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基于at89c51的瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)儀設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文)word格式-資料下載頁

2024-12-01 21:23本頁面

【導(dǎo)讀】對(duì)煤礦巷道瓦斯?jié)舛鹊膶?shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是確保煤礦巷道安全生產(chǎn)的要素之一。它能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)瓦斯?jié)舛?,用LED. 論文采取了由整體到局部的設(shè)計(jì)思路進(jìn)行設(shè)計(jì)。整個(gè)系統(tǒng)由信號(hào)采集、信號(hào)接。傳感器、單片機(jī)、運(yùn)算放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、LED和蜂鳴器等。器件的選擇原則是在

  

【正文】 器件動(dòng)作快。所以,選用了 TTL 器件的 74LS164。 LED顯示器電路原理如下圖所示: 成都理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 23 abfcgdeD P Y76421910abcdefg5 dpdp3 8c omc omD S 4abfcgdeD P Y76421910abcdefg5 dpdp3 8c omc omD S 3abfcgdeD P Y76421910abcdefg5 dpdp3 8c omc omD S 2abfcgdeD P Y76421910abcdefg5 dpdp3 8c omc omD S 1A1B2QA 3QB 4QC 5QD 6C L K8C L R9QE 10QF 11QG 12QH 13U674L S 164A1B2QA 3QB 4QC 5QD 6C L K8C L R9QE 10QF 11QG 12QH 13U574L S 164A1B2QA 3QB 4QC 5QD 6C L K8C L R9QE 10QF 11QG 12QH 13U474L S 164A1B2QA 3QB 4QC 5QD 6C L K8C L R9QE 10QF 11QG 12QH 13U374L S 164I N 4148 I N 4148 I N 4148 I N 4148+ 5VR X DT X D 圖 412 LED顯示器電路圖 當(dāng)串行口工作于方式 0時(shí),在 “串行輸入并行輸出 ”芯片 74LS164的配合下,即可通過串行口擴(kuò)展 AT89C51的輸出口,其中 AT89C51的 RXD引腳接 74LS164芯片的串行數(shù)據(jù)輸入端, TXD引腳接 74LS164芯片的移位脈沖 CLK。 串行數(shù)據(jù)輸出過程如下: 在發(fā)送中斷標(biāo)志 TI為 0(即無效)情況下,執(zhí)行寫串行數(shù)據(jù)輸出緩沖器 SBUF指令(如 MOVE SBUF, A)即可將 SBUF寄存器中內(nèi)容由低位到高位依次輸出到 RXD 引腳,同 時(shí) TXD 引腳輸出移位脈沖,使外接的串行輸入并行輸出芯片逐一接收來自 RXD引腳上的串行數(shù)據(jù)。當(dāng) 8位數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束后,發(fā)送中斷標(biāo)志TI 自動(dòng)置 1,輸出數(shù)據(jù)(即 SBUF 內(nèi)容)也就出現(xiàn)在 74LS164 芯片的并行輸出端。這樣在執(zhí)行寫 SBUF 寄存器操作后,可通過查詢 TI 標(biāo)志來確定發(fā)送過程是否完成。當(dāng)然,在中斷處于開放狀態(tài)下(串行中斷允許 ES 為,中斷允許 EA 為1),當(dāng) TI有效時(shí),將產(chǎn)生串行中斷請(qǐng)求。不過值得注意的是 CPU響應(yīng)串行中斷后,不會(huì)自動(dòng)清除 TI,需要用 “CLR TI”指令清除 TI,以便輸出新的串行數(shù)據(jù)。 成都理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 24 第 5 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)總述 根據(jù)硬件電路的設(shè)計(jì),系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)需要分為信號(hào)的采集,處理和響應(yīng)三個(gè)大部分。整體框圖如下: 圖 51 軟件設(shè)計(jì)框圖 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)相似,也分為信號(hào)的采集、處理和顯示與報(bào)警三個(gè)部分。因?yàn)?AT89C51單片機(jī)與 A/D TLC1549進(jìn)行 SPI串行連接,就需要軟件模擬 SPI,另外就是采用中斷方式通過 A/D采集數(shù)據(jù)。信號(hào)處理部分是主要完成的功能,完成判斷瓦斯?jié)舛仁欠癯^閾值。剩下的部分是通過 LED 顯示和蜂鳴器報(bào)警 的程序。 開發(fā)軟件的選擇 目前的 AT89C51單片機(jī)編程當(dāng)中,主要有匯編語言和 C51兩種。兩種語言各有優(yōu)勢(shì),主要有以下幾方面的不同: 1)效率方面:匯編語言具有非常明顯的優(yōu)勢(shì),而 C51經(jīng)過編譯之后生成的代碼數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于匯編。 2)可移植性:由于 C51基于 C語言的模式,可移植性比匯編好。 3)實(shí)時(shí)性:匯編語言的操作比 C51精細(xì),可以計(jì)算較為精確的時(shí)間。而計(jì)算這段程序需要多長(zhǎng)時(shí)間,什么時(shí)間來中斷 ,中斷后執(zhí)行多長(zhǎng)時(shí)間,對(duì)原程序有沒有妨礙,等等,這都是 C51程序難以做到的,所以實(shí)時(shí)性優(yōu)于 C51。 4)節(jié)省 內(nèi)存:內(nèi)存和代碼效率是成反比的,同樣的內(nèi)存所能完成的功能也就大大提高,所以匯編優(yōu)于 C51。 初始化 信號(hào)采集 信號(hào)處理 顯示與 報(bào)警 讀取 AD 數(shù)據(jù) 模擬 SPI接口 蜂鳴器報(bào)警 LED顯示 成都理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 25 針對(duì)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)而言,由于軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能比較簡(jiǎn)單,用 C51 語言來寫并不會(huì)比匯編語言多占用很多的資源,而使用 C51 來編寫程序會(huì)比匯編方便快捷很多,所以選擇 C51來實(shí)現(xiàn)軟件功能。 軟件功能實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。程序模塊主要包括主程序,從 A/D讀取數(shù)據(jù),顯示氣體濃度,聲響報(bào)警程序等。 主程序流程圖 主程序流程如圖 52所示。 圖 52 主程序流程圖 開始 初始化 催化元件序列 A/D 轉(zhuǎn)換允許標(biāo)志置位 調(diào)用 A/D 轉(zhuǎn)換子程序 是否需要復(fù)位 是否需要報(bào)警 復(fù)位標(biāo)志位置位 復(fù)位操作 清除報(bào)警標(biāo)志 清除報(bào)警 報(bào)警標(biāo)志置位 發(fā)聲報(bào)警 LED顯示 成都理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 26 主程序模塊完成系統(tǒng)初始化,查詢各種狀態(tài)標(biāo)志,并判斷各個(gè)狀態(tài)位標(biāo)志,進(jìn)行相應(yīng)的控制操作等功能。 軟件模擬 SPI 接口 SPI( Serial Peripheral Interface串行外設(shè)接口)總線系統(tǒng)是一種同步串行外設(shè)接口,它可以使 MCU與各種外圍設(shè)備以串行方式進(jìn)行通信以交換信息。由于SPI 系統(tǒng)總線一共只需 3~ 4 位數(shù)據(jù)線和控制即可實(shí)現(xiàn)與具有 SPI 總線接口功能的各種 I/O器件進(jìn)行接口,而擴(kuò)展并行總線則需要 8根數(shù)據(jù)線、 8~ 16位地址線、2~ 3 位控制線。由此可 見, AT89C51 單片機(jī)不具有 SPI 接口的單片機(jī)組成的智能儀器和工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)中,當(dāng)傳輸速度要求不是太高時(shí),使用 SPI總線可以增加應(yīng)用系統(tǒng)接口器件的種類,提高應(yīng)用系統(tǒng)的性能。 對(duì)于不帶 SPI 串行總線接口的 AT89C51 單片機(jī)來說,可以使用軟件來模擬SPI的操作,包括串行時(shí)鐘、數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出。對(duì)于不同的串行接口外圍芯片,它們的時(shí)鐘時(shí)序是不同的。對(duì)于在 SCK 的上升沿輸入(接收)數(shù)據(jù)和在下降沿輸出(發(fā)送)數(shù)據(jù)的器件,一般應(yīng)將其串行時(shí)鐘輸出口 的初始狀態(tài)設(shè)置為 1,而在允許接收后再置 0。這樣, MCU在輸出 1位 SCK時(shí)鐘的同時(shí),將使接口芯片串行左移,從而輸出 1位數(shù)據(jù)至 MCS51單片機(jī)的 (模擬 MCU的 MISO 線),此后再置 為 1,使 MCS51 系列單片機(jī)從 (模擬 MCU的 MOSI線)輸出 1位數(shù)據(jù)(先為高位)至串行接口芯片。至此,模擬1 位數(shù)據(jù)輸入輸出便宣告完成。此后再置 為 0,模擬下 1 位數(shù)據(jù)的輸入輸出 …… ,依此循環(huán) 8次,即可完成 1次通過 SPI總線傳輸 8位數(shù)據(jù)的操作。對(duì)于在 SCK 的下降沿輸入數(shù)據(jù)和上升沿輸出數(shù)據(jù)的器件,則應(yīng)取串行時(shí)鐘輸出的初始狀態(tài)為 0,即在接口芯片允許時(shí),先置 1,以便外圍接口芯片輸出 1位數(shù)據(jù)( MCU接收 1位數(shù)據(jù)),之后再置時(shí)鐘為 0,使外圍接口芯片接收 1位數(shù)據(jù)(MCU發(fā)送 1位數(shù)據(jù) ),從而完成 1位數(shù)據(jù)的傳送。 圖 53 SPI操作時(shí)序圖 成都理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 27 因?yàn)?SPI的接口模擬是用于單片機(jī)和 A/D之間的通訊,所以沒有單獨(dú)的 SPI模擬程序,而是合并到單片機(jī)與 A/D的通訊中。 通過 A/D TLC1549 讀取數(shù)據(jù) 單片機(jī)通過 TLC1549 A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集,是軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最核心的部分。這一部分主要分為啟動(dòng) TLC1549 并等待中斷后讀數(shù)、 A/D 轉(zhuǎn)換后讀數(shù)兩個(gè) 主要部分。主程序中利用原地踏步來等待采樣完成。 TLC1549,并在中斷完成后進(jìn)行讀數(shù)。 //全局變量 存儲(chǔ) AD轉(zhuǎn)換后的值 uint ad。 //啟動(dòng) TLC1549,等待中斷后讀數(shù) void start1549(uchar port) //讀取采樣值 ,port是采樣的通道號(hào) { uchar i。 CLOCK=0。 _CS=0。 port=4。 for (i=0。i4。i++) //把通道號(hào)打入 1549 { D_IN=(bit)(portamp。0x80)。CLOCK=1。CLOCK=0。 port=1。 } for (i=0。i6。i++) //填充 6個(gè) CLOCK { CLOCK=1。CLOCK=0。 } _CS=1。 } ,通過單片機(jī)模擬 SPI采集數(shù)據(jù) void read1549() 成都理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 28 { uchar al=0,ah=0,i。 _CS=0。 for (i=0。i2。i++) //取 D9,D8 { D_OUT=1。 CLOCK=1。 ah=1。 if (D_OUT) ah|=0x01。 CLOCK=0。 } for (i=0。i8。i++) //取 D7D0 { D_OUT=1。 CLOCK=1。 al=1。 if (D_OUT) al|=0x01。 CLOCK=0。 } _CS=1。 ad=(uint)ah。 ad=8。ad|=(uint)al。 //得到 AD值 } 成都理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 29 結(jié) 論 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì),采用瓦斯傳感器將氣體濃度轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào),再經(jīng)過集成運(yùn)算放大器,由 TLC 1549 串行 A/D 轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字信號(hào),AT89C51單片機(jī)接 收信號(hào)并進(jìn)行處理,再由 LED顯示和蜂鳴器報(bào)警。主要完成了以下研究工作: 1)查閱瓦斯傳感器資料,熟悉各種瓦斯傳感器原理,比較參數(shù),選定了傳感器 MQ5為本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的瓦斯傳感器。 2)經(jīng)過對(duì)比性能、功耗等因素,選擇了具有低失調(diào)電壓、低失調(diào)電流和低溫漂的超低失調(diào)運(yùn)算放大器 OP07; 通用性強(qiáng)、功耗小、性能良好的 系統(tǒng)采用AT89C51 單片機(jī)作為控制部分的核心; 與單片機(jī)接口簡(jiǎn)單,轉(zhuǎn)換速度快,而且功耗小的 A/D轉(zhuǎn)換器 TLC1549。 3)為了完成整體的系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì),把系統(tǒng)分為瓦斯?jié)舛葌鞲衅鳌⑦\(yùn)算放大電路、 A/D 轉(zhuǎn)換 電路、 LED 顯示器和報(bào)警裝置六個(gè)部分,完成了六個(gè)部分的硬件電路設(shè)計(jì)及信號(hào)傳輸?shù)钠ヅ洹? 4)對(duì)于系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì),采取了先畫出整體流程框圖再局部實(shí)現(xiàn)具體子程序的方法,完成了單片機(jī)從 A/D 的數(shù)據(jù)采集、是否達(dá)到報(bào)警濃度的判斷、 LED的顯示和驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警等具體的子程序。 由于時(shí)間緊、任務(wù)重、自身經(jīng)驗(yàn)缺乏,還有以下的不足: 1)缺乏輸入設(shè)備的設(shè)計(jì),報(bào)警閾值無法根據(jù)具體環(huán)境進(jìn)行改變,缺乏靈活性。 2)設(shè)計(jì)沒有考慮通訊部分,無法把監(jiān)測(cè)信息及時(shí)的發(fā)送給上級(jí)設(shè)備。 成都理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 30 致 謝 大學(xué)四年的學(xué)習(xí)生涯就要結(jié)束了,在這的四年的時(shí)間里, 我得到了許多老師、同學(xué)、朋友的熱情幫助,在此表示衷心的感謝。本論文是在高嵩老師的親切關(guān)懷與悉心指導(dǎo)下完成的。 首先向高嵩老師表示衷心的感謝!從做畢業(yè)設(shè)計(jì)開始,高嵩老師就給予了極大的支持,無論多忙,都會(huì)抽出時(shí)間來指導(dǎo)畢業(yè)設(shè)計(jì)的工作。從最開始的選題,到論文的撰寫和修改,高老師都細(xì)心指導(dǎo),給予了我極大的幫助。在此,向高老師致以最真誠的謝意和最崇高的敬意! 同時(shí)還要感謝教育和指導(dǎo)過我的所有老師,你們給予我的不僅僅是知識(shí),還有你們對(duì)知識(shí)孜孜不倦的追求精神和對(duì)生活的積極向上態(tài)度,使我終身受益。我將在以后的工作中繼續(xù)努力 ,不斷學(xué)習(xí),努力提高自己。我愿在未來的學(xué)習(xí)和研究過程中,以更加豐厚的成果來答謝曾經(jīng)關(guān)心、幫助和支持過我的所有領(lǐng)導(dǎo)、老師、同學(xué)和朋友! 成都理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 31 參考文獻(xiàn) [1] 韓志軍,沈晉源,王振波 . 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 機(jī)械工業(yè)出版社, [2] 余小平,奚大順 . 電子系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 北京:北京航空航天大學(xué)出版社, 2020. 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