畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于單片機(jī)的酒精探測(cè)儀設(shè)計(jì)

1、摘 要 機(jī)動(dòng)車駕駛?cè)藛T“酒后駕車”極易發(fā)生道路交通事故，嚴(yán)重危害了道路交通安全 和人民生命財(cái)產(chǎn)安全。人飲酒后，酒精通過消化系統(tǒng)被人體吸收，經(jīng)過血液循環(huán)，約 有 90%的酒精通過肺部呼氣排出, 因此測(cè)量呼氣中的酒精含量，就可判斷其醉酒程度。 本探測(cè)儀采用酒精氣體敏感元件作為探頭，由一塊集成電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，并 驅(qū)動(dòng)十個(gè)發(fā)光二極管按信號(hào)電壓高低依次顯示，同時(shí)由單片機(jī)控制對(duì)信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn) 換用數(shù)碼管輸出。對(duì)剛飲過酒的人，只要向探頭吹一口氣，探測(cè)儀就能顯示出酒精氣 體的濃度高低。若把探頭靠近酒瓶口， 它也能輕而易舉地識(shí)別出瓶?jī)?nèi)盛的是白酒還是 黃酒，能區(qū)分出酒精含量的高低。 關(guān)鍵詞：傳感器；酒精探測(cè)儀

2、；單片機(jī)；模-數(shù)轉(zhuǎn)換 abstract driver drives very easy to happen traffic accident after drinking which endanger traffic safety and people safety of life and property seriously. after people drink, the alcohol is absorbed by the human body through the digestive system, through the blood circulation, nearly it h

3、ave discharge exhaling lung alcohol of 90%. so measure the content of alcohol while exhaling , can judge its drunk degree. this detector adopts the alcohol gas sensitive element conduct to pop ones head , is amplified the signal by an integrated circuit, urge ten led show sequentially according to s

4、ignal voltage high or low prices, the micro controller unit controls and changes and exports to the signal with the digital tube moduluses at the same time. to person that drink just, so long as to pop ones head one breath of blowing, detector can demonstrate density high or low prices , alcohol of

5、gas. if pop ones head close to wine bottleneck, it can recognise whom the bottle hold white spirit or yellow rice or millet wine easy too, can distinguish out the level of the content of alcohol . keywords: sensor alcohol detector micro controller unit analog to digital convert 目 錄 摘 要 .i abstract .

6、ii 第 1 章 緒論 .1 第 2 章 傳感器基礎(chǔ)知識(shí) .3 2.1 傳感器的定義.3 2.2 傳感器的分類.3 2.3 傳感器的特性.4 2.4 傳感器的選擇.5 2.5 傳感器的發(fā)展方向.6 第 3 章 方案論證 .8 3.1 氣體傳感器的選擇.8 3.1.1 mq-3 基本介紹 .8 3.1.2 mq-3 的檢測(cè) .9 3.2 編程語言的選擇.10 3.3 開發(fā)工具.11 3.3.1 單片機(jī)選擇.11 3.3.2 開發(fā)環(huán)境.13 3.3.3 仿真器.13 3.4 系統(tǒng)框圖.14 第 4 章 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) .15 4.1 發(fā)光二極管顯示.15 4.1.1 lm3914 基本介紹 .15 4.

7、1.2 工作原理.16 4.2 數(shù)碼管顯示.16 4.2.1 adc0809 主要特性 .16 4.2.2 adc0809 內(nèi)部結(jié)構(gòu) .17 4.2.3 adc0809 外部特性 .17 4.2.4 工作原理.19 4.2.5 a/d 轉(zhuǎn)換 .20 4.2.6 顯示部分.21 第 5 章 結(jié)論 .22 5.1 結(jié)果分析.22 5.2 有待改進(jìn)的地方.23 致 謝 .24 參考文獻(xiàn) .25 附錄一：數(shù)碼管顯示程序 .26 附錄二：整體電路 .29 第 1 章 緒論 傳感器是人類探知自然界信息的觸角。在人類文明的發(fā)展歷史中，感受處理外 部信息的傳感技術(shù)一直扮演著一個(gè)重要的角色。在古代，傳感技術(shù)由人

8、的感官來實(shí) 現(xiàn)，人觀天象而仕農(nóng)耕，察火色而冶銅鐵。從 18 世紀(jì)產(chǎn)業(yè)革命以來，特別是在 20 世紀(jì)信息革命中，傳感技術(shù)越來越多的由人造感官，即傳感器來實(shí)現(xiàn)。目前，傳感 器的應(yīng)用如此廣泛，可以說任何機(jī)械電氣系統(tǒng)都離不開它。人們常常將傳感器稱之 為電五官，這是說如果將計(jì)算機(jī)比作人的大腦而稱為電腦的話，那么傳感器的地位 和功能就相當(dāng)于人的眼，耳，鼻，舌，身五官。 由于氣體與人類的日常生活密切相關(guān)，對(duì)氣體的檢測(cè)已經(jīng)是保護(hù)和改善生態(tài)居 住環(huán)境不可缺少的手段，氣體傳感器發(fā)揮著極其重要的作用。常用的主要有接觸燃 燒式氣體傳感器、電化學(xué)氣體傳感器和半導(dǎo)體氣體傳感器等。接觸燃燒式氣體傳感 器的檢測(cè)元件一般為鉑金

9、屬絲（也可表面涂鉑、鈀等稀有金屬催化層） ，使用時(shí)對(duì) 鉑絲通以電流，保持 300400的高溫，此時(shí)若與可燃性氣體接觸，可燃性氣體 就會(huì)在稀有金屬催化層上燃燒，因此鉑絲的溫度會(huì)上升，鉑絲的電阻值也上升；通 過測(cè)量鉑絲的電阻值變化的大小，就知道可燃性氣體的濃度。電化學(xué)氣體傳感器一 般利用液體（或固體、有機(jī)凝膠等）電解質(zhì)，其輸出形式可以是氣體直接氧化或還 原產(chǎn)生的電流，也可以是離子作用于離子電極產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)。半導(dǎo)體氣體傳感器具 有靈敏度高、響應(yīng)快、穩(wěn)定性好、使用簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，應(yīng)用極其廣泛。 酒精是人類健康的大敵。一般白酒的酒精含量為 4565，果酒的酒精含量 為 1618，啤酒中酒精含量較少，占 35

10、。酒精進(jìn)入胃腸壁后，被迅速 吸收溶解于血液中，一般在飲酒后 5 分鐘便可以在血液中發(fā)現(xiàn)酒精，大約經(jīng)過 2.5 小時(shí)，所飲酒中的酒精便被人體全部吸收，滲透到肌體各組織內(nèi)部。有資料表明， 人體只要吸收 3080mgml 的酒精，就會(huì)出現(xiàn)健談、行動(dòng)笨拙、絮叨不休、感情 沖動(dòng)、反應(yīng)遲鈍等狀況；吸收 120mgml 以上的酒精，就已經(jīng)是醉酒狀態(tài)了，出現(xiàn) 疲勞嗜睡、大小便失去控制、昏迷；吸收 600mgml 的酒精，就將直接致人于死命 了。 酒后駕車發(fā)生事故的機(jī)率高達(dá) 27。隨著攝入酒精量的增加，選擇反應(yīng)錯(cuò)誤率 顯著增加，當(dāng)血液中酒精含量由 0.5增至 1，發(fā)生車禍的可能性便增加 5 倍， 如果增至 1.

11、5，可能性再增加 6 倍。 當(dāng)然對(duì)付這些飲酒開車者，現(xiàn)在最便捷的就是使用酒精測(cè)試儀，可以當(dāng)場(chǎng)直接 測(cè)試。司機(jī)只要將嘴對(duì)著傳感器使勁吹氣，儀器就會(huì)馬上顯示出酒精濃度的高低， 對(duì)照這個(gè)數(shù)字交警們就可以馬上判斷該司機(jī)是否喝酒了。 第 2 章 傳感器基礎(chǔ)知識(shí) 2.1 傳感器的定義 國家標(biāo)準(zhǔn) gb7665-87 對(duì)傳感器下的定義是：“能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一 定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。傳感 器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī) 律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、 顯示、記錄和控制等要求。

12、它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。 2.2 傳感器的分類 目前對(duì)傳感器尚無一個(gè)統(tǒng)一的分類方法，但比較常用的有如下三種： (1) 按傳感器的物理量分類，可分為位移、力、速度、溫度、流量、氣體成份 等傳感器。 (2) 按傳感器工作原理分類，可分為電阻、電容、電感、電壓、霍爾、光電、 光柵熱電偶等傳感器。 (3) 按傳感器輸出信號(hào)的性質(zhì)分類，可分為：輸出為開關(guān)量（“1”和“0” 或 “開”和“關(guān)”）的開關(guān)型傳感器；輸出為模擬型傳感器；輸出為脈沖或代碼 的數(shù)字型傳感器。 電阻式傳感器 電阻式傳感器是將被測(cè)量，如位移、形變、力、加速度、濕度、溫度等這些物 理量轉(zhuǎn)換式成電阻值這樣的一種器件。主要有電阻

13、應(yīng)變式、壓阻式、熱電阻、熱敏、 氣敏、濕敏等電阻式傳感器件。 電阻應(yīng)變式傳感器 傳感器中的電阻應(yīng)變片具有金屬的應(yīng)變效應(yīng)，即在外力作用下產(chǎn)生機(jī)械形變， 從而使電阻值隨之發(fā)生相應(yīng)的變化。電阻應(yīng)變片主要有金屬和半導(dǎo)體兩類，金屬應(yīng) 變片有金屬絲式、箔式、薄膜式之分。半導(dǎo)體應(yīng)變片具有靈敏度高（通常是絲式、 箔式的幾十倍）、橫向效應(yīng)小等優(yōu)點(diǎn)。 壓阻式傳感器 壓阻式傳感器是根據(jù)半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)在半導(dǎo)體材料的基片上經(jīng)擴(kuò)散電阻 而制成的器件。其基片可直接作為測(cè)量傳感元件，擴(kuò)散電阻在基片內(nèi)接成電橋形式。 當(dāng)基片受到外力作用而產(chǎn)生形變時(shí)，各電阻值將發(fā)生變化，電橋就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的不 平衡輸出。 用作壓阻式傳感器的基

14、片（或稱膜片）材料主要為硅片和鍺片，硅片 為敏感 材料而制成的硅壓阻傳感器越來越受到人們的重視，尤其是以測(cè)量壓力和 速度的固態(tài)壓阻式傳感器應(yīng)用最為普遍。 熱電阻傳感器 熱電阻傳感器主要是利用電阻值隨溫度變化而變化這一特性來測(cè)量溫度及與溫 度有關(guān)的參數(shù)。在溫度檢測(cè)精度要求比較高的場(chǎng)合，這種傳感器比較適用。目前較 為廣泛的熱電阻材料為鉑、銅、鎳等，它們具有電阻溫度系數(shù)大、線性好、性能穩(wěn) 定、使用溫度范圍寬、加工容易等特點(diǎn)。用于測(cè)量 -200c +500c 范圍內(nèi)的 溫度。 2.3 傳感器的特性 （1）傳感器的靜態(tài)特性 傳感器的靜態(tài)特性是指對(duì)靜態(tài)的輸入信號(hào)，傳感器的輸出量與輸入量之間所具 有相互關(guān)系

15、。因?yàn)檫@時(shí)輸入量和輸出量都和時(shí)間無關(guān)，所以它們之間的關(guān)系，即傳 感器的靜態(tài)特性可用一個(gè)不含時(shí)間變量的代數(shù)方程，或以輸入量作橫坐標(biāo)，把與其 對(duì)應(yīng)的輸出量作縱坐標(biāo)而畫出的特性曲線來描述。表征傳感器靜態(tài)特性的主要參數(shù) 有：線性度、靈敏度、分辨力和遲滯等。 （2）傳感器的動(dòng)態(tài)特性 所謂動(dòng)態(tài)特性，是指?jìng)鞲衅髟谳斎胱兓瘯r(shí)，它的輸出的特性。在實(shí)際工作中， 傳感器的動(dòng)態(tài)特性常用它對(duì)某些標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)來表示。這是因?yàn)閭鞲衅鲗?duì)標(biāo) 準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)容易用實(shí)驗(yàn)方法求得，并且它對(duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)與它對(duì)任意 輸入信號(hào)的響應(yīng)之間存在一定的關(guān)系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的標(biāo) 準(zhǔn)輸入信號(hào)有階躍信號(hào)和正弦信號(hào)兩種

16、，所以傳感器的動(dòng)態(tài)特性也常用階躍響應(yīng)和 頻率響應(yīng)來表示。 （3）傳感器的線性度 通常情況下，傳感器的實(shí)際靜態(tài)特性輸出是條曲線而非直線。在實(shí)際工作中， 為使儀表具有均勻刻度的讀數(shù)，常用一條擬合直線近似地代表實(shí)際的特性曲線、線 性度（非線性誤差）就是這個(gè)近似程度的一個(gè)性能指標(biāo)。擬合直線的選取有多種方 法。如將零輸入和滿量程輸出點(diǎn)相連的理論直線作為擬合直線；或?qū)⑴c特性曲線上 各點(diǎn)偏差的平方和為最小的理論直線作為擬合直線，此擬合直線稱為最小二乘法擬 合直線。 （4）傳感器的靈敏度 靈敏度是指?jìng)鞲衅髟诜€(wěn)態(tài)工作情況下輸出量變化y 對(duì)輸入量變化x 的比值。 它是輸出-輸入特性曲線的斜率。如果傳感器的輸出和輸

17、入之間顯線性關(guān)系，則靈 敏度 s 是一個(gè)常數(shù)。否則，它將隨輸入量的變化而變化。 靈敏度的量綱是輸出、輸入量的量綱之比。例如，某位移傳感器，在位移變化 1mm 時(shí)，輸出電壓變化為 200mv，則其靈敏度應(yīng)表示為 200mv/mm。當(dāng)傳感器的輸出、 輸入量的量綱相同時(shí)，靈敏度可理解為放大倍數(shù)。提高靈敏度，可得到較高的測(cè)量 精度。但靈敏度愈高，測(cè)量范圍愈窄，穩(wěn)定性也往往愈差。 （5）傳感器的分辨力 分辨力是指?jìng)鞲衅骺赡芨惺艿降谋粶y(cè)量的最小變化的能力。也就是說，如果輸 入量從某一非零值緩慢地變化。當(dāng)輸入變化值未超過某一數(shù)值時(shí)，傳感器的輸出不 會(huì)發(fā)生變化，即傳感器對(duì)此輸入量的變化是分辨不出來的。只有當(dāng)輸

18、入量的變化超 過分辨力時(shí)，其輸出才會(huì)發(fā)生變化。 通常傳感器在滿量程范圍內(nèi)各點(diǎn)的分辨力并不相同，因此常用滿量程中能使輸 出量產(chǎn)生階躍變化的輸入量中的最大變化值作為衡量分辨力的指標(biāo)。上述指標(biāo)若用 滿量程的百分比表示，則稱為分辨率。 （6）傳感器的遲滯特性 遲滯特性表征傳感器在正向（輸入量增大）和反向（輸入量減小）行程之間輸 出-輸入特性曲線不一致的程度，通常用這兩條曲線之間的最大差值max 與滿量程 輸出 fs 的百分比表示，遲滯可由傳感器內(nèi)部元件存在能量的吸收造成。 2.4 傳感器的選擇 傳感器千差萬別，即便對(duì)于相同種類的測(cè)定量也可采用不同工作原理的傳感器， 因此，要根據(jù)需要選用最適宜的傳感器。

19、 （1） 測(cè)量條件 如果誤選傳感器，就會(huì)降低系統(tǒng)的可靠性。為此，要從系統(tǒng)總體考慮，明確使 用的目的以及采用傳感器的必要性，絕對(duì)不要采用不適宜的傳感器與不必要的傳感 器。測(cè)量條件列舉如下，即測(cè)量目的，測(cè)量量的選定，測(cè)量的范圍，輸入信號(hào)的帶 寬，要求的精度，測(cè)量所需要的時(shí)間，過輸入發(fā)生的頻繁程度。 （2） 傳感器的性能 選用傳感器時(shí)，要考慮傳感器的下述性能，即精度，穩(wěn)定性，響應(yīng)速度，模擬 信號(hào)或者數(shù)字信號(hào)，輸出量及其電平，被測(cè)對(duì)象特性的影響，校準(zhǔn)周期，過輸人保 護(hù)。 （3） 傳感器的使用條件 傳感器的使用條件即為設(shè)置的場(chǎng)所，環(huán)境(濕度、溫度、振動(dòng)等)，測(cè)量的時(shí)間， 與顯示器之間的信號(hào)傳輸距離，與外

20、設(shè)的連接方式，供電電源容量。 2.5 傳感器的發(fā)展方向 （1） 向高精度發(fā)展：隨著自動(dòng)化生產(chǎn)程度的不斷提高，對(duì)傳感器的要求也在 不斷提高，必須研制出具有靈敏度高、精確度高、響應(yīng)速度快、互換性好的新型 傳感器以確保生產(chǎn)自動(dòng)化的可靠性。目前能生產(chǎn)精度在萬分之一以上的傳感器的 廠家為數(shù)很少，其產(chǎn)量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求。 （2） 向高可靠性、寬溫度范圍發(fā)展：傳感器的可靠性直接影響到電子設(shè)備的 抗干擾等性能，研制高可靠性、寬溫度范圍的傳感器將是永久性的方向。提高溫 度范圍歷來是大課題，大部分傳感器其工作范圍都在 -20c 70c，在軍用系 統(tǒng)中要求工作溫度在 -40c85c 范圍，而汽車鍋爐等場(chǎng)合要求傳感

21、器工作在 - 20c 120c，在冶煉、焦化等方面對(duì)傳感器的溫度要求更高，因此發(fā)展新興材 料（如陶瓷）的傳感器將很有前途。 （3） 向微型化發(fā)展：各種控制儀器設(shè)備的功能越來越大，要求各個(gè)部件體積 能占位置越小越好，因而傳感器本身體積也是越小越好，這就要求發(fā)展新的材料 及加工技術(shù)，目前利用硅材料制作的傳感器體積已經(jīng)很小。如傳統(tǒng)的加速度傳感 器是由重力塊和彈簧等制成的，體積較大、穩(wěn)定性差、壽命也短，而利用激光等 各種微細(xì)加工技術(shù)制成的硅加速度傳感器體積非常小、互換性可靠性都較好。 （4） 向微功耗及無源化發(fā)展：傳感器一般都是非電量向電量的轉(zhuǎn)化，工作時(shí) 離不開電源，在野外現(xiàn)場(chǎng)或遠(yuǎn)離電網(wǎng)的地方，往往是

22、用電池供電或用太陽能等供 電，開發(fā)微功耗的傳感器及無源傳感器是必然的發(fā)展方向，這樣既可以節(jié)省能源 又可以提高系統(tǒng)壽命。目前，低功耗損的芯片發(fā)展很快，如ti2702 運(yùn)算放大器， 靜態(tài)功耗只有 1.5ma，而工作電壓只需 25v。 （5） 向智能化數(shù)字化發(fā)展：隨著現(xiàn)代化的發(fā)展，傳感器的功能已突破傳統(tǒng)的 功能，其輸出不再是一個(gè)單一的模擬信號(hào)（如 010mv） ，而是經(jīng)過微電腦處理好 后的數(shù)字信號(hào)，有的甚至帶有控制功能，這就是所說的數(shù)字傳感器。 第 3 章 方案論證 3.1 氣體傳感器的選擇 3.1.1 mq-3 基本介紹 一個(gè)新型的氣體檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)該包括： （1）基于一種或幾種傳感技術(shù)的氣體傳感器。

23、 （2）組合了氣體傳感器和采樣調(diào)理電路的探頭。 （3）配有人機(jī)接口軟件的中心監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)。 （4）在一些應(yīng)用中，與其它安全系統(tǒng)和儀器的接口。 本設(shè)計(jì)中的酒精氣體傳感器采用河南漢威電子有限公司的 mq-3 型,它屬于 mq 系列氣敏元件的一種。如圖 3-1 所示： 圖圖 3-13-1 特點(diǎn):檢測(cè)范圍為 10ppm2000ppm 靈敏度高，輸出信號(hào)為伏特級(jí)； 響應(yīng)速度快，小于 10 秒； 功耗0.75w， 尺寸：d17*h10 連續(xù)工作使用壽命大于三年，可靠性好?？筛鶕?jù)用戶要求調(diào)整外型參數(shù)提供應(yīng) 用設(shè)計(jì)服務(wù)。 mq-3 型氣敏傳感器的敏感部分是由金屬氧化物（二氧化錫）的 n 型半導(dǎo)體微晶 燒結(jié)層

24、構(gòu)成。當(dāng)其表面吸附有被測(cè)氣體酒精分子時(shí)，表面導(dǎo)電電子比例就會(huì)發(fā)生變 化，從而其表面電阻會(huì)隨著被測(cè)氣體濃度的變化而變化。由于這種變化是可逆的， 所以能重復(fù)使用。 mq-3 的靈敏度特性曲線如 圖 3-2 所示： 靈敏度特性曲線 圖圖 3-23-2 3.1.2 mq-3 的檢測(cè) 圖圖 3-33-3 如圖 3-3 所示，當(dāng)電源開關(guān) s 斷開時(shí)，傳感器加熱電流為零，實(shí)測(cè) a，b 之間 電阻20m 歐。s 接通，則 f，f 之間電流由開始時(shí) 155ma 降至 153ma 而穩(wěn)定。加 熱開始幾秒鐘后 a，b 之間電阻迅速下降至 1m 歐以下，然后又逐漸上升至 20m 歐 以上后并保持著。此時(shí)如果將內(nèi)盛酒精

25、棉花的小瓶瓶口靠近傳感器，我們立即可以 看到數(shù)字萬用表顯示值馬上由原來大于 20m 歐降至 1m 歐以下。移開小瓶過 15-40s 后，a，b 之間電阻恢復(fù)至大于 20m 歐。這種反應(yīng)可以重復(fù)試驗(yàn)，但要注意使空氣 恢復(fù)到潔凈狀態(tài)。 3.2 編程語言的選擇 對(duì)于 8051 單片機(jī)，現(xiàn)有四種語言支持，即匯編、plm、c 和 basic。 （1）basic 通常附在 pc 機(jī)上，是初學(xué)編程的第一種語言。一個(gè)新變量名定義后 可在程序中做變量使用，非常易學(xué)，根據(jù)解釋的行可以找到錯(cuò)誤而不是當(dāng)程序執(zhí)行 完才能出來。basic 由于逐行解釋自然很慢，每一行必須在執(zhí)行時(shí)轉(zhuǎn)換成機(jī)器代碼， 需要花費(fèi)許多時(shí)間，不能做

26、到實(shí)時(shí)性。basic 為簡(jiǎn)化使用變量，所有變量都用浮點(diǎn) 值。22 這樣簡(jiǎn)單的運(yùn)算完全是浮點(diǎn)算術(shù)操作，因而程序復(fù)雜且執(zhí)行時(shí)間長(zhǎng)。即使 是編譯 basic，也不能解決此浮點(diǎn)運(yùn)算問題。8052 單片機(jī)片內(nèi)固化有解釋 basic 語 言，basic 適用于要求編程簡(jiǎn)單而對(duì)編程效率或運(yùn)行速度要求不高的場(chǎng)合。 （2）plm 是 lntel 從 8080 微處理器開始為其系列產(chǎn)品開發(fā)的編程語言。它很 像 pascal，是一種結(jié)構(gòu)化語言，但它使用關(guān)鍵字去定義結(jié)構(gòu)。plm 編譯器像好的 匯編器一樣可產(chǎn)生緊湊代碼。plm 總的來說是高級(jí)匯編語言，可詳細(xì)控制著代碼 生成。但對(duì) 8051 系列，plm 不支持復(fù)雜的算

27、術(shù)運(yùn)算、浮點(diǎn)變量，也無豐富的庫函 數(shù)支持。學(xué)習(xí) plm 無異于學(xué)習(xí)一種新語言。 （3）c 是一種源于編寫 unix 操作系統(tǒng)的語言，它是一種結(jié)構(gòu)化語言，可產(chǎn)生緊 湊代碼。c 結(jié)構(gòu)是以括號(hào) 而不是字和特殊符號(hào)的語言。c 可以進(jìn)行許多機(jī)器級(jí)函 數(shù)控制而不用匯編語言。與匯編相比，有如下優(yōu)點(diǎn)： 對(duì)單片機(jī)指令系統(tǒng)不要求了解，僅要求對(duì) 8051 的存貯器結(jié)構(gòu)有初步了解； 寄存器分配、不同存貯器的尋址及數(shù)據(jù)類型等細(xì)節(jié)可由編譯器管理； 程序有規(guī)范的結(jié)構(gòu)，可分為不同的函數(shù)，這種方式可使程序結(jié)構(gòu)化； 具有將可變的選擇與特殊操作組合在一起能力，改善了程序的可讀性； 關(guān)鍵字及運(yùn)算函數(shù)可用近似人的思維過程方式使用； 編

28、程及程序高度調(diào)試時(shí)間顯著縮短，從而提高效率； 提供的庫包含許多標(biāo)準(zhǔn)子程序，具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力； 已編好程序可容易地植入新程序，因?yàn)樗哂蟹奖愕哪K化編程技術(shù)。 c 語言作為一種非常方便的語言而得到廣泛的支持，c 語言程序本身并不依賴 于機(jī)器硬件系統(tǒng)，基本上不作修改就可根據(jù)單片機(jī)的不同較快地移植過來。 （4）8051 匯編語言非常像其它匯編語言，指令系統(tǒng)比第一代微處理器要強(qiáng)一些。 8051 的不同存貯器區(qū)域使得其復(fù)雜一些。盡管懂匯編語言不是你的目的，但看懂一 些可幫助你了解影響任何語言效率的 8051 特殊限定。例如，懂得匯編語言指令就 可使用在片 ram 做變量的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)槠庾兞啃枰獛讞l

29、指令才能設(shè)置累加器和數(shù)據(jù) 指針進(jìn)行存取。要求使用浮點(diǎn)和啟用函數(shù)時(shí)只有具備匯編程經(jīng)驗(yàn)才能避免生成龐大 的、效率低的程序，這需要考慮簡(jiǎn)單的算術(shù)運(yùn)算或先算好的查表法。最好的單片機(jī) 編程者應(yīng)是由匯編轉(zhuǎn)用 c 而不是原來用過標(biāo)準(zhǔn) c 語言的人。 從實(shí)用性和語言的熟悉程度考慮，選用匯編語言編制主要程序，用 c 語言輔助 設(shè)計(jì)。 3.3 開發(fā)工具 3.3.1 單片機(jī)選擇 單片機(jī)是把 cpu、內(nèi)存及 io 壓縮在同一塊芯片上，再外加一些電子元件便可 以構(gòu)成一套簡(jiǎn)易的控制系統(tǒng)。如此一來可以降低硬件成本，由于單片機(jī)芯片設(shè)計(jì)及 制造技術(shù)的限制，在面積有限的芯片上無法設(shè)計(jì)出太大的內(nèi)存空間，因此單片機(jī)上 rom 及 r

30、am 的容量都比較小，不過卻也加入了位輸入輸出控制，計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器及外部 中斷的控制功能，有些單片機(jī)還有串行傳輸?shù)慕涌?，甚至還提供有 ad (模擬至數(shù) 字轉(zhuǎn)換)及 da(數(shù)字至模擬轉(zhuǎn)換)的接口，真可謂麻雀雖小五臟俱全。 8051 單片機(jī)是 intel 公司在 8048 的基礎(chǔ)上，對(duì)其功能加以改進(jìn)所開發(fā)出來的 8 位單片機(jī)，表 3-1 是 8048 與 8051 硬件功能的比較表。 從表中可以看出 8051 在功能上比 8048 強(qiáng)很多，程序代碼(存于外部 rom 中)的 設(shè)計(jì)空間如同傳統(tǒng) 8 位的單片機(jī)，像 z80、6502cpu 等，尋址至 64k 字節(jié)的范圍， 更甚者，其隨機(jī)存儲(chǔ)器(存于外部

31、ram 中)可額外再尋址 64k 字節(jié)，這是 8051 特別 優(yōu)異的一點(diǎn)，加上 io 控制端口、中斷功能、定時(shí)器及串行接口，使得在一塊 8051 芯片上外加少許外接元件便可組成一個(gè)完整的單片機(jī)控制系統(tǒng)。 表 3-1 列出了 8051 系列的成員：其中 8751h 有可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器 (eprom)，可以存放程序代碼，同時(shí)具有程序保密的特性，可以防止程序代碼被任 意地拷貝，只是價(jià)格較貴。電路構(gòu)成類型如為 cmos 則耗電較低，而 8031 與 8051 的差別在于 8031 內(nèi)部本身沒有可存放程序代碼的存儲(chǔ)空間(沒有內(nèi)部 rom 的型態(tài))， 因此程序代碼必須由外部提供并外加 eprom。

32、表表 3-13-1 80488048 和和 80518051 的功能比較的功能比較 比較項(xiàng)目 8048 8051 指令周期 2.5us 1us 內(nèi)部 ram 64 字節(jié) 128 字節(jié) 內(nèi)部 rom 1k 字節(jié) 4k 字節(jié) 外部 ram 256 字節(jié) 64k 字節(jié) 外部 rom 4k 字節(jié) 64k 字節(jié) io 引腳數(shù) 27 32 中斷源 2 5 定時(shí)器 8 位 1 組 16 位 2 組 串行端口 無 一組 表表 3-23-2 80518051 系列內(nèi)部系列內(nèi)部 romrom 和內(nèi)部和內(nèi)部 ramram 的內(nèi)存容量的內(nèi)存容量 編號(hào) 電路類型 rom 存儲(chǔ)容量（字節(jié)） ram 存儲(chǔ)容量（字 節(jié)） 8

33、051ah hmos 4k rom 128 8031ah hmos 沒有 128 8751h hmos 4k eprom 128 80c51 cmos 4k rom 128 80c31 cmos 沒有 128 8052 hmos 8k rom 256 8032 hmos 沒有 256 8051 主要功能列舉如下： 為一般控制應(yīng)用的 8 位單片機(jī)； 芯片內(nèi)部有時(shí)鐘振蕩器(傳統(tǒng)最高工作頻率可達(dá) 12mhz)； 內(nèi)部只讀存儲(chǔ)器(rom)為 4k 字節(jié)； 內(nèi)部隨機(jī)存儲(chǔ)器(ram)為 128 字節(jié)； 外部只讀存儲(chǔ)器可擴(kuò)充至 64k 字節(jié)； 外部隨機(jī)存儲(chǔ)器可擴(kuò)充至 64k 字節(jié)； 32 條雙向輸入輸出線，

34、且每條均可以單獨(dú)做 io 的控制； 5 個(gè)中斷向量源； 2 組獨(dú)立的 16 位定時(shí)器； 1 個(gè)全雙工串行通信端口： 8751 及 8752 單片機(jī)具有數(shù)據(jù)保密的功能； 單片機(jī)提供位邏輯運(yùn)算指令。 本次設(shè)計(jì)選用的是低耗的 80c51 單片機(jī)。 3.3.2 開發(fā)環(huán)境 本設(shè)計(jì)選用的開發(fā)平臺(tái)為 medwin 單片機(jī)集成開發(fā)環(huán)境，只需在 pc 機(jī)上安裝 medwin 軟件，即可配合仿真器進(jìn)行模擬仿真，使用十分方便。 3.3.3 仿真器 目前，單片機(jī)因其諸多特點(diǎn)，在各行各業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。單片機(jī)本身只 是一個(gè)電子器件，只有和其它器件、設(shè)備有機(jī)地組合在一起，并配置適當(dāng)?shù)墓ぷ鞒?序(軟件)后，才能構(gòu)成一個(gè)

35、單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)。因此，單片機(jī)的開發(fā)包括硬件和軟 件兩個(gè)部分。單片機(jī)本身沒有自開發(fā)功能，必須借助于開發(fā)工具。近年來，隨著個(gè) 人計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的不斷普及，國內(nèi)外推出了不少以pc機(jī)為基礎(chǔ)的單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)；而 軟件模擬仿真器是一種新型的開發(fā)方法。這種方法是在pc機(jī)上，用軟件來實(shí)現(xiàn)仿真， 并配置一系列相關(guān)的服務(wù)程序，使用時(shí)，只要在pc機(jī)上運(yùn)行該軟件包，就可以對(duì)目 標(biāo)碼程序進(jìn)行調(diào)試。對(duì)于那些只是用到單片機(jī)內(nèi)部資源的設(shè)計(jì)來說，可以在軟件仿 真器內(nèi)完成仿真工作。 而單片機(jī)軟件的設(shè)計(jì)總要和外部事件打交道，比如響應(yīng)外部中斷，檢測(cè)某一引 腳上輸入信號(hào)電平的高低，完成ad轉(zhuǎn)換等；同時(shí)某些情況下，還要根據(jù)外部信號(hào) 輸出不

36、同的控制信號(hào)。如果使用硬件仿真系統(tǒng)或在線調(diào)試器時(shí)，已有一個(gè)實(shí)實(shí)在在 的硬件環(huán)境，在調(diào)試時(shí)，可以利用目標(biāo)系統(tǒng)提供給單片機(jī)各種信號(hào)的輸入，以便測(cè) 試單片機(jī)的實(shí)際運(yùn)行情況。如果使用軟件仿真器，沒有任何硬件環(huán)境可以給出這些 外部信號(hào)，所以外部信號(hào)的輸入是面臨的一個(gè)難題；此外單片機(jī)常常需要和其它常 用器件有機(jī)地組合在一起使用，如ad芯片、液晶顯示板等，如何仿真這些常用器 件的功能，也是面臨的一個(gè)難題。 本設(shè)計(jì)選用的仿真器是se52p單片機(jī)仿真開發(fā)系統(tǒng)。 3.4 系統(tǒng)框圖 圖圖 3-43-4 本系統(tǒng)如圖 3-4 所示，氣體傳感器遇到酒精則將化學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)， lm3914將此信號(hào)放大比較然后驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的

37、發(fā)光二極管使其點(diǎn)亮，從而顯示酒精濃度 的高低。同時(shí)adc0809將氣體傳感器轉(zhuǎn)換的模擬電信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并由單片機(jī) 控制，最后用數(shù)碼管顯示。 第 4 章 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 4.1 發(fā)光二極管顯示 4.1.1 lm3914 基本介紹 圖圖 4-14-1 發(fā)光二極管集成驅(qū)動(dòng)器lm3914結(jié)構(gòu)如圖 4-1所示。其內(nèi)部的緩沖放大器最大限 度的提高了該集成電路的輸入電阻（5腳），電壓輸入信號(hào)經(jīng)過緩沖器（增益為零） 同時(shí)送到10個(gè)電壓比較器的異相（-）輸入端。10個(gè)電壓比較器的同相輸入（+）端 分別接到10個(gè)等值電阻（1k歐）串聯(lián)回路的10個(gè)分壓端。因?yàn)榕c串聯(lián)回路相接的內(nèi) 部參考電壓為1.2v，所以相鄰分壓端之

38、間的電壓差為1.2v/10=0.12v。為了驅(qū)動(dòng) led1發(fā)光，集成電路lm3914的1腳輸出應(yīng)該為低電平，因此要求電壓比較器異相（- ）端的輸入電壓0.12v。同理，要使led2發(fā)光，異相端輸入電壓應(yīng) 0.12*2=0.24v；要使led10發(fā)光，異相端輸入電壓應(yīng)0.12*10=1.2v。 lm3914的9腳為點(diǎn)，條方式選擇端，當(dāng)9腳與11腳相接為點(diǎn)狀顯示；當(dāng)9腳與3腳 相接，則為條狀顯示。本系統(tǒng)采用條狀顯示方式。 4.1.2 工作原理 圖圖 4-24-2 如圖 4-2 所示，當(dāng)檢測(cè)到酒精氣味時(shí)，氣敏傳感器的 a-b 間電阻變小，lm3914 的 5 端電位升高，通過比較放大，驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管

39、依次發(fā)光，從而區(qū)分出酒精含量 的高低。 輸入靈敏度可以通過電位器調(diào)節(jié)，即對(duì)“地”電阻調(diào)小時(shí)靈敏度下降；反之， 靈敏度增加。改變 7 腳與 8 腳之間電阻的阻值可以調(diào)節(jié)發(fā)光二極管的顯示亮度，當(dāng) 阻值增加亮度減弱，反之加強(qiáng)。 4.2 數(shù)碼管顯示 4.2.1 adc0809 主要特性 (1) 8 路 8 位 ad 轉(zhuǎn)換器，即分辨率 8 位。 (2) 具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫恕?(3) 轉(zhuǎn)換時(shí)間為 100s。 (4) 單個(gè)5v 電源供電 。 (5) 模擬輸入電壓范圍 05v，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。 (6) 工作溫度范圍為-4085 攝氏度 。 (7) 低功耗，約 15mw。 4.2.2 adc0809adc

40、0809 內(nèi)部結(jié)構(gòu) adc0809 是 cmos 單片型逐次逼近式 ad 轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 4-3 所示，它 由 8 路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8 位開關(guān)樹型 da 轉(zhuǎn)換器、逐次逼 近寄存器、三態(tài)輸出鎖存器等其它一些電路組成。因此，adc0809 可處理 8 路模擬 量輸入，且有三態(tài)輸出能力，既可與各種微處理器相連，也可單獨(dú)工作。輸入輸出 與 ttl 兼容。 圖圖 4-34-3 4.2.3 adc0809adc0809 外部特性 adc0809 芯片有 28 條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖 4-4 所示。下面說明 各引腳功能。 圖圖 4-44-4 in0in7：8 路模擬量輸

41、入端。 ：8 位數(shù)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。如表 4-1 所示： 表表 4-14-1 ale：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效。 start：ad 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，輸入，高電平有效。 eoc：ad 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，當(dāng) ad 轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平 （轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。 oe：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。當(dāng) ad 轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入 一個(gè)高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。 clk：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于 640khz。 ref（+）、ref（-）：基準(zhǔn)電壓。 vcc：電源，單一5v

42、。 gnd：地。 adc0809 的工作過程是：首先輸入 3 位地址，并使 ale=1，將地址存入地址鎖 存器中。此地址經(jīng)譯碼選通 8 路模擬輸入之一到比較器。start 上升沿將逐次逼近 寄存器復(fù)位。下降沿啟動(dòng) ad 轉(zhuǎn)換，之后 eoc 輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。 直到 ad 轉(zhuǎn)換完成，eoc 變?yōu)楦唠娖?，指?ad 轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存 器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。當(dāng) oe 輸入高電平 時(shí)，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果 的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。 4.2.4 工作原理 當(dāng)檢測(cè)到酒精氣味時(shí)，氣體傳感器的 a-b 間電阻變小，則 adc0809 的模擬輸入 端 in0 的電壓變大。采

43、用查詢方式對(duì)輸入模擬信號(hào)進(jìn)行 a/d 轉(zhuǎn)換并且把轉(zhuǎn)換結(jié)果存 到 30h 單元。然后將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成三位十進(jìn)制 bcd 碼用數(shù)碼管顯示。程序流程圖如圖 4-5 所示： 圖圖 4-54-5 4.2.5 a/d 轉(zhuǎn)換 adc0809 與單片機(jī) 8051 的硬件接口方式有：查詢方式，中斷方式和等待延時(shí)方 式。采用中斷方式不浪費(fèi) cpu 的等待時(shí)間，但如果 a/d 轉(zhuǎn)換時(shí)間較短，也可以用程 序查詢方式和等待延時(shí)方式。本系統(tǒng)采用查詢方式。 adc0809 芯片內(nèi)部沒有時(shí)鐘脈沖源，可以用單片機(jī) 8051 提供的地址鎖存控制輸 入信號(hào) ale 經(jīng) d 觸發(fā)器二分頻后，作為 adc0809 的時(shí)鐘輸入。ale 端信

44、號(hào)的頻率是 8051 單片機(jī)時(shí)鐘頻率的 1/6。如果單片機(jī)的時(shí)鐘頻率是 6mhz，則 ale 端輸出信號(hào)的 頻率為 1mhz，再二分頻后為 500khz，符合 adc0809 對(duì)時(shí)鐘頻率的要求。由于 adc0809 具有三態(tài)輸出數(shù)據(jù)瑣存器，其 8 位數(shù)據(jù)輸出端可以直接與數(shù)據(jù)總線相連。 地址選通端 adda，addb，addc 分別與 8051 地址總線的低三位 a0，a1，a2 相連， 用于選通 in0-in7 中的某一通道。由于 ale 和 start 連在一起，adc0809 在鎖存通 道地址的同時(shí)啟動(dòng) a/d 轉(zhuǎn)換。在讀取 a/d 轉(zhuǎn)換結(jié)果時(shí)，oe 產(chǎn)生的正脈沖信號(hào)用于打 開三態(tài)輸出鎖存

45、器。adc0809 的 eoc 信號(hào)與 8051 的 p2.3 相連，作為 a/d 轉(zhuǎn)換是否 結(jié)束的狀態(tài)信號(hào)供 8051 查詢。 adc0809 與 80c51 單片機(jī)的接口電路如圖 4-6 所示 圖圖 4-64-6 4.2.6 顯示部分 本系統(tǒng)采用三位數(shù)碼管顯示。 首先將轉(zhuǎn)換完成存在 30h 單元的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成三位十進(jìn)制 bcd 碼，百位存入 r2， 十存入 r3，個(gè)位存入 r4，然后將每位數(shù)字顯示出來，并且顯示約 1.2 s。 第 5 章 結(jié)論 5.1 結(jié)果分析 本系統(tǒng)中數(shù)碼管顯示的是模擬信號(hào) a/d 轉(zhuǎn)換后的數(shù)值，通過數(shù)值的高低辨別酒 精濃度。結(jié)果照片如圖 5-1 所示： 圖圖 5-15-

46、1 1. 準(zhǔn)備一個(gè)有蓋小瓶，瓶?jī)?nèi)盛放一小塊浸過酒精的藥棉，平時(shí)蓋緊瓶蓋不讓 酒精氣體外逸，實(shí)驗(yàn)時(shí)打開瓶蓋，逐漸靠近已經(jīng)預(yù)熱的 mq-3 探頭，發(fā)光二極管依 次點(diǎn)亮，同時(shí)數(shù)碼管從小到大顯示數(shù)值（0-256） ，從而分辨出酒精濃度的高低。 2. 取 5 只空瓶洗凈，編號(hào)備用。取含量 97%的乙醇與空氣按體積比為 0.1/100 0.2/100 0.3/100 0.4/100 0.5/100，分別與 5 只瓶中的空氣充分混合，作為氣 體樣本。實(shí)驗(yàn)時(shí)將探測(cè)器預(yù)熱后，將探頭分別伸入 5 只瓶中，觀察發(fā)光二極管是否 點(diǎn)亮。 5.2 有待改進(jìn)的地方 (1) 可以通過實(shí)驗(yàn)建立酒精濃度與顯示數(shù)字之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)

47、系從而直接測(cè)出 酒精濃度。方法是配制不同濃度的酒精溶液，用制作的酒精探測(cè)儀測(cè)出相應(yīng)的數(shù)值， 多次實(shí)驗(yàn)將得到的對(duì)應(yīng)關(guān)系建立一個(gè)數(shù)表，顯示的時(shí)候查表即可。 (2) 可以在本系統(tǒng)的基礎(chǔ)上制作酒精檢測(cè)鑰匙。即在車鑰匙上設(shè)計(jì)一個(gè)小吹管， 由一組訊號(hào)發(fā)射器連接至車上的電子控制組件，如果駕駛者在開門之前所做的酒精 吹氣測(cè)試樣本被發(fā)現(xiàn)超過法定允許的標(biāo)準(zhǔn)值，則系統(tǒng)將使引擎維持在靜止?fàn)顟B(tài)無法 啟動(dòng)。當(dāng)駕駛者按下遙控器上的“開門”按鈕，酒精探測(cè)儀也隨之啟動(dòng)，然后駕駛 者對(duì)著小管口吹氣，酒精濃度會(huì)經(jīng)由感應(yīng)器上的小綠燈或小紅燈顯示出來。當(dāng)顯示 綠燈時(shí)，鑰匙將傳送允許信號(hào)至車輛的電子控制系統(tǒng)，也就是通過檢測(cè)，可以上路 了；但是如果測(cè)試結(jié)果為紅燈，則車輛將維持在鎖定狀態(tài)，即使鑰匙插入鑰匙孔也 無法發(fā)動(dòng)車子。 致 謝 在教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的這近半年的時(shí)間里，我體驗(yàn)了一種不同于大學(xué) 前三年的全新的學(xué)習(xí)生活方式。實(shí)驗(yàn)中心良好寬松的實(shí)驗(yàn)環(huán)境給