PAGEPAGEPAGEIV福建泉州仰恩學院畢設設計（論文）PAGE1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4~20mA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）；STC89C52MCU；A/D轉換器

AbstractSince2000,withChina'srapideconomicdevelopmentandtherapidincreasepeople'slivingstandard,Chinahasgraduallysteppedinto"carsociety",drinkdrivingaccidentcausedbymoreandmoreimpactonsocietyisalsogrowing,Alcoholisbecomingmoreandmorebrutal"killers."Accordingtostatistics,theworldwidenumberofpeoplekilledinroadaccidentseveryyearonmorethan60millionpeople,leftwithpermanentdisabilityof400millionormore,usuallytheinjuredwerenumerous.Inmanycountries,trafficaccidentshavebecomethefirstcauseofaccidentaldeaths.Inaddition,theeconomiclossescausedbytheaccidentisquiteamazing.Accidentinvestigation,accordingtostatistics,about50%-60%ofcaraccidentsandalcohol-related.China’sMinistryofPublicSecurityinAugust2009,aroundthecountrytostrengtheneffortstoinvestigateanddealwithdrinkdriving,toreducethedrinkdrivingaccidentcausedbythevicious.Toinvestigatethehumanbodyinvolvingthedetectionofalcoholanduseofequipmenttodetectproblems.Inthispaper,designapublicplaceforthedetectionandlimitalarmfunctionswithanalcoholconcentrationofintelligenttester.Thisdesign,basedonSTC89C51microcontrollerandMQ3alcoholconcentrationsensor.Systemsensoroutput4~20mAstandardsignalthroughAD0832coreA/Dconvertercircuit,afterconditioning,dataprocessingbytheMCU,thefinalalcoholconcentrationvaluefromtheLCDdisplay.Thispaperdescribesthedataacquisitionsubsystem,dataprocessinganddatadisplaysubsystemandalarmcircuitdesignmethodsandprocesses.Systemrequirementsforthesamplingsitesexceedingthealcoholconcentrationdiodereminderalarmcircuitmonitors.Meanwhile,theoperatorspecificalarmpointfortheupperlimitsetbyMCUprogramming.AlcoholtesterwillbringadrivingsignalpriortoasafeKeywords:Alcoholconcentrationsensor(MQ3)；STC85C52MUC；A/Dconverter

目錄摘要 IAbstract II引言 1第一章緒論 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 2第二章方案器件簡介 32.1MCU選擇的簡介 32.2數模轉換器的簡介 PAGEREF_Toc311582926\h52.3液晶顯示器的簡介 7第三章總體方案設計 73.1STC89C52單片機 83.2ADC0832數模轉換 83.3LCD1602液晶顯示 9第四章硬件設計 104.1最小系統的實現 104.2數據采集設計 124.3A/D轉換設計 134.4LCD1602液晶顯示設計 134.5報警設計 15第五章軟件設計 165.1編譯語言的選擇 165.2主程序模塊 165.3A/D轉換模塊 175.4按鍵輸入模塊 175.6液晶顯示輸出模塊 18第六章系統調試 196.1系統硬件調試 196.1.1元器件的焊接 PAGEREF_Toc311582946\h196.1.2電路測試 206.2系統軟件調試 206.3系統整體調試 20第七章結束語 21致謝 22參考文獻 23附錄 PAGEREF_Toc311582953\h24附錄一硬件設計原理圖和PCB圖 24附錄二檢測程序 25仰恩大學畢業設計（論文）PAGE54福建泉州仰恩學院畢設設計（論文）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。第一章緒論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；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、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。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。第二章方案器件簡介硬件設計部分主要包括：MCU、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。2.1MCU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。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，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2-1P1.0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MOV@DPTR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MOV@RI指令）時，P2口輸出P2鎖存器的內容。Flash編程或校驗時，P2亦接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。表2-2P3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）P3.2QUOTE（外中斷0）P3.3QUOTE（外中斷1）P3.4T0（定時/計數器0）P3.5T1（定時/計數器1）P3.6QUOTE（外部數據存儲器寫選通）P3.7QUOTE(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（QUOTE）。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。?QUOTE：程序儲存允許（QUOTE）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QUOTE有效，即輸出兩個脈沖。在次期間，當訪問外部數據存儲器，將跳過兩次信號。?/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。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TTL/CMOS相兼容、5V電源供電時輸入電壓在0～5V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0~5V之間；?工作頻率為250KHZ，轉換時間為32μS；?一般功耗僅為15mW；?8P、14P—DIP（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A／D轉換器，內部結構如圖13．22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D／A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：IN0～IN7：8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：A／D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：A／D轉換結束信號，輸出，當A／D轉換結束時，此端輸出一個高電平（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A／D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128×64,內置8192個16*16點漢字，和128個16*8點ASCII字符集.利用該模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8×4行16×16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:128×64點?內置漢字字庫，提供8192個16×16點陣漢字(簡繁體可選)?內置128個16×8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：6點，背光方式：側部高亮白色LED，功耗僅為普通LED的1/5—1/10?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5×7點陣字符和32個5×10點陣字符)?具有64個字節的自定義字符RAM，可自定義8個5×8點陣字符或4個5×11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LED?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2-3LCD1602液晶主要參數顯示容量16×2個字符芯片工作電壓4.5~5.5V工作電流2.0mA(5.0V)模塊最佳工作電壓5.0V字符尺寸2.95×4.35(mm)第三章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：3.1STC89C52單片機STC89C52是的低電壓，高性能CMOS8位單片機，片內含8Kbytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器(PEROM)和256Kbytes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：0Hz—24MHz?三級加密存儲器?256字節內部RAM?32個可編程I/O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3.2ADC0832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0~5V之間。芯片轉換時間僅為32μS，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。3.3LCD1602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16×1，16×2，20×2和40×2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：圖3.2LCD1602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2-4LCD1602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6E1→0輸入使能信號，1時讀取信息，1→0(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7～14腳：D0～D7為8位雙向數據線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負極。第四章硬件設計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。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5—30pF，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，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：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為數據采集設計(1)從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≤15VACorDCVH加熱電壓5.0V±0.2VACorDCRL負載電阻可調

RH加熱電阻31Ω±3Ω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%RHO2氧氣濃度21%(標準條件)氧氣濃度會影響靈敏度特性最小值大于２％C.靈敏特性符號參數名稱技術參數備注Rs敏感體電阻1MΩ-8MΩ(200ppmalcohol)適用范圍：10-1000ppmAlcoholα（200/100）alcohol

濃度斜率≤0.6標準工作條件溫度：20℃±2℃Vc:5.0V±0.1V相對濕度：65%±5%Vh:5.0V±0.1V預熱時間不少于24小時4.3A/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4.4LCD1602液晶顯示設計LCD1602液晶顯示模塊與計算機的接口電路有兩種方式。它與單片機的接口方法分為直接訪問方式和間接控制方式。直接訪問方式是把液晶模塊作為存儲器或I/O設備直接接在單片機的總線上，單片機以訪問存儲器或I/O設備的方式操作液晶顯示模塊的工作。間接控制方式則不使用單片機的數據系統，而是利用它的I／0口來實現與顯示模塊的聯系。即將液晶顯示模塊的數據線與單片機的P0口連接作為數據總線，另外三根時序控制信號線通常利用單片機的P2口中未被使用的I／O口來控制。這種訪問方式不占用存儲器空間，它的接口電路與時序無關，其時序完全靠軟件編程實現。本系統采用間接控制方式：以下為液晶顯示電路接線原理圖見圖4.8:圖4.8液晶電路圖在單片機系統中應用液晶顯示器作為輸出器件有以下幾個有點：顯示質量高：由于液晶顯示器每一個點在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發光，而不像陰極射線管顯示器（CRT）那樣需要不斷刷新新亮點。因此，液晶顯示器畫質高且不會閃爍。數字式接口：液晶顯示器都是數字式的，和單片機系統的接口更加簡單可靠，操作更加方便。體積小、重量輕：液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態來達到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統顯示器要輕的多。功耗低：相對而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內部的電極和驅動IC上，因而耗電量比其他顯示器要少的多。在主電路圖中接在P0口處有一個排阻RP1，由于P0口沒有內接上拉電阻，為了為P0口外接線路有確定的高電平，所以要接上排阻RP1，使用的是10K的排阻，以確保有P0口有穩定的電平。電路連接圖見圖4.9:LCD按其顯示方式通常可以分為斷式、點字符式、點陣式等。還有黑白、多灰度、彩色顯示等。液晶顯示原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區域進行控制，有電就顯示黑色，這樣就可以顯示出圖形。針對于本系統要顯示漢字，字母，數字等，以及其在一個界面同時要顯示的字數，本系統要以圖形的形式顯示各運行結果，我們最終選擇LCD1602型號的LCD。⑵字符顯示：字符顯示比較復雜，一個字符由16x8點陣組成，即要找到和顯示屏是某幾個位置對應的RAM區的字節，再使不同的位置為‘1’其他的為‘0’；為‘1’的點亮，為‘0’的不亮，這樣就顯示出一個字符。圖4.9上拉電阻電路圖4.5報警設計在單片機應用系統中，一般的工作狀態可以通過指示燈或數碼顯示來指示，供操作人員參考，了解系統的工作狀況。但對于某些緊急狀態，比如系統檢測到的錯誤狀態等，為了使操作人員不至于忽視，及時采取措施，往往還需要有某種更能引人注意，提起警覺的報警信號。這種報警信號通常有三種類型：一是閃光報警，因為閃動的指示燈更能提醒人們注意；二是鳴音報警，發出特定的音響，作用于人的聽覺器官，易于引起和加強警覺；三是語音報警，不僅能起到報警作用，還能直接給出警報種類的信息。其中，前兩種報警裝置因硬件結構簡單，軟件編程方便，常常在單片機應用系統中使用；而語音報警雖然警報信息較直接，但硬件成本高，結構較復雜，軟件量也增加。閃光報警實現單頻音報警的接口電路比較簡單，只要當值高于警報值的時候給一個低電頻就能驅動二極管發光,簡單易懂。以下為報警電路接線圖見圖4.10：圖4.10報警電路圖這一章比較具體的說明了系統硬件設計的內容，通過模塊化的設計思想，把一個復雜的單片機系統按照功能劃分成一個個單獨的電路模型，分別進行設計，最后在集成到一起。這種方法對于設計復雜的單片機系統很有效。大大提高系統設計的效率與質量。由于我主要負責的是硬件設計，所以只是簡單的介紹硬件方面的內容。第五章軟件設計5.1編譯語言的選擇對于單片機的開發應用中，逐漸引入了高級語言，C語言就是其中的一種。匯編語言的可控性較高級語言來說更具優越性。程序編寫語言比較常見的有C語言、匯編語言。匯編語言的機器代碼生成效率高，控制性好，但就是移植性不高。C語言編寫的程序比用匯編編寫的程序更符合人們的思考習慣。還有很多處理器都支持C編譯器，這樣意味著處理器也能很快上手。且具有良好的模塊化、容易閱讀、維護等優點，且編寫的模塊程序易于移植。基于C語言和匯編語言的優缺點，本系統采用C語言編寫方法。軟件編寫的主體思路是將系統按功能模塊化劃分，然后根據模塊要實現的功能寫各個子程序。整個軟件程序的編寫采用查詢式方式編寫的。5.2主程序模塊主程序實現的功能：與硬件相結合實現便攜式酒精濃度檢測儀的各個功能。主要是檢測與顯示，時間調整與顯示，數據存儲。功能子函數的調用。見圖5.1初始化時鐘初始化時鐘初始化LCD屏顯示開機畫面顯示時間顯示主菜單初始化CPU開始讀鍵圖5.1主程序流程圖5.3A/D轉換模塊⑴模數轉換模塊的主要功能就是將經放大器放大的模擬電壓信號轉化為MCU能夠處理的數字信號，并傳送給MCU。⑵ADC0832轉換的流程圖見下圖5.2圖5.2數轉換流程圖A/D芯片的數據CS口，連接51單片機的P3.1口，CLK接P3.2，D1和D0接P3.3口。工作時序如下所示：ADC0832有8只引腳，CH0和CH1為模擬輸入端，CS為片選引腳，只有CS置低才能對ADC0832進行配置和啟動轉換。CLK為ADC0832的時鐘輸入端。CS在整個轉換過程中都必須為低，當CS為低時，在數據輸入端DI（數據輸入端）加一個高電平，接著在CLK上加一個時鐘，DI上的邏輯1就會使ADC0832的DI脫離高阻態，然后通道配置數據伴隨著時鐘通過DI端移入多路器，當最后一位數據移入多路器時，，DI變為高阻態，在這以前DO（數據輸出端）都為高阻態。在經過一個時鐘，DO脫離高阻態，從而啟動轉換。接著從處理器接收時鐘信號，每經過一個時鐘，轉換后的數據就會從高位到低位依次從DO移出，經過8個時鐘后，數據又以從低位到高位的形式從DO移出（也是每個時鐘移一位）。當最后一位數據移出時轉換完成。當CS從低變為高時，ADC0832內部所有寄存器清零。如想要進行下一次轉換，CS必須做一個從高到低的跳變，后跟著地此配置數據重復上面的過程。5.4按鍵輸入模塊⑴按鍵時顯現人機對話的一個控制按鈕，通過按鍵的操作，對系統進行發送操作指令，后經與MCU串行通信，然后在液晶上顯示。⑵按鍵查詢式的流程圖見下圖（圖5.3）: 圖5.3按鍵查詢式的流程圖按鍵的四個鍵分別接P1.0,P1.1,P1.2,P1.3,由于P1口具有上拉電阻，所以不在需要加上拉電阻進行電壓的放大。5.6液晶顯示輸出模塊LCD模塊在本系統中主要起著開界面漢字顯示，以及各控制效果的顯示。采用直接訪問方式。液晶顯示的操作流程圖見下圖5.6：圖5.6液晶顯示的操作流程圖液晶顯示D0到D7口接P0.0到P0.7，單獨使用一個口，為了避免數據的干擾，由于P0口沒有上拉電阻，所以需要一個排阻進行電壓的擴大.LCD1602的讀寫工作時序圖如圖5.7和圖5.8所示：圖5.7LCD1602讀操作時序當處于讀狀態時，RS處于低脈沖，R/W為高脈沖，E為高脈沖，D0~D7=狀態字當處于讀數據時，RS為高脈沖，R/W為高脈沖，E為高脈沖，D0~D7=數據。圖5.8LCD1602寫操作時序當處于寫指令時，RS為低脈沖，R/W為低脈沖，D0~D7=指令碼，E=高脈當處于寫數據時，RS為高脈沖，R/W為低脈沖，E為高脈沖，D0~D7=數據.第六章系統調試6.1系統硬件調試6.1.1元器件的焊接焊接前應對整個電路板進行檢查。首先，用萬用表對印制的電路板線路進行檢查，該過程是在焊接元器件之前的必要工作，主要是檢查印制的電路板線路是否有斷路的情況，如果檢查沒有問題，則可以對元器件進行焊接。焊接前對電阻、電容的量值要進行測量、篩選，選擇與電路中參數值一致的元器件，在選擇芯片時，要注意芯片與設計要求的型號、規格和安裝是否一致。在焊接時，應將印制的電路板認真對照原理圖，查看元器件的引腳焊接是否正確。6.1.2電路測試電路板焊接完成后，需要對每個元器件的引腳逐個進行檢查，一方面是檢查有沒有引腳虛焊或與其他信號線短路，另一方面是對器件引腳功能的再檢查，查看設計是否正確。檢查電路焊接沒有問題后，則可以進行上電測試。上電測試是調試的關鍵部分，按照系統方案設計的模塊化思想，應該分模塊測試系統。首先還是應該測試電源部分，系統上電以后，測試各個電源端口和器件的電源部分是否工作正常，同時應注意系統中有無器件過熱情況，如果有的話，可能是相應的器件損壞或電路中有短路，需要認真檢查之后再加電。如果沒有問題，則可以進行功能的檢測。由于系統硬件較復雜，硬件電路裝配、焊接完成后，可能不能正常工作。為了方便調試，采用分塊調試的方法。在通電前，一定要檢查電源電壓的幅值和極性，否則很容易造成芯片的損壞。加電后檢查各插件上引腳的電位，一般先檢查VCC與GND之間電位，若在5V~5.5V之間屬正常范圍。6.2系統軟件調試硬件調試完成以后，軟件調試就非常重要。系統軟件調試時也要分模塊來進行調試，這樣才能使進程有條不紊的進行下去，而不至于出現混亂。首先，檢查LCD1602液晶顯示屏。LCD1602顯示屏上電后，檢查是否可以正常顯示，第一行顯示英文字符，第二行顯示時間，此時，按下按鍵即可對時間進行調整。其次，調試存儲模塊。檢查存儲模塊是否能夠讀寫信息，當存入一個數據的時候，從LCD1602中，讀出來，看是否與之前存入的數據一致，而可認為存儲模塊正常工作。再次，調試單片機與數模轉換模塊，在LCD模塊調試成功之后，就可以調試數模轉換模塊，在模擬的測試一個電壓，若LCD1602能夠正常顯示記錄的數據，則調試成功。最后調試傳感模塊，根據傳感器的要求，輸入一個9V高電壓和一個5V電壓，則傳感能通過AD的轉換，在LCD1602顯示正常的電壓，則調試成功，之后進行程序的運算，使LCD實現酒精濃度數值6.3系統整體調試在軟件和硬件的分別調試成功后，然后進行程序的捎入單片機中，進行整塊系統的調試，提供9V的電壓，使單片機和傳感器，和各個元件都能正常工作后，要對傳感的最大值和最小值的調試，最小值調試，即把傳感器裸露在空氣中，環境為無酒精環境，調節滑動變阻器，使LCD1602顯示為0，進行多次斷電，最終沒有數據變化，數值為零，即對傳感器的最小值調試成功；傳感器的最大值為5V即相對應的濃度為1000PPM，在目前條件找不到如此濃度的酒精，進而，對一般數值的酒精濃度調試，就是在三個相同的容器下，倒入不同量的酒精，然后進行稀釋，然后進行測量，在大致的估計得濃度下，看是否有很大偏差，沒有就說明，整體調試成功。第七章結束語目前，隨著人們的生活水平的提高，私家車的數量也越來越多，從而引發的交通是事故也急劇增加，其中大部分是由于酒后駕車。所以設計具有民用價值的便攜式酒精濃度檢測儀的研制受到了人們的高度重視。設計能夠滿足生活需要，攜帶方便的便攜式酒精濃度檢測儀迫在眉睫。針對目前的現狀，該系統設計遵守體積小，質量輕，性價比高的原則。便攜式酒精濃度檢測儀的設計主要分為硬件設計和軟件設計。根據設計前對該系統所要實現功能的要求，綜合考慮我們采用STC89C52單片機為控制核心。軟件是用C語言相編寫的，具有很好的編寫語言的優點，具有很好的可控性、模塊化和移植性。編寫的思路就是模塊化的思想，將系統的各個功能進行劃分，然后對各個模塊進行設計。本系統的主要模塊為傳感檢測、A/D轉換、液晶顯示和時鐘設置。軟件與硬件相結合的演示的大體流程是：主頁面顯示4個子菜單功能按鍵的4個控制進入子菜單有確認和取消按確認實現相應功能（按取消則返回）。由于所學知識的限制，本系統實現的功能不是很健全，但在設計該系統的過程中，讓我學會了系統設計的方法，和養成了系統思考的思維方式。首先要了解系統所要實現的功能；其次根據功能去選擇相應的硬件資源；再次將一個大的系統進行模塊化劃分，然后逐一去攻破。最后把所有模塊進行優化整合，便得到了一個完整的系統。基于這樣的思路，完成了便攜式酒精濃度檢測儀的基本設計。同時由于本設計是采用在proteus上進行仿真，在keil軟件上進行編程，最后二者聯調，實現設計任務，但在仿真是無法實現酒精濃度的測試，因此本設計采用滑動變阻器模擬傳感器檢測酒精濃度時輸出的模擬信號，經AD0832轉換輸入單片機，從而從液晶顯示上顯示出來。通過對本次畢業設計，我學習了很多在大學遺漏的知識，讓我在以后的工作中，更加的得心應手。這不僅僅是一次簡單的畢業考察，而是對我們四年大學所學得知識的總結。

致謝本論文是在老師的悉心指導下完成的。畢老師淵博的專業知識，嚴謹的治學態度，精益求精的工作作風，誨人不倦的高尚師德，嚴以律己、寬以待人的崇高風范，樸實無華、平易近人的人格魅力對我影響深遠。不僅使我樹立了遠大的學術目標、掌握了基本的研究方法，還使我明白了許多待人接物與為人處世的道理。本論文從選題到完成，每一步都是在申老師的指導下完成的，傾注了畢老師大量的心血。在此，謹向畢老師表示崇高的敬意和衷心的感謝！對于系里領導的關心和實驗室的老師們的辛勤，給我們提供了實驗室這樣一個良好的設計環境表示深深地感謝。在四年的學習期間，曾得到很多班級同學的關心和幫助，在此表示深深的感謝。沒有他們的幫助和支持是沒有辦法完成我的畢業論文的，同窗之間的友誼永遠長存。我的畢業課題是基于單片機酒精濃度測試儀的設計，是一個實際的小工程。作為一個學生，我對實際的工程設計認識不夠，經驗不足，難免在設計的整體框架中，有很多的細節沒有考慮。我們的指導老師并沒有指責，而是給予我們鼓勵和很多寶貴的建議，并且悉心引導，給予我們一個比較清晰的設計思路。我們沿著這條經驗之路，不斷地嘗試摸索，慢慢地也掌握了設計的基本流程和思考的方法。我們遇到了很多的難題，比如硬件器件的選擇，功能的實現等。然而這樣的問題并不是我一個能所能解決的，幸運的是有我們的指導老師的悉心指導和小組搭檔的全心幫助，所以一個個看似復雜的問題便迎刃而解。最后我還要再次深深地感謝各位小組成員，正是基于申老師的悉心指點和大家的全心的幫助，我才能比較順利地完成畢業設計。謝謝你們.

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