單片機典型案例開(kāi)發(fā)（五）

　　圖4 主程序流程圖

　　AD0809 部分程序流程圖為圖5。

　　圖5 AD0809 部分程序流程圖

　　顯示子程序流程圖如圖6。

　　圖6 顯示子程序流程圖

　　結語(yǔ)

　　在本設計中采用多傳感器組成傳感器陣列，可針對多種不同氣體進(jìn)行信息采集、信息轉換和數據處理，最后顯示氣體種類(lèi)和濃度信息，為多種氣體的檢測提供了一種切實(shí)可行的解決方案。

四、單片機實(shí)現空氣質(zhì)量流量顯示裝置

　　空氣質(zhì)量流量顯示裝置可以直觀(guān)的反映進(jìn)入發(fā)動(dòng)機的空氣流量，有助于為發(fā)動(dòng)機提供最佳的空燃比。本文以羅蒙斯特質(zhì)量流量計為例，基于STC89C52單片機設計一種空氣質(zhì)量流量顯示裝置，以簡(jiǎn)單易控制的STC89C52單片機為控制核心，經(jīng)過(guò)AD模塊的轉換，完成對空氣質(zhì)量流量計的顯示裝置，通過(guò)對數據顯示結果的分析找出模擬量與數字量之間的線(xiàn)性對應關(guān)系，從而為發(fā)動(dòng)機提供最佳空燃比設立參照途徑。

　　1 羅蒙斯特質(zhì)量流量計的工作原理

　　羅蒙斯特質(zhì)量流量計的計量系統包括一臺傳感器和一臺用于信號處理的變送器。傳感器由外殼、微振動(dòng)測量管、振動(dòng)驅動(dòng)器和信號檢測器及溫度補償元件等主要部件組成。當氣體通過(guò)振動(dòng)測量管時(shí)，在氣體推動(dòng)及外加于測量管的振動(dòng)力作用下，測量管將獲得附加的科里奧力，其大小與氣體的質(zhì)量流量成正比，科里奧力引起測量管的微小扭曲導致振動(dòng)時(shí)的相位差轉換為線(xiàn)性的電信號輸出，變送器就將此電信號轉換為1~5V的電壓信號，通過(guò)AD模塊顯示在顯示裝置上。

　　2 硬件電路設計

　　電信號的轉換是單通道，在此選擇容易掌握的ADC0804芯片，其模數轉換功能已足夠滿(mǎn)足需求。顯示裝置采用4段8位數碼管，精確度到個(gè)位。其模塊圖如圖1所示。

　　輸入模塊是經(jīng)過(guò)變送器轉換的電壓信號，其幅值在1~5V之間變化;AD模塊就是AD芯片，ADC0804是COMS依次逼近型的AD轉換器，三態(tài)鎖定輸出，分辨率為8位，存取時(shí)間135us，轉換時(shí)間100us，從功能與成本角度考慮，ADC0804是比較合適的;控制模塊選用STC89C52單片機，其性能高，成本低的優(yōu)點(diǎn)在小型控制器的使用上得到普遍的應用。顯示模塊在此選取的是4段8位數碼管，由經(jīng)驗常識可知5V電壓值對應的數字量為255，所以在精度要求不是太高的情況下4段8位數碼管可以滿(mǎn)足其顯示準確性的要求。

　　2.1 PROTEL電路原理圖

　　PROTEL是PROTEL公司推出的一款用于電子設計的EDA軟件，因其模塊功能的多樣化和人性化得到眾多電子設計者的青睞。在設計空氣質(zhì)量流量顯示裝置電路板時(shí)，首先需要在PROTEL環(huán)境下對原理圖進(jìn)行構思繪制。經(jīng)過(guò)對電路中所需各模塊的分析繪制出如下的電路原理圖，如圖2所示。

　　2.2 Proteus仿真電路

　　為了保證電路的搭建正確性和各模塊功能自檢的完善，還需要在Proteus仿真軟件中對搭建的電路原理圖進(jìn)行仿真測試，如圖3所示是在Proteus仿真環(huán)境中對搭建的電路原理圖進(jìn)行的仿真。

　　從圖中可以看出，電路包括最基本的功能模塊：?jiǎn)纹瑱C的復位功能模塊，AD模塊和數碼管的顯示模塊。外接的電壓是5V電壓值，為了可以實(shí)時(shí)模擬變送器輸出的電壓信號，在此添加一個(gè)電位器器件，通過(guò)調節電位器的阻值變化來(lái)模擬輸出電壓信號的變化;從數碼管的數字顯示值上看，本次搭建電路和仿真是正確的;調節電位器的阻值發(fā)現數碼管的數字量隨阻值大小的變化實(shí)時(shí)變化，表明此電路圖可以模擬變送器器輸出的電壓信號。在完成基本功能需求的基礎上，本電路圖在搭建時(shí)考慮到了為尋找后續電壓數字值和模擬量之間的對應關(guān)系，添加了一直流電壓表，用來(lái)顯示對應數字值所代表的電壓值。

　　3 單片機軟件設計

　　利用Kiel51C語(yǔ)言對各模塊進(jìn)行編程，程序部分主要由主程序，AD采樣、轉換程序，數碼管顯示程序等組成。軟件程序的流程圖如圖4所示。

　　圖4 軟件程序的流程圖

4 結果分析

　　在做好的顯示裝置上采集一系列的電壓值與數字值。分析電壓值和數字值之間的對應關(guān)系，找出之間的比例關(guān)系，并對相關(guān)的數據結果整理分析計算出顯示裝置的誤差率。采集的相關(guān)數據如表1所示：

　　將所采集的電壓值與數碼管顯示的數字值分析整理可得出他們之間的線(xiàn)性關(guān)系，如圖5所示。

　　圖5 數字值和電壓值之間的關(guān)系

　　從圖中選取幾組數字值和電壓值計算出數字值和電壓值之間滿(mǎn)足線(xiàn)性關(guān)系的斜率為50.33，即以Y表示數字值，X為電壓值，則Y=50.33X.

　　由表1中的數據可以計算出顯示裝置的相對顯示誤差。

　　產(chǎn)生誤差的原因是受限于顯示設備的精度和程序的設計，數碼管以精確到個(gè)位為精準度，在顯示中個(gè)位的數字會(huì )因外界的干擾發(fā)生變動(dòng);程序設計中因受限于顯示設備是4位的數碼管，所以在程序的編寫(xiě)過(guò)程中沒(méi)有附加考慮小數點(diǎn)后的精度。但從數值與電壓值之間的線(xiàn)性關(guān)系函數角度考慮，顯示裝置的目的已經(jīng)做到了。通過(guò)電壓值與數字值之間的函數關(guān)系，在顯示裝置上顯示出實(shí)時(shí)變化的數字量，通過(guò)線(xiàn)性函數關(guān)系找到對應的電壓值，通過(guò)變送器的逆向轉換可以得到科里奧力的大小，進(jìn)而計算出空氣質(zhì)量流量的大小。

　　5 結束語(yǔ)

　　結果的分析表明顯示裝置的優(yōu)劣在對空氣質(zhì)量流量計的設計環(huán)節中起著(zhù)至關(guān)重要的作用。