1、題 目： 基于單片機酒精濃度 測試儀 題目類型 ：理論研究 實驗研究 工程設計 工程技術研究 軟件開發 年 月 日摘 要2000 年以來，隨著中國經濟的高速發展，人民生活水平的迅速提高，中國逐漸步入“汽車社會” ，酒后駕車行為所造成事故越來越多，對社會的影響也越來越大，酒精正在成為越來越兇殘的“馬路殺手” 。據有關資料統計，全世界每年因車禍喪生的人數就超過 60 萬人，留下永久性傷殘者在 400 萬以上，一般受傷者則不計其數。在許多國家，車禍已成為第一位意外死亡原因。此外，因為交通事故造成的經濟損失也相當驚人。據事故調查統計，大約 50%60%的車禍與飲酒有關。中國公安部門在 2009 年 8

2、 月，在全國各地加強查處酒后駕駛的力度，以減少由酒后駕駛造成的惡性交通事故。要查處就涉及到檢測人體內的酒精含量和使用設備來進行檢測的問題。 本文研究設計了一種用于公共場所具有檢測及超限報警功能的酒精濃度智能測試儀。其設計方案基于 89C51 單片機，MQ3 酒精濃度傳感器。系統將傳感器輸出的420mA 的標準信號通過以 AD0832 為核心的 A/D 轉換電路調理后，經由單片機進行數據處理，最后由 LCD 顯示酒精濃度值。文中詳細介紹了數據采集子系統、數據處理過程以及數據顯示子系統和報警電路的設計方法和過程。系統對于采樣地點超出規定的酒精濃度時二極管報警電路提醒監測人員。同時，操作人員對于具體

3、報警點的上限值可以通過單片機編程進行設置。 關鍵詞：酒精濃度傳感器（MQ3）；MCU；A/D 轉換器；軟件設計；硬件設計桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告紙AbstractSince 2000, with Chinas rapid economic development and the rapid increase peoples living standard, China has gradually stepped into car society, drink driving accident caused by more and more impact on society is

4、also growing, Alcohol is becoming more and more brutal killers. According to statistics, the worldwide number of people killed in road accidents every year on more than 60 million people, left with permanent disability of 400 million or more, usually the injured were numerous. In many countries, tra

5、ffic accidents have become the first cause of accidental deaths.In addition, the economic losses caused by the accident is quite amazing. Accident investigation, according to statistics, about 50% -60% of car accidents and alcohol-related. Chinas Ministry of Public Security in August 2009, around th

6、e country to strengthen efforts to investigate and deal with drink driving, to reduce the drink driving accident caused by the vicious. To investigate the human body involving the detection of alcohol and use of equipment to detect problems.In this paper, design a public place for the detection and

7、limit alarm functions with an alcohol concentration of intelligent tester. This design,based on STC89C51 microcontroller and MQ3 alcohol concentration sensor. System sensor output 4 20mA standard signal through AD0832 core A / D converter circuit, after conditioning, data processing by the MCU, the

8、final alcohol concentration value from the LCD display. This paper describes the data acquisition subsystem, data processing and data display subsystem and alarm circuit design methods and processes. System requirements for the sampling sites exceeding the alcohol concentration diode reminder alarm

9、circuit monitors. Meanwhile, the operator specific alarm point for the upper limit set by MCU programming. Alcohol tester will bring a driving signal prior to a safeKeyKey words:words:Alcohol concentration sensor (MQ3); STC85C52 MUC; A / D converter; Software design;Hardware design桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告

10、紙目 錄引言 .11. 緒論 .21.1 酒精濃度檢測儀開發背景 .21.2 酒精濃度檢測儀的發展 .21.3 酒精濃度檢測儀設計內容 .22. 方案器件簡介 .32.1 MCU 選擇的簡介.32.2 數模轉換器的簡介 .52.3 時鐘芯片的簡介 .72.4 液晶顯示器的簡介 .83 總體方案設計 .93.1 STC89C52 單片機.93.2 ADC0832 數模轉換.103.3 AT24C02 存儲器.103.4 LCD1602 液晶顯示.103.5 編譯軟件介紹 .124 硬件設計 .134.1 最小系統的實現 .134.2 數據采集設計 .154.3 A/D 轉換設計 .164.4 按

11、鍵設計 .164.5 外圍擴充存儲器電路 .174.6 時鐘芯片電路 .184.7 LCD1602 液晶顯示設計.194.8 報警設計 .214.9 電源電路設計 .225. 軟件設計 .225.1 編譯語言的選擇 .225.2 主程序模塊 .235.3 A/D 轉換模塊 .235.4 按鍵輸入模塊 .24桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告紙5.5 時鐘模塊 .245.6 液晶顯示輸出模塊 .265.7 外圍存儲模塊 .276. 系統調試 .286.1 系統硬件調試 .286.1.1 元器件的焊接.286.1.2 電路測試.286.2 系統軟件調試 .296.3 系統整體調試 .297. 結

12、束語 .29謝 辭 .31參考文獻 .32附 錄 .33附錄一 硬件設計仿真圖 .33附錄二 硬件設計原理圖和 PCB 圖 .34附錄三 檢測程序 .35 桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告紙 第 1 頁 共 56 頁 引言隨著中國經濟的高速發展，人民生活水平的迅速提高，中國逐漸步入“汽車社會” ，酒后駕駛行為所造成事故越來越多，對社會的影響也越來越大，酒精正在成為越來越兇殘的“馬路殺手” 。越來越多的交通事故在我們的身邊發生，讓人心痛，經濟的發展，每個人都希望人的安全意識也該發展。此外，由交通事故造成的經濟損失也相當驚人。據事故調查統計，超過半數的車禍與飲酒有關。在全國各地加強查處酒后駕駛

13、的力度，以減少由酒后駕駛造成的惡性交通事故。要查處就涉及到檢測人體內的酒精含量和使用設備來進行檢測的問題。本文研究設計了一種用于公共場所具有檢測及超限報警功能的酒精濃度智能測試儀。其設計方案基于 89C52 單片機，MQ3 酒精濃度傳感器。系統將傳感器輸出信號通過A/D 轉換電路調理后，經由單片機進行數據處理，最后由 LCD 顯示酒精濃度值。從而讓駕車的人知道自己該在什么情況下可以開車，這是一個在現代生活很實用，很負責的一個設計，給社會帶來福音。桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告用紙 第 2 頁 共 56 頁1. 緒論1.1 酒精濃度檢測儀開發背景酒精的重要作用，是逐漸使得腦部及神經系統反應

14、遲鈍這也是許多人喜歡適量飲酒的主要原因。喝一、兩杯酒對人有鎮定或松弛的作用。即使是少量的酒精，也沒有刺激振奮的作用，這跟許多人的想法正好相反。然而，酒精有時會造成抑制力明顯減弱，這會導致創造力的出現，或者是有時候會導致實際的侵略攻擊性行為。根據 WHO 數據，全球 2003 年的人均純酒精消費量為 6.2L，其中歐洲地區人均達11.9L，美洲地區人均為 8.7L。俄羅斯及其周邊的東歐國家酒精消費量最高，其次為歐洲其他國家。在人均國民生產總值（GDP）低于 7000 美元的低收入國家，酒精消費量與人均 GDP 相關，GDP 越高酒精消費量越高。受到酒精影響的司機通常會有如下特征：對信號燈反應慢；

15、逆向行駛；搖擺不定、突然轉向、飄忽不定或在道路中線駕駛；亂踩剎車；轉彎幅度大；蛇形；沒有原因就停車；開車速度極慢；突然轉彎或違法轉彎；天黑時不開前燈。據統計，駕駛員酒后開車，其發生交通事故的比率為沒有飲酒情況下的 16 倍。由日常道路交通安全違法行為和交通肇事案例來看，機動車駕駛員酒后駕車約占 38.6%；而摩托車交通肇事中，酒后駕駛的比例則高達 72.3%。酒后駕駛讓人付出了慘痛的代價，為了避免類似事故的發生，酒精濃度檢測儀隨之產生。1.2 酒精濃度檢測儀的發展以對氣體中酒精含量進行檢測的設備有五種基本類型，即：燃料電池型（電化學） 、半導體型、紅外線型、氣體色譜分析型、比色型。但由于價格和

16、使用方便的原因，目前（截止 2009 年 8 月）常用的只有燃料電池型（電化學型）和半導體型兩種。燃料電池是當前全世界都在廣泛研究的環保型能源，它可以直接把可燃氣體轉變成電能，而不產生污染，酒精傳感器只是燃料電池的一個分支。燃料電池酒精傳感器采用貴金屬白金作為電極，在燃燒室內充滿特種催化劑，使進入燃燒室內的酒精充分燃燒轉變為電能，也就是在兩個電極上產生電壓，電能消耗在外接負載上，此電壓與進入燃燒室內氣體的酒精濃度成正比。與半導體型相比，燃料電池型呼氣酒精測試儀具有穩定性好，精度高，抗干擾性好的優點。但是由于燃料電池酒精傳感器的結構要求非常精密，制造難度相當大，目前（2009 年）只有美國、英國

17、、德國等少數幾個國家能夠生產，加上材料成本高，因此價格相當昂貴，是半導體酒精傳感器的幾十倍。1.3 酒精濃度檢測儀設計內容本論文主要完成酒精濃度檢測儀軟件設計，設計內容包括：A/D 轉換器程序、控制程序、超標報警、鍵盤檢測、數據顯示等。本系統采用單片機為控制核心，以實現便攜式酒精濃度檢測儀的基本控制功能。桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告用紙 第 3 頁 共 56 頁系統主要功能內容包括：數據處理、時間設置、開始測量、超標報警、鍵盤檢測本系統設計采用功能模塊化的設計思想，本論文內容分為以下幾個章節：設計器件簡介和選擇；硬件的設計；軟件設計和系統調試。2. 方案器件簡介硬件設計部分主要包括：M

18、CU、A/D、時鐘芯片、LCD、外圍擴展數據 RAM 等芯片的選擇，以下做一些器件的比較。 2.1 MCU 選擇的簡介本系統采用單片機為控制核心。單片機/MCU 主要有 51 基本型和 52 增強型，而相比之下 52 型比 51 型功能更為強大，ROM 和 RAM 存儲空間更大，52 還兼容 51 指令系統。基于本系統設計內容的需要，綜合考慮后，我們選擇單片機 STC89C52 為控制核心；主要基于考慮 STC89C52 是無法解密低功耗,超低價高速，高可靠強抗靜電，強抗干擾,功能強大的單片機。STC89C52 有 40 個引腳，32 個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內含 2 個外中斷

19、口，3 個 16 位可編程定時計數器,2 個全雙工串行通信口，2 個讀寫口線，片內振蕩器及時鐘電路， 89C5X 可以按照常規方法進行編程，也可以在線編程。同時STC89C52 可降至 0Hz 的靜態邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節電工作模式。空閑方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時/計數器，串行通信口及中斷系統繼續工作。掉電方式保存 RAM 中的內容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個硬件復位。其將通用的微處理器和 Flash 存儲器結合在一起，特別是可反復擦寫的 Flash存儲器可有效地降低開發本。STC 單片機有 PDIP、PQFP/TQFP 及 PLCC 等三種

20、封裝形式，以適應不同產品的需求。STC89C52 單片機單片機引腳功能（如圖 2.1）： Vcc：電源電壓GND：地 圖 2.1 單片機引腳圖P0 口：P0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 I/O 口，也即地址/數據總線復用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅動 8 個 TTL 邏輯門電路，對端口 P0 寫“1”時，可作為高阻抗輸入端用。桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告用紙 第 4 頁 共 56 頁在訪問外部數據存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉換地址（低 8 位）和數據總線復用，在訪問器件激活內部上拉電阻。在 Flash 編程時，P0 口接收指令字節，而在程序校驗時，輸出指令字節

21、，校驗時，要求外接上拉電阻。P1 口：P1 是一個帶內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P1 的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4 個 TTL 邏輯門電路。對端口寫“1” ，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（IIL） 。與 AT89C51 不同之處是，P1.0 和 P1.1 還可分別作為定時/計數器 2 的外部計數輸入（P1.0/T2）和輸入(P1.1/T2EX)，參見表 2-1。Flash 編程和程序校驗期間，P1 接收低 8 位地址。表 2-1 為 P1.0 和 P1.1 的第二功能表 2

22、-1 P1.0 和 P1.1 的第二功能P2 口：P2 是一個帶有內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 的輸出緩沖級可驅（吸收或輸出電流）4 個 TTL 邏輯門電路。對端口 P2 寫“1” ，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，同時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（IIL） 。在訪問外部程序存儲器或 16 位地址的外部數據存儲器（例如執行 MOVDPTR 指令）時，P2 口送出高 8 位地址數據。在訪問 8 位地址的外部數據存儲器（如執行 MOVRI 指令）時，P2 口輸出 P2 鎖存器的內容。Flash 編程或校驗時，P2 亦接

23、收高位地址和一些控制信號。P3 口：P3 口時一組帶有內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。P3 口輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4 個 TTL 邏輯門電路。對 P3 口寫入1時，它們被內部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流（IIL） 。P3 口作為一般的 I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表 2-2 所示：此外，P3 口還接收一些用于 Flash 閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。RST：復位輸入。當振蕩器工作時，RST 引腳出現兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。ALE/ ：當訪問外部程序存儲器或數據存儲器時，ALE(地址鎖

24、存允許)輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節。一般情況下，ALE 仍以時鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數據存儲器時將跳過一個 ALE 脈沖。引引腳腳號號功功能能特特性性P1.0T2（定時/計數器2外部計數脈沖輸入），時鐘輸出P1.1T2EX（定時/計數2捕獲/重裝載觸發和方向控制）桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告用紙 第 5 頁 共 56 頁表 2-2 P3 口第二功能端口引腳第二功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2（外中斷 0）0P3.3（外中斷 1）1P3.4T0（定時/計數器 0）

25、P3.5T1（定時/計數器 1）P3.6（外部數據存儲器寫選通）P3.7 (外部數據存儲器讀選通)對 Flash 存儲器編程器件，改引腳還用于輸入編程脈沖（ ） 。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區中的 8EH 單元的 D0 位復位，可禁止 ALE 操作。該位置復位后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指令才能將 ALE 激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執行外部程序時，應設置 ALE 禁止位無效。 ：程序儲存允許（）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當 89C5X單片機由外部程序存儲器取指令（或數據）時，每個機器周期兩次 有效，即輸出兩個脈沖。在次期間，當訪問外部數據存儲器，將

26、跳過兩次 信號。 /VPP：外部訪問允許。欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲器（地址為 0000H-FFFH） ， 端必須保持低電平（接地） 。需要注意的是：如果加密位 LB1 被編程，復位時內部會鎖存 端狀態。如 端為高電平（接 Vcc 端） ，CPU 則執行內部程序存儲器中的指令。Flash 存儲器編程時，該引腳加上12V 的編程允許電源 Vpp,當然這必須是該器件是使用 12V 編程電壓 Vpp。XTAL1：振蕩器反相放大器及內部時鐘發生器的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。2.2 數模轉換器的簡介實現 A/D 轉換的基本方法很多，有計數法、逐次逼近法、雙斜積分法和并行轉換法。

27、由于逐次逼近式 A/D 轉換具有速度，分辨率高等優點，而且采用這種方法的 ADC芯片成本低，所以我們采用逐次逼近式 A/D 轉換器。逐次逼近型 ADC 包括 1 個比較器、一個模數轉換器、1 個逐次逼近寄存器（SAR）和 1 個邏輯控制單元。逐次逼近型是將采樣信號和已知電壓不斷進行比較，一個時鐘周期完成 1 位轉換，依次類推,轉換完成后，輸出二進制數。這類型 ADC 的分辨率和采樣速率是相互牽制的。優點是分辨率低于 12 位時，價格較低，采樣速率也很好。ADC0832 模數轉換器具有 8 位分辨率、雙通道 A/D 轉換、輸入輸出電平與桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告用紙 第 6 頁 共 5

28、6 頁TTL/CMOS 相兼容、5V 電源供電時輸入電壓在 05V 之間、工作頻率為 250KHZ 、轉換時間為 32 微秒、一般功耗僅為 15MW 等優點，適合本系統的應用，所以我們采用ADC0832 為模數轉換器件。ADC0832 具有以下特點： 8 位分辨率； 雙通道 A/D 轉換； 輸入輸出電平與 TTL/CMOS 相兼容； 5V 電源供電時輸入電壓在 05V 之間； 工作頻率為 250KHZ，轉換時間為 32S； 一般功耗僅為 15mW； 8P、14PDIP（雙列直插） 、PICC 多種封裝； 商用級芯片溫寬為 0 度 to +70 度，工業級芯片溫寬為40 度 to +85 度；芯

29、片接口說明： CS_ 片選使能，低電平芯片使能。 CH0 模擬輸入通道 0，或作為 IN+/-使用。 CH1 模擬輸入通道 1，或作為 IN+/-使用。 GND 芯片參考 0 電位（地） 。 DI 數據信號輸入，選擇通道控制。 DO 數據信號輸出，轉換數據輸出。 CLK 芯片時鐘輸入。 Vcc/REF 電源輸入及參考電壓輸入（復用） 。ADC0809 是采樣分辨率為 8 位的、以逐次逼近原理進行模數轉換的器件。其內部有一個 8 通道多路開關，它可以根據地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通 8 路模擬輸入信號中的一個進行 A/D 轉換。主要特點：DC0809 是 CMOS 單片型逐次逼近式 AD 轉換

30、器，內部結構如圖 1322 所示，它由8 路模擬開關、地址鎖存與譯碼器、比較器、8 位開關樹型 DA 轉換器、逐次逼近，ADC0809 芯片有 28 條引腳，采用雙列直插式封裝，下面說明各引腳功能：IN0IN7：8 路模擬量輸入端。 8 位數字量輸出端。 ADDA、ADDB、ADDC：3 位地址輸入線，用于選通 8 路模擬輸入中的一路 ALE：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。 START： AD 轉換啟動脈沖輸入端，輸入一個正脈沖（至少 100ns 寬）使其啟動（脈沖上升沿使 0809 復位，下降沿啟動 A/D 轉換） 。 EOC： AD 轉換結束信號，輸出，當 AD 轉換結束時，此端輸出

31、一個高電平桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告用紙 第 7 頁 共 56 頁（轉換期間一直為低電平） 。 OE：數據輸出允許信號，輸入，高電平有效。當 AD 轉換結束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態門，輸出數字量。 CLK：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于 640KHZ。 REF（+） 、REF（-）：基準電壓。 Vcc：電源，單一5V。 GND：地。2.3 時鐘芯片的簡介DS1302 是 DALLAS 公司推出的涓流充電時鐘芯片,內含有一個實時時鐘/日歷和 31 字節靜態 RAM,通過簡單的串行接口與單片機進行通信實時時鐘/日歷電路.提供秒分時日日期.月年的信息,每月的天數和閏年的

32、天數可自動調整時鐘操作可通過 AM/PM 指示決定采用 24 或 12 小時格式.DS1302 與單片機之間能簡單地采用同步串行的方式進行通信,僅需用到三個口線:1 RES 復位,2 I/O 數據線,3 SCLK 串行時鐘.時鐘/RAM 的讀/寫數據以一個字節或多達 31 個字節的字符組方式通信.DS1302 工作時功耗很低,保持數據和時鐘信息時功率小于 1mW.DS1302 是由 DS1202 改進而來,增加了以下的特性.雙電源管腳用于主電源和備份電源供應 Vcc1,為可編程涓流充電電源附加七個字節存儲器.它廣泛應用于電話傳真便攜式儀器以及電池供電的儀器儀表等產品領域.8 位暫存數據存儲 R

33、AM;使用串行 I/O 口方式使得管腳數量最少;工作電壓：2.05.0V；工作電流 2.0V 時,小于 300nA;讀/寫時鐘或 RAM 數據時有兩種傳送方式單字節傳送和多字節傳送字符組方式;8 腳 DIP 封裝或可選的 8 腳 SOIC 封裝根據表面裝配;簡單 3 線接口;與 TTL 兼容 Vcc=5V;可選工業級溫度范圍-40 +85;圖 2.1 DS1302 引腳圖圖 2.1 示出 DS1302 的引腳排列,其中 Vcc1 為后備電源，VCC2 為主電源。在主電源關閉的情況下，也能保持時鐘的連續運行。DS1302 由 Vcc1 或 Vcc2 兩者中的較大者供桂林電子科技大學畢業設計（論文

34、）報告用紙 第 8 頁 共 56 頁電。當 Vcc2 大于 Vcc10.2V 時，Vcc2 給 DS1302 供電。當 Vcc2 小于 Vcc1 時，DS1302由 Vcc1 供電。X1 和 X2 是振蕩源，外接 32.768kHz 晶振。RST 是復位/片選線，通過把RST 輸入驅動置高電平來啟動所有的數據傳送。RST 輸入有兩種功能：首先，RST 接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST 提供終止單字節或多字節數據的傳送手段。當 RST 為高電平時，所有的數據傳送被初始化，允許對 DS1302 進行操作。如果在傳送過程中 RST 置為低電平，則會終止此次數據傳送，I/O

35、 引腳變為高阻態。上電運行時，在 Vcc2.5V 之前，RST 必須保持低電平。只有在 SCLK 為低電平時，才能將 RST 置為高電平。I/O 為串行數據輸入輸出端(雙向)。SCLK 始終是輸入端。根據上述介紹和這次設計的要求，我選擇使用 DS1302 作為這次設計的時鐘芯片（如圖 2.1） 。2.4 液晶顯示器的簡介帶中文字庫的 128X64 是一種具有 4 位/8 位并行、2 線或 3 線串行多種接口方式，內部含有國標一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為12864, 內置 8192 個 16*16 點漢字，和 128 個 16*8 點 ASCII 字符集.利用該模

36、塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構成全中文人機交互圖形界面。可以顯示84 行 1616 點陣的漢字. 也可完成圖形顯示.低電壓低功耗是其又一顯著特點。由該模塊構成的液晶顯示方案與同類型的圖形點陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結構或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價格也略低于相同點陣的圖形液晶模塊；基本特性:低電源電壓（VDD:+3.0-+5.5V） （2） 、顯示分辨率:12864 點內置漢字字庫，提供 8192 個 1616 點陣漢字(簡繁體可選)內置 128 個 168 點陣字符，2MHZ 時鐘頻率顯示方式：STN、半透、正顯，驅動方式：1/32DUTY，1/5BIAS視角方向：

37、6 點，背光方式：側部高亮白色 LED，功耗僅為普通 LED 的 1/51/10通訊方式：串行、并口可選，內置 DC-DC 轉換電路，無需外加負壓無需片選信號，簡化軟件設計，工作溫度: 0 度 - +55 度 ,存儲溫度: -20 度 - +60 度。LCD1602 字符型液晶顯示器其用法：單 5V 電源電壓，低功耗、長壽命、高可靠性內置 192 種字符(160 個 57 點陣字符和 32 個 510 點陣字符)具有 64 個字節的自定義字符 RAM，可自定義 8 個 58 點陣字符或 4 個 511 點陣字符顯示方式：STN、半透、正顯驅動方式：1/16 并口，1/5 串口背光方式：底部 L

38、ED桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告用紙 第 9 頁 共 56 頁通訊方式：4 位或 8 位并口可選標準的接口特征：適配 MC51 和 M6800 系統 MPU 的操作時序LCD1602 液晶顯示屏的主要技術參數如下表所示：（表 2-3）表 2-3 LCD1602 液晶主要參數顯示容量162 個字符芯片工作電壓4.55.5V工作電流2.0mA(5.0V)模塊最佳工作電壓5.0V字符尺寸2.954.35(mm)3 總體方案設計在這次的整體設計中主要涉及下面幾個方面（如圖 3.1）：圖 3.1 整體方案結構圖下面介紹各個模塊使用的器件：3.1 STC89C52 單片機STC89C52 是的低電

39、壓，高性能 CMOS 8 位單片機，片內含 8K bytes 的可反復擦寫的只讀程序存儲器(PEROM)和 256K bytes 的隨機存取數據存儲器，器件采用高密度，非易失性存儲技術生產，與標準 MCS-51 指令系統及 8051 產品引腳兼容，片內置通用8 位中央處理器和 FLASH 存儲單元，功能強大，STC89C52 單片機適合于許多較為復雜控制應用場合。主要性能參數：8K 字節可重擦寫 FLASH 閃存存儲器1000 次寫/擦循環時鐘頻率：0Hz24MHz三級加密存儲器桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告用紙 第 10 頁 共 56 頁256 字節內部 RAM32 個可編程 I/O

40、口線 3 個 16 位定時/計數器 6 個中斷源可編程串行 UART 通道低功耗的空閑和掉電模式片內振蕩器和時鐘電路3.2 ADC0832 數模轉換ADC0832 為 8 位分辨率 A/D 轉換芯片，其最高分辨可達 256 級，可以適應一般的模擬量轉換要求。其內部電源輸入與參考電壓的復用，使得芯片的模擬電壓輸入在05V 之間。芯片轉換時間僅為 32S，據有雙數據輸出可作為數據校驗，以減少數據誤差，轉換速度快且穩定性能強。獨立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過 DI 數據輸入端，可以輕易的實現通道功能的選擇。3.3 AT24C02 存儲器在本設計中使用的是 24C02 存

41、儲芯片，是電可擦除的 PROM，8 個引腳功能及兩線串行接口。電壓允許范圍 1.8V5V。串行 E2PROM 是基于 I2C-BUS 的存儲器件，遵循二線制協議，由于其具有接口方便，體積小，數據掉電不丟失等特點，在儀器儀表及工業自動化控制中得到大量的應用。在一般單片機系統中，24C02 數據受到干擾的情況是很少的，基本的讀寫功能外，還對地址功能以及 WP 引腳保護功能進行了全面的檢測，發現一種 ATMEL（激光印字）以及 XICOR 牌號的 24C02 具有全面的符合 I2C 總線協議的功能，而有些牌號 24C02 要么沒有 WP 引腳保護功能，要么沒有器件地址功能（即 2 片 24C02 不

42、能共用一個 I2C 總線） ，有些甚至兩種功能均無。所以說一些同樣功能型號的電子器件在兼容性上往往會帶來意想不到的問題，值得引起注意.3.4 LCD1602 液晶顯示LCD1602 字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數字、符號等點陣式LCD，目前常用 161，162，202 和 402 行等的液晶顯示模塊，模塊組件內部主要由 LCD 顯示屏、控制器、列驅動器和偏壓產生電路構成。LCD1602 液晶顯示屏外形尺寸LCD1602 液晶顯示屏分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為 HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應用中并無差別，兩者尺寸差別如圖 3.2 所示：桂林電子

43、科技大學畢業設計（論文）報告用紙 第 11 頁 共 56 頁 圖 3.2 LCD1602 尺寸圖1602 液晶顯示屏采用標準的 16 腳接口，其中各接口的功能如下表（2-4）所示：表 2-4 LCD1602 的 16 管腳功能引腳號引腳名電平輸入/輸出引腳說明1VSS電源地2VDD電源正極(+5V)3VL液晶顯示偏壓信號4RS0/1輸入數據/命令選擇端，0：輸入指令，1：輸入數據5R/W0/1輸入讀/寫選擇端，0：向 LCD 寫入指令或數據，1：從 LCD 讀取信息6E10輸入使能信號，1 時讀取信息，10(下降沿)執行指令7D00/1輸入/輸出數據總線(最低位)8D10/1輸入/輸出數據總線

44、9D20/1輸入/輸出數據總線10D30/1輸入/輸出數據總線11D40/1輸入/輸出數據總線12D50/1輸入/輸出數據總線桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告用紙 第 12 頁 共 56 頁13D60/1輸入/輸出數據總線14D70/1輸入/輸出數據總線(最高位)15BLA+VCCLCD 背光電源正極16BLK接地LCD 背光電源負極第 1 腳：VSS 為地電源。第 2 腳：VDD 接 5V 正電源。第 3 腳：VL 為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會使屏幕顯示不清晰，使用時可以通過一個 10K 的電位器調整對比度。第 4 腳：RS 為數據/命

45、令選擇端，高電平時選擇數據寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第 5 腳：R/W 為讀寫選擇端，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當 RS和 R/W 共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當 RS 為低電平 R/W 為高電平時可以讀忙信號，當 RS 為高電平 R/W 為低電平時可以寫入數據。第 6 腳：E 端為使能端，當 E 端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執行命令。第 714 腳：D0D7 為 8 位雙向數據線。第 15 腳：背光源正極。第 16 腳：背光源負極3.5 編譯軟件介紹Keil 軟件簡介：單片機開發中除必要的硬件外，同樣離不開軟件，我們寫的匯編語言源程序要變為 CPU 可以

46、執行的機器碼有兩種方法，一種是手工匯編，另一種是機器匯編，目前已極少使用手工匯編的方法了。機器匯編是通過匯編軟件將源程序變為機器碼，用于MCS-51 單片機的匯編軟件有早期的 A51，隨著單片機開發技術的不斷發展，從普遍使用匯編語言到逐漸使用高級語言開發，單片機的開發軟件也在不斷發展，Keil 軟件是目前最流行開發 MCS-51 系列單片機的軟件，這從近年來各仿真機廠商紛紛宣布全面支持 Keil 即可看出。Keil 提供了包括 C 編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在內的完整開發方案，通過一個集成開發環境（uVision）將這些部份組合在一起。運行 Keil 軟件需要

47、Pentium 或以上的 CPU，16MB 或更多 RAM、20M 以上空閑的硬盤空間、WIN98、NT、WIN2000、WINXP 等操作系統。Keil C51 是美國 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機 C 語言軟件開發系統，與匯編相比，C 語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優勢，因而易學易用。用過匯編語言后再使用 C 來開發，體會更加深刻。Keil C51 軟件提供豐富的庫函數和功能強大的集成開發調試工具，全 Windows 界桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告用紙 第 13 頁 共 56 頁面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就

48、能體會到 Keil C51 生成的目標代碼效率非常之高，多數語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發大型軟件時更能體現高級語言的優勢。4 硬件設計4.1 最小系統的實現在本次設計中我們采用 STC89C51 來實現一個單片機系統能運行起來的需求最小的系統，電路圖見圖 4.1 圖 4.1 單片機最小系統圖上圖由晶振電路和復位電路，STC89C51 芯片組成，構成最小的單片機系統， 下面詳細介紹其中的兩個電路。晶振電路單片機工作的過程中各指令的微操作在時間上有嚴格的次序，這種微操作的時間次序稱作時序，單片機的時鐘信號用來為單片機芯片內部各種微操作提供時間基準，89c52 的時鐘產生方式有兩種，一

49、種是內部時鐘方式，一種是外部時鐘方式。內部時鐘方式即在單片機的外部接一個晶振電路與單片機里面的振蕩器組合作用產生時鐘脈沖信號，外部時鐘方式是把外部已有的時鐘信號引入到單片機內，此方式常用于多片89C52 單片機同時工作，以便于各單片機的同步，一般要求外部信號高電平的持續時間大于 20ns.且為頻率低于 12MHz 的方波。對于 CHMOS 工藝的單片機，外部時鐘要由XTAL1 端引入，而 XTAL2 端應懸空。桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告用紙 第 14 頁 共 56 頁本系統中為了盡量降低功耗的原則，采用了內部時鐘方式。電路圖見圖 4.2：圖 4.2 晶振電路圖在 89C52 單片機的

50、內部有一個震蕩電路，只要在單片機的 XTAL1 和 XTAL2 引腳外接石英晶體（簡稱晶振）就構成了自激振蕩器并在單片機內部產生時鐘脈沖信號，圖中電容器 C1 和 C2 穩定頻率和快速起振，電容值在 530pF，典型值是 22pF，晶振 CYS選擇的是 12MHz。復位電路單片機開始工作的時候，必須處于一種確定的狀態，否則，不知哪是第一條程序和如何開始運行程序。端口線電平和輸入輸出狀態不確定可能使外圍設備誤動作，導致嚴重事故的發生；內部一些控制寄存器（專用寄存器）內容不確定可能導致定時器溢出、程序尚未開始就要中斷及串口亂傳向外設發送數據.因此，任何單片機在開始工作前，都必須進行一次復位過程，使

51、單片機處于一種確定的狀態。當在 89C52 單片機的 RST 引腳引入高電平并保持 2 個機器周期時，單片機內部就執行復位操作（若該引腳持續保持高電平，單片機就處于循環復位狀態） 。實際應用中，復位操作有兩種基本形式：一種是上電復位，另一種是上電與按鍵均有效的復位，上電復位，要求接通電源后，單片機自動實現復位操作。常用的上電復位，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。本設計中復位電路采用的是開關復位電路，開關 S9 未按下是上電復位電路，上電復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（導通）狀態，故 RST 腳的電壓與 VC

52、C 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，就能保證在開關按下時是 RST 端有兩個機器周期以上的高電平從而使STC89C52 內部復位。開關按下時是按鍵手動復位電路，RST 端通過電阻與 VCC 電源接通，通過電阻的分壓就可以實現單片機的復位。電路圖見圖 4.3： 桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告用紙 第 15 頁 共 56 頁圖 4.3 復位電路圖RST 引腳的高電平只要能保持足夠的時間（2 個機器周期） ，單片機就可以進行復位操作。該電路典型的電阻和電容參數為：晶振為 12MHz 時，C1 為 10uF：R4 為 8.2 .4.2 數據采集設計(1)從

53、傳感器過來的電壓信號，必須放大，濾波，采集，轉換才能被 MCU 識別和處理。由于假若每一路都設置放大、濾波等器件，那么成本會很大，所以信號的采集一般用多路模擬通路進行選擇。然而選擇多路模擬開關時必須考慮以下的幾個因素：通道數量、切換速度、開關電阻和器件的封裝形式。總之數據采集與硬件的選擇有很大的關系。(2)傳感器的選擇酒精濃度傳感器由 MQ3 傳感器組成。MQ3 傳感器/MQ3 模塊詳細介紹如下表 4-1：(3)測量電路測量電路由酒精濃度傳感器 MQ3，ADC0832 組成。 酒精傳感 MQ3 經 AD0832 與 STC89C52 單片機相連，在顯示器上顯示出酒精的濃度值，當超過國家規定的標

54、準時報警。 表 4-1 傳感器參數表名稱MQ3 傳感器 A.標準工作條件符號 參數名稱 技術條件 備注 Vc 回路電壓 15V AC or DC VH 加熱電壓 5.0V0.2V AC or DC RL 負載電阻 可調 RH 加熱電阻 313 室溫 PH 加熱功耗 900mW B.環境條件符號 參數名稱 技術條件 備注 Tao 使用溫度 -10-50 Tas 儲存溫度 -20-70 RH 相對濕度 小于95% RH O2 氧氣濃度 21%(標準條件) 氧氣濃度會影響靈敏度特最小值大于 桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告用紙 第 16 頁 共 56 頁性 C.靈敏特性 符號 參數名稱 技術參數

55、 備注 Rs 敏感體電阻 1M- 8 M (200ppm alcohol ) （200/100）alcohol 濃度斜率 0.6 標準工作條件 溫度： 202 Vc:5.0V0.1V 相對濕度： 65%5% Vh: 5.0V0.1V 預熱時間 不少于 24 小時 適用范圍： 10-1000ppm Alcohol 4.3 A/D 轉換設計正常情況下 ADC0832 與單片機的接口應為 4 條數據線，分別是CS、CLK、DO、DI。但由于 DO 端與 DI 端在通信時并未同時有效并與單片機的接口是雙向的，所以電路設計時可以將 DO 和 DI 并聯在一根數據線上使用。當 ADC0832 未工作時其

56、CS 輸入端應為高電平，此時芯片禁用，CLK 和 DO/DI 的電平可任意。當要進行A/D 轉換時，須先將 CS 使能端置于低電平并且保持低電平直到轉換完全結束。此時芯片開始轉換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端 CLK 輸入時鐘脈沖，DO/DI 端則使用 DI 端輸入通道功能選擇的數據信號。在第 1 個時鐘脈沖的下沉之前 DI 端必須是高電平，表示啟始信號。在第 2、3 個脈沖下沉之前 DI 端應輸入 2 位數據用于選擇通道功能.如圖 4.4:圖 4.4 模數轉換電路圖4.4 按鍵設計本系統應用有人機對話功能，該功能即能隨時發出各種控制命令和數據輸入以桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告用紙

57、 第 17 頁 共 56 頁及和 LCD 連接顯示運行狀態和運行結果。鍵盤分為：獨立式和矩陣式兩類，每一類按其編碼方法又可以分為編碼和非編碼兩種。由于本系統只有 UP、DOWN 、OK 、CANCEL 4 個控制命令，所需按鍵較少，所以本系統選擇獨立式按鍵。電路圖見圖 4.5：圖 4.5 按鍵電路圖獨立式按鍵是直接用 I/O 口線構成的單個按鍵電路。每個獨立式按鍵占有一根I/O 口線。各根 I/O 口線之間不會相互影響。在此電路中，按鍵輸入部采用低電平有效，上拉電阻保證了按鍵斷開時，I/O 口線有確定的高電平， （STC89C52 .P1 口內部接有上拉電阻）所以就不需要再外接上拉電阻。鍵盤抖

58、動的消除：抖動的消除大致可以分為硬件削抖和軟件削抖。硬件削抖是采用硬件電路的方法對鍵盤的按下抖動及釋放抖動進行削抖，經過削抖電路后使按鍵的電平信號只有兩種穩定狀態。軟件削抖的基本原理是當檢測出鍵盤閉合時，先執行一個延時子程序產生數毫秒的延時，待接通時的前沿抖動消失后再判別是否有健按下。當按鍵釋放時，也要經過數毫秒延時，待后沿抖動消失后再判別鍵是否釋放。由于應用硬件削抖還需要外加器件，成本相對較高，所以本系統選擇軟件延時削抖的方法。4.5 外圍擴充存儲器電路基于 STC85C52 單片機具有 4KB 的程序存儲器（ROM） ，256B 的數據存儲器（RAM） ，由于考慮到本系統的數據處理與存儲所

59、需的容量，現在需要擴充存儲器的容量。在應用中要保存一些參數和狀態，據了解基于 EEPROM 的存儲芯片是一種很好的選擇。我們選定了 AT24C02 存儲器。電路圖見圖 4.6：桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告用紙 第 18 頁 共 56 頁 圖 4.6 外圍擴充存儲電路圖4.6 時鐘芯片電路因為此系統需要記錄測量發生的時間，所以需要時鐘芯片來記錄不同人在不同時間的監測數據，因此我們在系統中加入了時鐘芯片。對時鐘芯片的要求首先是低功耗，其次是編程簡單，縮短程序開發時間，實際上也就縮短了系統用于實際生產所用的開發周期以及成本，在本系統，我們選擇了 DS1302 時鐘芯片。 圖 4.7 時鐘電路

60、圖我們時鐘電路選擇的芯片是 DS1302，其內含一個實時時鐘/日歷和 31 字節靜態RAM，可以通過串行接口與單片機通信。而通信時，僅需要 3 個口線：（1）RES（復位），（2）I/O 數據線， （3）SCLK（串行時鐘） 。時鐘/RAM 的讀/寫數據以一字節或多達 31字節的字符組方式通信。其工作時功耗很低，廣泛應用于電話，傳真，便攜式儀器等產品領域。桂林電子科技大學畢業設計（論文）報告用紙 第 19 頁 共 56 頁 表 4-2 時鐘控制字對照表 DS1302 主要性能有：時實時鐘能計算 2100 年之前的秒、分、時、日、日期、星期、月、年的能力，還有閏年的調整能力；讀/寫時鐘或 RAM