電子畢業(yè)論文1

1、常州輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子系畢業(yè)設(shè)計(jì) 常州輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院常州輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院常州輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院常州輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 題 目 酒精濃度探測儀 姓 名 姜萍 學(xué) 號 1033323102 班 級 10 電子 331 指導(dǎo)教師 宋朝暉 職 稱 講師 日 期 2012.7 畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)( (論文論文) )說明書說明書 摘摘 要要 本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了對不同濃度酒精的檢測和顯示，通過適當(dāng)改進(jìn)可以用于檢測酒后駕車。本文用 stc12c5a16ad 單片機(jī)與 mq-3 型氣體傳感器實(shí)現(xiàn)了對酒精濃度的測量，并對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。 本設(shè)計(jì)主要研究了（1）硬件方面，mq-3 氣體傳感器技術(shù)參數(shù)的檢測和將它接入到酒精

2、濃度檢測 模塊中；將采集到的模擬電壓信號通過單片機(jī)控制經(jīng) a/d 轉(zhuǎn)換，得到數(shù)字電壓信號；用于顯示濃度的 數(shù)碼管顯示模塊。 （2）軟件方面，主要研究了電壓到濃度的線性轉(zhuǎn)換和最終濃度值的數(shù)碼管顯示。 （3）對設(shè)計(jì)的傳感器進(jìn)行了標(biāo)定。設(shè)計(jì)的傳感器對酒精氣體反應(yīng)靈敏，能在有效范圍內(nèi)測量它的濃度 值。并且在檢測低濃度酒精時(shí)誤差較小，最大誤差為 8.2%滿足設(shè)計(jì)要求。 本設(shè)計(jì)的特色在于標(biāo)準(zhǔn)的確定。對于流動空氣，樣品的穩(wěn)定性和水蒸氣的影響，提出了解決方案 和驗(yàn)證方法。對不同的區(qū)間濃度和電壓轉(zhuǎn)換關(guān)系做線性化處理，簡化了硬件電路的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的傳感 器可以檢測不同濃度的酒精氣體，改進(jìn)之后對解決酒后駕車事故和特殊

3、場合酒精檢測都可以使用。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：氣體傳感器;模數(shù)轉(zhuǎn)換;單片機(jī) abstractabstract different concentrations of alcohol solution are detected and showed in the design. the design can be used to the detection of drunk driving through improvement. in this thesis, the concentration of alcohol can be measured and displayed by using th

4、e gas sensor based on stc12c5a16ad mcu and mq-3. in the thesis major researches are three points. (1) in the hardware, detecting the technology parameters mq-3 gas sensor, and connecting it to a testing part of the alcohol gas concentration; analog voltage signal amplification to drive light-emittin

5、g diode light to alarm; conversing the voltage signal through the a/d conversion at the control of the single-chip, obtaining the digital voltage signal; displaying the concentration in the digital tube display module.(2)in the software, linear conversion between the concentration of the alcohol and

6、 the voltage and the digital display of the final concentration value.(3) the designed sensor is calibrated. the design of gas sensor is responsive to the alcohol, can measure concentration in the effective range of its concentration. and in the low concentration of alcohol in the test the error is

7、small with the maximum error 8.2%, meeting requirements of the design. the characteristics of the thesis are to determine the standard. the solutions and verification methods are proposed about the flow of air samples, the sample stability and water vapor. the conversion between voltage and concentr

8、ation in different range is treated as linear relationship. the design of sensor can detect different the alcohol gas with different concentration. it plays an important role to solve the drunk-driving accidents and alcohol testing for special occasions after improvement. keykey words:words: gas sen

9、sor; a/d conversion; single-chip microcomputer 目錄目錄 第一章 引言.1 1.1 設(shè)計(jì)背景.1 1.2 設(shè)計(jì)酒精濃度探測儀的意義.1 1.3 本文主要研究工作.2 第二章 元器件和開發(fā)工具介紹.3 2.1 adc0809.3 2.1.1 主要特性.3 2.1.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu).3 2.1.3 外部特性（引腳功能）.4 2.2 stc12c5a16ad.4 2.3 protel 軟件介紹 .5 2.4 keil 介紹 .6 2.5 protuesisis 介紹 .6 第三章 硬件電路設(shè)計(jì).8 3.1 設(shè)計(jì)框圖.8 3.2 乙醇信號檢測及調(diào)理電路.8 3

10、.3 單片機(jī)電路.11 3.4 顯示電路.12 3.5 閾值存儲.13 第四章 軟件設(shè)計(jì).14 第五章 調(diào)試.17 參考文獻(xiàn).20 致謝.21 附錄 a 元器件清單.22 附錄附錄附錄 b b b 實(shí)物圖實(shí)物圖實(shí)物圖 .23 附錄附錄附錄 c c c 程序程序程序 .24 第一章第一章 引言引言 1.11.1 設(shè)計(jì)背景設(shè)計(jì)背景 我國傳感器市場的增長率超過 15%，2003 年銷售額為 186 億元人民幣，2006 年銷售額 為 283 億元人民幣，預(yù)計(jì) 2007 年為 325 億元人民幣，2008 年為 374 億元人民幣。我國傳 感器 4 大類中，工業(yè)和汽車電子產(chǎn)品占市場份額的 33.5%。

11、近年來，傳感器正處于傳統(tǒng)型 向新型傳感器轉(zhuǎn)型的發(fā)展階段，新型傳感器的特點(diǎn)是微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、 系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化，它將不僅促進(jìn)系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造，而且可導(dǎo)致建立新型工業(yè)和軍事變革， 是 21 世紀(jì)新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)1。 由于氣體與人類的日常生活密切相關(guān)，對氣體的檢測已經(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。氣體傳感器是把氣體中的特定成分 檢測出來，并轉(zhuǎn)化為電信號的一類器件，用來對有害氣體，易燃易爆氣體等進(jìn)行安全檢測 和報(bào)警，對生產(chǎn)生活中需要了解的氣體進(jìn)行檢測，分析，研究等。近年來，我國氣敏傳感 器產(chǎn)業(yè)有了較快的發(fā)展，但與國外相比，從技術(shù)水平，產(chǎn)業(yè)化及應(yīng)用

12、等領(lǐng)域均存在著不小 的差距。 目前，氣敏傳感器領(lǐng)域還存在一些問題。一是元件的穩(wěn)定性差。由于元件電阻和靈敏 度隨時(shí)間而不斷變化，漂移大給檢測結(jié)果的可靠性帶來不穩(wěn)定的因素。二是選擇性差。由 于在檢測氣體時(shí)，往往還存在著其它的干擾氣體(如煙酒等)，使氣敏元件發(fā)生交叉響應(yīng)， 產(chǎn)生誤報(bào)。三是催化劑中毒。摻有催化劑的氣敏元件接觸某些氣體后，活性組分被毒化， 將會改變元件的選擇性，降低其敏感度和穩(wěn)定性，另外催化劑本身也存在著不穩(wěn)定性問題。 靈敏度問題。四是 sno2元件有時(shí)由于靈敏度過大導(dǎo)致誤報(bào)，但是在檢測某些低濃度氣體時(shí) 靈敏度卻難以達(dá)到要求。 1.21.2 設(shè)計(jì)酒精濃度探測儀的意義設(shè)計(jì)酒精濃度探測儀的意

13、義 本設(shè)計(jì)基于 stc12c5a16ad 單片機(jī)設(shè)計(jì)的酒精氣體濃度探測儀，可用來檢測酒精氣體 濃度，最主要的用途是檢測司機(jī)的酒精含量。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 1.5，可能性再增加 6 倍。機(jī)動車駕駛?cè)藛T“酒后 駕車” 及“醉酒駕車”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, 因此測量呼氣中的酒精含量, 就可判斷其醉酒程度。開車司機(jī)只要將

14、嘴對 著傳感頭使勁吹氣，儀器就能發(fā)上顯示出酒精濃度的高低，從而判斷該司機(jī)是否酒后駕車， 避免事故的發(fā)生。當(dāng)然，最好的辦法是在車內(nèi)安裝這種測試儀，司機(jī)一進(jìn)入車內(nèi)檢測儀就 檢測司機(jī)的酒精含量，如果超出允許值，系統(tǒng)控制引擎無法啟動，這樣就可從根本上解決 酒后駕車問題。 酒精氣體濃度探測儀在生產(chǎn)生活中也有重要的應(yīng)用，比如，在一些環(huán)境要求嚴(yán)格的生 產(chǎn)車間，用這種酒精濃度探測儀，可隨時(shí)檢測車間內(nèi)的酒精氣體濃度，當(dāng)酒精氣體濃度高 于允許限定值時(shí)，發(fā)出警報(bào)，提醒人們及時(shí)通風(fēng)換氣，做到安全生產(chǎn)。 1.31.3 本文主要研究工作本文主要研究工作 本文以 stc12c5a16ad 單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)了用于測量酒精濃

15、度的探測儀，主要研究 工作包括以下 3 個(gè)方面。 （1）硬件電路方面，對氣體傳感器 mq-3 按檢測電路，接上一定阻值的負(fù)載電阻，檢 測它的技術(shù)參數(shù)，確定 mq-3 所接負(fù)載電阻的大小，完成信號采樣電路的設(shè)計(jì)；采樣到的 模擬電壓電信號通過 a/d 轉(zhuǎn)換，得到可供單片機(jī)處理的數(shù)字信號，再由單片機(jī)作相應(yīng)的數(shù) 據(jù)處理；lcd 液晶顯示屏濃度值顯示。 （2）軟件方面，標(biāo)準(zhǔn)的確定是該部分要做的主要工作。因?yàn)樵嫉牟蓸又凳且粋€(gè)間 接的負(fù)載分壓值，需要將它轉(zhuǎn)化為被測酒精濃度值。通過多個(gè)樣品的測量確定多個(gè)濃度區(qū) 間的轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)，并將每個(gè)區(qū)間的轉(zhuǎn)換關(guān)系近似線性化處理，然后通過軟件編程的方法來實(shí) 現(xiàn)。 （3）為了盡

16、量減少設(shè)計(jì)的氣體傳感器的測量誤差，在測量酒精溶液樣品時(shí)要考慮并 解決 3 個(gè)主要問題。一是外界環(huán)境流動空氣對傳感器的影響和對氣體樣品的稀釋，二是樣 品的穩(wěn)定性對測量帶來的誤差，三是水蒸氣對測量的影響。針對這 3 個(gè)主要問題提出以下 解決方案和驗(yàn)證方法。 測量樣品時(shí)，將探頭盡量放入塑料瓶內(nèi)，可以在一定程度上消除流動空氣的影響，同 時(shí)應(yīng)選擇空氣流動較小的室內(nèi)環(huán)境來測量。水蒸氣對 mq-3 的影響很小，這一點(diǎn)可以通過 對只裝有純凈水的塑料瓶的多次測量來驗(yàn)證。用相同容量的塑料瓶配制好不同濃度的酒精 溶液后，將它密封并放置一段時(shí)間，待其穩(wěn)定后再測量。再通過反復(fù)多次測量多組數(shù)據(jù)， 求其平均值的方法來縮小測

17、量誤差。 第二章第二章 元器件和開發(fā)工具介紹元器件和開發(fā)工具介紹 2.12.1 a/da/d 模數(shù)轉(zhuǎn)換器模數(shù)轉(zhuǎn)換器 adc0809adc0809 圖 2-1 adc0809 芯片 .1 主要特性主要特性 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?。 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。 .2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)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 2-1 所示，

18、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 adc0809 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 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。 .3 外部特性（引腳功能）外部特性（引腳功能） 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。 2-12-8：8 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。 al

19、e：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。 start： ad 轉(zhuǎn)換啟動信號，輸入，高電平有效。 eoc： ad 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，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，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。 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

20、器。start 上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下 降沿啟動 ad 轉(zhuǎn)換，之后 eoc 輸出信號變低，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)信號可用作中斷申請。 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。 紙張與頁面設(shè)置：（1）a4、縱向、單面打印。 （2）頁邊距：上 2.8cm、下 2.2cm、內(nèi)側(cè) 3cm、外側(cè) 2cm；（3）裝訂線 0cm、頁眉 1.8cm、頁腳 1.4cm、對稱頁邊距。 頁眉：常州輕工職業(yè)技術(shù)畢業(yè)設(shè)計(jì)；頁腳：頁碼，右側(cè)。 2.22.2 單片機(jī)單片機(jī) stc12c5a16

21、adstc12c5a16ad pdip40, stc12c5a16ad 圖 2-2 stc12c5a16ad 該單片機(jī)為 dip40 封裝，該單片機(jī)內(nèi)置 8 位 a/d 轉(zhuǎn)換器，可以將酒精傳感器輸出電壓 轉(zhuǎn)變成數(shù)字量處理。外型管腳與 at89s52 等完全相同。 特點(diǎn)： 1、具有信號輸出指示。 2、雙路信號輸出（模擬量輸出及 ttl 電平輸出） 3、ttl 輸出有效信號為低電平。 （當(dāng)輸出低電平時(shí)信號燈亮，可直接接單片機(jī)） 4、模擬量輸出 05v 電壓，濃度越高電壓越高。 5、對乙醇蒸汽具有很高的靈敏度和良好的選擇性。 6、具有長期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性 7、快速的響應(yīng)恢復(fù)特性 應(yīng)用：用于機(jī)

22、動車駕駛?cè)藛T及其他嚴(yán)禁酒后作業(yè)人員的現(xiàn)場檢測，也用于其他場所乙醇蒸 汽的檢測。 2.32.3 protelprotel 軟件介紹軟件介紹 電路設(shè)計(jì)軟件使用的是 protel 99 se。 protel 99 se 是 prokltechnology 公司開發(fā)的基于 windows 環(huán)境下的電路板設(shè)計(jì)軟件。該 軟件功能強(qiáng)大，人機(jī)界面友好，易學(xué)易用，仍然是大中院校電學(xué)專業(yè)必學(xué)課程，同時(shí)也是 業(yè)界人士首選的電路板設(shè)計(jì)工具。 protel 99 se 由兩大部分組成：電路原理圖設(shè)計(jì)和多層印刷電路板設(shè)計(jì)。其中由兩 部分組成：電路圖編輯器和元件庫編輯器。 一、電路圖編輯器（schematic） （1） 、

23、概述 進(jìn)入 design protel 99 se 后在 documents 中通過右鍵 “new” 建立 “document” 文件，打開后即可進(jìn)行電路原理圖的編輯。先按照已畫好的電路草圖將所有元件找到拖放 到編輯框里。將編輯框縮小，將元件照電路的樣子搭好，整體上排列勻稱。接下來就可以 進(jìn)行局部的連線了?；蛘呖梢韵葘㈦娐返母鱾€(gè)模塊先搭好，再通過框定各模塊平移組合成 完整的電路，取消框定要通過 editdeselectinside area再用鼠標(biāo)框定以前 選中的模塊，就可以解除，表現(xiàn)為模塊由黃色變成普通顏色。對某個(gè)工程的操作是對一個(gè) 數(shù)據(jù)庫的操作，因此不同的數(shù)據(jù)庫會在不同的窗口中打開，通過最

24、小化可看各個(gè)數(shù)據(jù)庫的 窗口。 （2） 、常用操作 1、調(diào)用畫圖工具 viewtoolbarscustomize。 2、在移動元件時(shí)按空格可旋轉(zhuǎn)元件。 3、一個(gè)工程數(shù)據(jù)庫中最好不要將所有文件都放在文件夾 documents 中,因?yàn)檫@樣會產(chǎn) 生一些小問題。而將文件直接放在數(shù)據(jù)庫根目錄下則不會出現(xiàn)這些問題。 二、元件庫編輯器（schematic library） （1） 、概述 雖然 protel 本身包含了龐大的元件庫，但在實(shí)際應(yīng)用中總會遇到找不到元件的情況， 這時(shí)就需要根據(jù)元件資料自己動手在元件庫中制作這個(gè)元件。還有一種情況是各種元件分 散在各個(gè)公司的元件庫中，不便于使用，所以要把常用元件集中

25、到一個(gè)元件庫中，這就要 自己動手制作，將經(jīng)常用到的元件復(fù)制到這個(gè)元件庫中，方便以后的使用。 （2） 、基本操作 元件庫文件（.lib）也是基于數(shù)據(jù)庫文件（.ddb）下的操作，同一個(gè)數(shù)據(jù)庫下元件庫 中的元件才可以通過 tools copy component 相互復(fù)制，不同數(shù)據(jù)庫時(shí)可先用右鍵的 copy 將 整個(gè)元件庫復(fù)制到當(dāng)前數(shù)據(jù)庫，再在該數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行單個(gè)元件的復(fù)制。在放置芯 片引腳時(shí)大頭指的是引腳外側(cè)，引腳名稱會嵌到芯片框里，引腳號在外側(cè)。 1、在畫芯片圖時(shí)，如果用到畫線的功能，則應(yīng)將 view snap grid 功能打開，可 增加畫線時(shí)的定位精度。 2、不同設(shè)計(jì)文件之間拷貝模塊時(shí)，操作如

26、下：先選中要拷貝的部分拷貝，鼠標(biāo)變成 十字線后在選定的區(qū)域中間點(diǎn)擊左鍵，切換到另一個(gè)設(shè)計(jì)文件，粘貼即完成了操作。 2.42.4 keilkeil 介紹介紹 keil 軟件是目前最流行開發(fā) mcs-51 系列單片機(jī)的軟件，這從近年來各仿真機(jī)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(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（uvision） 將這些部份組合在一起。運(yùn)行 keil 軟件需要 pentium 或以上的 cpu，16mb 或更多 ram、20m 以上空閑的硬盤空間、win98、nt、win2000、w

27、inxp 等操作系統(tǒng)。 下面介紹 keil c51 開發(fā)系統(tǒng)基本知識 keil c51 開發(fā)系統(tǒng)基本知識 1.系統(tǒng)概述 keil c51 是美國 keil software 公司出品的 51 系列兼容單片機(jī) c 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)， 與匯編相比，c 語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易 用。用過匯編語言后再使用 c 來開發(fā)，體會更加深刻。 keil c51 軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全 windows 界面。 另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到 keil c51 生成的目標(biāo) 代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊

28、，容易理解。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能 體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。下面詳細(xì)介紹 keil c51 開發(fā)系統(tǒng)各部分功能和使用。 2.keil c51 單片機(jī)軟件開發(fā)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu) c51 工具包的整體結(jié)構(gòu)，其中 uvision 與 ishell 分別是 c51 for windows 和 for dos 的集成開發(fā)環(huán)境(ide)，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)開發(fā)流程。開發(fā) 人員可用 ide 本身或其它編輯器編輯 c 或匯編源文件。然后分別由 c51 及 a51 編譯器編譯 生成目標(biāo)文件(.obj)。目標(biāo)文件可由 lib51 創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經(jīng) l51 連接定位生成絕對目標(biāo)文件

29、(.abs)。abs 文件由 oh51 轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的 hex 文件，以供調(diào)試器 dscope51 或 tscope51 使用進(jìn)行源代碼級調(diào)試，也可由仿真器使用直接對目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試， 也可以直接寫入程序存貯器如 eprom 中。 3.使用獨(dú)立的 keil 仿真器時(shí)，注意事項(xiàng) （1）仿真器標(biāo)配 11.0592mhz 的晶振，但用戶可以在仿真器上的晶振插孔中換插其他 頻率的晶振。 （2） 仿真器上的復(fù)位按鈕只復(fù)位仿真芯片，不復(fù)位目標(biāo)系統(tǒng)。 （3） 仿真芯片的 31 腳（/ea）已接至高電平，所以仿真時(shí)只能使用片內(nèi) rom，不能 使用片外 rom；但仿真器外引插針中的 31 腳并不與仿真芯片的 31

30、腳相連，故該仿真器仍 可插入到擴(kuò)展有外部 rom（其 cpu 的/ea 引腳接至低電平）的目標(biāo)系統(tǒng)中使用。 2.52.5 protuesisisprotuesisis 介紹介紹 proteus 是英國 labcenter electronics 公司開發(fā)的 eda 工具軟件。除了其具有和其 他 eda 工具一樣的原理圖. pcb 自動或人工布線及電路仿真的功能外，其中一個(gè)重要的功 能是，電路仿真是互動的，針對微處理器的應(yīng)用，還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上 編程，并實(shí)現(xiàn)軟件源碼級的實(shí)時(shí)調(diào)試。proteus 組合了高級原理圖、混合模式 spice 仿真， pcb 設(shè)計(jì)以及自動布線來實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整

31、的電子設(shè)計(jì)系統(tǒng)。 一、proteus 簡介 proteus 產(chǎn)品系列包含了 vsm 技術(shù)，用戶口可以對基于微控制器的設(shè)計(jì)連同所有的周 圍電子器件一起仿真。用戶甚至可以實(shí)時(shí)采用諸如 led/lcd.鍵盤、rs232 終端等動態(tài)外設(shè) 模型來對設(shè)計(jì)進(jìn)行交互仿真。其功能模塊有一個(gè)易用而又功能強(qiáng)大的 isis 原理布圖工具， prospice 混合模型 spice 仿真，arf.s pcb 設(shè)計(jì)。 軟件具有以下特點(diǎn)。 (1)支持許多通用的微控制器，如 arm7，pic，avr，hc11 以及 8051。 (2)交互的裝置模型包括：led 和 lcd 顯示，rs232 終端，通用鍵盤，開關(guān)，按鈕等。 (3

32、)強(qiáng)大的調(diào)試功能，知訪問寄存器與內(nèi)存，設(shè)置斷點(diǎn)和單步運(yùn)行模式。 (4)支持如 iar. keil 和 hitech 等開發(fā)工具的 c 源碼和匯編的調(diào)試。 (5)內(nèi)置超過 6000 標(biāo)準(zhǔn) spice 模型，完全兼容制造商提供的 spice 模型。 (6) dll 接口為應(yīng)用提供特定的模式。 (7)基于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 spice3f5 混合模型的 i“路仿真器。 (8) 14 種虛擬儀器：示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器、規(guī)程分析儀等。 (9)高級仿真包括強(qiáng)大的基于圖形的分析功能：模擬、數(shù)字和混合瞬時(shí)圖形，頻率， 轉(zhuǎn)換，噪聲，失真，傅立葉，交流、直流和音頻曲線。 (10)模擬信號發(fā)生器包括直流、正弦、脈

33、沖、分段線性、音頻、指數(shù)、單頻 fm；數(shù)字 信號發(fā)生器包括尖脈沖、脈沖、時(shí)鐘和碼流。 (11)集成 proteus pcb 設(shè)計(jì)形成完整的電子設(shè)計(jì)系統(tǒng)。 二、 proteus isis isis 是 proteus 系統(tǒng)的中心，它遠(yuǎn)不僅是一個(gè)圖表庫。它是具有控制原理圖畫圖的外 觀的超強(qiáng)設(shè)計(jì)環(huán)境。無論是實(shí)現(xiàn)復(fù)雜設(shè)計(jì)的仿真以及 pcb 設(shè)計(jì)，還是設(shè)計(jì)精美的原理圖 isis 都是最好工具。 雙擊桌面上的 isis 6 professional 圖標(biāo)或者單擊屏幕左下方的 “開始”一“程序”一“proteus”一“isis 6 professional”菜單啟動了 proteus isis 集成環(huán)境。

34、proteus isis 的工作界面是一種標(biāo)準(zhǔn)的 windows 界面。包括：標(biāo)題欄、主菜單、工具 欄、預(yù)覽窗口、挑選元件按鈕、庫管理按鈕、原理圖編輯窗口。元件列表、對象選擇按鈕、 預(yù)覽對象方位控制按鈕、仿真控制按鈕、狀態(tài)欄。 第三章第三章 硬件電路設(shè)計(jì)硬件電路設(shè)計(jì) 3.13.1 設(shè)計(jì)框圖設(shè)計(jì)框圖 本研究設(shè)計(jì)的酒精濃度測試儀框圖如圖 3-1 所示。mq-3 乙醇?xì)怏w傳感器輸出信號經(jīng)信 號調(diào)理電路處理，輸出隨乙醇濃度變化的電壓信號，該電壓信號送入單片機(jī)系統(tǒng)，經(jīng) ad 轉(zhuǎn)換，與設(shè)定的醉酒閾值進(jìn)行比較，并顯示或報(bào)警。 mq-3氣體傳感器 信號調(diào)理電路 mq-3傳感器模塊 模/數(shù)轉(zhuǎn)換 電壓/酒精濃度

35、轉(zhuǎn)換 閾值比較外部eeprom 醉酒閾值 模擬電壓信號 酒精濃度顯示過閾報(bào)警 stc12c5a16ad單片機(jī) 圖 3-1 酒精濃度測試儀方框圖 3.23.2 乙醇信號檢測及調(diào)理電路乙醇信號檢測及調(diào)理電路 mq-3 乙醇?xì)怏w傳感器可以應(yīng)用用于機(jī)動車駕駛?cè)藛T及其他嚴(yán)禁酒后作業(yè)人員的現(xiàn)場檢 測，也用于其他場所乙醇蒸汽的檢測。其技術(shù)特點(diǎn)為： 1：對乙醇蒸汽有很高的靈敏度和良好的選擇性 2：快速的響應(yīng)恢復(fù)特性 3：長期的壽命和可靠的穩(wěn)定性 4：簡單的驅(qū)動回路 mq-3 乙醇?xì)怏w傳感器靈敏度曲線如圖 3-2 所示，其傳感原理為氣敏電阻的輸出阻值隨 乙醇?xì)怏w等濃度變化而變化。 圖 3-2 mq-3 乙醇?xì)怏w

36、傳感器靈敏度曲線 mq-3 乙醇?xì)怏w傳感器管腳與測試電路如圖 3-3 所示。 (a) 管腳圖 (b) 測試電路 圖 3-3 mq-3 乙醇?xì)怏w傳感器管腳及測試電路 mq-3 乙醇?xì)怏w傳感器及其調(diào)理電路原理如圖 3-4 所示。其外形如圖 3-5 所示。經(jīng)過 調(diào)理，檢測信號由電阻值轉(zhuǎn)變成電壓值，便于后續(xù)電路進(jìn)行 a/d 轉(zhuǎn)換和處理。 ab h 1 3 6 4 5 2 qm-n10 vccvccvcc r3 led c1 vcc 2 3 4 1 8 u1a r1 1 2 3 4 p1 rp 產(chǎn)產(chǎn)產(chǎn)產(chǎn) 產(chǎn)產(chǎn)產(chǎn)http:/ 產(chǎn)產(chǎn)產(chǎn)產(chǎn)產(chǎn)產(chǎn)產(chǎn)產(chǎn)http:/ r2 +5v dout aout gnd 圖 3-

37、4 傳感器及調(diào)理模塊原理圖 圖 3-5 mq-3 傳感器模塊外形圖 該傳感器模塊具有如下特點(diǎn)，方便與單片機(jī)系統(tǒng)接口組成檢測儀器。 具有信號輸出指示。 雙路信號輸出（模擬量輸出及 ttl 電平輸出） ttl 輸出有效信號為低電平。 (當(dāng)輸出低電平時(shí)信號燈亮，可直接接單片機(jī)) 模擬量輸出 05v 電壓，濃度越高電壓越高。 3.33.3 單片機(jī)電路單片機(jī)電路 本設(shè)計(jì)選用高性能單片機(jī) stc12c5a16ad，其管腳如圖 3-6 所示。 pdip40, stc12c5a16ad 圖 3-6 stc12c2052ad 單片機(jī)管腳圖 該芯片為 52 內(nèi)核 8 位單片機(jī)，內(nèi)部集成了 10 位多路 a/d 轉(zhuǎn)

38、換模塊，適用于常用檢測 電路。由 stc12c5a16ad 組成的單片機(jī)系統(tǒng)原理圖如圖 7 所示。圖中 aout 為 mq-3 傳感器 模塊輸出的檢測電壓信號，送入 adc7 端口進(jìn)行處理，dout 為傳感器模塊輸出的數(shù)字電平 信號，該信號可以根據(jù)乙醇?xì)怏w濃度直接輸出報(bào)警信號，報(bào)警閾值通過模塊上的電位器進(jìn) 行調(diào)節(jié)。 圖 3-7 單片機(jī)系統(tǒng)原理圖 圖 3-7 中，按鍵 k2 和 k3 為醉酒閾值調(diào)整鍵，其中 k2 為“增加” ，k3 為“減小”按鍵。 l2 和 l3 為報(bào)警指示燈，分別可以進(jìn)行酒后和醉酒兩級報(bào)警。 3.43.4 顯示電路顯示電路 顯示部分采用 smc 1602 液晶屏進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示

39、，其主要技術(shù)參數(shù)為： 表 3-1 液晶屏技術(shù)指標(biāo) 接口信號說明如表 3-2 所示。 表 3-2 液晶屏接口信號說明 與單片機(jī)接口電路如圖 3-8 所示。其中 j2 的 3 腳為背光引腳，r9 和 r10 電阻用于調(diào) 節(jié)背光亮度。j2 的 4、5、6 引腳分別接液晶的 rs、e/w 和 e 控制引腳，j2 的 714 引腳 為數(shù)據(jù)引腳。 圖 3-8 lcd 與單片機(jī)接口電路 3.53.5 閾值存儲閾值存儲 醉酒閾值存儲在 eeprom 芯片 at24c04 中，并可以通過 “增加” 、 “減少”按鍵調(diào)節(jié)并 保存。at24c04 是 iic 接口的 eeprom 芯片，可以用于掉電不易失數(shù)據(jù)的存儲

40、。其電路如圖 3-9 所示。圖中 a0、a1 和 a2 為芯片的地址引腳，一般接地即可。scl 和 sda 為 at24c04 和單片機(jī) iic 通信的時(shí)鐘線和數(shù)據(jù)線。 圖 3-9 eeprom 存儲電路 第四章第四章 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì) 1、軟件流程圖 本設(shè)計(jì)軟件主程序流程圖如圖 4-1 所示。 數(shù)據(jù)初始化 a/d轉(zhuǎn)換初始化 定時(shí)器初始化 顯示初始化 進(jìn)入后臺while循環(huán) 觸發(fā)a/d轉(zhuǎn)換 換算酒精濃度 酒精濃度顯示 超過閾值嗎？ 有鍵按下嗎？按鍵處理 酒精濃度顯示 報(bào)警 是 是 否 否 圖 4-1 主程序流程圖 2.簡單程序介紹 #include /頭文件 #define uchar uns

41、igned char /宏定義無符號字符型 #define uint unsigned int /宏定義無符號整型 code uchar seg7code10= 0 xc0,0 xf9,0 xa4,0 xb0,0 x99,0 x92,0 x82,0 xf8,0 x80,0 x90; /顯示段碼 數(shù)碼管字跟 uchar wei4=0xef,0xdf,0xbf,0x7f; /位的控制端 /位控制碼 sbit st=p30; /a/d 啟動轉(zhuǎn)換信號 sbit oe=p31; /數(shù)據(jù)輸出允許信號 sbit eoc=p32; /a/d 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號 sbit clk=p33; /時(shí)鐘脈沖 uint z,

42、x,c,v,ad0809, date;/定義數(shù)據(jù)類型 延時(shí)函數(shù)延時(shí)函數(shù) void delay(uchar t) uchar i,j; for(i=0;i0;j-); ; 數(shù)碼管動態(tài)掃描數(shù)碼管動態(tài)掃描 void xianshi() /顯示函數(shù) uint z,x,c,v; z=date/1000; /求千位 x=date%1000/100; /求百位 c=date%100/10; /求十位 v=date%10; /求個(gè)位 p2=0xff; p0=seg7codez p2=wei0; delay(80); p2=0xff; p0=seg7codex; p2=wei1; delay(80); p2=0

43、xff; p0=seg7codec; p2=wei2; delay(80); p2=0xff; p0=seg7codev; p2=wei3; delay(80); p2=0xff; clkclk 振蕩信號振蕩信號 void timer0( ) interrupt 1 /定時(shí)器 0 工作方式 1 th0=(65536-2)/256; /重裝計(jì)數(shù)初值 tl0=(65536-2)%256; /重裝計(jì)數(shù)初值 clk=!clk; /取反 主函數(shù)主函數(shù) void main() tmod=0x01; /定時(shí)器中斷 0 clk=0; /脈沖信號初始值為 0 th0=(65536-2)/256; /定時(shí)時(shí)間高八

44、位初值 tl0=(65536-2)%256; /定時(shí)時(shí)間低八位初值 ea=1; /開 cpu 中斷 et0=1; /開 t/c0 中斷 tr0=1; while(1) /無限循環(huán) st=0;/使采集信號為低 st=1;/開始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 st=0;/停止數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 while(!eoc);/等待數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完畢 oe=1;/允許數(shù)據(jù)輸出信號 ad0809=p1; /讀取數(shù)據(jù) oe=0;/關(guān)閉數(shù)據(jù)輸出允許信號 if(ad0809=251)/電壓顯示不能超過 5v ad0809=250; date=ad0809*20;/數(shù)碼管顯示的數(shù)據(jù)值，其中 20 為采集數(shù)據(jù)的毫安值 xianshi();/數(shù)碼管顯示函數(shù)

45、 當(dāng)測量濃度大于設(shè)定濃度時(shí)，單片機(jī) io 口輸出低電平 #include /庫文件 #define uchar unsigned char/宏定義無符號字符型 #define uint unsigned int /宏定義無符號整型 第五章第五章 調(diào)試調(diào)試 當(dāng)程序在 uvision 環(huán)境下編寫完成，并編譯生成.hex 文件后，就可以下載并進(jìn)行調(diào)試 了。 一、一、usbusb 轉(zhuǎn)串口驅(qū)動安裝轉(zhuǎn)串口驅(qū)動安裝 打開 usb 驅(qū)動文件夾下的 pl2303_prolific_driverinstaller_v130.exe 安裝文件， 按提示安裝 usb 轉(zhuǎn)串口驅(qū)動程序。安裝完成后，插入 usb 下載線后

46、，在開始-控制面板- 打印機(jī)和其他硬件-設(shè)備管理器，在“端口”分支下有（prolific usb-to-serial comm port(comx)。x 表示串口號，如果沒有說明 usb 轉(zhuǎn)串口驅(qū)動沒有安裝，須重新安裝。 記住括號里的 com 口號。 圖 5-1 成功安裝 usb 轉(zhuǎn)串口驅(qū)動示意圖 二、下載程序 打開 stc 單片機(jī)下載軟件文件夾，點(diǎn)擊運(yùn)行 stc_isp_v481.exe 程序，出現(xiàn)如下界面。 圖 5-2 下載軟件 正確選擇 mcu 類型，com 口（與剛才安裝的 com 號一致） ，最高波特率和最低波特率 都選 2400bps 或者 1200bps （下載線內(nèi) pl2303

47、 芯片所限，沒辦法！） ，并打開正確的.hex 數(shù)據(jù)文件。 點(diǎn)擊“download/下載”按紐，窗口出現(xiàn)提示： chinese:正在嘗試與 mcu/單片機(jī) 握手連接 . connection is failure. you can try: 1.give your mcu power on reset. 2.stop operation, then re-select com port. 3.because plcc-dip/pqfp-dip socket trace too long. 4.update the stc isp.exe version. 5.if still error, y

48、our mcu firmware is error or null. chinese:連接失敗，請嘗試以下操作： 1.在單片機(jī)停電狀態(tài)下，點(diǎn)下載按鈕，再給單片機(jī)上電 2.停止下載，重新選擇 rs-232 串口, 接好電纜 3.可能需要先將 p1.0/p1.1 短接到地 4.可能外部時(shí)鐘未接 5.因 plcc、pqfp 轉(zhuǎn)換座引線過長而引起時(shí)鐘不振蕩，請 調(diào)整參數(shù) 6.可能要升級電腦端的 stc isp.exe 軟件 7.若仍然不成功，可能 mcu/單片機(jī)內(nèi)無 isp 系統(tǒng)引導(dǎo)碼， 或需退回升級，或 mcu 已損壞 8.若使用 usb 轉(zhuǎn) rs-232 串口線下載，可能會遇到不兼容 的問題，可以

49、讓我們幫助購買兼容的 usb 轉(zhuǎn) rs-232 串口線 仍在連接中, 請給 mcu 上電. 按下電路板上的電源按紐，保證其有個(gè)失電至上電的過程，則窗口顯示開始燒錄芯片。 芯片燒錄成功后，程序開始運(yùn)行，酒精濃度測試儀正常工作。 參考文獻(xiàn) 1 張毅剛.單片機(jī)原理及應(yīng)用 m.高等教育出版社 2 黃惠媛.單片機(jī)原理與接口技術(shù) m.海洋出版社 3 徐新民.單片機(jī)原理與應(yīng)用 m.浙江大學(xué)出版社 4 何道清.傳感器與傳感器技術(shù) m.科學(xué)出版社 5 電子制作.2007 年第 6 期 j.北京:電子制作編輯部,4243 6 電子制作.2007 年第 12 期 j.北京:電子制作編輯部,62 致謝 通過這次的課程

50、設(shè)計(jì)，我對于單片機(jī)的了解更加深入了。我發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)過程是一個(gè)考驗(yàn) 人耐心的過程，不能有絲毫的急躁，對電路應(yīng)該一步一步的來。經(jīng)過這次課程設(shè)計(jì)的訓(xùn)練， 使我對單片機(jī)的運(yùn)用以及編寫程序有了進(jìn)一步的了解，并且加深了我對這門課程的興趣。 21 世紀(jì)是科技快速發(fā)展的時(shí)期，更是電子產(chǎn)品飛書速更新的時(shí)期，對于我們，是個(gè)機(jī)遇。 因此鞏固理論知識，提高動手能力是我們現(xiàn)在的當(dāng)務(wù)之急，這次課程設(shè)計(jì)是給我提高的機(jī) 會。也因?yàn)檫@樣，我明白了真理總是在不斷的揣摩中產(chǎn)生的，這是我的最深體會。為了做 好這次課程設(shè)計(jì)，我查閱了很多資料，也請教了老師，費(fèi)了不少心思。 在此感謝老師的指導(dǎo)和幫助，感謝老師傳授給我的知識，指導(dǎo)老師的嚴(yán)謹(jǐn)和求

51、實(shí)的治 學(xué)精神及踏實(shí)細(xì)致的科研態(tài)度使我受益非淺。在課程設(shè)計(jì)完成之際，謹(jǐn)向敬愛的宋朝暉老 師表示忠心的感謝和誠摯的祝福。最后感謝我的同學(xué)以及家人這段時(shí)間以來對我的關(guān)心和 支持。 裝 訂 線 附錄附錄 a 元器件清單元器件清單 m10-m10-單片機(jī)酒精檢濃度測報(bào)警套件元器件清單單片機(jī)酒精檢濃度測報(bào)警套件元器件清單 酒精濃度測試儀酒精濃度測試儀(1602)(1602)元器件清單元器件清單 元件名封裝標(biāo)稱值說明數(shù)量 c1 直插 10uf/16v 電解電容 1 c2 直插 30pf1 c3 直插 30pf1 c4 直插 22uf/16v 電解電容 1 c5 直插 0.1uf1 d4 直插 1n4148

52、1 r1 r4 r7 r8 直插 1k1 r2 r3 r5 r6 直插 10k1 r9 r10 直插 10k1 s1 直插自鎖電源開關(guān)按鈕 1 s2 直插按鍵 1 s3 直插按鍵 1 d1 直插紅色發(fā)光管 1 d2 直插紅色發(fā)光管 1 d3 直插紅色發(fā)光管 1 y1 直插 12m 晶振 1 u1dip40stc12c5a16ad 單片機(jī) 1 u2dip824c04eeprom1 u3 直插 mq-3 酒精測試模塊 1 液晶屏綠屏 lcd16021 j1sip16 顯示接口8 腳插座 1 j2sip4 傳感器接口4 腳插座 1 單片機(jī)插座 dip401 電路板 1 附錄附錄附錄附錄 b b b

53、b 實(shí)物圖實(shí)物圖實(shí)物圖實(shí)物圖 附錄附錄附錄附錄 c c c c 程序程序程序程序 /#include reg52.h #include stc12c5a.h #include 1602.h #include 2402.h #define uchar unsigned char #define uint unsigned int /聲明常量 #define alch 80 /醉駕標(biāo)準(zhǔn) 80mg/l /k_mg_mv 和 k_zero 為傳感器校準(zhǔn)系數(shù)，要根據(jù)每個(gè) mq-3 模塊校準(zhǔn) #define k_mg_mv 160/66 /傳感器靈敏度系數(shù)，每毫克/l 對應(yīng)的 10 毫伏數(shù) #define

54、 k_zero 0 /傳感器零點(diǎn)漂移，約 130mv /定義按鍵 sbit key_up = p36; sbit key_down = p37; /定義 led 報(bào)警燈 sbit led_warn1 = p34; sbit led_warn2 = p35; /定義乙醇傳感器 ttl 電平輸出引腳 sbit dout = p14; /定義標(biāo)識 volatile bit flagstartal = 0; /開始轉(zhuǎn)換標(biāo)志 volatile bit flagkeypress = 0; /有鍵彈起標(biāo)志 /全局變量定義 uchar threshold; /酒精濃度上限報(bào)警值 uint alcounter;

55、 /酒精轉(zhuǎn)換計(jì)時(shí)器 uint alvalue; /酒精測量值 float altemp; /計(jì)算臨時(shí)變量 uint keyvalue, keyup, keydown; /鍵值 char * psave; /eeprom 存盤用指針 /函數(shù)聲明 void data_init(); void timer0_init(); 裝 訂 線 void port_init(); void adc_init(); uchar getadval(); void keyprocess(uint ); /數(shù)據(jù)初始化 void data_init() alcounter = 0; alvalue = 0; led_w

56、arn1 = 1; led_warn2 = 2; keyvalue = 0; keyup = 1; keydown = 1; /定時(shí)器 0 初始化，中斷時(shí)間約 2 毫秒 /計(jì)算：晶振 11.0592mhz，定時(shí)器時(shí)鐘 11059200/12=921600，每毫秒 922 個(gè)脈沖 / 16 位定時(shí)器初值 65536-1844=63692=0 xf8cc void timer0_init() et0 = 1; /允許定時(shí)器 0 中斷 tmod = 1; /定時(shí)器工作方式選擇 tl0 = 0 xcc; / th0 = 0 xf8; /定時(shí)器賦予初值，大約為 2 毫秒中斷 1 次 tr0 = 1; /

57、啟動定時(shí)器 /定時(shí)器 0 中斷 void timer0_isr (void) interrupt 1 using 0 tl0 = 0 xcc; th0 = 0 xf8; /定時(shí)器賦予初值 /每 1 秒鐘啟動一次 ad 轉(zhuǎn)換 alcounter +; if (alcounter = 500) flagstartal = 1; alcounter = 0; void port_init() p1m0 = 0 x80; /10000000，p1.7 作為 ad 輸入 p1m1 = 0 x80; / void adc_init() uint i; p1asf = 0 x80; /設(shè) p1.7 為 ad 輸入 adc_res = 0; /清先前的結(jié)果 adc_contr|=0 x80; /power=