基于單片機(jī)的酒精濃度測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 編號 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論文）題目 基于單片機(jī)的酒精濃度測試系統(tǒng)設(shè)計(jì) 二級學(xué)院 電子信息及其自動化 專 業(yè) 自動化 班 級 111070102 學(xué)生姓名 陳然 學(xué)號11107990703 指導(dǎo)教師 陳鴻雁 職稱 副教授 時 間 2015年6月 I重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 基于單片機(jī)的酒精濃度測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)目 錄摘 要IAbstractII1 緒論11.1 酒精濃度測試的背景11.1.1什么叫做酒后駕駛11.1.2酒后駕駛會產(chǎn)生的危害11.2酒精濃度檢測儀的設(shè)計(jì)內(nèi)容12 總體方案設(shè)計(jì)22.1總體設(shè)計(jì)基本結(jié)構(gòu)22.2主要模塊32.2.1 STC89C51單片機(jī)32.2.2 LCD1602液晶顯示42.2

2、.3 ADC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換82.3 小結(jié)93 硬件設(shè)計(jì)103.1單片機(jī)最小系統(tǒng)103.1.1.晶振電路103.1.2 復(fù)位電路113.2 數(shù)據(jù)采集設(shè)計(jì)123.2.1 MQ-3酒精傳感器123.2.2 A/D轉(zhuǎn)換器123.3 按鍵設(shè)計(jì)133.4 液晶顯示設(shè)計(jì)143.5 報(bào)警設(shè)計(jì)163.6 小結(jié)174 軟件設(shè)計(jì)184.1軟件介紹184.2 主程序模塊184.3 A/D轉(zhuǎn)換模塊194.4 按鍵輸入模塊194.5 液晶顯示模塊204.6 小結(jié)225 系統(tǒng)調(diào)試235.1系統(tǒng)仿真調(diào)試235.2 系統(tǒng)硬件調(diào)試235.3 小結(jié)246 結(jié)論25致謝26參考文獻(xiàn)27附錄28附錄一 硬件設(shè)計(jì)仿真與實(shí)物圖28附錄二

3、 設(shè)計(jì)主程序29摘 要隨著中國經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，人民生活水平不斷提高，作為代步出行的汽車已經(jīng)迅速發(fā)展起來了。汽車作為一種交通工具不但能夠進(jìn)行遠(yuǎn)距離的行駛也能在公路上保持相當(dāng)高的速度，大大節(jié)省了出行時間，并且提供了方便個人出行的方式，極大的豐富了社會交通工具的多樣性。汽車通過消耗柴油和汽油完成能量的轉(zhuǎn)化，來提供行駛需要的能量。但是駕駛員卻是保證汽車安全駕駛的最為關(guān)鍵的地方，如果因?yàn)轳{駛員的錯誤操作而使得汽車發(fā)生交通事故釀成慘劇，是得不償失的。而酒后駕發(fā)生交通事故占了總交通事故很大的一個比重。所以對酒后駕駛的管理是十分重要的，最主要的方法就是通過測試酒精濃度判斷駕駛員是否酒后駕駛。本文研究設(shè)計(jì)了一種檢

4、測酒精濃度的智能測試儀，該儀器在檢測到酒精濃度后會通過與上限值比較，當(dāng)超出酒精濃度上限值后會發(fā)出警報(bào)提醒酒精濃度超標(biāo)。實(shí)驗(yàn)方案基于89c51單片機(jī)，MQ-3酒精濃度傳感器設(shè)計(jì)。傳感器負(fù)責(zé)將測試的酒精濃度信號傳送給AD0832，AD0832通過A/D轉(zhuǎn)換將電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳送給單片機(jī)，單片機(jī)接受信號進(jìn)行處理后傳送到LCD上顯示。關(guān)鍵詞： 單片機(jī)89c51 A/D轉(zhuǎn)換 酒精濃度傳感器AbstractThe continuous improvement of peoples living standards with Chinas rapid economic development.As a

5、means of travel has quickly developed a car.Car as a means of transport not only capable of traveling long distances,and it can be maintained at a very high speed on the highway.It significant savings in travel time,and provides a convenient way of personal mobility.It also greatly enriched the dive

6、rsity of the community transport. Automotive diesel and gasoline consumption by complete transformation of energy to provide energy traveling needs.But the driver is the most crucial part of the car to ensure the safe driving,if because of an error operation of the driver and makes the car traffic a

7、ccident led to the tragedy, is worth the wait.Drink-driving traffic accidents accounted for a large proportion of the total accidents,so the management of drinking and driving is very important.The main way is through alcohol concentration test determines whether the driver drunk driving.In this pap

8、er, design a method for detecting alcohol concentration of intelligent tester.The instrument will be by comparison with the upper limit after detecting alcohol concentration, when the alcohol concentration exceeds the limit alerts to remind alcohol concentration exceeded.Based on the experimental pr

9、ogram microcontroller89c51, MQ-3 alcohol concentration sensor design.Alcohol concentration sensor signal is transmitted to the AD0832 is responsible for testing.By AD0832 A / D converter converts the electrical signal into a digital signal is transmitted to the MUC.After the MUC receives signals and

10、 sends them to the LCD display.Key words: MCU89C51; A/D converter; Alcohol concentration sensor I1 緒論1.1 酒精濃度測試的背景1.1.1什么叫做酒后駕駛作為交通事故中最為常見的酒后駕駛指的是在喝酒后駕駛車輛。根據(jù)在駕駛員喝酒的量可以分為飲酒后駕駛和醉酒后駕駛，血液中酒精含量大于等于20毫克/100毫升但是并沒有超出80毫克/100毫升為飲酒駕駛，而醉酒駕駛的標(biāo)準(zhǔn)則是大于或者等于80毫克/100毫升即為醉酒駕駛?，F(xiàn)在由于酒后駕駛的危害性，現(xiàn)在交通法的規(guī)定只要是酒后駕駛就吊銷駕駛執(zhí)照。1.1.2酒

11、后駕駛會產(chǎn)生的危害(1) 由于酒精的作用會使觸覺能力降低，而且容易讓精神處于亢奮狀態(tài)。酒后人的會因?yàn)榫凭饔脽o法像正常狀態(tài)一樣輕松的控制油門、剎車及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。(2)人在飲酒后會因?yàn)榫凭饔檬艿铰楸裕袛嗔日Ｇ闆r弱很多，對燈光和聲音的刺激會延長，不能很好的協(xié)調(diào)身體的動作，無法正常判斷車距和速度。(3)飲酒后的視覺會受到一定的影響，飲酒越多，視線越模糊，看到交通指示牌和標(biāo)志也不能準(zhǔn)確判斷，對于附近車輛也難以發(fā)現(xiàn)，容易發(fā)生交通事故。(4)當(dāng)人飲酒后會因?yàn)榫凭a(chǎn)生麻痹作用，往往容易過高估計(jì)自己的能力，對于本來自身不能做到的事情產(chǎn)生盲目自。(5)飲酒后最主要的還是產(chǎn)生疲勞和困倦，許多可以避免的交通

12、事故都是由于疲勞駕駛引起的，當(dāng)人十分疲勞時，他的判斷力和執(zhí)行力將受到大幅下降，駕駛車輛將變得十分危險(xiǎn)，甚至在駕駛時睡著，這不但會對自己產(chǎn)生嚴(yán)重的危害，也會對道路上其他車輛產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。1.2酒精濃度檢測儀的設(shè)計(jì)內(nèi)容酒精的測試設(shè)計(jì)主要包括以下幾個方面：基于89c51單片機(jī)的控制，基于ADC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換，LCD1602的液晶顯示。本文圍繞這個幾個主要點(diǎn)來構(gòu)建一個完整的酒精濃度測試模塊，通過設(shè)計(jì)完成以下內(nèi)容：超標(biāo)報(bào)警，濃度檢測，濃度設(shè)置，數(shù)據(jù)顯示。2 總體方案設(shè)計(jì)2.1總體設(shè)計(jì)基本結(jié)構(gòu)本次設(shè)計(jì)主要通過使用MQ-3酒精傳感器來測試酒精濃度，它將測試得到的電子信號傳送給數(shù)模轉(zhuǎn)換器ADc0832，由

13、此將電子信號換為數(shù)字信號傳回單片機(jī)89c51。89c51作為微處理器MCU處理接收的信號并將結(jié)果送到液晶顯示器LCD1602上。按鍵和時鐘作為人為控制單片機(jī)操作的模塊，改變報(bào)警的上限和時間顯示1。總體設(shè)計(jì)如圖2.1圖2.1 總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖2.2主要模塊2.2.1 STC89C51單片機(jī)STC系列單片機(jī)是美國STC公司推出的一種51內(nèi)核的單片機(jī)。這種單片機(jī)有兩種機(jī)器周期：一種是6時鐘型的，一種是12時鐘型的。STC89C51一般工作在0-40MHZ。它不但有一個異步通信口還有3個16位的定時器2。該單片機(jī)可以存儲，通過內(nèi)部的RAM，不過這個RAM不大只有512B。片內(nèi)含有Flash程序存儲器、S

14、RAM、UART、SPI、AD、PWM等模塊。通用的I/O口一共有32或者36個。這個單片機(jī)的工作要求電壓是3.8-5.5V。并且一般的外部封裝有兩種，一種是40個引腳的PDIP，還有一種是44腳PLCC和PQFP等。封裝如圖2.2圖2.2 PLCC和PDIP封裝圖89C51單片機(jī)的引腳有很多功能，需要了解其基本使用方法：(1)VCC:表示的是該芯片的電源接入，沒有電源就無法啟動(2)GND:這是整個芯片的接地端 (3)P0口：是地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口，它的每一個端口都是漏極開路型雙向I/O口,共有8個端口。P0口可以作為輸出口使用，如果需要高阻抗輸入端用則需要對端口寫入高電平。在作為輸入端口使

15、用時這8個口則通過時間不同分為地址總線和數(shù)據(jù)總線，當(dāng)被激活需要使用時，內(nèi)部會拉上上拉電阻。(4) P1口:P1口同樣也是8位雙向I/O口，和P0一樣同樣的可以作為輸出口使用。也同樣的可以作為輸入口使用，對輸入口使用時需要對端口寫高電平，內(nèi)部就會自動的高。(5)P2口:和P1相同，P2是8位雙向I/O口，在內(nèi)部同樣有上拉電阻。有上拉電阻即還在端口給高電平，內(nèi)部上拉電阻便會激活，這樣就可以作為輸入端使用。在作為輸出端使用時，P2會送出在地址端處于高8位的數(shù)據(jù)。(6)P3口:P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。除了與P1和P2的功能一樣外， P3口除了作為一般的I/O口線外，它還有一些其

16、他的特別功能，比如串行口的輸入輸出，定時和中斷等等。(7)RST:復(fù)位輸入。(8)EA/VPP:外部訪問允許。(9)XTAL1:振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。 (10)XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。 (11)數(shù)據(jù)存儲器：89C51是由一個內(nèi)部RAM的，作為數(shù)據(jù)處理和存儲的地方。RAM對于現(xiàn)在來說并不大只有256個字節(jié)。(12)中斷：89C51共有6個中斷向量:分為INT0和INT1的是外部中斷，主要是處理外部引起的中斷；還有3個定時器中斷0，1，2，在編程內(nèi)部設(shè)置的中斷由定時中斷處理；最后還有一個串行口中斷，如果需要外部信息中斷時，它就發(fā)揮作用了。 (13)時鐘振蕩器:單

17、片機(jī)作為一個微處理器，它必須要有精準(zhǔn)的時間計(jì)數(shù)，不然所有的信號和指令都混在一起根本無法進(jìn)行有序的處理和執(zhí)行。89C51的最小系統(tǒng)中就要有晶振構(gòu)成，晶振連接在引腳XTAL1和XTAL2上，共同構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器。有了這個放大器加上晶振一起構(gòu)成自激振蕩器，使得89C51能夠有序的執(zhí)行指令和數(shù)據(jù)的傳送。 2.2.2 LCD1602液晶顯示LCD1602的中文名字是工業(yè)字符型液晶，作為廣泛應(yīng)用的顯示器，它的后綴1602表示的是16x02，非常簡單的解釋了它的功能是顯示16列的2行字符。LCD1602主要是用來顯示字母、數(shù)字、符號的，它的每一個字符都是由固定的點(diǎn)陣構(gòu)成的，所以根據(jù)點(diǎn)陣的數(shù)量

18、可以形成數(shù)字，字符和一些常用的符號3。這是它的優(yōu)點(diǎn)，但它的缺點(diǎn)就是由點(diǎn)陣形成的字符位的點(diǎn)陣并不多，無法很好的表現(xiàn)圖形。LCD1602由16個管腳構(gòu)成，其中P7到P14是用來接收數(shù)據(jù)顯示的。管腳如下圖2.3圖2.3 LCD1602管腳圖1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中：第1腳：GND為電源地第2腳：VCC接5V電源正極第3腳：V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端第4腳：RS為寄存器選擇，當(dāng)RS不同時選擇的寄存器也不一樣，數(shù)據(jù)寄存器的選擇指令是使RS得到高電平；要選擇指令寄存器時則相反，使它為低電平。第5腳：RW為讀寫信號線，如果要進(jìn)行寫操作時處于高電平則不能進(jìn)行，只能進(jìn)行讀的操作；而只有低電平時才能進(jìn)

19、行寫的操作，否則是無效的。第6腳：E為使能端，想要讀取數(shù)據(jù)時需要令它為高電平，這個時候使能激活；在跳變到低電平是，則開始執(zhí)行數(shù)據(jù)。第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)端。15：腳背光正極16：腳背光負(fù)極。特性一般在3.3V或者5V的穩(wěn)壓電源下即可工作，對比度可以又第3腳調(diào)整。內(nèi)含復(fù)位電路有80字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲器DDRAM內(nèi)建有192個5X7點(diǎn)陣的字型的字符發(fā)生器CGROM8個可由用戶自定義的5X7的字符發(fā)生器CGRAM特征應(yīng)用在低電壓下即可工作，功耗低使用于各種小型設(shè)備，而且體積不大，方便使用。字符集LCD1602里面自帶有CGROM，這是一個字符發(fā)生存儲器，專門用來存儲不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些

20、字符以一定的順序表示則能顯示我們熟悉的阿拉伯?dāng)?shù)字和圖形符號4。里面字符對應(yīng)有一個代碼，這個代碼在編程中可以寫入來在顯示器上表示。下面是LCD1602各個引腳的功能指令如表2-3和2-4表2-3 引腳功能令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D0清顯示0000000001歸位000000001*顯示開關(guān)控制指令0000001DCB進(jìn)入模式設(shè)置指令00000001I/DS光標(biāo)或顯示移位指令000001S/CR/L*功能設(shè)定00001DLNF*設(shè)置CGRAM地址0001AC5AC4AC3AC2AC1AC0設(shè)定DDRAM地址0010AC5AC4AC3AC2AC1AC0讀忙標(biāo)志和地址01BFAC6AC

21、5AC4AC3AC2AC1AC0寫RAM指令10D7D6D5D4D3D2D1D0讀RAM指令11D7D6D5D4D3D2D1D0表2-4 功能說明說明清顯示把DDRAM寫入20H,將DDRAM的地址計(jì)數(shù)器(AC)寫為00H歸位把DDRAM的地址計(jì)數(shù)器(AC)寫為00H,游標(biāo)將被重新現(xiàn)在在開頭顯示開關(guān)控制指令D=1: 整體顯示 ON，C=1: 游標(biāo)ON，B=1:游標(biāo)位置反白允許進(jìn)入模式設(shè)置指令I(lǐng)/D=1，光標(biāo)或閃爍向右移動，AC增加1。I/D=0，光標(biāo)或閃爍向左移動，AC減少1，S整個顯示移動光標(biāo)或顯示移位指令如果沒有讀寫指令，光標(biāo)會根據(jù)指示左右移動功能設(shè)定DL=0/1：4/8位數(shù)據(jù),N=0/1

22、,單行/雙行顯示,F=0/1,5*8/5*10點(diǎn)陣顯示模式設(shè)置CGRAM地址CGRAM地址設(shè)置指令設(shè)置CGRAM地址指針,設(shè)定DDRAM地址DDRAM地址設(shè)置指令設(shè)置DDRAM地址讀忙標(biāo)志和地址當(dāng)BF=1時模塊不接受任何外部指令。否則BF=0時即可以接受外部指令并且能讀地址計(jì)數(shù)器(AC)的值。寫RAM指令把D0-D7的數(shù)據(jù)寫入RAM中，用戶自定義的字符則寫入CGRAM讀RAM指令從RAM讀取D0-D7的數(shù)據(jù)2.2.3 ADC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換 ADC0832是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種8位分辨率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯，用來進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，將電信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號。ADC0832作為一種典型的數(shù)模轉(zhuǎn)換器

23、，使用的是8位分辨率。在工作時需要提供5V的輸入電壓。它的接口是雙通道的數(shù)模轉(zhuǎn)換，在工作電壓定下后，工作的頻率為250KHZ，在這個條件下ADC0832能保持穩(wěn)定的工作狀態(tài)。轉(zhuǎn)換時間由具體的使用方式確定，一般在32S左右5。這種模塊的功耗一般都比較小在15MW左右。芯片如圖2.4 圖2.4 芯片引腳圖芯片接口說明： CS 在高電平時是片選使能，當(dāng)在低電平時由芯片使能。 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 0電位（地）。 DI 數(shù)據(jù)信號輸入，選擇通道控制。 DO 數(shù)據(jù)輸出 CLK 芯片時鐘輸入。 Vcc/REF 電源輸入及參考電

24、壓輸入（復(fù)用）ADC0832是一個擁有8位分辨率的數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，分辨率根據(jù)其使用要求最多可達(dá)256級。模擬電壓的輸入范圍在0-5V，這是由于內(nèi)部的電源輸入和參考電壓復(fù)用造成的6。轉(zhuǎn)換時間僅為32S.芯片通過使能端可以方便的連接器件和控制器，而其中改變通道功能的選擇的是DI輸入端口。2.3 小結(jié)本章主要是介紹總體的方案設(shè)計(jì)和后面需要使用到的相關(guān)模塊和芯片，這其中包括了輸入輸出的控制和顯示端口。相關(guān)的設(shè)計(jì)都是圍繞它們的功能來實(shí)現(xiàn)的，每一個模塊都有一個具體的功能，這些功能都相互連接才能達(dá)到設(shè)計(jì)目的。設(shè)計(jì)成模塊就是為了方便調(diào)整和修改，在調(diào)試過程中可以比較方便的檢測出問題的所在。3 硬件設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)

25、最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)由晶振電路和復(fù)位電路構(gòu)成。如圖3.1圖 3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)3.1.1.晶振電路一個功能完整的單片機(jī)如果要工作起來必定需要定時功能，在單片機(jī)系統(tǒng)中這是由時鐘和定時電路來組成的。單片機(jī)必須在時鐘信號的作用下以節(jié)拍方式工作，所以需要一個電路來提供準(zhǔn)確的時鐘信號7。時鐘信號是由振蕩電路來提供的，一般的振蕩電路則需要電容和電感來組成。但片中C1和C2就是振蕩電路中的電容，它們的取值范圍根據(jù)晶振的種類及頻率來確定。XTAL1、XTAL2則是單片機(jī)的時鐘信號的輸入輸出口，由它們與電容連接，但是此時的振蕩電路還不夠完整，需要在兩個電容之間加上晶振來組成振蕩器，這樣就完成了振蕩電路。通過

26、振蕩電路就可以形成時鐘信號。時鐘的產(chǎn)生有以下兩種方式： 方式一：內(nèi)部方式這是一般簡單實(shí)用單片機(jī)最實(shí)用的時鐘產(chǎn)生方式，在XTAL1和XTAL2引腳上串連上一個晶振，再和兩個電容并聯(lián)后接地，組成并聯(lián)諧振電路8。電容的選擇根據(jù)需要的振幅來決定，晶振則一般為12MHZ。通過這樣單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生一個和外部晶振一樣的振蕩，這個振蕩的產(chǎn)生標(biāo)志著振蕩電路的完成。方式二：外部時鐘方式如果采用外部時鐘方式，此時要把XTAL1接到外部始終提供電路，XTAL2接地。這種情況一般是當(dāng)整個單片機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)有時鐘源或則在多機(jī)系統(tǒng)中取得時鐘上的同步。本方案采用內(nèi)部時鐘方式。如下圖3.2圖3.2 晶振電路3.1.2 復(fù)位電路復(fù)位電

27、路是為了保證在開始和需要重置時使整個單片機(jī)系統(tǒng)重新啟動的裝置。復(fù)位后不管是CPU還是各部件都處于確定的初始狀態(tài)，它們會再次從這個初始狀態(tài)工作。51單片機(jī)的復(fù)位信號是從RST處得到的，RST端信號進(jìn)入施密特觸發(fā)器最終獲得這個信號。一般來說如果在RST引腳得到一個高電平，并且這個高電平維持的時間在兩個機(jī)器周期以上，那么CPU就會相應(yīng)這個指令，對單片機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)位9。單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有：手動按鈕復(fù)位和上電復(fù)位。復(fù)位電路如圖3.3圖3.3 復(fù)位電路手動按鈕復(fù)位手動復(fù)位不同于上電復(fù)位，但是原理都是使RST得到高電平，所以應(yīng)該在這上面即一個高電平。為了方便控制，一般要在其中增加一個按鈕來控制平常的正常

28、工作。上電復(fù)位上電復(fù)位時使RESET處于高電平，而且保持高電平一段時間。因?yàn)檫@一點(diǎn)接地，所以在接地的作用下這一點(diǎn)會慢慢由高點(diǎn)平變?yōu)榈碗娖?。而且由于RESET變?yōu)榈?，所以單片機(jī)復(fù)位。一般來說這個一段時間為2個機(jī)器周期。3.2 數(shù)據(jù)采集設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)的采集由MQ-3酒精傳感器完成，傳感器得到的數(shù)據(jù)是電子信號，必須通過放大，濾波，采集，轉(zhuǎn)換才能被MCU識別和處理。所以數(shù)據(jù)采集由MQ-3酒精傳感器和ADC0832完成，最后將數(shù)據(jù)傳給MCU。3.2.1 MQ-3酒精傳感器MQ-3是現(xiàn)在使用的酒精傳感器，它是一個電阻傳感器，檢測的酒精濃度是以電信號傳送出去的。在本設(shè)計(jì)中主要需要將該儀器通上5V電源，并在

29、GND接地，OUT用來輸出測試濃度。MQ-3作為一款酒精傳感器是有自己的特點(diǎn)的，首先是測試氣體是比較靈敏的，而且在響應(yīng)方面具有快速反應(yīng)性。并且由于它比較簡單的結(jié)構(gòu)，它的使用期限和穩(wěn)定性是可以得到保證的。在使用過程中最主要的是需要通過它檢測的電壓得到酒精的濃度，這其中有一個關(guān)系，電壓每升高1V時，相應(yīng)的氣體濃度就會升高200ppm。這是編程過程中最需要注意的一個環(huán)節(jié)。3.2.2 A/D轉(zhuǎn)換器ADC0832一共有8端口，與單片機(jī)連接的則一般只有4個端口，為CS、CLK、DO、DI。在很多情況下DO端與DI端并不是同時有效的，在DO端使用的時候DI端一般是待機(jī)狀態(tài)，所以將上述兩個端口可以接在一起，共

30、用一根數(shù)據(jù)線。CS表示使能端，當(dāng)需要芯片工作時不要把它置為低電平，因?yàn)檫@個時候芯片禁用10。在芯片禁用時，CLK 和DO/DI并沒有工作任務(wù)，此時他們不管接高電平還是接低電平都無所謂。反之芯片要工作時，CS必須要給低電平，直到工作結(jié)束。由于Proteus仿真軟件沒有MQ3酒精傳感器，因此用滑動變阻器代替電信號作為輸入。如下圖3.4圖3.4 A/D轉(zhuǎn)換器3.3 按鍵設(shè)計(jì)按鍵設(shè)置主要分為獨(dú)立式和行列式（矩陣式）兩種。獨(dú)立式鍵盤顧名思義就是每個按鍵都是獨(dú)立的，這個獨(dú)立指的是相互不影響連接到單片機(jī)的I/O 口，而單片機(jī)的I/O 口不需要使用外部中斷之內(nèi)的編程，只需要輸入口即可讀取按鍵。這種獨(dú)立式鍵盤可

31、以連接上拉電阻或者是下拉電阻，這并不影響數(shù)據(jù)的讀取，只需要判讀輸入口的電平。由于獨(dú)立式鍵盤簡單的結(jié)構(gòu)，所以對于單片機(jī)的編程就變得簡單了。但是由于每一個按鍵都必須接上一個I/O 口，在按鍵較少的情況下還是能夠使用足夠的I/O 口，但是如果一旦按鍵變得比較多的話，單片機(jī)就不會有足夠的I/O 口來供按鍵使用，所以一般這是就會使用行列式結(jié)構(gòu)。行列式鍵盤則不像獨(dú)立式鍵盤那樣直接與單片機(jī)的I/O 口相接，顧名思義行列式即行列要相交的地方而不相同，接的不是I/O 口而是上一個按鍵，按鍵和按鍵相連。假設(shè)我們只有A+B個I/O口，如果使用獨(dú)立式鍵盤則也只有A+B個按鍵，而我們把A個I/O接上A個按鍵當(dāng)作行線，而

32、另為B個I/O口接上B個按鈕當(dāng)作列線，一共則可以得到AB個按鍵11，可以大大增減按鍵數(shù)量。由于本方案只有兩個按鍵來控制設(shè)定值的增減，所以選用簡單的獨(dú)立式鍵盤結(jié)構(gòu)。如下圖3.5圖3.5 按鍵設(shè)置3.4 液晶顯示設(shè)計(jì)本方案使用LCD1602來顯示數(shù)據(jù)，因?yàn)長CD1602與51單片機(jī)相連有以下幾個優(yōu)點(diǎn)：(1)顯示質(zhì)量高 由于液晶顯示器每一個點(diǎn)在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不象陰極射線管顯示器（CRT）那樣需要不斷刷新亮點(diǎn)。因此，液晶顯示器畫質(zhì)高而且絕對不會閃爍，把眼睛疲勞降到最低。 (2)數(shù)字式接口 液晶顯示器都是數(shù)字式的，不像陰極射線管彩顯采用模擬接口。也就是說，使用液晶顯示器

33、，顯卡再也不需要像往常那樣把數(shù)字信號轉(zhuǎn)化成模擬信號再行輸出了。理論上，這會使色彩和定位都更加準(zhǔn)確完美。 (3)體積小、重量輕 傳統(tǒng)的陰極射線管顯示器，后面總是拖著一個笨重的射線管。液晶顯示器突破了這一限制，給人一種全新的感覺。傳統(tǒng)顯示器是通過電子槍發(fā)射電子束到屏幕，因而顯像管的管頸不能做得很短，當(dāng)屏幕增加時也必然增大整個顯示器的體積。而液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達(dá)到顯示目的，即使屏幕加大，它的體積也不會成正比的增加，而且在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多12。 (4)功耗低 傳統(tǒng)的顯示器內(nèi)部由許多電路組成，這些電路驅(qū)動著陰極射線顯像管工作時，需要消耗很大的功率，而且

34、隨著體積的不斷增大，其內(nèi)部電路消耗的功率肯定也會隨之增大。相比而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動IC上，因而耗電量比傳統(tǒng)顯示器也要小得多13。這次的功能僅僅是通過LCD1602來顯示單片機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)，所以將D0-D7直接接到P0口，用來接收數(shù)據(jù)如圖3.6圖3.6 LCD1602與單片機(jī)的連接VSS與VEE和VDD接高電平，RS作為命令/數(shù)據(jù)端口接上P2.7。RS的兩個狀態(tài)為選擇命令和選擇數(shù)據(jù)，低為選擇命令，高為選擇數(shù)據(jù)。讀/寫端RW則接P2.6，它也是兩個狀態(tài)，為低時向LCD1602寫入命令或數(shù)據(jù)；為高時，從LCD1602讀取狀態(tài)或數(shù)據(jù)14。這兩個端口由單片機(jī)控制讀寫和數(shù)據(jù)的接

35、收，由于本方案LCD1602顯示數(shù)據(jù)，所以只用到了讀的功能。使能端E則是控制LCD1602是否運(yùn)行接P2.5，如果是高電平，LCD1602則激活啟動，當(dāng)為低電平時則保持待機(jī)狀態(tài)。D0D7，并行數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳，用來接收的P0的8個I/O口15。因?yàn)榻覲0口，P0口在單片機(jī)中作為輸出口時，輸出能力較弱，應(yīng)該接4.7K10K的上拉電阻。如圖3.7圖3.7 P0口的上拉電阻3.5 報(bào)警設(shè)計(jì)當(dāng)酒精濃度到了設(shè)定的值就需要發(fā)出警報(bào)提醒檢測人員超出了檢測設(shè)定值，來方便的判定是否酒后酒后駕車，所以可以使用LED燈加上一個蜂鳴器來完成聲光報(bào)警。在單片機(jī)電路中由于單片機(jī)的輸出能力較弱驅(qū)動蜂鳴器可能會出現(xiàn)聲音較小

36、或不出聲的情況，所以需要增設(shè)一個三極管放大電路，使輸出增強(qiáng)。而聲光報(bào)警電路最好使用并聯(lián)方式，以防一條電路損壞倒是報(bào)警系統(tǒng)完全不能工作，而并聯(lián)凡是即使一條電路損壞于另一條電路并不影響。如圖3.8圖3.8 聲光報(bào)警電路3.6 小結(jié)這一章具體完成了每一個功能的設(shè)計(jì)，以及在仿真中如何達(dá)到的。通過對需要進(jìn)行的功能的思考，不斷完善電路的設(shè)計(jì)。在仿真中對鍵盤的控制是比較好實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)的鍵盤是獨(dú)立式的，僅僅控制酒精濃度設(shè)定值的增減，但是編程中卻必須結(jié)合MQ-3酒精濃度傳感器的相應(yīng)比例，當(dāng)1V電壓減少時，就有200ppm的降低來設(shè)計(jì)，不能不根據(jù)實(shí)際情況來編寫程序。LCD1602的控制就需要根據(jù)顯示的數(shù)據(jù)需

37、求來完成，這一點(diǎn)可以根據(jù)查LCD的指令功能表來完成。需要注意的是雖然設(shè)計(jì)中的聲光報(bào)警電路十分簡單，但是在仿真時就能發(fā)現(xiàn)其實(shí)報(bào)警輸出的低電平信號并不是不變的，而是在變化，這樣就會造成蜂鳴器的間隙性啟動。所以在這其中很多問題都能在仿真中發(fā)現(xiàn)，并且想辦法解決。4 軟件設(shè)計(jì)4.1軟件介紹Keil軟件是我常用的單片機(jī)編程軟件，它不但可以進(jìn)行匯編的編程也可以進(jìn)行C的編程。由于在學(xué)校學(xué)習(xí)的基本上是C語言的使用，所以Keil的編程對于我比較有優(yōu)勢。而且Keil自帶豐富的數(shù)據(jù)庫，很多頭文件是可以在這里面找到的，相較于自己編寫能節(jié)約時間，當(dāng)然要使用特別的功能也是可以自己編寫后再加入數(shù)據(jù)庫。在該程序中也可以將編譯成

38、功的文件生成.HEX文件，方便進(jìn)行仿真和測試。Proteus軟件是我使用的仿真測試軟件，該軟件里有各種元件和單片機(jī)的外圍器件。在該軟件中可以自己進(jìn)行原理圖布局，使各個元件能夠緊湊整齊的分布，一目了然的觀察到各個模塊進(jìn)行工作的狀態(tài)?？梢詫?shí)時進(jìn)行檢查，通過自帶的萬能表等工具了解到線路和儀器工作的狀態(tài)和數(shù)據(jù)。通過在單片機(jī)中拷入.HEX文件，上電即可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真。對于其中出現(xiàn)的結(jié)果可以在斷電后立即進(jìn)行修改再測試。而且對于該實(shí)驗(yàn)中沒有的儀器也可以通過自己設(shè)計(jì)封裝，最后達(dá)到想要的結(jié)果。4.2 主程序模塊主程序主要實(shí)現(xiàn)將各個模塊連接，并檢測和顯示數(shù)據(jù)，如圖4.1圖4.1 主程序流程圖4.3 A/D轉(zhuǎn)換模塊數(shù)

39、模轉(zhuǎn)換的主要功能就是將傳感器送過來的電信號轉(zhuǎn)換成MCU能夠讀取的數(shù)字信號，使得MCU能夠處理傳感器感應(yīng)到的酒精濃度。ADC0832的轉(zhuǎn)換流程如下圖4.2圖4.2 ADC0832的轉(zhuǎn)換流程在進(jìn)行工作時芯片的CLK口需要連接單片機(jī)的P2.3口，只有通過單片機(jī)的P2.3口，來自MCU的時鐘信號向芯片輸入脈沖，CS接P2.4，并在開始工作時輸入低電平，直至工作結(jié)束。DO和DI連接到一根線上，DO和DI端口使用的都是DI端口的信號，DI端輸入通道的信號即功能選擇信號由此傳送過去16。在第一個時鐘脈沖的下沉之前DI端是有要求的，必須讓DI端表現(xiàn)高低平，否則不能發(fā)出啟示信號。在第二、三個脈沖下沉之前DI端有

40、重要的做藥，DI端此時需要通過輸入的數(shù)據(jù)來選擇通道的功能，不然沒有辦法清楚分出選用的功能17。4.4 按鍵輸入模塊本方案通過兩個按鍵來控制設(shè)定值的增減，對MCU發(fā)出指令并在LCD上顯示。按鍵查詢式的流程圖見下圖4.3圖4.3 按鍵查詢式的流程圖按鍵分別接P1.2和P1.3，由于P1端口自帶上拉電阻，所以不需要像P0那樣接上上拉電阻進(jìn)行電壓放大17。4.5 液晶顯示模塊液晶顯示模塊主要用來顯示當(dāng)前測量酒精濃度和預(yù)期設(shè)置的報(bào)警上限，由于顯示簡單直接接P0獲得數(shù)據(jù)顯示。LCD1602流程如下圖4.4圖4.4 LCD1602流程 由于P0并沒有自帶上拉電阻，所以需要在P0口與LCD1602的D0-D7

41、中加上上拉電阻進(jìn)行電壓擴(kuò)大18。LCD1602的讀寫工作時序圖如圖4.5和圖4.6所示圖 4.5 LCD1602讀操作時序當(dāng)處于讀狀態(tài)時，RS處于低脈沖，R/W為高脈沖，E為高脈沖 ，D0D7=狀態(tài)字當(dāng)處于讀數(shù)據(jù)時，RS處于高脈沖，R/W為高脈沖，E為高脈沖，D0D7=數(shù)據(jù)19。圖4.6 LCD1602寫操作時序當(dāng)處于寫指令時，RS為低脈沖，R/W為低脈沖，D0D7=指令碼，E=高脈沖當(dāng)處于寫數(shù)據(jù)時，RS為高脈沖，R/W為低脈沖，E為高脈沖，D0D7=數(shù)據(jù)20.4.6 小結(jié)在軟件流程方面，各個模塊因?yàn)槎际浅Ｓ玫脑?，所以流程和檢測都比較簡單。值得注意的主程序流程，雖然因?yàn)檎w設(shè)計(jì)比較簡單而且功

42、能實(shí)現(xiàn)比較單一顯得簡陋，但是由于流程結(jié)構(gòu)較短，而且沒有分支和等待，所以整個流程在功能實(shí)現(xiàn)時是身份快速的，酒精濃度的一點(diǎn)點(diǎn)增加都靈敏的使測試數(shù)據(jù)增加，即使在測試僅僅呼吸一口氣也能立馬測試出酒精濃度的最大值，達(dá)到報(bào)警的設(shè)定值。按鍵方面也因?yàn)楠?dú)立式按鍵的簡單結(jié)構(gòu)使得按鍵準(zhǔn)確，并且在編程通過延時消除抖動。整個流程都十分簡潔明了。5 系統(tǒng)調(diào)試當(dāng)所有模塊和設(shè)計(jì)都完成之后就可以開始調(diào)試了，因?yàn)樵O(shè)計(jì)之初和完成過程中可能會出現(xiàn)各種各種的問題，在調(diào)試時將所有出現(xiàn)問題解決才能達(dá)到當(dāng)初設(shè)計(jì)的目標(biāo)。而調(diào)試分為硬件焊接調(diào)試和軟件仿真調(diào)試。5.1系統(tǒng)仿真調(diào)試軟件的仿真調(diào)試主要是在仿真軟件上，測試是否能完成設(shè)定的內(nèi)容。本方案

43、首先測試的是LCD1602的上電顯示，在通過在程序上的修改使LCD顯示設(shè)定的數(shù)值。若不正確則先檢查編程問題，然后是連線的正確與否。將問題解決后能看到正確數(shù)值則說明，LCD顯示模塊沒有問題。其次既是按鍵模塊，由于按鍵模塊連線十分簡單主要通過觀察單片機(jī)傳給LCD1602的高低電平來判斷編程的正確與否。檢測到按下的按鍵與傳送給LCD的高低電平一致則說明沒有問題，并且會在LCD上顯示設(shè)定數(shù)值的增減。然后是傳感模塊，由于Proteus并沒有MQ-3酒精傳感器的模塊，所以用一個滑動變阻器代替測試的數(shù)據(jù)。通過改變滑動變阻器在A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端觀察電信號的改變，如果沒有問題，在接上LCD后會在上面顯示數(shù)字，

44、改變滑動變阻器數(shù)字會隨之改變。最后剩下報(bào)警模塊，這個模塊由LED燈和蜂鳴器并聯(lián)，蜂鳴器需要增加一個三極管為其放大電信號，不然發(fā)出的聲音極有可能達(dá)不到報(bào)警的標(biāo)準(zhǔn)。5.2 系統(tǒng)硬件調(diào)試硬件調(diào)試看起來比軟件調(diào)試簡單，但是由于自己焊接，所以問題比較多，而且硬件有時出現(xiàn)問題并不是焊連線的問題，有時候是元件的損壞。必須通過萬用表在出問題的地方一段一段的測試才能找出來。理論上軟件仿真沒有問題，那么只有硬件焊接連線或者元件出了問題才會使功能不能實(shí)現(xiàn)。所以焊接時十分仔細(xì)，每焊接一個地方都會對著軟件上的仿真圖一步一步的對應(yīng)好后才下手，做到務(wù)必沒有差錯。而且在焊接完后上電時必須確定程序已經(jīng)拷入芯片，不然整個系統(tǒng)不會

45、正常工作。在看到LCD上正常顯示數(shù)值并且按鍵能夠控制設(shè)定值的增減時，就可以用來測試酒精濃度。至此硬件就徹底完成。5.3 小結(jié)在實(shí)際操作中，硬件調(diào)試問題比較多，除了因?yàn)楹附雍褪д`的問題外，最主要的問題就是仿真和實(shí)際焊接的差距。雖然在仿真上各個模塊的連線的比較整齊和規(guī)劃，但是實(shí)際操作起來，特別是與單片機(jī)連接的導(dǎo)線特別復(fù)雜。本來是準(zhǔn)備使各個導(dǎo)線都在下面盡量不互相交叉，到后面才發(fā)現(xiàn)這并不現(xiàn)實(shí)。只好盡量在飛線時比較整齊，方面后面調(diào)試時進(jìn)行檢查。而且操作時切忌心浮氣躁，容易將導(dǎo)線連錯。6 結(jié)論本方案主要是用來測試酒后駕駛，當(dāng)然成品是顯得稍大，主要是由于在板子上焊接與手工焊接的原因。如果實(shí)現(xiàn)機(jī)械化生產(chǎn)是可以

46、將整體設(shè)計(jì)真正變成一個芯片搭載顯示器成為方便的酒駕測試儀。除開這個方便將報(bào)警系統(tǒng)移除也是可以單獨(dú)形成一個酒精濃度測試儀。這個設(shè)計(jì)主要是使用單片機(jī)作為微處理器來實(shí)現(xiàn)的。軟件部分在Keil中使用C語言編寫。主要是編程簡單并且程序易懂便于修改，而且可以直接將寫好的程序通過匯編形成.HEX文件在Proteus中實(shí)現(xiàn)仿真。編程難點(diǎn)主要是A/D轉(zhuǎn)換和電壓與濃度的轉(zhuǎn)換計(jì)算。硬件部分是個人通過購買元件按照仿真圖一步一步焊接完成的，不但是對過去所學(xué)的一種復(fù)習(xí)和鞏固，一邊在學(xué)習(xí)一邊在動手實(shí)踐，對于沒有接觸的知識也有了一些了解。從一開始焊接時生疏到最后的一氣呵成，各個方面都有不小的進(jìn)步。回望大學(xué)四年所有學(xué)的東西都是

47、能用的上的，有些甚至需要從新查書求證，最后完成了這個設(shè)計(jì)。致謝在這一個學(xué)期里陳老師的指導(dǎo)下完成本論文。陳老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度和認(rèn)真的辦事方式讓我受益匪淺，不但關(guān)心每次的完成進(jìn)度還仔細(xì)詢問當(dāng)中難點(diǎn)，給予解決和引導(dǎo)。陳老師不辭辛苦的對每個人完成的進(jìn)度給予指導(dǎo)，一個一個的將其中的問題找出來和我共同解決。在沒有實(shí)驗(yàn)設(shè)備時，陳老師自發(fā)的幫我們找到需求的設(shè)備，還熱心的幫忙把自學(xué)的軟件交給我們。在有問題時陳老師耐心幫我們解答，充分表現(xiàn)了誨人不倦的高尚師德。從開題報(bào)告到畢業(yè)論文，陳老師都是一步一步指導(dǎo)我完成，每一步都充滿了老師的心血。即使在有時候我并不能達(dá)到要求，陳老師也不沒有責(zé)備我，反而僅僅是要求我接下來盡可

48、能趕上，并且為我提供了寶貴的意見和前進(jìn)方向。而在硬件焊接和軟件仿真中我同窗四年的同學(xué)也發(fā)揮了重要的作用，不光在編程方面給我提供了豐富的經(jīng)驗(yàn)和范例，也在我數(shù)次不能發(fā)現(xiàn)問題的時候幫我檢查出了錯誤。他們不光不求回報(bào)而且熱心積極，在框架設(shè)計(jì)時提出了眾多具有建設(shè)性的意見，在每一次失敗時候都安慰我，和我一起慢慢摸索改正，所以我才能比較完善的完成論文，將看起來復(fù)雜無比的問題解決，這少不了這些同學(xué)的細(xì)心幫助和指導(dǎo)。總的來說要感謝陳老師的耐心指導(dǎo)，也要感謝四年同學(xué)的全力幫助，所以才能順利的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，深深感謝他們?yōu)槲业漠厴I(yè)設(shè)計(jì)做出的貢獻(xiàn)。參考文獻(xiàn)1 張偉.單片機(jī)原理及應(yīng)用M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002：1

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