基于at89s51單片機酒精濃度探測儀的設計與實現jp-資料下載頁

【導讀】撰寫的成果作品。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。關學位論文管理部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。轉化，并由單片機控制，最后用數碼管顯示。本設計基于AT89S51單片機設計的酒精濃度探測。儀，可用來檢測酒精氣體濃度，最主要的用途是檢測司機的酒精含量。車，避免事故的發生。解決酒后駕車問題。目前，氣敏傳感器已有較高的精度，可達萬分之一以上。智能化數字化的氣體傳感器克服了目前。三位數碼管顯示具體數值。電壓值送LM3914放大比較，驅動相應的發光二極管發光，顯示酒精濃度的高低。不斷采集經ADC0809模數轉換后的變化的電壓值，經數據處理交數碼管顯示。

　　

【正文】 道 0，寫入模數轉換芯片， 并將用作查詢的單片機引腳 置位， 然后啟動對通道 IN0 端輸入的采集電壓信號作模數轉換，等待轉換的結束 。 利用單片機豐富的 I/O 口可以 采用查詢方式 來檢測模數轉換是否結束，當單片機引腳 為 1 時轉換未結束等待， 當查 詢到 為 0 時表示模數轉換已經結束，可以開始讀取數據了 。 單片機通過 I/O 口與模數轉換芯片的數據輸出口相連讀取轉換后的數據。讀取后的數據送到數據存儲器單元中，經過單片機作相應的處理，即要將 該電壓值轉換為酒精濃度值，然后處理后的 數據轉換成三位十進制 BCD 碼用數碼管顯示。 程序流程圖如圖 16 所示。 武漢理工大學畢業設計（論文） 21 圖 16 程序流程圖 單片機選擇 A/D通道地址 單片機 置位并啟動 A/D 測試 A/D 轉換結束？ =1? 數碼管顯示 N Y 單片機初始化 開始 單片機讀取數據并作處理 武漢理工大學畢業設計（論文） 22 程序代碼編寫 系統電源線接通或者系統復位后 ，程序 從主程序入口進入運行。因為在程序中每次對模數轉換后讀取的數據，需要相應的存儲空間 ，同時對讀取的數據作適當處理后也要送到特定的存儲空間存儲起來，以供后面的數碼管顯示用。當然，在程序運行的過程當中，還要用到工作寄存器，因為工作寄存器都是臨時存儲數據，不需要保存作為以后處理要用到的數據，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 初始化程序從數據存儲器地址為 20H 單元開始，到 80H 單元全部清零。即每次的初 始化將上次存儲的數據全部清除 ，用于存放當前要存儲的數據。 對模擬電壓信號的數字轉換由模數轉換芯片 ADC0809加單片機 AT89S51控制來完成。模擬電壓的輸入端接在模數轉換芯片的 IN0 通道，再根據單片機與模數轉換芯片的連接，單片機在選擇讀寫地址時應該為 7FF8H。 因為單片機高 8 位地址位的 位與 單片機 的WR 位經或非后與模數轉換芯片的 START 和 ALE 用導線連接。所以單片機在 將地址7FF8H 寫入模數轉換芯片后， 一方面模數轉換芯片鎖存地址選擇線的狀態，從而選通相應的模擬通 道，同時啟動模數轉換。模數轉換需要一定的時間，這時 可以開始對轉換是否結束進行不斷的查詢。 ADC0809 中模數轉換結束輸出標志位是 EOC， 轉換結束時為高電平有效。 該位通過一個反相器與單片機引腳 相連 ，因為啟動模數轉換之前 位被置位，所以當查詢到 位為 0 時即表示模數轉換結束。 最后將轉換后的數據讀取到單片機累加器 A 中。根據這思路可以寫出模數轉換的 子 程序代碼。 TEST:MOV DPTR,7FF8H SETB MOVX @DPTR,A JB ,$ MOVX A,@DPTR RET 把轉換后得到的數字電壓值讀取到單片機后，因為，實際的電壓值范圍在 0～ +5V 之間，而 ADC0809 模數轉換芯片對應的是 8 位精度的處理，即從 00000000B 到 11111111B，所以單片機還要對它作個除 51 的處理工作。而在處理過程中對于有些數據的處理，可能武漢理工大學畢業設計（論文） 23 要碰到雙字節相除的情況。為此，在第一位單字節除 51 后，接下來的小數部分位的除 51則要作雙字節的除法，這樣才能保證使所有位能顯示出來。 如果所有位都當單字節除法來運算的話，對于有些要作雙字節除法的位上的數字則無法顯示，而能是顯示 0。相除后對應的每一位分別送到地址為 7DH， 7EH， 7FH 的存儲單元保存，以供顯示或后續處理用。思路明確后，實際電壓值轉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 經過 處理后實際采樣到的電壓值對應的各個位就分別存儲在 7DH， 7EH， 7FH 三個存儲單元里面 了 。 模數轉換后得到的數字電壓量被單片機讀取后還要作一定的數據處理，其中包括 把電壓值轉換為與之相對應的酒精濃度值， 根據總體設計思路，對電壓值都近似作對應區間的線性轉換。即首先，單片機要對采集到的數據在哪個區間作個判斷 跳轉 ，然后再根據該區間的線性關系作轉換 ，得到對應的酒精濃度值 。 根據酒精濃度與電壓的線性映射關系，如表 3 所示， 可以寫出該部分的程序代碼 MOV B,100 MVL AB MOV R6,A MOV R7,B MOV R5,0 MOV R4,51 ACALL DIV16 武漢理工大學畢業設計（論文） 24 MOV 70H,R6 MOV 71H,R7 MOV A,71H JNZ L5 L1:MOV 72H,75 CLR C MOV A,70H SUBB A,72H JNC L2 ACALL PP0 AJMP PP L2:MOV 72H,145 CLR C MOV A,70H SUBB A,72H JNC L3 ACALL PP1 AJMP PP L3:MOV 72H,173 CLR C MOV A,70H SUBB A,72H JNC L4 ACALL PP2 AJMP PP L4:MOV 72H,233 CLR C MOV A,70H SUBB A,72H JNC L5 ACALL PP3 AJMP PP L5:MOV 72H,18 CLR C MOV A,70H SUBB A,72H 武漢理工大學畢業設計（論文） 25 JNC L6 ACALL PP4 AJMP PP L6:MOV 72H,64 CLR C MOV A,70H SUBB A,72H JNC L7 ACALL PP5 AJMP PP L7:MOV 72H,105 CLR C MOV A,70H SUBB A,72H JNC L8 ACALL PP6 AJMP PP L8:ACALL PP7 AJMP PP 從讀取到的電壓值得到酒精濃度值后，還要把該值轉換為 3 位 10 進制 BCD 碼， 存儲到特定的存儲單元 以供數碼管顯示數值。 數碼管顯示選用 的是靜態顯示的方法，要在每次顯示數據時把要顯示的 3 個位按順序串行送到數碼管集成驅動電路 74LS164 并行輸出，以同時驅動 3 個數碼管同時點亮。 根據 7 段 數碼管的字型碼 如 表 2 所示 和移位寄存器 74LS164的 邏輯功能 ，將 對應的共陰極字型碼放在一個表格中，然 后通過查表的方式找到要顯示的數字送移位寄存器驅動數碼管顯示。 單片機對每次移出的位通過 輸入到移位寄存器的數據輸入端，移位寄存器的時鐘脈沖通過單片機 模擬的時鐘信號提供。 于是 可以寫出顯示部分的程序代碼。 DISP:MOV DPTR,TAB MOV A,7FH MOVC A,@A+DPTR ACALL SO MOV A,7EH MOVC A,@A+DPTR ACALL SO MOV A,7DH MOVC A,@A+DPTR 武漢理工大學畢業設計（論文） 26 ACALL SO RET SO:MOV R7,8 SO1:CLR RRC A MOV ,C SETB DJNZ R7,SO1 RET 表 2 七段 LED 字型碼 顯示字符 共陰極字型碼 共陽極字型碼 0 3FH C0H 1 06H F9H 2 5BH A4H 3 4FH B0H 4 66H 99H 5 6DH 92H 6 7DH 82H 7 07H F8H 8 7FH 80H 9 6FH 90H 程序當中為了顯示的精確， 在有些位相除時用到了雙字節相除的算法。對于多字節無符號數的除法，可以依照移位相減的基本方法來進行。除法運算是按位進行的，每一位是一個循環，每個循環中要作三件事，一是被除數左移一位，二是余數減除數，最后根據是否減來置商位為 1 或 0。對于被除數的移動，最簡單的辦法是把被除數向余數單元左移，把被除數左移后空出的低位存放商數，當除法完成后，被除數已全部移動到余數單元并 逐次被減而得到余數，而被除數單元中內容已成為商數。據此，可以寫出雙字節除法的程序代碼。 DIV16:MOV R5,0 MOV R4,51 MOV R3,0 MOV R2,0 武漢理工大學畢業設計（論文） 27 MOV R1,16 LP1:CLR C MOV A,R6 RLC A MOV R6,A MOV A,R7 RLC A MOV R7,A MOV A,R2 RLC A MOV R2,A MOV A,R3 RLC A MOV R3,A MOV A,R2 CLR C SUBB A,R4 JC NEXT MOV R0,A MOV A,R3 SUBB A,R5 JC NEXT INC R6 MOV R3,A MOV A,R0 MOV R2,A NEXT:DJNZ R1,LP1 RET 根據程序流程圖 和各個子程序的編寫可以得到整個設計 的總程序代碼，見附錄 。 打開實驗開發平臺 MedWin 單片機集成開發環境 ，在 MedWin 軟件 代碼編輯器編輯程序代碼，經匯編，修改，產生代碼 。武漢理工大學畢業設計（論文） 28 4 電路 調試 與測試結果 電路 調試 根據各個模塊功能的設計 和繪制的整體電路圖 ，找到各功能模塊的連接點 。按照設計的步驟，并對照總電路圖，在面包板上連接電路。 電路的連接順序是，先連接好各個模塊，在調試檢查正確的前提下再把各個模塊連接起來。 打開 MedWin 軟件，將寫好的調試程序代碼在計算機上輸入、匯編、修改、產生代碼，形成輸入輸出口實驗 .HEX文件。打開打開 Microcontrmller ISP Software 軟件，在菜單 options選項中選擇 select device，在彈出的窗口中選擇器件 AT89S51，并選 Byte Mode 點擊 OK。初始化器件后，將經過編譯生成的 ,HEX 十六進制文件下載到單片機。 電路連接好，并將調試程序代碼 （注釋 電壓到酒精濃度轉換關系 代碼 ） 燒寫到 AT89S51單片機上后，接上 +5V 電源開始調試。 先把氣體 傳感器探頭用一個阻值為 20kΩ 的電阻替代，復位單片機，觀察數碼管上的顯示數據和發光二極管的點亮情況。用萬用表測量采樣點的電壓值，看用萬用表測得 的電壓值與數碼管上顯示數據是否一致。因為各導線和元器件 對電壓電流 的影響，數碼管顯示的數據與萬用表測得的數據存在一定的偏差，但在可接受的范圍內。調節電位器，觀察數碼管數據顯示的變化，同樣用萬用表測量電壓值作比較。測量數據與數碼管顯示數據基本一致，說明電路數碼管顯示部分連接正確。 然后，再把電位器阻值從 0 開始逐漸調大，在每過一個 電壓后觀察相應發光二極管點亮，說明發光二極管顯示部分電路連接正確。 調試電路其他功能模塊正確 后，將預熱足夠長時間能正常工作的氣體 傳感器 MQ3 換上 原來 20kΩ 的電阻。準備好若干個 不同濃度的酒精氣體樣品，檢測氣體 傳感器 是否 能正常工作。 當把不同濃度的酒精溶液 樣品靠接氣敏傳感器時，各自對應一個不同的數據顯示，說明整體電路已經完全正確。 如圖 17 所示，硬件電路中發光二極管顯示和 3 位數碼管顯示都正確后，表明所連接的硬件電路已經調試成功。這時候可以配制 幾個酒精溶液對調試電路作初步測試。圖 17所示是測量其中一個樣品溶液時顯示的數值。 武漢理工大學畢業設計（論文） 29 圖 17 調試電路圖 濃 度與顯示之間的關系 傳感器的定標 在系統 電路 調試正確 以后，要作改進工作，使數碼管上正確顯示所測的酒精氣體濃度值。之前顯示的是酒精濃度值與電壓的對應關系，所以要顯示 酒精 濃度值， 需要找到電壓與濃度之間的關系，然后才能建立酒精濃度值與顯示的映射關系。 測量 用的 酒精溶液是