【導讀】基于美國TI公司的。整體方案，對各個子模塊設(shè)計進行了詳細的方案論證與比較。軟件完成了程序模塊規(guī)劃、主程序模塊和各個子程序模塊的設(shè)。通過USB型MSP430仿真器連接PC機和MSP430嵌入式系統(tǒng)主板，將程。序下載到目標芯片的FLASH中，運行調(diào)試。通過系統(tǒng)軟硬件聯(lián)機調(diào)試，完成了酒精檢。測儀的設(shè)計，并給出了設(shè)計過程中運到的問題的分析與處理結(jié)果。

　　

【正文】 理取 k 1 , x 1 , y 1取 k 2 , x 2 , y 2y = y i + k i ( x x i )YYYNNN...返 回 圖 54 酒精濃度信息線性化 將 MR513 輸入、輸出特性曲線轉(zhuǎn)換為橫坐標為傳感器輸出電壓，縱坐標為酒精氣體濃度值的坐標圖，如圖 55 所示。 西南科技大學本科生畢業(yè)論文 20 0 50 100 150 200 250 300 350 400 45001002003004005006007008009001000輸出電壓（ mV ）濃度（ppm） 圖 55 MR513 靈敏度特性曲線 圖 55 曲線用 MATLAB 軟件實現(xiàn)，圖中將靈敏度曲線分為 4 段，可得到分段點的坐標為： 00( , ) (0,0)xy? ， 11( , ) (263 , 200 )xy ? ， 22( , ) (363 , 400 )xy ? ， 33( , ) (400 , 600 )xy ? ，44( , ) ( 425 ,100 0)xy ? 。 顯示程序設(shè)計 采用 段式 LCD 顯示酒精濃度信息， 在初始化 LCD 時需要設(shè)置控制 LCD 定時發(fā)生器和 R33 的開閉，設(shè)置 LCD 驅(qū)動模式以及 LCD 控制寄存器選擇輸出段或端口信息的組合。 初始化程序流程圖如圖 56 所示。 本設(shè)計采用 4MUX 驅(qū)動方式， S0S15 段顯示，LCD 模塊頻率為 FLCD=ACLK/128。 程 序 入 口選 擇 4 M U X 顯 示 模 式采 用 S 0 S 1 5 段 顯 示選 擇 L C D 模 塊 頻 率L C D M E M 清 零返 回 圖 56 LCD 初始化程序流程圖 在 LCD 顯示 子 程序中，先為需要顯示的內(nèi)容分配存儲空間 ，再設(shè)置顯示的位數(shù)及小數(shù)位的位數(shù)， 然后將每位數(shù)字再液晶上顯示，最后兩位顯示單位 。 LCD 顯示程序流程圖如圖 57 所示。 西南科技大學本科生畢業(yè)論文 21 程 序 入 口返 回分 配 存 儲 空 間延 時s t r l設(shè) 置 顯 示 格 式 ， 將數(shù) 值 拷 貝 到 s t r l 中S t r l 7S r r l = 7將 A S C I I 碼 轉(zhuǎn) 換 為十 進 制 數(shù) 字 顯 示i S t r l顯 示 位 = ‘ . ’ ?顯 示 位 = ‘ . ’YN顯 示 該 位i + +YNYN最 后 兩 位 顯 示 單 位 圖 57 LCD 顯示程序流程圖 小結(jié) 本章介紹了酒精檢測儀的 軟件設(shè)計方法。包括主程序的設(shè)計，系統(tǒng)時鐘的選擇，酒精濃度數(shù)據(jù)的處理以及顯示功能的實現(xiàn)。 西南科技大學本科生畢業(yè)論文 22 第 6 章 酒精檢測儀調(diào)試過程與結(jié)果 系統(tǒng)硬件電路測試與分析 測試儀器 和內(nèi)容 （ 1）在系統(tǒng)的硬件電路的測試過程中主要使用的測試儀器有： UT30D 數(shù)字萬用表 ，TDS1002 數(shù)字示波器 ， DF1641B1 函數(shù)發(fā)生器。 （ 2）系統(tǒng)硬件電路的測試主要包括以下幾個方面： PCB 板的原理檢查和電氣檢測 ， 單片機小系統(tǒng)各個子模塊的測試 ， JTAG 接口的測試 ， 信號 調(diào)理 模塊， 顯示模塊的調(diào)試 。 系統(tǒng)硬件電路測試分析 （ 1） PCB 板的原理檢查和電氣檢測： 在焊接元器件之前 一定要仔細檢查 PCB 板 ，檢查板子在設(shè)計上有無原理錯誤和短路、開路之類的電氣問題。 原理錯誤的檢查主要查看 PCB 上的連線是否與原理圖相符 ， 通過檢查發(fā)現(xiàn) 單片機上一個連接 LCD 的 引腳未接通，滑動變阻器的三個引腳上連線有錯誤 。 于是 通過飛線來修正這些錯誤。 然后檢查電氣問題，此過程使用萬用表的通路檢測檔來檢查相關(guān)的點是否連通 。 （ 2） 單片機小系統(tǒng)各個子模塊的測試 ： 首先測試電源電路，在 測試 無誤后再將主芯片焊上 ， 避免主芯片被燒壞； 其次 測試 單片機小系統(tǒng) 時鐘 模塊 、復位模塊 能否 正常 工作 。 （ 3） JTAG 接口測試： 將 JTAG 用雙排插針引出 ，編寫一個空函數(shù)將其配置好進行下載，測試能否下載成功。 （ 4）信號調(diào)理模塊： 先在萬用板上搭建一個信 號差分電路 ，對它進行測試，滿足電路設(shè)計要求，再將對應的器件焊接在電路板上再進行測試，發(fā)現(xiàn)電路電壓輸出對用倍數(shù)不正確。于是再檢查了焊接后的電路，在一段短接線處虛焊。 將其焊牢后出現(xiàn)正確的結(jié)果。 （ 5） LCD 顯示模塊： LCD 的封裝與單排插針相似，焊接比較簡單。在焊接后 用萬用表 對其進行檢查避免出現(xiàn)虛焊。 系統(tǒng)的軟硬件聯(lián)合調(diào)試與分析 程序下載線采用 14 芯電線做數(shù)據(jù)傳輸線， PC 端采用 USB 與 PC 相連，下載端采用JTAG 接口與目標板相連。由于 JTAG 接口已經(jīng)提供了電源，所以下載時可以不再需要添加額外的外部電源。 西南科技大學本科生畢業(yè)論文 23 （ 1） IAR 開發(fā)平臺的參數(shù)設(shè)置 打開 IAR Embedded Workbench，選創(chuàng)建一個工作平臺，然后單擊提示圖選項中的Creat new project in new workbench 創(chuàng)建項目文件，此時會出現(xiàn)新建項目向?qū)?，設(shè)計采用C 語言編程實現(xiàn)，所以此處選擇為 Cmain。將項目類型選擇為 C 后，點擊 OK，將項目保存到指定路徑后就可以編輯程序了。 源程序編輯完成后選中項目名稱，點擊右鍵 (或在菜單欄單擊 Project)選擇 Options進入?yún)?shù)設(shè)置界面，參數(shù)設(shè)置完后，單擊 Debugger，在界面中選擇為 FET Debugger 或Simulator，當使用電腦進行模擬軟件仿真時，選擇 Simulator，其參數(shù)設(shè)置如圖 61： 圖 61 仿真調(diào)試參數(shù)設(shè)置 單擊 Simulator，其參數(shù)設(shè)置如圖 62 所示。 圖 62 IAR 并口參數(shù)設(shè)置 單擊 General Options，在界面中 Device 下選擇芯片型號為 MSP430FE427。其參數(shù)設(shè)置如圖 63 所示。 西南科技大學本科生畢業(yè)論文 24 圖 63 芯片型號選擇 在設(shè)置完項目參數(shù)設(shè)置后，就可以編譯、調(diào)試源程序代碼了。 程序的編譯和仿真，以及程序的燒寫都在 IAR Embedded Workbench 中完成，當軟件編輯完成后，編譯生成目標文件后就可以進行下載設(shè)置了。 在同一對話框設(shè)置 Debugger（調(diào)試方式），如果要在下載前仿真，就選擇 Simulator（仿真），如果要下載到目標板上去，就選擇 FET Debugger（ FET 調(diào)試），如圖 64 所示。 圖 64 設(shè)置調(diào)試方式 在參數(shù)設(shè)置合理后就可以進行程序的編譯、下載和調(diào)試了。 程序下載完成后進入的是程序的調(diào)試界面， 調(diào)試程序一般操作步驟有：單步運行、多步運行、設(shè)置斷點 、取消斷點、全速運行、復位等 。 在調(diào)試環(huán)境中，可以通過 view 菜單打 開調(diào)試程序所需的窗口，可以觀察程序中的變量、特殊功能寄存器等窗口，如圖 65 所示。 西南科技大學本科生畢業(yè)論文 25 圖 65 調(diào)試窗口參數(shù)設(shè)置 （ 2）顯示部分調(diào)試 通過對酒精濃度的檢測，在 LCD 上觀察濃度值的變化 。 在調(diào)試過程中， 從 AD 輸入端， 直接輸入轉(zhuǎn)換電壓， 輸入電壓與液晶顯示對應的值如表 61 所示。 表 61 輸入電壓與液晶顯示的對應關(guān)系 電壓值 （ mV） 液晶顯示值 （ ppm） 顯示理論值（ ppm） 電壓值 （ mV） 液晶顯示值（ ppm） 顯示 理論 值（ ppm） 42 32 363 399 400 245 185 400 599 600 262 199 419 880 904 285 243 244 420 918 920 325 320 324 438 1000 1000 由表 61 知， 當輸入電壓為 0400mV時， 液晶顯示值與理論計算值基本一致 ；當輸入電壓為大于 400mV 小于 425mV 時， 液晶顯示存在一定的偏差， 這是由傳感器的輸入輸出特性決定的 ， 此時 函數(shù)關(guān)系的斜率為 16， 當輸入有微小變化時，輸出變化較大，所以在調(diào)試時 顯示 值 變化 較大 ； 當輸入電壓大于 425mV 時， 設(shè)定 液晶顯示值 一直 為1000ppm。 將傳感器探頭接入進行測試，當 探頭漸漸接近酒精液體表面時，液晶值顯示逐漸增大，直至 1000ppm。 此外，還對其他氣體進行的檢測，以測試酒精傳感器的 識別能力。西南科技大學本科生畢業(yè)論文 26 如表 62 所示。 表 62 測試氣體顯示情況 測試氣體 酒精 水 膠水 松香氣體 顯示情況 正常 無反應 無反應 無反應 測試氣體 茶飲料 丁烷 直接呼氣 香煙 顯示情況 無反應 顯示數(shù)值 顯示數(shù)值 顯示數(shù)值 通過實驗，在測試丁烷 、香煙燃燒氣體 時， LCD 顯示也出現(xiàn)濃度顯示，甚至還超過了閾值，這是 由 傳感器制作所選材料決定的 ，傳感器對可燃氣 體 都有反應 。在直接呼出氣體時，液晶也顯示數(shù)值，但一般不會超過閾值 。從兩個角度分析這種情況：一方面是殘留在傳感器內(nèi)的測試氣體在吹入氧濃度的增加的繼續(xù)反應的影響，另一方面是半導體應變片 受吹氣的力的影響 而發(fā)生微小的變化。 存在的不足 本設(shè)計雖然基本完成了設(shè)所要求實現(xiàn)的功能，但是也存在不足的地方。 一方面，由于傳感器技術(shù)的瓶頸，測試氣體的不完全準確是無法避免的。 另一方面，在傳感器的選擇上，由于 測試橋電路的電壓太大使得系統(tǒng) 耗能 很嚴重 。 小結(jié) 本章對系統(tǒng)硬件、軟硬件聯(lián)機調(diào)試做了介紹 。主要介紹了軟件 調(diào)試的方法和 軟 硬件聯(lián)機 調(diào)試中出現(xiàn)的問題 以及設(shè)計存在的不足 。 西南科技大學本科生畢業(yè)論文 27 結(jié) 論 在交通運輸業(yè)、高空作業(yè)、礦井作業(yè)或其他企事業(yè)單位等高危險性領(lǐng)域職業(yè)通常需要對員工體內(nèi)的酒精濃度進行檢測。目前，酒精檢測儀已經(jīng)是一種應用比較廣泛的檢測設(shè)備。隨著 傳感器 技術(shù) 、集成電路的 發(fā)展 以及單片技術(shù)的日趨成熟，在新型氣體檢測儀器的開發(fā)設(shè)計中采用單片機技術(shù)，以單片機為處理核心單元 實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、處理已經(jīng)成為一種趨勢。 MSP430 系列單片機以其低功耗的特點手持式測量儀表中得到很好的應用。設(shè)計提出的采用 熱線型半導體傳感器采集酒精濃度 信息 ， 整個系統(tǒng) 體積小巧 ，檢測方便 ，便于攜帶。 由此可見，本文提出的便攜式酒精檢測儀設(shè)計方案具有很好的應用前景。 通過一學期的學習，完成了酒精檢測儀的設(shè)計。設(shè)計滿足了任務書中的基本要求，軟、硬件設(shè)計已達到預期效果。主要完成的工作有： ① 學會了使用 Altium Designer 軟件繪制原理圖和 PCB 板圖，熟練掌握了一般的貼片焊接 技術(shù)。 ② 完成了單片機小系統(tǒng)的設(shè)計、調(diào)試。 ③ 完成了酒精檢測儀的各個功能模塊的硬件設(shè)計和調(diào)試。 ④ 掌握了單片機開發(fā)、仿真軟件 IAR EW430 的使用。 ⑤ 完成了程序模塊 規(guī)劃、主程序模塊和各個接口模塊的程序設(shè)計及軟件調(diào)試。 ⑥ 已經(jīng)通過系統(tǒng)的軟硬件聯(lián)合調(diào)試，檢測到的酒精濃度信息通過 LCD 顯示出來。 由于時間和能力有限，本次設(shè)計還有一些不足之處，有待下一步工作的完善。主要有一下幾方面： ① 相對整個系統(tǒng)而言，目前采用的酒精傳感器測試輸出電壓較大，耗能比較嚴重。 ② 由于采用模擬傳感器在信號調(diào)理電路設(shè)計，對傳感器輸出的標定和校準的處理使測量精度 有所影響。 在此處可以進一步改善。 西南科技大學本科生畢業(yè)論文 28 致 謝 感謝西南科技大學。在這里，我開闊了眼界，增長了見識， 收獲的知識， 鍛煉了能力。大學四年的 親身體驗 讓我更增加了對學校的熱愛。 感謝我的指導老師 鄧琥 對我的辛勤培育。 從論文的立題到實驗的設(shè)計以及論文的撰寫整個過程無不浸透著老師的心血。 他 廣博的學識、嚴肅的科學態(tài)度、嚴謹?shù)闹螌W精神，靈活的思維方式， 對學生耐心細致的指導深深感染激勵著我，將使我終身受益。 導師不但在學習上給予我很大的 指導 ，在生活上也給了莫大的關(guān)懷，在這里向 鄧 老師表示衷心的感謝。 感謝大學四年所有指導過的老師。在學習的過程中給了我很多指導，化解我在學習上的迷惑，讓我在理論知識和動手能力上都有很大的提高。 感謝 龔景超 、 董海 、 朱海洋 、 韓海濤 等同學在完成畢 業(yè)設(shè)計和畢業(yè)論文中給予我的幫助。 感謝父母二十多年來的養(yǎng)育之恩，讓我順利的完成了四年的大學學業(yè)，并讓我獲取了一定的知識并最終走向社會，為社會貢獻自己。 最后，我要向在百忙中抽時間對本文進行審閱、評議和參加本人論文答辯的各位老師表示感謝！ 西南科技大學本科生畢業(yè)論文 29 參考文獻 [1] 賈