH MOV TL0,0F7H 。T0 定時(shí)器初值 提供大約 250K HZ 的頻率給 ADC0809 的 CLOCK SETB TR0 。 開(kāi)啟 T0 定時(shí)器 SETB ET0 。 允許 T0 中斷 A/D 轉(zhuǎn)換程序的設(shè)計(jì) ADC0809 簡(jiǎn)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(gè) 8 通道多路開(kāi)關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通 8 個(gè)單段 模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)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?？刂贫?。 (3)轉(zhuǎn)換時(shí)間為 100μs。 (4)單個(gè)＋ 5V電源供電。 (5)模擬輸入電壓范圍 0～＋ 5V，不需零點(diǎn)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(kāi)關(guān)、地址鎖畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 存與譯碼器、比較器、 8 位開(kāi)關(guān)樹(shù)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(shuō)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(hào)，輸入，高電平有效。 START： A/D 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，輸入，高電平有效。 EOC： A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，當(dāng) A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)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(hào)，輸入，高電平有效。當(dāng) A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開(kāi)輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。 CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)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(guò)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(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換，之后 EOC 輸出信號(hào)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(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。當(dāng) OE 輸入高電平時(shí)，輸出三態(tài)門打開(kāi)，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(kāi)啟總中斷 CLR F0 。清 F0 MOV DPTR,6FF8H MOVX @DPTR,A 。啟動(dòng) AD SETB IT0 。設(shè)為下降沿有效 SETB EX0 。開(kāi)外中斷 0 允許 CLR SETB SETB 。報(bào)警電路復(fù)位 畢業(yè)設(shè)計(jì) 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(dòng) A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，由寫信號(hào) /WR和 ADC0809的地址鎖存和轉(zhuǎn)換啟動(dòng) 。在讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果時(shí)，由讀信號(hào) /RD和 ADC0809的 OE信號(hào)。令 =0， A0、A A2給出被選擇的模擬通道的地址，令 A0A1A2=000，這時(shí)的 ADC0809的地址是6FF8H，且指向通道 0（ IN0）。 開(kāi)始 初始化 開(kāi)啟總中斷 啟動(dòng) AD 開(kāi)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(jì) 11 報(bào)警子程序 程序流程圖 : 報(bào)警程序 : ALARM: MOV A,40H 。當(dāng) 40H 里面的電壓值大于 53H 某個(gè)數(shù)時(shí)報(bào)警 SUBB A,53H JC OUT1 開(kāi)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(bào)警子程序流程圖 N N N Y Y Y 畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 CLR MOV A,40H 。當(dāng) 40H 里面的電壓值大于 54H 某個(gè)數(shù)時(shí)報(bào)警 SUBB A,54H JC OUT1 CLR MOV A,40H 。當(dāng) 40H 里面的電壓值大于 55H 某個(gè)數(shù)時(shí)報(bào)警 SUBB A,55H JC OUT1 SETB OUT1: RET 顯示程 序設(shè)計(jì) 在單片機(jī)系統(tǒng)中，通常用 LED 數(shù)碼顯示器來(lái)顯示各種數(shù)字或符號(hào)。由于它具有顯示清晰、亮度高、使用電壓低、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，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(jiàn)它由 8 個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成，通過(guò)不同的組合可用來(lái)顯示 0～ A～F 及小數(shù)點(diǎn)。 圖 34 “8” 字型數(shù)碼管 畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 圖 35 共陰極數(shù)碼管與共陽(yáng)極數(shù)碼管 LED 顯示器分為共陰極 和共陽(yáng)極，共陰極是將 8 個(gè)發(fā)光二極管陰極連接在一起作為公共端，而共陽(yáng)極是將 8 個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極連接在一起作為公共端。我們這次就是采用的共陽(yáng)極 LED，所以這里要介紹共陽(yáng)極數(shù)碼管。 LED 顯示器有靜態(tài)和動(dòng)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(gè) 8 位的鎖存器輸出相連。由于顯示的各位可以相互獨(dú)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(gè) 8 位鎖存器控制段選線，故在同一時(shí)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(dòng)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(gè) 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(shí)現(xiàn)各位的分時(shí)選通。要 LED 能夠顯示相應(yīng)的字符，就必須采用動(dòng)態(tài)掃描方式，只要每位顯示的時(shí)間足夠短，則可造成多位同時(shí)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(guò)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(lái)。 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