【正文】 之前顯示的是酒精濃度值與電壓的對(duì)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。圖 17所示是測(cè)量其中一個(gè)樣品溶液時(shí)顯示的數(shù)值。 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。準(zhǔn)備好若干個(gè)不同濃度的酒精氣體樣品，檢測(cè)氣體 傳感器 是否 能正常工作。 然后，再把電位器阻值從 0 開(kāi)始逐漸調(diào)大，在每過(guò)一個(gè) 電壓后觀(guān)察相應(yīng)發(fā)光二極 管點(diǎn)亮，說(shuō)明發(fā)光二極管顯示部分電路連接正確。調(diào)節(jié)電位器，觀(guān)察數(shù)碼管數(shù)據(jù)顯示的變化，同樣用萬(wàn)用表測(cè)量電壓值作比較。用萬(wàn)用表測(cè)量采樣點(diǎn)的電壓值，看用萬(wàn)用表測(cè)得的電壓值與數(shù)碼管上顯示數(shù)據(jù)是否一致。 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(xiě)到 AT89S51單片機(jī)上后，接上 +5V 電源開(kāi)始 調(diào)試。打開(kāi)打開(kāi) Microcontrmller ISP Software 軟件，在菜單 options選項(xiàng)中選擇 select device，在彈出的窗口中選擇器件 AT89S51，并選 Byte Mode 點(diǎn)擊 OK。 電路的連接順序是，先連接好各個(gè)模塊，在調(diào)試檢查正確的前提下 再把各個(gè)模塊連接起來(lái)。武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 4 電路 調(diào)試 與測(cè)試結(jié)果 電路 調(diào)試 根據(jù)各個(gè)模塊功能的設(shè)計(jì) 和繪制的整體電路圖 ，找到各功能模塊的連接點(diǎn) 。 DIV16:MOV R5,0 MOV R4,51 MOV R3,0 MOV R2,0 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(gè)子程序的編寫(xiě)可以得到整個(gè)設(shè)計(jì) 的總程序代碼，見(jiàn)附錄 。對(duì)于被除數(shù)的移動(dòng)，最簡(jiǎn)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(dòng)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)。對(duì)于多字節(jié)無(wú)符號(hào)數(shù)的除法，可以依照移位相減的基本方法來(lái)進(jìn)行。 于是 可以寫(xiě)出顯示部分的程序代碼。 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(duì)應(yīng)的共陰極字型碼放在一個(gè)表格中，然后通過(guò)查表的方式找到要顯示的數(shù)字送移位寄存器驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示。 根據(jù)酒精濃度與電壓的線(xiàn)性映射關(guān)系，如表 3 所示， 可以寫(xiě)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 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（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 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(jìn)制 BCD 碼， 存儲(chǔ)到特定的存儲(chǔ)單元 以供數(shù)碼管顯示數(shù)值。 模數(shù)轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字電壓量被單片機(jī)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(duì)應(yīng)的酒精濃度值， 根據(jù)總體設(shè)計(jì)思路，對(duì)電壓值都近似作對(duì)應(yīng)區(qū)間的線(xiàn)性轉(zhuǎn)換。思路明確后，實(shí)際電壓值轉(zhuǎn)換部分程序可以寫(xiě)出來(lái)。 如果所有位都當(dāng)單字節(jié)除法來(lái)運(yùn)算的話(huà)，對(duì)于有些要作雙字節(jié)除法的位上的數(shù)字則無(wú)法顯示，而能是顯示 0。而在處理過(guò)程中對(duì)于有些數(shù)據(jù)的處理，可能武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 要碰到 雙字節(jié)相除的情況。根據(jù)這思路可以寫(xiě)出模數(shù)轉(zhuǎn) 換的 子 程序代碼。 該位通過(guò)一個(gè)反相器與單片機(jī)引腳 相連 ，因?yàn)閱?dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換之前 位被置位，所以當(dāng)查詢(xún)到 位為 0 時(shí)即表示模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)束。模數(shù)轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間，這時(shí) 可以開(kāi)始對(duì)轉(zhuǎn)換是否結(jié)束進(jìn)行不斷的查詢(xún)。 因?yàn)閱纹瑱C(jī)高 8 位地址位的 位與 單片機(jī) 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(xiàn)連接。 對(duì)模擬電壓信號(hào)的數(shù)字轉(zhuǎn)換由模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 ADC0809加單片機(jī) AT89S51控制來(lái)完成。 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(chǔ)器地址為 20H 單元開(kāi)始，到 80H 單元全部清零。當(dāng)然，在程序運(yùn)行的過(guò)程當(dāng)中，還要用到工作寄存器，因?yàn)楣ぷ骷拇嫫鞫际桥R時(shí)存儲(chǔ)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。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 圖 16 程序流程圖 單片機(jī)選擇 A/D通道地址 單片機(jī) 置位并啟動(dòng) A/D 測(cè)試 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束？ =1? 數(shù)碼管顯示 N Y 單片機(jī)初始化 開(kāi)始 單片機(jī)讀取數(shù)據(jù)并作處理 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 程序代碼編寫(xiě) 系統(tǒng)電源線(xiàn)接通或者系統(tǒng)復(fù)位后 ，程序 從主程序入口進(jìn)入運(yùn)行。讀取后的數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單元中，經(jīng)過(guò)單片機(jī)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(jìn)制 BCD 碼用數(shù)碼管顯示。 利用單片機(jī)豐富的 I/O 口可以 采用查詢(xún)方式 來(lái)檢測(cè)模數(shù)轉(zhuǎn)換是否結(jié)束，當(dāng)單片機(jī)引腳 為 1 時(shí)轉(zhuǎn)換未結(jié)束等待， 當(dāng)查詢(xún)到 為 0 時(shí)表示模數(shù)轉(zhuǎn)換已經(jīng)結(jié)束，可以開(kāi)始讀取數(shù)據(jù)了 。 因?yàn)?ADC0809 的模擬輸入端 IN0 與負(fù)載電阻的一端用導(dǎo)線(xiàn)連在了一起。 本設(shè)計(jì)軟件編程部分選用匯編語(yǔ)言來(lái)寫(xiě)程序代碼。初始化器件后，將經(jīng)過(guò)編譯生成的 .HEX 十六進(jìn)制文件下載到單片機(jī)。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 圖 15 整體電路圖武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 3 軟件編程 開(kāi)發(fā)環(huán)境 選用的開(kāi)發(fā)平臺(tái)為 MedWin 單片機(jī)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境 ， 只需在 PC 機(jī)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(shí)驗(yàn)十六進(jìn)制 .HEX 文件。因?yàn)槊课粩?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(duì)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。移位寄存器 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(jī)的數(shù)據(jù) 輸出端 連接。電路連接如圖14 所示。 設(shè)計(jì)選用 3 個(gè)單位 8 段共陰數(shù)碼管來(lái)顯示輸出的數(shù)據(jù)，因?yàn)殡娐酚布鄬?duì)較簡(jiǎn)單，所以選擇靜態(tài)顯示方法。動(dòng)態(tài)顯示需要時(shí)刻對(duì)顯示器件進(jìn)行數(shù)據(jù)刷新，顯示數(shù)據(jù)有閃爍感，占用的 CPU 時(shí)間多。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 圖 13 8 段共陰數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖 用單片機(jī)驅(qū)動(dòng) 數(shù)碼管有 靜態(tài)顯示和 動(dòng)態(tài)顯示， 靜態(tài)顯示就是顯示驅(qū)動(dòng)電路具有輸出鎖存功能，單片機(jī)將所要顯示的 數(shù)據(jù)送出后就 可以驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù) ，直到下一次顯示數(shù)據(jù)需要更新時(shí)再傳送一次新 的 數(shù)據(jù) 就可以了。把 8 個(gè)發(fā)光二極管的陰極連接在一起構(gòu)成共 陰極端，接進(jìn)電路時(shí)，共陰極端接地，給要發(fā)光顯示的二極管的陽(yáng)極端接高電平可使該發(fā)光二極管導(dǎo)通點(diǎn)亮。 數(shù)碼管是由若干發(fā)光二極管組合而成的， 有共陰極和共陽(yáng)極兩種結(jié)構(gòu)形。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(qiáng)。 當(dāng)檢測(cè)到酒精氣味時(shí)，氣敏傳感器的 AB 間電阻變小， LM3914 的 5 端電位升高， 通過(guò)比較放大，驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管依次發(fā)光，從而區(qū)分出酒精含量的高低，直觀(guān)的看出所測(cè)的酒精濃度達(dá)到了哪個(gè)水 平值，起到報(bào)警的作用。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 。同理，要使 LED2 發(fā)光，異相端輸入電壓應(yīng) 大于 *2=；要使 LED10 發(fā)光，異相端輸入電壓應(yīng) 大于 *10=。因?yàn)榕c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 。 其內(nèi)部的緩沖放大器最大限度的提高了該集成電路的輸入電阻（ 5 腳），電壓輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)緩沖器（增益為零）同時(shí)送到 10 個(gè)電壓比較器的異相（ ）輸入端。 地址地址鎖存芯片 74LS373 的輸入端低三位分別與單片機(jī)引腳 － 連接，用于鎖存選擇模數(shù)轉(zhuǎn)換通道的地址。模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的 IN0 端子用導(dǎo)線(xiàn)與信號(hào)采樣部分的負(fù)載電阻端相連，作為要模數(shù)轉(zhuǎn)換的輸入端。單片機(jī)的 ALE 端武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 口接到 D 觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)輸入端 CK， D 觸發(fā)器的反相輸出端與觸發(fā)信號(hào)輸入端用導(dǎo)線(xiàn)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(xiàn)相連接，為模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片提供正常的時(shí)鐘信號(hào)。單片機(jī)的 RD 端 與 進(jìn)過(guò)或非門(mén)后于模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的 OE 端子用導(dǎo)線(xiàn)相連接，作為單片機(jī)讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀信號(hào)。 ADC0809 與 AT89S51 單片機(jī)的接口電路如圖 10 所示 [11]。在讀取 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果時(shí)， OE 產(chǎn)生的正脈沖信號(hào)用于打開(kāi)三態(tài)輸出鎖存器。地址選通端 ADDA， ADDB， ADDC分別與 單片機(jī) 地址總線(xiàn)的低三位 A0， A1， A2 相連，用于選通 IN0IN7 中的某一通道。 單片機(jī)的時(shí)鐘頻率是 ，則 ALE 端輸出信號(hào)的頻率為 ，再二分頻后為 ，符合 ADC0809 對(duì)時(shí)鐘頻率的要求。 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(méi)有時(shí)鐘脈沖源，可以用單片機(jī)提供的地址鎖存控制輸入信號(hào) ALE經(jīng) D 觸發(fā)器二分頻后，作為 ADC0809 的時(shí)鐘輸入。 當(dāng)檢測(cè)到酒精氣味時(shí)，氣 體 傳感器的 AB 間電阻變小，則 ADC0809 的模擬輸入端 IN0的電壓變大。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(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。 START 上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。 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武漢理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 中。 Vcc：電源，單一 +5V。要求時(shí)鐘 頻率不高于 640KHZ。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(mén)，輸出數(shù)字量。 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）。