酒精溶度检测仪毕业设计论文样本.pdf

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1、目 录 1 前 言.错误!未定义书签。1.1 选题的依据及意义.错误!未定义书签。1.2 研究概况及发展趋势综述.错误!未定义书签。2 基于单片机酒精溶度测试系统的组成及原理错误!未定义书签。2.1 系统设计规定.错误!未定义书签。2.2 系统功能.错误!未定义书签。3 基于单片机酒精溶度测试系统的硬件设计.错误!未定义书签。3.1 系统总体电路设计及工作原理.错误!未定义书签。3.2 酒精浓度转换电路设计.错误!未定义书签。3.3 89C52 单片机系统.错误!未定义书签。3.4 AD 采样电路的设计.错误!未定义书签。3.5 液晶显示模块.错误!未定义书签。3.5 声光报警模块.错误!未定

2、义书签。4 基于单片机酒精溶度测试系统的软件设计.错误!未定义书签。4.1 编译语言的选择.错误!未定义书签。4.2 软件功能分析.错误!未定义书签。4.3 主程序模块.错误!未定义书签。5 系统调试.错误!未定义书签。5.1 系统硬件调试.错误!未定义书签。5.2 系统软件调试.错误!未定义书签。总 结.错误!未定义书签。参考文献.错误!未定义书签。致 谢.错误!未定义书签。附 录.错误!未定义书签。附录一 原理图.错误!未定义书签。附录二 PCB 图.错误!未定义书签。附录三 实物图.错误!未定义书签。附录四 程序清单.错误!未定义书签。1 前 言 1.1 选题的依据及意义 根据 WHO

3、数据，全球 2023 年的人均纯酒精消费量为 6.2L，其中欧洲地区人均达 11.9L，美洲地区人均为 8.7L。俄罗斯及其周边的东欧国家酒精消费量最高，另一方面为欧洲其他国家。在人均国民生产总值（GDP）低于 7000 美元的低收入国家，酒精消费量与人均 GDP 相关，GDP 越高酒精消费量越高。而随着我国近年来高速发展的经济水平和居民生活水平，酒精消费量亦呈直线上升趋势，随之而来的是由于饮酒而导致的一系列社会问题。例如酒后驾驶导致的交通意外。当酒精在人体血液内达成一定浓度时，麻痹神经，导致大脑反映迟缓，肢体不受控制等症状。人对外界的反映能力及控制能力就会下降，解决紧急情况的能力也随之下降。

4、对于酒后驾车者而言，其血液中酒精含量越高，发生撞车的几率越大。而根据世界卫组织的事故调查，大约50%69%的交通事故与酒后驾驶有关，酒后驾驶已经被列为车祸致死的重要因素。在中国，每年由于酒后驾车引发的交通事故达数万起，其危害触目惊心，已成为交通事故的第一大“杀手”。为了实现对人权的尊重，对生命的关爱，使更多人的生命权、健康权及幸福美满的家庭能得到更好的保护，需要设计一智能仪器可以检测驾驶员体内酒精含量。目前全世界绝大多数国家都采用呼气酒精测试仪对驾驶人员进行现场检测，以拟定被测量者体内酒精含量的多少，以保证驾驶员的生命财产安全。酒精检测仪的设计与使用有着不可替代的作用，也有着相称的前景和意义。

5、1.2 研究概况及发展趋势综述 受 20 世纪信息技术的快速发展的影响，传感技术逐渐走向成熟，在生活生产中的得到了广泛的应用。由于传感器在各个领域都有着举足轻重的作用，因此，高精度，高可靠性，微型化，微功耗无源化和智能数字化成为其发展方向。为检查醉驾，警察经常使用一种便携式的酒精呼吸检测仪,通过检测驾驶者呼出的气体判断驾驶者是否饮酒。而目前使用的酒精呼吸检测仪只能初步显示驾驶员是否饮酒,有醉驾嫌疑的驾驶员还需要接受血检,以拟定其体内酒精含量是否超标。为简化其流程，英国内政部已推出一种超级酒精呼吸检测仪,能根据体温、呼吸频率等情况,当场判断出驾驶者体内的酒精含量。由此可见，高精度，高可靠性与微型

6、化是酒精浓度检测仪的重要发展方向。至今为止，对气体中酒精含量进行检测的设备有燃料电池型（电化学）、半导体型、红外线型、气体色谱分析型和比色型五种类型。但由于价格和使用方便的因素，目前（截止 2023 年 10 月）常用的只有燃料电池型（电化学型）和半导体型两种。燃料电池是当前全世界都在广泛研究的环保型能源，它可以直接把可燃气体转变成电能，而不产生污染，酒精传感器只是燃料电池的一个分支。燃料电池酒精传感器采用贵金属白金作为电极，在燃烧室内充满特种催化剂，使进入燃烧室内的酒精充足燃烧转变为电能，也就是在两个电极上产生电压，电能消耗在外接负载上，此电压与进入燃烧室内气体的酒精浓度成正比。与半导体型相

7、比，燃料电池型呼气酒精测试仪具有稳定性好，精度高，抗干扰性好的优点。但是由于燃料电池酒精传感器的结构规定非常精密，制造难度相称大，目前（2023 年）只有美国、英国、德国等少数几个国家可以生产，加上材料成本高，因此价格相称昂贵，是半导体酒精传感器的几十倍。2 基于单片机酒精溶度测试系统的组成及原理 2.1 系统设计规定 设计一个基于单片机的酒精浓度检测系统，检测结果用 LED 或 LCD 显示器显示。基于 STC89C52 单片机，MQ-3 酒精浓度传感器，本设计设计一种具有检测及超限报警功能的酒精浓度测试系统。具体技术规定如下：1、设计 51 单片机最小系统电路；2、设计 LCD 显示电路；

8、3、设计信号采集转换电路；4、设计实时时钟电路；5、设计声光报警电路。2.2 系统功能 本设计采用自动检测技术和计算机技术,对人呼出的酒精气体的质量浓度进行自动测量、自动显示、声光报警,并给出数字提醒。电路结构重要由酒精传感器、测量电路、模数转换电路、单片机、驱动显示器、声光报警电路等部分组成,系统框图如图2.1所示。具体的工作过程是:呼出气体中的酒精质量浓度信号经酒敏传感器转换为 0 5V 的 电压信号,并且该电压 信号的大 小与气体 中的酒精 质量浓度 大小成正 比,通过A/D 转换后传送 给单片 机,经单片 机内部 的一 些运算,比较程序处 理后输出 给 LCD 显示 和声光报警电 路进

9、行 报 警。设 计 中 选 用 由 美 国 ATMEL 公 司 生 产 的STC89C52作为 智能 检测 装置 的核 心 器件,STC89C52的P1口与AD0804的8位输出端相连，用来接受转换好的8位数据；P0口与LCD现实模块相连，有内部程序来控制各引脚电平，使LCD显示器能做出相应的显示；P2口与声光报警模块相连，用来执行报警等操作。图 2.1 硬件方案总体框图 本课题分为两部分：硬件设计部分和软件设计部分。硬件部分为运用 MQ3 气敏传感器测量空气中酒精浓度，并转换为电压信号经 A/D 转换后传给单片机系统，由单片机及其外围电路进行信号的解决，显示浓度值以及超阈值声光报警。软件部分

10、用 C 语言进行编程，程序采用模块化设计思想。各个子程序的功能相对独立，便于调试和修改。而硬件电路又大体可分为单片机小系统电路、A/D 转换电路、声光报警电路、LCD 显示电路，各部分电路的设计及原理将会在硬件电路设计部分具体介绍；程序的设计使用 C 语言编程。其模块框图如图 2.2 所示。被测环境 气敏传感器 A/D 转 换电路 STC89C52 键盘 声光报警 液晶显示 主程序 AD 采样程中断服务L C D 显声光报警键值扫描 图 2.2 系统程序模块框图 3 基于单片机酒精溶度测试系统的硬件设计 3.1 系统总体电路设计及工作原理 根据自动检测系统的组成结构，该酒精溶度检测仪应当包含酒

11、精气体传感器、信号解决电路和执行指示机构等部分。对于酒精气体传感器，只要是一般性的还原性气体传感器都可以使用，本设计考虑酒精浓度是由传感器把非电量转换为电量，传感器输出的是 0-5 伏的电压值并且电压值稳定，外部干扰小等。因此，可以直接把传感器输出电压值通过 ADC0804 采集数据送入单片机进行解决。酒精浓度监测仪的硬件电路设计重要涉及：传感器测量电路、89C51 单片机系统、A/D 转换电路、声光报警电路、LCD 显示电路。酒精浓度监测仪硬件模块电路框图如图3.1。酒精浓度测试系统的硬件设计 信号采集 A/D转 单 片机 L C D显声光报警 图 3.1 硬件模块电路框图 3.2 酒精浓度

12、转换电路设计 由于本系统直接测量的是呼气中的酒精浓度，再转换为血液中的酒精含量浓度，故采用气敏传感器。考虑到周边空气中的气体成分也许影响传感器测量的准确性，所以传感器只能对酒精气体敏感，对其他气体不敏感，故选用 MQ3 型气敏传感器。其有很高的灵敏度、良好的选择性、长期的使用寿命和可靠的稳定性。MQ3 型气敏传感器由微型 Al2O3，陶瓷管和 SnO2 敏感层、测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢的腔体内，加热器为气敏元件的工作提供了必要的工作条件。传感器的标准回路有两部分组成。其一为加热回路，其二为信号输出回路，它可以准确反映传感器表面电阻值的变化。传感器的表面电阻RS 的变化，

13、是通过与其串联的负载电阻 RL 上的有效电压信号 VRL 输出面获得的。两者之间的关系表述为：RSRL=(VC-VRL)VRL，其中 VC 为回路电压为 10V。负载电阻 RL 可调为 05-200K。加热电压 Uh 为 5v。上述这些参数使得传感器输出电压为0-5V。MQ3 型气敏传感器的结构和外形、标准回路、传感器阻值变化率与酒精浓度、外界温度的关系图如图 3.2 所示，传感器集成模块电路如图 3.3 所示。为了使测量的精度达成最高，误差最小，需要找到合适的温度，一般在测量前需将传感器预热 20s。图 3.2 传感器电路、结构及关系图 图 3.3 MQ-3传感器电路原理图 为了更好地使用酒

14、精传感器 MQ-3，现将 MQ-3 的标准工作条件和环境条件进行介绍，如表一和表二所示 表一 酒精传感器 MQ-3 标准工作条件 符号 参数名称 技术条件 备注 Vc 回路电路 10V AC OR DC Vh 加热电压 5V AC OR DC RL 负载电阻 可调 0.5200K Rh 加热器电阻 335%室温 Ph 加热功耗 800Mw 表二 酒精传感器 MQ-3 的环境条件 符号 参数名称 技术条件 备注 Tao 使用温度 2050 推荐使用范围20ppm1000ppm乙醇 Tas 储存温度 2070 Ra 相对湿度 95%RH O2 氧气溶度 21%1%（标注条件）不得小于 18%氧气溶

15、度会影响灵敏度 MQ-3的灵敏度特性曲线如 图 3.4所示。图 3.4 MQ-3 灵敏度特性曲线 3.3 89C52 单片机系统 单片机是一种集成电路芯片，采用超大规模技术把具有数据解决能力(如算术运算，逻辑运算、数据传送、中断解决)的微解决器(CPU)，随机存取数据存储器(RAM)，只读程序存储器(ROM)，输入输出电路(I/O 口)，也许还涉及定期计数器，串行通信口(SCI)，显示驱动电路(LCD 或 LED 驱动电路)，脉宽调制电路(PWM)，模拟多路转换器及 A/D 转换器等电路集成到一块单块芯片上，构成一个虽小然而完善的计算机系统。这些电路能在软件的控制下准确、迅速、高效地完毕程序设

16、计者事先规定的任务。3.3.1 单片机片内结构 51 单片机的片内结构如图 3.5 所示。它把那些作为控制应用所必需的基本内容都集成在一个尺寸有限的集成电路芯片上。按功能划分，它有如下功能部件组成：微解决器（CPU）。数据存储器(RAM)。程序存储器（ROM/EPROM）。4 个 8 位并行 I/O 口（P0 口、P1 口、P2 口、P3 口）。一个串行口。2 个 16 位定期器、计数器。2 个 16 位定期器、计数器。图 3.5 51单片机片内结构 中断系统。特殊功能寄存器（SER）。上述功能部件都是通过片内单一总线连接而成，其基本结构依旧是 CPU 加上外围芯片的传统结构模式。但 CPU

17、对各种功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。下面对框图 2-1 中各功能部件作一简朴介绍：1、中央解决器 CPU CPU 是单片机的核心部件，它通常由运算器、控制器和中断电路等器件组成。CPU 进行算术运算和逻辑操作的字长有4 位、8 位、16 位和 32 位之分，字长越长运算速度越快，数据解决能力也越强。2、存储器 在单片机内部，ROM 和 RAM 存储器是分开制造的。通常，ROM 存储器容量较大，PSEN 8 8 XTA CPU （运 算器）（控 制数据存储器 P0 P2 程序存储器 P1 串 行 定期器/计中断特殊功能寄存器 P3 ALE EA XTA8 8 RESET RA

18、M 存储器的容量较小，这是单片机用于控制的一大特点。(1)ROM 存储器 ROM 存储器一般为 1-64K 字节，用于存放应用程序，故又称为程序存储器。(2)RAM 存储器 通常，单片机片内 RAM 存储器容量为 64-256 字节，最多可达 48K 字节。RAM 存储器重要用来存放实时数据或作为通用寄存器、数据堆栈和数据缓冲器之用。3、中断系统 中断系统是为使 CPU 具有对单片机外部或内部随机发生的事件的实时解决而设立的。中断系统由 5 个中断请求源，2 个中断优先级。5个中断请求源为：(1)0INT外部中断 0 请求，由0INT引脚输入，中断请求标志位为 IE0。(2)1INT外部中断1

19、 请求，由1INT引脚输入，中断请求标志位为IE1。(3)定期器/计数器 T0 溢出中断请求，中断请求标志为 TF0。(4)定期器/计数器 T1 溢出中断请求，中断请求标志为 TF1。(5)串行口中断请求，中断请求标志为 TI或 RI。如表三和四所示，中断请求标志位分别由特殊功能寄存器TCON 和 SCON 的相应为锁存。IT0选择外部中断请求0INT为跳沿触发方式或电平触发方式的控制位。IT0=0，为电平触发方式，引脚0INT上低电平有效。IT0=1，为跳沿触发方式，引脚0INT上的电平从高到低的负跳变有效。IT1选择外部中断请求1INT为跳沿触发方式或电平触发方式，其意义和 IT0类似。I

20、E0外部中断 0 的中断请求标志位。IE1外部中断 1 的中断请求标志位。TF0定期器/计数器 T0 溢出中断请求标志位。当启动 T0 计数后，定期器/计数器 T0 从初值开始加 1 计数，当最高位产生溢出时，由硬件置”1”TF0，向 CPU 申请中断，CPU 响应中断。TF1定期器/计数器 T1溢出中断请求标志位，功能和 TF0类似。TR0当为“1“时，定期器/计数器 T0 开始计数。TR1功能和 TR0 类似。表三 TCON中的中断请求标志位 TCON TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0 位地址 8FH 8DH 8BH 8AH 89H 88H TI串行口的发送中

21、断请求标志位。RI串行口接受中断请求标志位。表四 SCON中的中断请求标志位 SCON TI RI 位地址 99H 98H 如表五，IE中各位功能如下：EA中断允许总控制位 EA=0，CPU 屏蔽所有的中断请求，EA=1，CPU开放所有中断。ES串行口中断允许位 ES=0，严禁串口中断，ES=1，允许串口中断。ET1定期器/计数器 T1的溢出中断允许位 ET1=0，严禁 T1中断，ET1=1，允许 T1中断。EX1外部中断 1中断允许位 EX1=0，严禁外部中断 1 中断，EX1=1，允许外部中断 1 中断。ET0定期器/计数器 T0的溢出中断允许位，功能与 ET1 类似 EX0外部中断 0中

22、断允许位，功能与 EX1 类似 表五 IE的中断允许控制位 IE EA ES ET1 EX1 ET0 EX0 位地址 AFH ACH ABH AAH A9H A8H 如表六，IP 中各位功能如下：PS串行口中断优先级控制位 PS=1，串行口中断定义为高优先级中断，PS=0，串行口定义为低优先级中断。PT1定期器 T1中断优先级控制位 PT1=1，定期器 T1 定义为高优先级中断，PT1=0，定期器 T1 定义为低优先级中断。PX1外部中断 1 中断优先级控制位 PX1=1，外部中断 1 定义为高优先级中断，PX1=0，外部中断 1 定义为低优先级中断。PT0定期器 T0中断优先级控制位，功能与

23、 PT1 类似。PX0外部中断 1 中断优先级控制位，功能与 PX1类似。表六 中断优先级寄存器 IP IP PS PT1 PX1 PT0 PX0 位地址 BCH BBH BAH B9H B8H 4、定期器/计数器 单片机内有两组 16 位定期/计数器，分别为定期器 0 与定期器 1，两者可独立操作，各自拥有一个中断向量。定期器输入信号源为振荡器除以 12 的频率，而计数器输入信号源为外部引脚 T0与 T1，除此之外计时与计数是不分的。定期/计数器具有 4 种工作方式。如表 4-5 是工作方式寄存器 TMOD。各位功能说明：GATE门控位 GATE=0，仅由运营控制位 TRX(X=0，1)=1

24、 来启动定期/计数器运营。GATE=1，由 TRX(X=0，1)=1 和外中断引脚(0INT或1INT)上的高电平共同来启动定期/计数器运营。M1,M0工作方式选择位 C/T计数器模式和定期器模式选择位 C/T=0，为定期器模式，C/T=1，为计数器模式，计数器对外部输入引脚 T0 或T1的外部脉冲计数。表七 工作方式寄存器 TMOD T1 方式字段 T0方式字段 GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0 如表八 是定期/计数控制寄存器 TCON，对各位进行如下说明；TF1，TF0T1，T0 计数溢出标志位，功能在中断系统中已说明。TR1，TR0计数运营控制位 其余在中断系统

25、中已作说明。表八 定期/计数控制寄存器 TCON TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0 在这个设计中，运用了方式一和二。以下介绍这两种方式。方式一：当 M1、M0 为 01 时，定期/计数器工作与方式一，这时方式一为 16 位的计数器，由 THX作高位和 TLX作低位构成。有关控制位前面已讲述。方式二：当 M1、M2 为 10 时，定期/计数器工作在方式二。其特点：自动恢复初值的 8 位定期/计数器，THX 作为常数缓冲器，当 TLX 计数溢出时，在置 1 溢出标志 TFX 的同时，还自动的将 THX 中的常数送至 TLX，使 TLX 从初值开始重新计数。这种工作方式

26、可以省去用户软件中重装初值的程序，简化初值计算，可以相称精确拟定定期时间。5、I/O 接口和特殊功能部件 I/O 接口电路有串行和并行两种。串行 I/O 用于串行通信，它可以把单片机内部的并行 8 位数据(8 位机)变成串行数据向外传送，也可以串行接受外部送来的数据并把它们变成并行数据送给 CPU 解决。并行 I/O 口电路可以使单片机和存储器或外设之间并行地传送 8 位数据(8 位机)。通常，特殊功能部件涉及：定期器、计数器、A/D、D/A、DMA 通道和系统时钟等电路。定期器、计数器用于产生定期脉冲，以实现单片机的定期控制；A/D 和 D/A 转换器用于模拟量和数字量之间的互相转换，以完毕

27、实时数据的采集和控制，DMA 通道可以使单片机和外设之间实现数据的快速传送。总之，某一单片机内部究竟涉及哪些特殊功能部件以及特殊功能部件的数量是和它的型号有关的。单片机是整个系统的核心，对系统起监督、管理、控制作用，并进行复杂的信号解决，产生测试信号及控制整个检测过程。所以在选择单片机时，参考了以下标准。(1)运营速度。单片机运营速度一般和系统匹配即可。(2)存储空间。单片机内部存储器容量，外部可以扩展的存储器(涉及 I/0 Fl)空间(3)单片机内部资源。单片机内部存储资源越多，系统外接的部件就越少，这可提高系统的许多技术指标。(4)可用性。指单片机是否能很容易地开发和运用，具体涉及是否有合

28、适的开发工具，是否适合于大批量生产、性能价格比，是否有充足的资源，是否有现成的技术资源等。(5)特殊功能。一般指可靠性、功耗、掉电保护、故障监视等。从硬件角度来看，与 MCS-51 指令完全兼容的新一代 AT89CXX 系列机，比在片外加 EPROM 才干相称的 8031 单片机抗干扰性能强，与 87C51 单片机技能相称，但功耗小。程序修改直接用+5V 或+12V 电源擦除，更显方便、并且其工作电压放宽至2.7V-6V，因而受电压波动的影响更小，并且 4K 的程序存储器完全能满足单片机系统的软件规定，故 AT89C51 单片机是构造本检测系统的更抱负的选择。3.3.2 89C51 芯片介绍

29、掌握 MCS-51 单片机，应一方面了解 MCS-51 的引脚，熟悉并牢记各引脚的功能，MCS-51 系列中各种型号芯片的引脚是互相兼容的。制作工艺为HMOS 的 MCS-51的单片机都采用40 只引脚的双列直插封装方式，如图3.5 所示。图 3.5 STC89C52 芯片管脚图 40 只引脚按其功能来分，可分为如下 3 类：电源及时钟引脚：Vcc、Vss、XTAL1、XTAL2。电源引脚接入单片机的工作电源。Vcc 接+5V 电源，Vss 接地。时钟引脚 XTAL1、XTAL2 外接晶体与片内的反相放大器构成了 1 个晶体振荡器，它为单片机提供了时钟控制信号。2 个时钟引脚也可外接独立的晶体

30、振荡器。XTAL1接外部的一个引脚。该引脚内部是一个反相放大器的输入端。这个反相放大器构成了片内振荡器。假如采用外接晶体振荡器时，此引脚接地。XTAL2 接外部晶体的另一端，在该引脚内部接至内部反相放大器的输出端。若采用外部时钟振荡器时，该引脚接受时钟振荡器的信号，即把此信号直接接到内部时钟发生器的输入端。控制引脚：PSEN、ALE、EA、RESET（RST）。此类引脚提供控制信号，有的还具有复用功能。RST/VPD 引脚：RESET（RST）是复位信号输入端，高电平有效。当单片机运营时，在此引脚加上连续时间大于 2 个机器周期（24 个振荡周期）的高电平时，就可以完毕复位操作。在单片机工作时

31、，此引脚应为0.5V 低电平。VPD 为本引脚的第二功能，即备用电源的输入。当主电源发生故障，减少到某一规定值的低电平时，将+5V 电源自动接入RST 端，为内部RAM 提供备用电源，以保证片内 RAM 的信息不丢失，从而使单片机在复位后能正常进行。ALE/PROG引脚：ALE 引脚输出为地址锁存允许信号，当单片机上电正常工作后 ALE 引脚不断输出正脉冲信号。当单片机访问外部存储器时，ALE 输出信号的负跳沿用于单片机发出的低 8 位地址经外部锁存器锁存的锁存控制信号。即使不访问外部锁存器，ALE 端仍有正脉冲信号输出，此频率为时钟振荡器频率的 1/6。PROG为该引脚的第二功能。在对片内

32、EPROM 型单片机编程写入时，此引脚作为编程脉冲输入端。PSEN引脚：程序存储器允许输出控制端。在单片机访问外部程序存储器时，此引脚输出脉冲负跳沿作为读外部程序存储器的选通信号。此引脚接外部程序存储器的OE（输出允许端）。EA/VPP 引脚：EA功能为片内程序存储器选择控制端。当EA引脚为高电平时，单片机访问片内程序存储器，但在PC 值超过 0FFFH 时，即超过片内程序存储器的 4KB 地址范围时将自动转向执行外部程序存储器内的程序。当EA引脚为低时，单片机只访问外部程序存储器，不管是否有内部程序存储器。I/O 口引脚：P0、P1、P2、P3，为四个 8 位 I/O 口的外部引脚。P0 口

33、、P1口、P2 口、P3 口是 3 个 8 位准双向的 I/O 口，各口线在片内均有固定的上拉电阻。当这 3 个准双向 I/O 口作输入口使用时，要向该口先写 1，此外准双向口 I/O 口无高阻的“浮空”状态。由于单片机具有体积小、质量轻、价格便宜、耗电少等突出特点，所以本系统采用 89C51 单片机，硬件设计电路图如图 1 所示。89C51 内部有 4KB 的 EPROM，128字节的 RAM，所以一般都要根据所需存储容量的大小来扩展 ROM 和 RAM。本电路EA接高电平，没有扩展片外ROM 和 RAM。3.4 AD 采样电路的设计 所谓 A/D 转换器就是模拟/数字转换器（ADC），是将

34、输入的模拟信号转换成数字信号。信号输入端可以是传感器或转换器的输出，而 ADC 的数字信号也也许提供应微解决器，以便广泛地应用。CS、RD、WR 是数字控制输入端，满足标准 TTL 逻辑电平。其中 CS 和 WR 用来控制 A/D 转换的启动信号。CS、RD 用来读 A/D 转换的结果，当它们同时为低电平时，输出数据锁存器 DB0DB7 各端上出现 8 位并行二进制数码。ADC08010805 片内有时钟电路，只要在外部“CLKI”和“CLKR”两端外接一对电阻电容即可产生A/D 转换所规定的时钟，其振荡频率为 fCLK1/1.1RC。其典型应用参数为：R=10K，C=150PF，fCLK 6

35、40KHZ，转换速度为 100。若采用外部时钟，则外部fCLK 可从 CLKI 端送入，此时不接 R、C。允许的时钟频率范围为 100KHZ 1460KHZ。INTR 是转换结束信号输出端，输出跳转为低电平表达本次转换已经完毕，可作为微解决器的中断或查询信号。假如将 CS 和 WR 端与 INTR 端相连，则ADC0804 就处在自动循环转换状态。CS 0 时，允许进行 A/D 转换。WR 由低跳高时 A/D 转换开始，8 位逐次比较需 88=64 个时钟周期，再加上控制逻辑操作，一次转换需要 6673 个时钟周期。在典型应用 fCLK640KHZ 时，转换时间约为 103114。当 fCLK

36、 超过 640KHZ，转换精度下降，超过极限值 1460KHZ 时便不能正常工作。被转换的电压信号从 VIN（+）和 VIN（-）输入，允许此信号是差动的或不共地的电压信号。假如输入电压 VIN 的变化范围从 0V 到 Vmax，则芯片的 VIN（-）端接地，输入电压加到 VIN（+）引脚。由于该芯片允许差动输入，在共模输入电压允许的情况下，输入电压范围可以从非零伏开始，即 Vmin 至 Vmas。此时芯片的 VIN（-）端应当接入等于 Vmin 的恒值电码坟上，而输入电压 VIN 仍然加到 VIN（+）引脚上。A/D 转换器一般都有这两个引脚。模拟地 AGND 和数字地 DGND 分别设立引

37、入端，使数字电路的地电流不影响模拟信号回路，以防止寄生耦合导致的干扰。参考电压 VREF/2 可以由外部电路供应从“VREF/2”端直接送入，VREF/2 端电压值应是输入电压范围的一半所以输入电压的范围可以通过调整 VREF/2 引脚处的电压加以改变，转换器的零点无调整。3.4.1 ADC0804 接口电路设计 现以程序查询方式为例，说明 ADC0804 在数据采集系统中的应用，采集数据时，一方面微解决器执行一条传送指令，在该指令执行过程中，微解决器在控制总线的同时产生 CS1、WR1 低电平信号，启动 A/D 转换器工作，ADC0804 经 100s 后将输入模拟信号转换为数字信号存在输出

38、锁存器中，并在 INTR 端产生低电平表达转换结束，并告知微解决器可来取数。当微解决器通过总线查询到 INTR 为低电平时，立即执行输入指令，以产生 CS、RD2 低电平信号到 ADC0804 相应引脚，将数据取出并存入存储器中。整个数据采集过程，由微解决器有序地执行若干指令来完毕。ADC0804 是 8 位全 MOS 中速 A/D 转换器、它是逐次逼近式 A/D 转换器，片内有三态数据输出锁存器，可以和单片机直接接口。单通道输入，转换时间大约为100us。ADC0804转换时序是：当CS0 许可进行A/D转换。WR 由低到高时，A/D 开始转换，一次转换一共需要 6673 个时钟周期。CS

39、与 WR 同时有效时启动 A/D 转换，转换结束产生 INTR 信号（低电平有效），可供查询或者中断信号。在 CS 和 RD的控制下可以读取数据结果。AD 转换电路如图 3.6 所示。图3.6 ADC0804模数转换电路图 3.5 液晶显示模块 LCD1602 字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，目前常用 161，162，202 和 402 行等的液晶显示模块，模块组件内部重要由 LCD 显示屏、控制器、列驱动器和偏压产生电路构成。其硬件原理图见图3.7。图 3.7 液晶显示原理图 3.5 声光报警模块 本设计采用蜂鸣器和发光二级管进行报警，当测量的溶度值超过阈

40、值是，蜂鸣器和二极管发生相应的变换。其原理为：当 P2.1、P2.2 或 P2.3 口为低电平时，发光二极管点亮，为高电平时熄灭，P2.4 为高电平时，蜂鸣器响，为低电平时不响。具体接法如图 3.8.图 3.8 声光报警原理图 4 基于单片机酒精溶度测试系统的软件设计 系统软件采用 C 语言，在 Windows XP 环境下采用 KeiluVision2 进行编写，对STC89C52 进行编程以实现各项功能。在整个软件的设计过程中，使用了模块化的结构设计思想使得程序具有灵活可变的特点并且具有较强的可移植性，为系统的二次开发及类似系统的开发提供了极大的便利。4.1 编译语言的选择 对于单片机的开

41、发应用中，逐渐引入了高级语言，C 语言就是其中的一种。汇编语言的可控性较高级语言来说更具优越性。程序编写语言比较常见的有 C 语言、汇编语言。汇编语言的机器代码生成效率高，控制性好，但就是移植性不高。C 语言编写的程序比用汇编编写的程序更符合人们的思考习惯。尚有很多解决器都支持 C 编译器，这样意味着解决器也能不久上手。且具有良好的模块化、容易阅读、维护等优点，且编写的模块程序易于移植。基于 C 语言和汇编语言的优缺陷，本系统采用C 语言编写方法。软件编写的主体思绪是将系统按功能模块化划分，然后根据模块要实现的功能来写各个子程序。整个软件程序的编写采用查询方式编写的。4.2 软件功能分析 系统

42、程序重要完毕 A/D 转换、液晶显示、声光报警、时钟等功能。软件对酒精传感器的测量信号进行 A/D 转换,将测量数值与规定标准进行比较后判断饮酒限度,对不同的酒精浓度调用相应的显示、报警程序。系统初始化后，当酒精传感器 MQ-3 对气体酒精进行采集，然后当检测到酒精气味时，气体传感器 MQ-3 两个电极端 A-B 间电阻将变小，相应与气体传感器负载电阻的分压将变大。由于 ADC0804 的模拟输入端 VIN（+）与负载电阻的一端用导线连在了一起。所以单片机在启动测试模数转换芯片之前要选择通道 0，写入模数转换芯片，并将用作查询的单片机引脚P3.3 置位，然后启动对通道IN0 端输入的采集电压信

43、号作模数转换，等待转换的结束。运用单片机丰富的 I/O 口可以采用查询方式来检测模数转换是否结束，当单片机引脚 P3.3 为 1 时转换未结束等待，当查询到P3.3 为 0 时表达模数转换已经结束，可以开始读取数据了。单片机通过 I/O 口与模数转换芯片的数据输出口相连读取转换后的数据。读取后的数据送到数据存储器单元中，通过单片机作相应的解决，即要将该电压值转换为酒精浓度值，然后解决后的数据转换成三位十进制BCD 码用液晶显示。4.3 主程序模块 主程序实现的功能：与硬件相结合实现酒精浓度检测系统的各个功能。酒精溶度传感器将检测到的信号转变为电压信号，通过数据线传送给AD 的 6 脚接受，单片

44、机通过控制AD 的 CS 和 WR 的高低电平来控制其何时开始转换，数据转换需要一定的时间，单片机可以通过判断AD 的 5 脚来拟定数据是否转换完，也可以通过延时来等待其转换完，转换完的数据传送给单片机的P1 口，单片机通过写指令来选定液晶的显示模式，液晶分为上下两行，上一行的地址为 0 x80+，下一行的地址为0 x80+0 x40+，液晶数据线接通单片机的 P0 口，单片机将 AD 转换完的数据传送给液晶显示，同时与设定的阈值相比较，超过阈值则报警。重要是检测与显示，门限调整与显示，检测数据显示功能子函数的调用。系统主程序流程图见图 4.1。图 4.1 主程序流程图 开始 初始化 MCU

45、信号采集 AD转换 总开关 K是否按下？显示系统预热时间 显示系统信息 开关 K2 是否按下？并显示检测值和实时时钟 开关 K0，K1 是否按下？调整阈值 Y，N Y，N Y N Y 4.3.1 A/D 转换模块(1)模数转换模块的重要功能就是将经放大器放大的模拟电压信号转化为 MCU 可以解决的数字信号，并传送给 MCU，由于酒精传感器的采集信号较大，不需要放大器进行放大，直接进行模数转换。采用 ADC0804 其操作时序如图 4.2。图 4.2 AD0804 操作时序图(2)TLC549 转换的流程图见下图 4.3 图 4.3 数模转换流程图 所谓 A/D 转换器就是模拟/数字转换器（AD

46、C），是将输入的模拟信号转换成数字信号。信号输入端可以是传感器或转换器的输出，而 ADC 的数字信号也也许提供应微解决器，以便广泛地应用。CS、RD、WR 是数字控制输入端，满足标准 TTL 逻辑电平。其中 CS 和 WR 用来控制 A/D 转换的启动信号。CS、RD 用来读 A/D 转换的结果，当它们同时为低电平时，输出数据锁存器 DB0DB7 各端上出现 8 位并行二进制数码。ADC08010805 开始 CS=0，WR=0 延时 CS=1，WR=1 延时 10ms CS=0，RD=0 赋值给 adval CS=1，RD=1 返回 片内有时钟电路，只要在外部“CLKI”和“CLKR”两端外

47、接一对电阻电容即可产生A/D 转换所规定的时钟，其振荡频率为 fCLK1/1.1RC。其典型应用参数为：R=10K，C=150PF，fCLK 640KHZ，转换速度为 100。若采用外部时钟，则外部fCLK 可从 CLKI 端送入，此时不接 R、C。允许的时钟频率范围为 100KHZ 1460KHZ。INTR 是转换结束信号输出端，输出跳转为低电平表达本次转换已经完毕，可作为微解决器的中断或查询信号。假如将 CS 和 WR 端与 INTR 端相连，则ADC0804 就处在自动循环转换状态。CS 0 时，允许进行 A/D 转换。WR 由低跳高时 A/D 转换开始，8 位逐次比较需 88=64 个

48、时钟周期，再加上控制逻辑操作，一次转换需要 6673 个时钟周期。在典型应用 fCLK640KHZ 时，转换时间约为 103114。当 fCLK 超过 640KHZ，转换精度下降，超过极限值 1460KHZ 时便不能正常工作。被转换的电压信号从 VIN（+）和 VIN（-）输入，允许此信号是差动的或不共地的电压信号。假如输入电压 VIN 的变化范围从 0V 到 Vmax，则芯片的 VIN（-）端接地，输入电压加到 VIN（+）引脚。由于该芯片允许差动输入，在共模输入电压允许的情况下，输入电压范围可以从非零伏开始，即 Vmin 至 Vmas。此时芯片的 VIN（-）端应当接入等于 Vmin 的恒

49、值电码坟上，而输入电压 VIN 仍然加到 VIN（+）引脚上。A/D 转换器一般都有这两个引脚。模拟地 AGND 和数字地 DGND 分别设立引入端，使数字电路的地电流不影响模拟信号回路，以防止寄生耦合导致的干扰。参考电压 VREF/2 可以由外部电路供应从“VREF/2”端直接送入，VREF/2 端电压值应是输入电压范围的一半所以输入电压的范围可以通过调整 VREF/2 引脚处的电压加以改变，转换器的零点无调整。4.3.2 按键输入模块 按键时显现人机对话的一个控制按钮，通过按键的操作，对系统进行发送操作指令，后经与MCU 串行通信，然后在液晶上显示。（1）数字按键查询式的流程图见下图4.4

50、。N Y N 按键按下？调用延时程序 开始 开始 按键按下？调用延时子程序 Y 图 4.4 数字按键查询式的流程图 按键的四个键分别接 P2.0,P3.0,P3.1,P3.2,由于 P2 口、P3 口具有上拉电阻，所以不再需要加上拉电阻进行电流的放大。（2）确认按键查询方式的流程图见图 4.5。按键释放？调整阈值 返回 N Y 图 4.5 确认按键查询方式流程图 4.3.3 液晶显示输出模块 LCD1602 模块在本系统中重要起着开界面数字显示，以及各控制效果的显示。采用直接访问方式。液晶显示的操作流程图见下图4.6。Y 开始 N Y N 图 4.6 液晶显示流程图 液晶显示 D0 到 D7