單片機(jī)典型案例開發(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(jié)語

　　在本設(shè)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(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理，最后顯示氣體種類和濃度信息，為多種氣體的檢測提供了一種切實可行的解決方案。

四、單片機(jī)實現(xiàn)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的反映進(jìn)入發(fā)動機(jī)的空氣流量，有助于為發(fā)動機(jī)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(jī)設(shè)計一種空氣質(zhì)量流量顯示裝置，以簡單易控制的STC89C52單片機(jī)為控制核心，經(jīng)過AD模塊的轉(zhuǎn)換，完成對空氣質(zhì)量流量計的顯示裝置，通過對數(shù)據(jù)顯示結(jié)果的分析找出模擬量與數(shù)字量之間的線性對應(yīng)關(guān)系，從而為發(fā)動機(jī)提供最佳空燃比設(shè)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(tǒng)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、微振動測量管、振動驅(qū)動器和信號檢測器及溫度補(bǔ)償元件等主要部件組成。當(dāng)氣體通過振動測量管時，在氣體推動及外加于測量管的振動力作用下，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(dǎo)致振動時的相位差轉(zhuǎn)換為線性的電信號輸出，變送器就將此電信號轉(zhuǎn)換為1~5V的電壓信號，通過AD模塊顯示在顯示裝置上。

　　2 硬件電路設(shè)計

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

　　輸入模塊是經(jīng)過變送器轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器，三態(tài)鎖定輸出，分辨率為8位，存取時間135us，轉(zhuǎn)換時間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(jī)，其性能高，成本低的優(yōu)點在小型控制器的使用上得到普遍的應(yīng)用。顯示模塊在此選取的是4段8位數(shù)碼管，由經(jīng)驗常識可知5V電壓值對應(yīng)的數(shù)字量為255，所以在精度要求不是太高的情況下4段8位數(shù)碼管可以滿足其顯示準(zhǔn)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(shè)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(shè)計者的青睞。在設(shè)計空氣質(zhì)量流量顯示裝置電路板時，首先需要在PROTEL環(huán)境下對原理圖進(jìn)行構(gòu)思繪制。經(jīng)過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：單片機(jī)的復(fù)位功能模塊，AD模塊和數(shù)碼管的顯示模塊。外接的電壓是5V電壓值，為了可以實時模擬變送器輸出的電壓信號，在此添加一個電位器器件，通過調(diào)節(jié)電位器的阻值變化來模擬輸出電壓信號的變化;從數(shù)碼管的數(shù)字顯示值上看，本次搭建電路和仿真是正確的;調(diào)節(jié)電位器的阻值發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管的數(shù)字量隨阻值大小的變化實時變化，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(chǔ)上，本電路圖在搭建時考慮到了為尋找后續(xù)電壓數(shù)字值和模擬量之間的對應(yīng)關(guān)系，添加了一直流電壓表，用來顯示對應(yīng)數(shù)字值所代表的電壓值。

　　3 單片機(jī)軟件設(shè)計

　　利用Kiel51C語言對各模塊進(jìn)行編程，程序部分主要由主程序，AD采樣、轉(zhuǎn)換程序，數(shù)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(jié)果分析

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

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

　　圖5 數(shù)字值和電壓值之間的關(guān)系

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

　　由表1中的數(shù)據(jù)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(shè)備的精度和程序的設(shè)計，數(shù)碼管以精確到個位為精準(zhǔn)度，在顯示中個位的數(shù)字會因外界的干擾發(fā)生變動;程序設(shè)計中因受限于顯示設(shè)備是4位的數(shù)碼管，所以在程序的編寫過程中沒有附加考慮小數(shù)點后的精度。但從數(shù)值與電壓值之間的線性關(guān)系函數(shù)角度考慮，顯示裝置的目的已經(jīng)做到了。通過電壓值與數(shù)字值之間的函數(shù)關(guān)系，在顯示裝置上顯示出實時變化的數(shù)字量，通過線性函數(shù)關(guān)系找到對應(yīng)的電壓值，通過變送器的逆向轉(zhuǎn)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(jié)束語

　　結(jié)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(shè)計環(huán)節(jié)中起著至關(guān)重要的作用。