基于單片機(jī)的酒精濃度檢測(cè)儀設(shè)計(jì)畢業(yè)論文設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2024-07-19 20:33 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 1) GND 芯片參考0電位(地) (12) DI數(shù)據(jù)信號(hào)輸入，選擇通道控制 (13) DO 數(shù)據(jù)信號(hào)輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出 (14) CLK 芯片時(shí)鐘輸入 (15) Vcc/REF電源輸入及參考電壓輸入(復(fù)用) AT24C02存儲(chǔ)器在本設(shè)計(jì)中使用的是24C02存儲(chǔ)芯片，是電可擦除的 PROM，8 個(gè)引腳功能及兩線串行接口，~5V。串行E2PROM是基于I2CBUS 的存儲(chǔ)器件，遵循二線制協(xié)議，由于其具有接口方便，體積小，數(shù)據(jù)掉電不丟失等特點(diǎn)，在儀器儀表及工業(yè)自動(dòng)化控制中得到大量的應(yīng)用。在一般單片機(jī)系統(tǒng)中，24C02 數(shù)據(jù)受到干擾的情況是很少的，基本的讀寫(xiě)功能外，還對(duì)地址功能以及WP引腳保護(hù)功能進(jìn)行了全面的檢測(cè)[6]。發(fā)現(xiàn)一種ATMEL(激光印字)以及 XICOR牌號(hào)的 24C02 具有全面的符合I2C總線協(xié)議的功能，而有些牌號(hào)24C02要么沒(méi)有WP引腳保護(hù)功能，要么沒(méi)有器件地址功能(即2片24C02不能共用一個(gè)I2C總線)有些甚至兩種功能均無(wú)，所以說(shuō)一些同樣功能型號(hào)的電子器件在兼容性上往往會(huì)帶來(lái)意想不到的問(wèn)題，值得引起注意。 LCD顯示模塊液晶顯示模塊與計(jì)算機(jī)的接口電路有兩種方式，它與單片機(jī)的接口方法分為直接訪問(wèn)方式和間接控制方式。直接訪問(wèn)方式是把液晶模塊當(dāng)作存儲(chǔ)器或 I/O 設(shè)備直接接在單片機(jī)的總線上，單片機(jī)以訪問(wèn)存儲(chǔ)器或I/O設(shè)備的方式操作液晶顯示模塊的工作。間接控制方式只是利用它的 I/O口來(lái)實(shí)現(xiàn)與顯示模塊的聯(lián)系，而不使用單片機(jī)的數(shù)據(jù)系統(tǒng)。這種訪問(wèn)方式既不占用存儲(chǔ)器空間，接口電路又與時(shí)序無(wú)關(guān)，其時(shí)序徹底地靠軟件編程實(shí)現(xiàn) [7]。 表21 LCD1602接口功能表引腳號(hào)引腳名電平輸入輸出引腳說(shuō)明1VSS電源地2VDD電源正極（+5V）3VL液晶顯示偏壓信號(hào)4RS0/1輸入數(shù)據(jù)/命令選擇端，0：輸入指令，1：輸入數(shù)據(jù)5R/W0/1輸入讀/寫(xiě)選擇端，0：想LCD寫(xiě)入指令或數(shù)據(jù)，1：從LCD讀取信息6E1→0輸入使能信號(hào)，1時(shí)讀取信息，1→0（下降沿）執(zhí)行指令7D00/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線（最低位）8D10/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線9D20/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線10D30/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線11D40/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線12D50/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線13D60/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線14D70/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線（最高位）15BLA+VCCLCD背光電源正極16BLK接地LCD背光電源負(fù)極LCD1602 字符型液晶顯示模塊是一種專門(mén)用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣式 LCD，目前常用161，162，202和402行等的液晶顯示模塊，模塊組件內(nèi)部主要由LCD顯示屏、控制器、列驅(qū)動(dòng)器和偏壓產(chǎn)生電路構(gòu)成。 1602 液晶顯示屏采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中各接口的功能如上表21所示： 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)基于單片機(jī)酒精濃度檢測(cè)儀的硬件設(shè)計(jì)部分，首先，我們必須了解它的硬件設(shè)計(jì)原理其次，需要弄清楚它的總體構(gòu)成及具體的外圍電路最后，根據(jù)其原理框圖和具體的外圍電路得到完整的硬件總電路圖。 硬件設(shè)計(jì)原理由酒精傳感器對(duì)待測(cè)氣體(液體)進(jìn)行檢測(cè)，轉(zhuǎn)換成輸出電壓信號(hào)，以單片機(jī)為核心的控制、信號(hào)采集處理、聲光報(bào)警電路以及顯示、鍵盤(pán)、PC接口電路。測(cè)試儀進(jìn)行氣體檢測(cè)的基本步驟是單片機(jī)先采集酒精傳感器的響應(yīng)信號(hào)，然后進(jìn)行轉(zhuǎn)換，儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器中，最后單片機(jī)通過(guò)特定的算法進(jìn)行氣體濃度的識(shí)別，同時(shí)將分析的值與設(shè)定值進(jìn)行對(duì)比，對(duì)超出設(shè)定值進(jìn)行報(bào)警，并且將結(jié)果輸出到LED顯示屏幕上[8]。本系統(tǒng)由酒精傳感器，數(shù)模轉(zhuǎn)換器，單片機(jī)，鍵盤(pán)，聲音報(bào)警以及LCD顯示等部分組成，在這次的整體設(shè)計(jì)中詳細(xì)涉及下面幾個(gè)方面，其原理框圖如圖 31所示：圖31系統(tǒng)總體流程圖 硬件設(shè)計(jì)外圍電路 晶振電路、復(fù)位電路設(shè)計(jì)單片機(jī)工作的過(guò)程中各指令的微操作在時(shí)間上有嚴(yán)格的次序，這種微操作的時(shí)間次序稱作時(shí)序。單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)用來(lái)為單片機(jī)芯片內(nèi)部各種微操作提供時(shí)間基準(zhǔn)。89C51 的時(shí)鐘產(chǎn)生方式有兩種，一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，一種是外部時(shí)鐘方式。內(nèi)部時(shí)鐘方式即在單片機(jī)的外部接一個(gè)晶振電路與單片機(jī)里面的振蕩器組合作用產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)。外部時(shí)鐘方式是把外部已有的時(shí)鐘信號(hào)引入到單片機(jī)內(nèi)，此方式常用于多片89C51 單片機(jī)同時(shí)工作，以便于各單片機(jī)的同步，一般要求外部信號(hào)高電平的持續(xù)時(shí)間大于20ns，且為頻率低于12MHz 的方波[9]。對(duì)于CHMOS工藝的單片機(jī)，外部時(shí)鐘要由XTAL1端引入，而XTAL2端應(yīng)懸空。本系統(tǒng)中為了盡量降低功耗的原則，采用了內(nèi)部時(shí)鐘方式。晶振電路和復(fù)位電路如下圖32所示：圖32晶振電路與復(fù)位電路單片機(jī)開(kāi)始工作的時(shí)候，必須處于一種確定的狀態(tài)，否則，不知哪是第一條程序和如何開(kāi)始運(yùn)行程序。端口線電平和輸入輸出狀態(tài)不確定可能使外圍設(shè)備操作失誤，導(dǎo)致嚴(yán)重事故的發(fā)生，內(nèi)部一些控制寄存器(專用寄存器)內(nèi)容不確定可能導(dǎo)致定時(shí)器溢出、程序尚未開(kāi)始就要中斷及串口亂傳向外設(shè)發(fā)送數(shù)據(jù)。因此，任何單片機(jī)在開(kāi)始工作前，都必須進(jìn)行一次復(fù)位過(guò)程，使單片機(jī)處于一種確定的狀態(tài)。當(dāng)在 89C51單片機(jī)的RST引腳引入高電平并保持2個(gè)機(jī)器周期時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作(若該引腳持續(xù)保持高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài))。實(shí)際應(yīng)用中，復(fù)位操作有兩種基本形式：一種是上電復(fù)位，另一種是上電與按鍵均有效的復(fù)位。上電復(fù)位，要求接通電源后，單片機(jī)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作常用的上電復(fù)位，上電瞬間RST引腳獲得高電平，隨著電容C1的充電，RST引腳的高電平將逐漸下降[10]。本設(shè)計(jì)中復(fù)位電路采用的是開(kāi)關(guān)復(fù)位電路，開(kāi)關(guān)S9未按下是上電復(fù)位電路，上電復(fù)位電路在上電的瞬間，由于電容上的電壓不能突變，電容處于充電(導(dǎo)通)狀態(tài)，故RST腳的電壓與VCC相同。隨著電容的充電，RST 腳上的電壓才慢慢下降。選擇合理的充電常數(shù)，就能保證在開(kāi)關(guān)按下時(shí)是 RST 端有兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平從而使STC89C51內(nèi)部復(fù)位。開(kāi)關(guān)按下時(shí)是按鍵手動(dòng)復(fù)位電路，RST端通過(guò)電阻與VCC電源接通，通過(guò)電阻的分壓就可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的復(fù)位。如圖33所示：圖33復(fù)位電路RST引腳的高電平只要能保持足夠的時(shí)間（2個(gè)機(jī)器周期），單片機(jī)就可以復(fù)位操作。該電路典型的電阻和電容參數(shù)為：晶振為12MHz時(shí)，C1為10Uf。 報(bào)警設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，一般的工作狀態(tài)可以通過(guò)指示燈或數(shù)碼顯示來(lái)指示，供操作人員借鑒。但針對(duì)某些特定狀態(tài)，例如系統(tǒng)檢測(cè)到的錯(cuò)誤狀態(tài)等，為了使操作人員不小心忽視，及時(shí)采取措施，必須還需要有某種更能引人注意，提起警覺(jué)的報(bào)警信號(hào)。這種報(bào)警信號(hào)一般有閃光報(bào)警、鳴音報(bào)警和語(yǔ)音報(bào)警三種類型。其中，前兩種報(bào)警裝置因硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，軟件編程方便，往往在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中使用。但語(yǔ)音報(bào)警雖然警報(bào)信息較直接，并且硬件成本
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