汽車駕駛員酒精濃度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 連接，作為單片機(jī)讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀信號(hào)。 單片機(jī)引腳 與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的 EOC 端經(jīng)過 或非門后的輸出端用導(dǎo)線相連接，用于單片機(jī)對模數(shù)轉(zhuǎn)換是否結(jié)束的查詢，模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)束后可以查詢到 為高電平，為單片機(jī)讀取數(shù)據(jù)作準(zhǔn)備。 單片機(jī)的 ALE 端口接到 D 觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)輸入端 CK， D 觸發(fā)器的反相輸出端與觸發(fā)信號(hào)輸入端用導(dǎo)線相連， D 觸發(fā)器的清零和復(fù)位端為低電平有效，分別接高電平， D 觸發(fā)器的正向輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的 CLK 端子用導(dǎo)線相連接，為模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片提供正常的時(shí)鐘信號(hào)。把模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的 A2﹑ A1﹑ A0 端分別用導(dǎo)線連接到地址鎖存器的低三位，用于選擇模數(shù)轉(zhuǎn)換的通道。模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的 IN0 端子用導(dǎo)線與信號(hào)采樣部 分的負(fù)載電阻端相連，作為要模數(shù)轉(zhuǎn)換的輸入端。單片機(jī)引腳 － 連接到模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的數(shù)據(jù)輸出端 D0﹑ D1﹑ D2﹑ D3﹑ D4﹑ D5﹑ D6﹑ D7 端，用于讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。地址地址鎖存芯片 74LS373 的輸入端低三位分別與單片機(jī)引腳 － 連接，用于鎖存選擇模數(shù)轉(zhuǎn)換通道的地址。 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 第 17 頁 共 46 頁 圖 10 ADC0809 與單片機(jī) 80C51 接口電路 發(fā)光二極管顯示報(bào)警電路 發(fā)光二極管集成驅(qū)動(dòng)芯片 LM3914 的管腳圖如圖 11 所示。 其內(nèi)部的緩沖放大器最大限度的提高了該集成電路的輸入電阻（ 5 腳），電壓輸入 信號(hào)經(jīng)過緩沖器（增益為零）同時(shí)送到 10 個(gè)電壓比較器的異相（ ）輸入端。 10 個(gè)電壓比較器的同相輸入（ +）端分別接到 10 個(gè)等值電阻（ 1KΩ）串聯(lián)回路的 10 個(gè)分壓端。因?yàn)榕c串聯(lián)回路相接的內(nèi)部參考電壓為 ，所以相鄰分壓端之間的電壓差為 。為了驅(qū)動(dòng)LED1 發(fā)光，集成電路 LM3914 的 1 腳輸出應(yīng)該為低電平，因此要求電壓比較器異相（ ）端的輸入電壓應(yīng)大于 。同理，要使 LED2 發(fā)光，異相端輸入電壓應(yīng)大于 *2=；要使LED10 發(fā)光，異相端輸入電壓應(yīng)大于 *10=。 LM3914 的 9 腳為點(diǎn)，條方式選擇端，當(dāng) 9 腳與 11 腳相接為點(diǎn)狀顯示；當(dāng) 9 腳與 3 腳相接，則為條狀顯示。本系統(tǒng)采用條狀顯示方式，即將引腳 9 和引腳 3 都接到汽車駕駛員酒精濃度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 18 頁 共 46 頁 電源的正極。 圖 11 LM3914 管腳圖 如圖 12 所示， LM3914 的 3 和 9 引腳接電源正極，使發(fā)光二極管成柱狀顯示， 7和 8 引腳接一個(gè) 2K 的電阻，控制發(fā)光二極管的亮度， 5 引腳為采樣信號(hào)的輸入端，10 到 18 引腳和 1 引腳分別接發(fā)光二極管的負(fù)極端， 4 和 2 引腳與發(fā)光二極管的正極間接一個(gè) 10μF 的電容，作為發(fā)光二極管的虛電源，驅(qū)動(dòng)要反光的二極管點(diǎn)亮。 當(dāng)檢 測到酒精氣味時(shí)，氣敏傳感器的 AB 間電阻變小， LM3914 的 5 端電位升高，通過比較放大，驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管依次發(fā)光，從而區(qū)分出酒精含量的高低，直觀的看出所測的酒精濃度達(dá)到了哪個(gè)水平值，起到報(bào)警的作用。 輸入靈敏度可以通過負(fù)載電阻的調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)，即對地電阻調(diào)小時(shí)靈敏度下降；反之，靈敏度增加。改變 7 腳與 8 腳之間電阻的阻值可以調(diào)節(jié)發(fā)光二極管的顯示亮度，當(dāng)阻值增加亮度減弱，反之加強(qiáng)。 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 第 19 頁 共 46 頁 圖 12 發(fā)光二極管顯示 數(shù)碼管顯示電路 發(fā)光二極管一般是砷化鎵半導(dǎo)體二極管，在發(fā)放光二極管兩端加上正向電壓，則發(fā)光二極管發(fā)光 。數(shù)碼管是由若干發(fā)光二極管組合而成的，有共陰極和共陽極兩種結(jié)構(gòu)形。 8 段共陰數(shù)碼管由 a﹑ b﹑ c﹑ d﹑ e﹑ f﹑ g、 dg 這 8 個(gè)發(fā)光二極管組成。把 8 個(gè)發(fā)光二極管的陰極連接在一起構(gòu)成共陰極端，接進(jìn)電路時(shí)，共陰極端接地，給要發(fā)光顯示的二極管的陽極端接高電平可使該發(fā)光二極管導(dǎo)通點(diǎn)亮。如圖 13 所示。 汽車駕駛員酒精濃度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 20 頁 共 46 頁 圖 13 8 段共陰數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖 用單片機(jī)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示，靜態(tài)顯示就是顯示驅(qū)動(dòng)電路具有輸出鎖存功能，單片機(jī)將所要顯示的數(shù)據(jù)送出后就 可以驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù) ，直到下一次顯示數(shù)據(jù)需要更新時(shí)再傳送一次新 的 數(shù)據(jù) 就可以了 。靜態(tài) 顯示數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用 CPU時(shí)間 少 。動(dòng)態(tài)顯示需要時(shí)刻對顯示器件進(jìn)行數(shù)據(jù)刷新，顯示數(shù)據(jù)有閃爍感，占用的CPU 時(shí)間多。這兩種顯示方式各有利弊；靜態(tài)顯示雖然數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用很少的 CPU 時(shí)間，但每個(gè)顯示單元都需要單獨(dú)的顯示驅(qū)動(dòng)電路，使用的硬件較多；動(dòng)態(tài)顯示雖然有閃爍感，占用的 CPU 時(shí)間多，但使用的硬件少，能節(jié)省線路板空間。 設(shè)計(jì)選用 3個(gè)單位 8段共陰數(shù)碼管來顯示輸出的數(shù)據(jù)，因?yàn)殡娐酚布鄬^簡單，所以選擇靜態(tài)顯示方法。選用 3 個(gè)移位寄存器 74LS164 驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管發(fā)光點(diǎn)亮。電路連接如圖 14 所示。移位寄存器在電路中一是驅(qū) 動(dòng)數(shù)碼管點(diǎn)亮，二是對輸入的串行數(shù)據(jù)并行輸出，起到串并轉(zhuǎn)換的作用。移位寄存器 74LS164 串行數(shù)據(jù)輸入端與前一位的并行輸出最高位相連，第一位移位寄存器的數(shù)據(jù)輸入端與單片機(jī)的數(shù)據(jù)輸出端 連接。單片機(jī)引腳 用于給移位寄存器提供移位的時(shí)鐘脈沖，該引腳與三個(gè)移位寄存器的時(shí)鐘輸入端 CLK 相連。因?yàn)槊课粩?shù)據(jù)串行輸出先輸出的是低位，所以數(shù)碼管引腳 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、 dg 應(yīng)順序與對應(yīng)位的移位寄存器并行輸出端的 QQ Q Q Q Q Q Q0 連接。 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 第 21 頁 共 46 頁 圖 14 數(shù)碼管顯示電路 系統(tǒng) 整體電路圖 信號(hào)采樣模塊電路的輸出接到發(fā)光二極管顯示 LM3914 的輸入端，同時(shí)也將采樣信號(hào)輸出端接至 A/D 轉(zhuǎn)換芯片的輸入端，再加上單片機(jī)最小系統(tǒng)電路、單片機(jī)與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的連接和單片機(jī)與數(shù)碼管顯示的連接，即可作出它的整體電路圖，如圖15 所示。 汽車駕駛員酒精濃度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 22 頁 共 46 頁 圖 15 整體電路圖系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 第 23 頁 共 46 頁 3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 開發(fā)環(huán)境 選用的開發(fā)平臺(tái)為 WAVE6000 單片機(jī)集成開發(fā)環(huán)境，只需在 PC 機(jī)上安裝WAVE6000 軟件，然后在 WAVE6000 軟件代碼編輯器編輯程序代碼，經(jīng)匯編，修改，產(chǎn)生代碼，形成輸入輸出口實(shí)驗(yàn)十六進(jìn)制 .HEX 文件 , 初始化器件后，將經(jīng)過編譯生成的 .HEX 十六進(jìn)制文件下載到單片機(jī)。 對于 8051 系列單片機(jī)，現(xiàn)有四種語言支持，即匯編、 PL/M、 C 和 BASIC。 本設(shè)計(jì)軟件編程部分選用匯編語言來寫程序代碼。 3. 2 程序流程 當(dāng)檢測到酒精氣味時(shí)，氣體傳感器 MQ3 兩個(gè)電極端 AB 間電阻將變小，對應(yīng)與氣體傳感器負(fù)載電阻的分壓將變大。因?yàn)?ADC0809 的模擬輸入端 IN0 與負(fù)載電阻的一端用導(dǎo)線連在了一起。所以單片機(jī)在啟動(dòng)測試模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片之前要選擇通道 0，寫入模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，并將用作查詢的單片機(jī)引腳 置位，然后啟動(dòng)對通道 IN0 端輸入的采集電壓信號(hào)作模數(shù)轉(zhuǎn)換，等待轉(zhuǎn)換的結(jié)束。利用單片機(jī)豐富的 I/O 口可以采用查詢方式來檢測模數(shù)轉(zhuǎn)換是否結(jié)束，當(dāng)單片機(jī)引腳 為 1 時(shí)轉(zhuǎn)換未結(jié)束等待，當(dāng)查詢到 為 0 時(shí)表示模數(shù)轉(zhuǎn)換已經(jīng)結(jié)束，可以開始讀取數(shù)據(jù)了。單片機(jī)通過 I/O口與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的數(shù)據(jù)輸出口相連讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。讀取后的數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單元中，經(jīng)過單片機(jī)作相應(yīng)的處理，即要將該電壓值轉(zhuǎn)換為酒精濃度值，然后處理后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成三位十進(jìn)制 BCD 碼用數(shù)碼管顯示。程序流程圖如圖 16 所示。 汽車駕駛員酒精濃度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 24 頁 共 46 頁 圖 16 程序流程圖 單片機(jī)選擇 A/D通道地址 單片機(jī) 置位并啟動(dòng) A/D 測試 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束？ =1? 數(shù)碼管顯示 N Y 單片機(jī)初始化 開始 單片機(jī)讀取數(shù)據(jù)并作處理 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 第 25 頁 共 46 頁 程序代碼編寫 系統(tǒng)電源線接通或者系統(tǒng)復(fù)位后，程序從主程序入口進(jìn)入運(yùn)行。因?yàn)樵诔绦蛑忻看螌δ?shù)轉(zhuǎn)換后讀取的數(shù)據(jù)，需要相應(yīng)的存儲(chǔ)空間，同時(shí)對讀取的數(shù)據(jù)作適當(dāng)處理后也要送到特定的存儲(chǔ)空間存儲(chǔ)起來，以供后面的數(shù)碼管顯示用。當(dāng)然，在程序運(yùn)行的過程當(dāng)中，還要用到工作寄存器，因?yàn)楣ぷ骷拇嫫鞫际桥R時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，不需要保存作為以后處理要用到的數(shù)據(jù)，所以工作寄存器的初始化這部分可以省去。于是，對于程序的初始化程序代碼可以相應(yīng)寫出 [13]。 START:MOV R7,60H MOV R0,20H CLR A LOOP:MOV @R0,A INC R0 DJNZ R7,LOOP 初始化程序從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址為 20H 單元開始，到 80H 單元全部清零。即每次的初始化將上次存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)全部清除，用于存放當(dāng)前要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。 對模擬電壓信號(hào)的數(shù)字轉(zhuǎn)換由模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 ADC0809 加單片機(jī) 80C51 控制來完成。模擬電壓的輸入端接在模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的 IN0 通道，再根據(jù)單片機(jī)與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的連接，單片機(jī)在選擇讀寫地址時(shí)應(yīng)該為 7FF8H。因?yàn)閱纹瑱C(jī)高 8 位地址位的 位與單片機(jī)的 WR 位經(jīng)或非后與 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的 START 和 ALE 用導(dǎo)線連接。所以單片機(jī)在將地址 7FF8H 寫入模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片后，一方面模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片鎖存地址選擇線的狀態(tài)，從而選通相應(yīng)的模擬通道，同時(shí)啟動(dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換。模數(shù)轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間，這時(shí)可以開始對轉(zhuǎn)換是否結(jié)束進(jìn)行不斷的查詢。 ADC0809 中模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出標(biāo)志位是 EOC，轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)為高電平有效。該位通過一個(gè)反相器與單片機(jī)引腳 相連，因?yàn)閱?dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換之前 位被置位，所以當(dāng)查詢到 位為 0 時(shí)即表示模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)束。最后將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)讀取到單片機(jī)累加器 A 中。根據(jù)這思路可以寫出模數(shù)轉(zhuǎn)換 的子程序代碼。 TEST:MOV DPTR,7FF8H SETB MOVX @DPTR,A JB ,$ 汽車駕駛員酒精濃度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 26 頁 共 46 頁 MOVX A,@DPTR RET 把轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字電壓值讀取到單片機(jī)后，因?yàn)?，?shí)際的電壓值范圍在 0～ +5V之間，而 ADC0809 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片對應(yīng)的是 8 位精度的處理，即從 00000000B 到11111111B，所以單片機(jī)還要對它作個(gè)除 51 的處理工作。而在處理過程中對于有些數(shù)據(jù)的處理，可能要碰到雙 字節(jié)相除的情況。為此，在第一位單字節(jié)除 51 后，接下來的小數(shù)部分位的除 51 則要作雙字節(jié)的除法，這樣才能保證使所有位能顯示出來。如果所有位都當(dāng)單字節(jié)除法來運(yùn)算的話，對于有些要作雙字節(jié)除法的位上的數(shù)字則無法顯示，而能是顯示 0。相除后對應(yīng)的每一位分別送到地址為 7DH， 7EH， 7FH 的存儲(chǔ)單元保存，以供顯示或后續(xù)處理用。思路明確后，實(shí)際電壓值轉(zhuǎn)換部分程序可以寫出來。 MOV B,51 DIV AB MOV 7DH,A MOV A,B MOV B,10 MUL AB MOV R6,A MOV R7,B ACALL DIV16 MOV 7EH,R6 MOV A,R2 MOV B,10 MUL AB MOV R6,A MOV R7,B ACALL DIV16 MOV 7FH,R6 經(jīng)過處理后實(shí)際采樣到的電壓值對應(yīng)的各個(gè)位就分別存儲(chǔ)在 7DH， 7EH， 7FH三個(gè)存儲(chǔ)單元里面了。 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 第 27 頁 共 46 頁 模數(shù)轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字電壓量被單片機(jī)讀取后還要作一定的數(shù)據(jù)處理，其中包括把電壓值轉(zhuǎn)換 為與之相對應(yīng)的酒精濃度值，根據(jù)總體設(shè)計(jì)思路，對電壓值都近似作對應(yīng)區(qū)間的線性轉(zhuǎn)換。即首先，單片機(jī)要對采集到的數(shù)據(jù)在哪個(gè)區(qū)間作個(gè)判斷跳轉(zhuǎn)，然后再根據(jù)該區(qū)間的線性關(guān)系作轉(zhuǎn)換，得到對應(yīng)的酒精濃度值。根據(jù)酒精濃度與電壓的線性映射關(guān)系，如表 3 所示，可以寫出該部分的程序代碼 MOV B,100 MUL AB MOV R6,A MOV R7,B MOV R5,0 MOV R4,51 ACALL DIV16 MOV 70H,R6 MOV 71H,R7 MOV A,71H JNZ L5 L1:MOV 72H,75 CLR C MOV A,