【正文】 學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 任課 教師 完成日期 2020年 05月 05日 本科畢業(yè)論文 摘要 本文設(shè)計(jì)的是一款基于 PIC16F877 單片機(jī)與 MQ3 酒精濃度傳感器的酒精濃度測量儀。軟件編程語言將會(huì)使用 C 語言。 SPI munication between two MCU。隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，單片機(jī)也在我們?nèi)粘５纳钪邪l(fā)揮著越來越重要的作用，涉及到我們生活的方方面面。 PIC 單片機(jī)是由美國的MICROCHIP(微芯 )公司研發(fā)的，自 1988 年推出的 PIX16C5X 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場可編程至今為止，經(jīng)過幾十年的發(fā)展和創(chuàng)新先后推出了過百種型號(hào)的單片機(jī)。哈佛總線結(jié)構(gòu)的說法是相對于普林斯頓結(jié)構(gòu)而言，其程序寄存器和數(shù)據(jù)寄存器擁有不同的物理地址 ，有效的解決了普林斯頓結(jié)構(gòu)中程序寄存器和數(shù)據(jù)寄存器局限工作帶寬的問題。外圍特色有：同步串行口 SSP、通用異步串行 口 USART，多通道10 位 A/D 轉(zhuǎn)換器等 [2]。單片機(jī)無論是在人們的日常生活還是工業(yè)生產(chǎn)中都扮演著十分重要的角色。例如：電壓、溫度、酒精濃度、功率、流量，壓力等等。單片機(jī)經(jīng)過不斷的發(fā)展和完善，現(xiàn)在通信接口已經(jīng)成為單片機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置之一，幾 乎很難找到?jīng)]有通信接口的單片機(jī)了，除非是特別定制的特殊用途的用不到通信接口的功能性單片機(jī)。汽車工業(yè)中，單片機(jī)發(fā)揮的作用也是至關(guān)重要的，例如：電源控制、燈 光控制、各種儀表， GPS 導(dǎo)航等等。單片機(jī)的未來發(fā)展趨勢，為了達(dá)到低功耗的目的制作工藝上要更多的采用 CMOS 工藝；為了使單片機(jī)能夠更加的適應(yīng)復(fù)雜的操作環(huán)境或者解決冗雜的問題，必須要提高單片機(jī)與其它外圍設(shè)備的通信效率；由于單片機(jī)端口資源的有限，要想更有效的利用單片機(jī)就必須要開發(fā)更為便利串行口方式的外圍擴(kuò)展；為了擴(kuò)展更多功能，必須增加內(nèi)存儲(chǔ)容量；擴(kuò)展總線 的寬度以達(dá)到提高程序運(yùn)算的速度和能力；將更多實(shí)用的模塊集成到單片機(jī)內(nèi)部以達(dá)到簡化外圍電路的目的；單片機(jī)性能的穩(wěn)定性還需要進(jìn)一步的提高，以適應(yīng)要求更加精確的環(huán)境。 (4)對酒精濃度轉(zhuǎn)化的電信號(hào)采集，傳送并在數(shù)碼管上顯示數(shù)值。 (4)通過數(shù)碼管顯示數(shù)字量。中國已經(jīng)將酒后駕駛的行為定性為犯法，并列入到刑法中，相應(yīng)的是越來越多的人關(guān)注酒后駕駛這一問題，酒精測試儀的產(chǎn)生也就有了充足的理由。各式各樣的應(yīng)酬也越來越多，而酒這東西在這些場合中似乎總少不了。而人體酒精濃度低于一個(gè)特定值時(shí)就不出現(xiàn)上述癥狀從而可以避免發(fā)生危險(xiǎn)。就當(dāng)前來說，最流行的兩種是半導(dǎo)體型和電化學(xué)型兩種類型的酒精濃度測試儀。與半導(dǎo)體型相比，燃料電池型呼氣酒精測試儀具有穩(wěn)定性好，精度高，抗干擾性好的優(yōu)點(diǎn)。所以，對于酒精測試儀而言對酒精傳感器的要求還是比較高的，要求傳感器靈敏度要夠高、抗環(huán)境干擾能力要強(qiáng)、輸出信號(hào)范圍要夠大，性能穩(wěn)定性要夠好。 MQ3 對乙醇蒸汽有很高的靈敏度和良好的選擇性 快速的響應(yīng)恢復(fù)特性長期的壽命和可靠的穩(wěn)定性簡單的驅(qū)動(dòng)回路非常適用于于機(jī)動(dòng)車駕駛?cè)藛T及其他風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)人員的酒后監(jiān)督檢測和其他場所乙 醇蒸汽的探測。僅以用于安全保護(hù)家用燃?xì)庑孤﹫?bào)警器為例 ,日本早在 1980 年 1 月就開始實(shí)行安裝城市煤氣、液化石油氣報(bào)警器法規(guī)。工業(yè)用固定式報(bào)警又有壁掛式、臺(tái)放式、單臺(tái)監(jiān)控式 、多路巡檢式等等。 第一，由于當(dāng)前的各種產(chǎn)品都期望在有限的物理空間內(nèi)完成功能更加強(qiáng)大的產(chǎn)品，所以就要求產(chǎn)品的各個(gè)部件能夠完成更多的工作。那么，傳感器功能的多樣化也是一個(gè)十分有意義的研究方向。要體現(xiàn)在 : 第一，目前用于工業(yè)上的氣敏傳感器的主要產(chǎn)品包括可燃性氣敏傳感器、 CO、 N H 3 、 NO 等毒性氣敏傳感器、氧傳感器、溶氧傳感 器等。第三，氣敏傳感器將在充分利用微機(jī)械與微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、傳感技術(shù)、故障診斷技術(shù)、智能技術(shù)等多學(xué)科綜合技術(shù)的基礎(chǔ)上得到發(fā)展。第六，氣敏傳感器具有十分廣闊的現(xiàn)實(shí)市場和潛在的市場需求 [14]。 電化學(xué)氣體傳感器利用氣敏電極或者氣體擴(kuò)散電極等構(gòu)成一系列電池測量各種氣體含量 , 其中氣敏電極測量一些溶解在溶液中氣體的含量或者用于環(huán)境監(jiān)測 , 如 O CO SO NH HCN、 HF 等氣體 ,尤其是固體電解質(zhì)氣敏傳感器能適應(yīng)高溫、 高 壓等惡劣環(huán)境和高濃度的場合。美國目前已有 6個(gè)州立法，單片機(jī)課程設(shè)計(jì) 8 規(guī)定家庭、公寓等都要安裝 CO 報(bào)警器。美國工業(yè)科學(xué)公司（ ISC）一臺(tái)攜帶式氣體監(jiān)控儀可實(shí)現(xiàn) 4 種氣體監(jiān)測，采用了統(tǒng)一的軟件，只需要換氣體傳感器，即可實(shí)現(xiàn)對特定氣體監(jiān)測?？偟目磥?，我國氣敏元件傳感器及其應(yīng)用技術(shù)有了較快進(jìn)展，但與國外先進(jìn)水平仍有較大的差距，主要 是產(chǎn)品制造技術(shù)、產(chǎn)業(yè)化及應(yīng)用等方面的差距，與日本比較仍要落后 10 年。再比如，制板過程中，由于操作失誤，燒壞了元器件。但是在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中本人一定會(huì)本著認(rèn)真、仔細(xì)的態(tài)度積極主動(dòng)的去完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。如圖 所示，即系統(tǒng)框圖。時(shí)鐘可以分為內(nèi)部時(shí)鐘和外部時(shí)鐘兩種。 圖 最小系統(tǒng) AD 模塊 本設(shè)計(jì)中使用的 PIC16F877單片機(jī)集成了 A/D轉(zhuǎn)換芯片，精確度是 10位。要實(shí)現(xiàn) A/D 轉(zhuǎn)換的功能，主要就是對 AD 相關(guān)的寄存器進(jìn)行設(shè)置，以達(dá)到讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果寄 存器 ADRESH 和ADRESL 中的數(shù)據(jù)的目的。 Bit0等于 0 的時(shí)候， A/D 轉(zhuǎn)換器停止工作，當(dāng)前的 A/D 轉(zhuǎn)換寄存器并不會(huì)耗費(fèi)任何的電能。當(dāng) Bit2 等于 0 的時(shí)候，表示 A/D 轉(zhuǎn)換已經(jīng)完成工作，并且由硬件進(jìn)行自動(dòng)清零的工作。為 0 1 0 的時(shí)候 AN2 開啟，表示著這時(shí)候模擬通道 2 已經(jīng)單片機(jī)課程設(shè)計(jì) 11 被選通。為 1 1 0 的時(shí)候 AN6 開啟，表示著這時(shí)候模擬通道 6 被選通。為 0 1 時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)鐘是單片機(jī)主頻的八分頻。 Bit6到 Bit4，并未使用，不需要進(jìn)行設(shè) 置。表 中給出了 A/D相關(guān)端口配置位功能的詳細(xì)信息 [5]。通信的兩片單片機(jī)一定有一方是主控的，要進(jìn)行同步時(shí)鐘的發(fā)送、建立起通信。在通信過程中，前面是要傳送的數(shù)據(jù)的高位，后面是數(shù)據(jù)的低位。當(dāng)數(shù)據(jù)接收 的最后一位被鎖定之后或者發(fā)送的最后一位數(shù)據(jù)被移出之后，中斷標(biāo)志位SSPIF 置為 1[6]。在主控模式下使用 3 路信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。 SPI 模塊的配置非常靈活，主要有一下幾種特點(diǎn)。在通過程序控制的時(shí)候應(yīng)該準(zhǔn)確的設(shè)置對應(yīng)的引腳的方向才可以保證主控方進(jìn)行正常的工作。圖 給出從動(dòng)接受模式硬件連接示意圖。 圖 接口結(jié)構(gòu)示意圖 單片機(jī)課程設(shè)計(jì) 15 顯示模塊 本設(shè)計(jì)中的現(xiàn)實(shí)模塊，將會(huì)使用 4 位一體數(shù)碼管進(jìn)行結(jié)果的現(xiàn)實(shí)。 圖 七段 LED 數(shù)碼管示意圖 PIC16F877 單片機(jī)靜態(tài)輸出驅(qū)動(dòng)七段 LED 數(shù)碼管，理論依據(jù)就是給每一段數(shù)碼管施加驅(qū)動(dòng)，以完成特定字符的顯示。本設(shè)計(jì)中只要求現(xiàn)實(shí)數(shù)碼即可。所謂的譯碼 就是驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示特定的數(shù)碼。 單片機(jī)仿真以及電路 如 所示即單片機(jī)仿真電路圖， 實(shí)物工作圖。 在實(shí)際的系統(tǒng)中，往往可以通過很多種程序完成同一項(xiàng)工作，所以即使都可以完成工作，那么程序與程序之間同樣存在著優(yōu)劣。對于單片機(jī)學(xué)習(xí)者來說，匯編語言對我們認(rèn)識(shí)單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)或者是工作方式、工作原理等都非常的有幫助。 單片機(jī)只能夠?qū)ΧM(jìn)制的機(jī)器 碼令進(jìn)行識(shí)別，是一種最低級(jí)的編程語言。對于 PIC16F877 而言，如果想要借助于編譯器編譯匯編代碼的話，那么一定要遵守會(huì)變其的一些規(guī)定才可以進(jìn)行編譯工作。機(jī)器語言與匯編語言的面向?qū)ο?都是機(jī)器，也正因?yàn)檫@個(gè)一般都會(huì)稱機(jī)器語言與匯編語言為低級(jí)語言。 在保證程序正確的前提下，程序設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)是程序的可讀性、易維護(hù)性和可移單片機(jī)課程設(shè)計(jì) 19 植性。很明顯，機(jī)器語言和匯編語言這兩種低級(jí)語言是很難完成程序移植的目標(biāo)的。這時(shí)候匯編語言與 C 語言的混合編程變可以派上用場了。 C 程序可以調(diào)用匯編語言的子程序和在匯編語言中定義 的變量，匯編語言也可以調(diào)用 C 語言編寫的函數(shù)和定義的變量。下面將會(huì)給出主要測 C 程序代碼。//ICD2 調(diào)試配置字 Interrupt ISR(void) { If(ADIFamp。 PORTC=ADRESH。 TRISA0=1。//設(shè)置 ADCON1 寄存器 ADCON0=0b11000001。i25。雙機(jī)通信過程中，主機(jī)和從機(jī)都相應(yīng)的有自己所對應(yīng)的程序代碼。 //BF 自動(dòng)清空 } 從 機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)程 序： void SPI_putchar(unsigned char Data) { SSPBUF=Date。第一， MAPLAB 集成開發(fā)環(huán)境；第二，工程項(xiàng)目管理器；第三，源程序編輯器；第四，匯編器；第五，鏈接器；第六，硬件調(diào)試器；第七，軟件模擬器。最左邊是一個(gè)系統(tǒng)按鈕，右邊是 3 個(gè)窗體的控制按鈕。各個(gè)下拉菜單或者子菜單中包含若干條菜單命令，所有 MPLAB的功能都可以通過操縱菜單命令來實(shí)現(xiàn)。其實(shí)它又包含著 4 個(gè)相互重疊而又有著不同功能的布局的工具欄，分別是編輯工作藍(lán)、調(diào)試工具欄、項(xiàng)目制作工具欄和用戶定義工具欄。用于源程序的輸入、編輯和匯編，以及顯示各種對話框和調(diào)試窗口的工作區(qū)域。 HITECH C編譯器 PIC10/12/16微控制器是一個(gè)獨(dú)立的，優(yōu)化的 ANSI C 編譯器。 MAPLAB ICD 程序燒寫器是工作在 MAPLAB 的集成開發(fā)環(huán)境之中下的，其仿真頭接連接到目標(biāo)電路板上，使用方便。通過目標(biāo)應(yīng)用板，連接帶片內(nèi)調(diào)試能力的 PIC 單片機(jī)到模塊化接口 。 如果想要得到較好的數(shù)碼管顯示的效果，對延時(shí)時(shí)間的要求還是比較高的，需要通過軟件反復(fù)的調(diào)試，以達(dá)到更好的顯示效果。本論文是在蔡本曉老師的精心指導(dǎo)下完成的，論文從選題到撰寫，自始自終都得到蔡本曉老師的深切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)。 最后，衷心感謝于百忙之中評閱論文的各位老師，專家，教授。在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，無論遇到的是技術(shù)上的問題還是一些其它的問題都能得到老師在百忙之中的指導(dǎo)，對于這一點(diǎn)我是十分感謝與敬佩的，再次衷心的感謝我的畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師蔡本曉老師！ 其次，在學(xué)習(xí)和完成論文的期間，我也得到了理學(xué)院各位領(lǐng)導(dǎo)和老師的關(guān)懷和幫助，在次表示衷心的感謝！ 最后，我 還要感謝我的同學(xué)和朋友們給予我的幫助，他們?yōu)槲业漠厴I(yè)設(shè)計(jì)提供了不少建議和幫助。隨著對單片機(jī)各個(gè)模塊的進(jìn)一步熟悉，今后將會(huì)在本設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行更多功能的擴(kuò)展，是作品更加的實(shí)用，成為商品是本設(shè)計(jì)的最終目的 單片機(jī)課程設(shè)計(jì) 25 致謝 至此論文即將完成，我要感謝多年來關(guān)心、幫助和教導(dǎo)我的老師和同學(xué)們。 PIC 單片機(jī)內(nèi)部集成了 A/D 轉(zhuǎn)換的芯片，從而使得硬件電路變得更加的簡單，同時(shí)本文采用了 SPI 雙機(jī)通信的方式進(jìn)行通信，從而使得本設(shè)計(jì)擁有更多拓展空間和可能。需要通過 RS232 或者 USB 電纜將 MALAB ICD2 連接到 PC 的 串口或者USB 口。它完全與與 MAPLAB IDE 相互兼容，允許源代碼級(jí)使用 MAPLAB ICE 在線調(diào)試模擬器，與 MAPLAB ICD 2 在線調(diào)試器或者 MAPLAB SIM 模擬器。用于顯示 MPLAB 當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)。根據(jù)當(dāng)前的工作需要可以 通過單擊該按鈕在 4 種工具欄之間循環(huán)切換。多說菜單命令的右面還注明了對應(yīng)的快捷熱鍵，直接操作熱鍵也可以執(zhí)行該條命令。從左到右依次為文件、項(xiàng)目、編輯、調(diào)試、選項(xiàng)、工具、窗口和幫助。 圖 工作界面 從圖 能夠明確，從上到下有 5 個(gè)組成部分依次是：標(biāo)題欄、菜單欄、工具欄、工作