一、基于單片機設(shè)計的小電阻測試儀
1、引言
在電路測試過程中常常會碰到由于忽略某些小電阻的影響引起實驗數(shù)據(jù)與理論值之間存在較大誤差，從而影響測試效果。例如電感器、變壓器中往往存在銅電阻，地鐵鐵軌的電阻;由于其數(shù)值較小，一般的指針萬用表無法測量出來;通常實驗室里會用電橋進行測量，但電橋操作手續(xù)較煩，又不能直接讀出被測電阻阻值。鑒于此，我們采用了單片機，利用單片機的優(yōu)勢設(shè)計了該測量儀。該測量儀可直接從LCD顯示屏上讀出所測得的電阻值，測量范圍為10μΩ～2.9999kΩ，同時可以把測試的數(shù)據(jù)進行儲存，然后經(jīng)串行口送入上位機，通過上位機的強大功能，可以對所測得的數(shù)據(jù)進行分析、處理。該測試儀的測量精度高達±0.1%，并采用四端測量法，電阻值不受引線長短及接觸電阻的影響。不僅測量簡便，讀數(shù)直觀，且測量精度、分辨率也高于一般電橋。可用于實驗室、研究所，尤其適用于工作現(xiàn)場。
2、測試原理
如上圖本機的基本原理是采用在被測電阻上通過已知的恒定電流，取出被測電阻上的壓降，經(jīng)放大器放大轉(zhuǎn)換為0～3V直流電壓，然后送入C8051F005A/D轉(zhuǎn)換的輸入端，經(jīng)單片機處理，最后經(jīng)過液晶顯示器直接顯示電阻阻值。
由于要實現(xiàn)對微小電阻的測量，所以要求放大器的分辨率高（高潮達10μV），線性度好，輸入阻抗高，并要求漂移低、抑制噪聲和抗干擾能力強，為此我們設(shè)計了如圖2中信號處理電路所示的差動放大器。此放大器由運放A1、A2組成第一級差分式電路，A3組成第二級差分式電路，R3、R4、RW組成反饋網(wǎng)絡，引入了深度電壓串聯(lián)負反饋，故有較高的輸入阻抗，且A1、A2都選同相端作為輸入端，則它們的共模輸出電壓和漂移電壓也都相等，再經(jīng)過A3組成的差分式電路，可以互相抵消，故它有很強的共模抑制能力和較小的輸出漂移電壓;A4是電壓反向跟隨器，其作用是使前后級隔離。分析此電路可得下列方程。
當R5= R7、R6= R8時，上述方程化簡可得：
從（3）式知輸出電壓U4與被測電阻RX成正比。放大器的倍數(shù)由R3、R4、RW而定，由于A/D轉(zhuǎn)換器的輸入電壓為0～3V，本儀器設(shè)置放大器的放大倍數(shù)為10倍，在U4端得到0～3V的直流電壓。為了保證放大器的分辨率和穩(wěn)定性，除上述電路本身優(yōu)點外，集成運放A1、A2、A3選用了高精度、低噪聲、低漂移的max495，反饋支路的電阻均選用高精度、低溫度系數(shù)的精密電阻，此外還采取了一些屏蔽措施有效地抑制了噪聲和干擾。測試時被測電阻與測試儀器間采用四端接線法，恒流源電流經(jīng)IN1輸入從IN2輸出，測量時用四根專用導線與被測電阻Rx連接，當被測電阻較小時，為了避免導線電阻和接觸電阻的影響，四根連接導線要做到特性一致、阻抗相同，這樣就可以消除導線電阻和接觸電阻的影響。
3、小電阻測試儀的硬件設(shè)計
該儀器的核心部分是能夠?qū)崿F(xiàn)各種功能的電路板，它采用了CYGNAL公司的C8051Fxxx型單片機C8051F005。該系統(tǒng)主要包括電源電路、信號采集電路、信號放大電路、液晶驅(qū)動及顯示電路、串行通訊電路、系統(tǒng)復位電路和C8051F005單片機系統(tǒng)電路（包括模數(shù)轉(zhuǎn)換電路）。系統(tǒng)各部分的詳細電路如圖2所示。
3.1、C8051F005單片機系統(tǒng)電路
本系統(tǒng)使用的是C8051F005，它具有如下特點：
片內(nèi)有多達60KB的Flash ROM和2KB RAM，用戶無需再外擴存儲器;
一個12位的A/D轉(zhuǎn)換器ADC12，自帶采樣保持功能;
兩通道串行通訊接口，可用于異步或同步模式;
一個模擬比較器，可實現(xiàn)電壓比較或基準電壓的輸出。
ADC12是12位精度的A/D轉(zhuǎn)換模塊，帶有采樣保持功能，具有高速、通用的特點。它有8個外部信號采樣通道和4個內(nèi)部通道。由差動放大器輸出的信號由通道0輸入單片機，A/D轉(zhuǎn)換的時鐘、轉(zhuǎn)換模式和參考電壓源都可以由用戶用軟件設(shè)置。
由于該單片機內(nèi)部集成了眾多的外圍模塊，不但使電路的設(shè)計變得簡單，還可以大大縮小電路板的尺寸。另外，在電路板上預留一個JTAG接口，再配以一個普通的PC機，就可以很方便地實現(xiàn)系統(tǒng)軟件的調(diào)試。
圖2、系統(tǒng)詳細電路圖
3.2、串行通訊電路
C8051F005單片機內(nèi)部集成了兩個通用串行同步/異步模塊USART0和USART1，均支持兩種不同的串行協(xié)議，即;通用異步協(xié)議（UART協(xié)議）和同步協(xié)議（SPI協(xié)議）。本電路采用UART協(xié)議，再通過一個RS232接口芯片MAX3221E與PC機通訊。
MAX3221E是工作電壓為+3.0～+5.5V、僅需1μA的供給電流且具有自動關(guān)閉功能的單路RS-232收發(fā)器。C8051F005單片機的一大特點就是低功耗，它有多種功耗狀態(tài)可以編程控制。MAX3221E也是具有低功耗特點的接口器件，通過EN、FORCEON、FORCEOFF引腳可以控制驅(qū)動器、接收器的工作狀態(tài)，啟動或禁止自動降低功耗功能，從而使其工作在不同的能耗狀態(tài)，達到降低功耗的目的。
3.3、電源電路
本系統(tǒng)采用電池供電，這樣既可以保持系統(tǒng)運行的穩(wěn)定可靠又可便于在實驗室以外的環(huán)境下使用。
3.3、LCD驅(qū)動及顯示電路
LCD顯示選用型號為SMS0501C段碼顯示驅(qū)動器。該液晶顯示器的接口方式為二線式串行接口，顯示方式為反射式正顯示，工作電壓為2.7V~5.5V。
3.4、其他電路
除了以上幾個主要的電路外，系統(tǒng)還有電源欠壓檢測電路和系統(tǒng)復位電路等。電源欠壓檢測電路采用的是C8051F005單片機內(nèi)部集成的模擬比較器來實現(xiàn)。系統(tǒng)復位電路采用按鈕復位形式，利用電容的充放電對單片機進行正確復位。當按鈕被按下時，C8051F005單片機的RST引腳即為低電平，只要這個低電平保持2個機器周期以上，單片機即可正確復位。
4、軟件設(shè)計
本系統(tǒng)的軟件設(shè)計采用模塊化設(shè)計的方法，整個程序包括主程序、數(shù)據(jù)采集程序、數(shù)據(jù)處理程序、串行通訊程序、定時器中斷程序、LCD顯示程序。所有的程序均采用C語言編寫，可以很方便地調(diào)試和下載程序代碼。限于篇幅，本文只給出主程序的流程圖，如圖3所示。
系統(tǒng)的主程序主要完成C8051F005單片機系統(tǒng)的初始化、設(shè)置系統(tǒng)時鐘和中斷字，調(diào)用鍵盤處理程序，根據(jù)不同的按鍵轉(zhuǎn)入相應的服務程序，完成不同的功能，如數(shù)據(jù)的采集與處理、串行通信以及歷史記錄的查詢。其中串行通訊子程序不僅可以將單片機存儲的數(shù)據(jù)傳送到PC機進行處理分析，用戶也可以根據(jù)情況從PC機上設(shè)置待測數(shù)據(jù)多少以及測試時間的長短等。
5、結(jié)束語
測試準確，該儀器在對10μΩ～10Ω的微小電阻測試時讀數(shù)穩(wěn)定性也較好，且測量精度高。
根據(jù)如上所述的電路原理，開發(fā)出了樣機，經(jīng)實驗證明該儀器的功耗低，這樣就大大增加了電池的使用壽命;體積小，重量輕，便于攜帶，很適合在野外及工作現(xiàn)場使用。
二、用89C2051單片機制作的電話回撥器
該電話回撥器采用單片機控制，具有電路簡單、接觸可靠、使用方便等優(yōu)點。
一、工作原理
電路見附圖所示，系統(tǒng)由摘機，掛機電路、單片機撥號控制電路、DTMF號碼產(chǎn)生及放大電路、電源電路等四部分組成，下面分別予以介紹
1.摘機/掛機電路
圖中，J1為電話線進線插座，J2為該裝置所并聯(lián)的電話機插座，Rl為保險電阻;DI—D4為極性保護電路，用于將線路上極性不確定的電壓轉(zhuǎn)換成極性固定的電壓，保證無論電話線的正負極如何連接，都能使進入開關(guān)管VI發(fā)射極的一端始終是正電壓;V1是電子開關(guān)，該開關(guān)的通、斷受單片機P3.7口控制，當P3.7為高電平時.V2、VI相繼導通，電話線路上的48V電壓通過VI加到R5兩端，電話線上有電流通過，此時處于摘機狀態(tài);當P3.7為低電平時.V2、VI截止。電話線上沒有電流通過，此時處于掛機狀態(tài)。在摘機狀態(tài)，由電話機房送出的48V供電電壓大部分由電話線的線路電阻衰減.R5兩端產(chǎn)生的電壓降大約在5V~15V之問。
2.單片機撥號控制電路
89C2051完成對撥號芯片的控制，R8、c5為復位元件，完成上電復位，JTI為6MHz晶振。
用Pl口的8根線完成對撥號芯片的控制。
3.DTMF號碼產(chǎn)生及放大電路
使用MK5087型DTMF撥號專用芯片。該芯片原本是行列式按鍵輸入芯片，即4條行線及4條列線組成16個按鍵，實踐證明，該芯片不但具有行列式鍵盤輸入，而且與51系列單片機具有良好的接口性能。下面對該芯片各引腳的功能予以介紹。
第（1）腳：電源正極，工作電壓范圍為3.5V—10V。（2）腳：狀態(tài)輸出端，當芯片發(fā)出DTMF信號時。該腳呈低電平，否則呈高電平。（3）、（4）、（5）、（9）腳：鍵盤列線輸入端，內(nèi)接下拉電阻，高電平有效，當該腳與任一行線連接，或者一條行線與一條列線同時有效時，此時芯片發(fā)出DTMF信號。
?。?）腳：電源負極。（7）、（8）腳：振蕩輸入、輸出端，接3.58MHz晶體。（10）腳：該腳與第（2）腳正好相反，當芯片發(fā)出DTMF信號時，該腳呈高電平，否則呈低電平。（11）、（12）、（13）、（14）腳：鍵盤行線輸入端，內(nèi)接上拉電阻，低電平有效，當該腳與任一列線連接，或者一條行線與一條列線同時有效時，芯片發(fā)出DTMF信號。（15）腳：單音是否有效控制端，內(nèi)接上拉電阻，當該腳接地時，芯片只能發(fā)
出雙音頻，而不能發(fā)出單音頻：當該腳接高電平或懸空時，芯片既允許發(fā)出單音，又允許發(fā)出雙音，只有在行線和列線不同時有效的情況下，芯片才能發(fā)出單音頻信號。（16）腳：DTMF信號輸出端：（16）腳發(fā)出的DTMF信號經(jīng)V3放大后，從V3集電極送入到線路中。
該芯片行列鍵盤與DTMF號碼為對應關(guān)系，當某一按鍵按下時，相當于該按鍵的行線R為低電平、列線C為高電平;同樣，當某一行線R為低電平、列線C為高電平時，等效于該行線與該列線交叉的按鍵被按下。
4.電源電路
電源電路中，220V交流電壓經(jīng)變壓器B變?yōu)?V.然后經(jīng)D5~D8整流，CI、C2濾波，再經(jīng)ICl（7805）穩(wěn)壓.C3、C4濾波后輸出穩(wěn)定的Sv電壓，供單片機及號碼產(chǎn)生電路使用。
采用外加交流電源供電的優(yōu)點是：當電話線路過長（比如大干20km甚至更多）。如果電話線上的電壓因為線路過長衰耗太大，以致于到了終端，電壓降不能維持終端設(shè)備工作甚至為零的情況下，該系統(tǒng)仍然能夠正常工作。
二、制作安裝
所有元件安裝在50mmx80mm的板上。板上有8個螺絲孔，兩個用于將變壓器固定在線路板上，一個用于固定7805，其余5個用于將線路板和機殼固定。電話進線插座和出線插座安裝在機殼上，并通過連線與板上的JI和J2桿|連。指示燈LED在線路板上設(shè)計有安裝位置，也可根據(jù)外觀的設(shè)計需要將指示燈引出。J3為220V電雎輸入端.J4用于和機殼上的開關(guān)K連接。為便于改寫程序，單片機IC2不直接焊接在板上，而是通過IC插座插入，這樣改寫程序時，可直接將單片機從板子上拿下來。需要指出的是，由于R5產(chǎn)生的功耗較大，一定要用功率為IW或2W的水泥電阻.Rl要用不大干51Ω的保險電阻。變壓器用2W的即可，其他元件沒有特殊要求。
三、程序流程（見下圖）
四、源程序清單
下面是以撥手機號碼18797130900為例的源程序代碼：
MOVPl，A;撥號MOV30H.#2;延時時間常數(shù)
以上程序若改為其他號碼時，只需更改TABF面一行的數(shù)據(jù)表即可。
五、使用
平時，該裝置的電源開關(guān)應處于關(guān)閉狀態(tài)，與該裝置并聯(lián)在一起的電話機可以正常使用。當用戶需要使用回撥服務時，只需將開關(guān)K打開即可，系統(tǒng)加電后指示燈立即點亮，隨即開始按照程序自動摘機和撥號，撥號時，隨著一個個數(shù)字號碼的發(fā)出，指示燈同時閃爍，每發(fā)出一個號碼，指示燈熄滅一次，號碼撥完后，指示燈仍處于點亮狀態(tài)，延時大約2s后指示燈熄滅，系統(tǒng)掛機，等待回撥。該裝置使用完畢以后，應將電源關(guān)掉，因為雖然線路已處于掛機狀態(tài)，但是電源仍在工作，會白白消耗電能。
三、單片機實現(xiàn)多氣體檢測系統(tǒng)
氣體傳感器是一種能將氣體種類及其與濃度有關(guān)的信息轉(zhuǎn)換成電氣信號的裝置。根據(jù)這些電氣信號的強弱就可以獲得與待測氣體在環(huán)境中存在情況有關(guān)的信息，從而可以進行檢測、監(jiān)控、報警。
本設(shè)計采用酒精傳感器、甲烷傳感器、一氧化碳傳感器等多種氣體傳感器組成傳感器陣列，通過傳感器陣列能把氣體中的特定成分檢測出來，并將其轉(zhuǎn)化為電信號，然后采用ADC0809 將傳感器輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，運用AT89C51 進行數(shù)據(jù)處理和計算，并通過LED 顯示氣體種類和濃度信息，實現(xiàn)了對多種氣體的識別和檢測。
1 硬件電路設(shè)計
本設(shè)計硬件電路由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、結(jié)果顯示和報警等部分組成，涉及的芯片有AD0809 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片、AT89C51單片機、SUN7474頻率發(fā)生器以及一些氣體傳感器、驅(qū)動電路、復位電路和LED 顯示模塊。系統(tǒng)的功能框圖如圖1 所示。
圖1 系統(tǒng)功能框圖
1.1 氣體傳感器陣列
氣體傳感器陣列是電子嗅覺系統(tǒng)的關(guān)鍵組成單元，相當于初級嗅覺神經(jīng)元，由具有廣譜響應特性、交叉靈敏度較大、對不同氣味/氣體有不同靈敏度的氣敏元件組成。
氣體傳感器是組成氣體傳感器陣列的核心器件。氣體傳感器是一種把氣體中的特定成分檢測出來，并將其轉(zhuǎn)化為電信號的器件。通常，氣體傳感器陣列可以采用數(shù)個單獨的氣體傳感器組合而成，并采用集成工藝制作，體積小，功耗低，便于信號的集中采集與處理。單個氣體傳感器與傳敏陣列在特性上有質(zhì)的區(qū)別，單個氣體傳感器對氣味/ 氣體的響應可用強度來表示，而氣敏傳感器陣列除了各個傳感器的響應外，在全部傳感器組成的多維空間中形成響應模式，在環(huán)境條件一定的情況下，陣列上的響應模式與其激勵是一一對應的，而這正是該系統(tǒng)能對多種氣味和氣體進行辨識的關(guān)鍵所在。
本設(shè)計要求實現(xiàn)對酒精、甲烷、一氧化碳氣體的定性和定量分析，首先最重要的工作是選擇合適的傳感器，通過對性能、可實現(xiàn)性、價格等的對比，針對酒精氣體，選擇的是MQ-303A酒精傳感器，針對甲烷氣體，采用的是MQ-4 半導體氣體傳感器，針對一氧化碳氣體，選擇的是V-40 一氧化碳傳感器，由這三種傳感器組成傳感器陣列。
該設(shè)計通過氣體傳感器陣列采集氣體信息，并將采集到的信息轉(zhuǎn)化為電信號，然后送到ADC0809 進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。
1.2 數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)
由氣體傳感器陣列輸出的微弱電信號，經(jīng)各自信號放大電路對信號進行預處理，使其轉(zhuǎn)換為O ~5V 范圍內(nèi)變化的直流信號，送到A/D 轉(zhuǎn)換電路變換為數(shù)字信號，對其進行數(shù)據(jù)采集處理。
為了方便與89C51 單片機的連接，本系統(tǒng)選用ADC0809芯片對采集到的氣體信息進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。其分辨率為8 位，不必進行零點和滿度調(diào)整，且具有高阻抗斬波穩(wěn)定比較器，8個通道的多路開關(guān)可直接存取8 個單端模擬信號中的一個。利用單片機寫啟動A / D 轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換結(jié)束后再由ADC0809 向89C51 發(fā)出中斷請求信號，CPU 響應中斷請求。通過對譯碼器的讀操作，讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果并送到被測量的相應存儲區(qū)。再重新選擇被測量，并再次啟動A/D轉(zhuǎn)換后中斷返回。ADC0809與單片機89C51 連線線路如圖2 所示。
圖2 ADC0809 與89C51 的連線線路
微處理器采用的是AT89C51 芯片。
89C51 單片機是ATMEL、PHILIPS和SST等公司生產(chǎn)的與80C51 兼容的低功耗、高性能8 位單片機，具有比8031 更豐富的硬件資源，特別是其內(nèi)部增加的閃速可電改寫的存儲器Flash ROM給單片機的開發(fā)及應用帶來了很大的方便，且芯片價格非常便宜。在該系統(tǒng)中89C51 主要對采集數(shù)據(jù)進行處理，按各種氣體濃度的數(shù)學模型計算出其濃度，由數(shù)碼管顯示其相應的氣體種類及濃度值，當濃度超標時，進行報警。
該系統(tǒng)還采用了分頻器SUN7474.分頻器對脈沖信號進行2的n次方分之一的分頻，例如把32768HZ 的脈沖信號變成1HZ的秒信號。通常利用T觸發(fā)器實現(xiàn)，每來一個脈沖后觸發(fā)器狀態(tài)改變一次，經(jīng)過n個T觸發(fā)器處理后就可以得到2的n次方分之一的分頻信號。89C51接12MHZ晶振，經(jīng)ALE端后輸出到分頻器為2MHZ，分頻器進行分頻后為ADC0809 提供所需的工作時鐘。
1.3 顯示電路
在該設(shè)計中，LED 顯示器的顯示方法采用動態(tài)顯示。LED 動態(tài)顯示的基本做法在于分時輪流選通數(shù)碼管的公共端，使得各數(shù)碼管輪流導通，在選通相應LED后，即在顯示字段上得到顯示字形碼。這種方式不但能提高數(shù)碼管的發(fā)光效率，并且由于各個數(shù)碼管的字段線是并聯(lián)使用的，從而大大簡化了硬件線路。本設(shè)計中處理結(jié)果采用4位LED顯示，首位顯示氣體類別，后3 位顯示氣體濃度。逐位輪流點亮各個LED，每一位保持1ms，在10~20ms 之內(nèi)再一次點亮，重復不止。這樣利用人的視覺停留，好像4 位LED 同時點亮一樣。
綜上可得，基于單片機的多氣體檢測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理及結(jié)果顯示電路如圖3。
圖3 多氣體檢測系統(tǒng)電路
2 軟件設(shè)計
本設(shè)計由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、顯示和報警幾個模塊組成。
主程序流程圖為圖4。
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入發(fā)動機的空氣流量，有助于為發(fā)動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(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關(guān)系，從而為發(fā)動機提供最佳空燃比設(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償元件等主要部件組成。當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，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：單片機的復位功能模塊，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關(guān)系，添加了一直流電壓表，用來顯示對應數(shù)字值所代表的電壓值。
3 單片機軟件設(shè)計
利用Kiel51C語言對各模塊進行編程，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。
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