畢業(yè)設計（論文）基于單片機的酒精探測儀設計

1、i摘 要機動車駕駛人員“酒后駕車”極易發(fā)生道路交通事故，嚴重危害了道路交通安全和人民生命財產安全。人飲酒后，酒精通過消化系統被人體吸收，經過血液循環(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。本探測儀采用酒精氣體敏感元件作為探頭，由一塊集成電路對信號進行放大，并驅動十個發(fā)光二極管按信號電壓高低依次顯示，同時由單片機控制對信號進行模數轉換用數碼管輸出。對剛飲過酒的人，只要向探頭吹一口氣，探測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別出瓶內盛的是白酒還是黃酒，能區(qū)分出酒精含量的高低。關鍵詞：傳感器；酒精探測儀；單片機；模-數

2、轉換iiabstractdriver 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 have disc

3、harge 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 signal vol

4、tage 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 gas. if p

5、op 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 convertiii目 錄摘 要 .iabstract .ii第 1 章 緒論

6、 .1第 2 章 傳感器基礎知識 .32.1 傳感器的定義.32.2 傳感器的分類.32.3 傳感器的特性.42.4 傳感器的選擇.52.5 傳感器的發(fā)展方向.6第 3 章 方案論證 .83.1 氣體傳感器的選擇.83.1.1 mq-3 基本介紹 .83.1.2 mq-3 的檢測 .93.2 編程語言的選擇.103.3 開發(fā)工具.113.3.1 單片機選擇.113.3.2 開發(fā)環(huán)境.133.3.3 仿真器.133.4 系統框圖.14第 4 章 系統實現 .154.1 發(fā)光二極管顯示.154.1.1 lm3914 基本介紹 .154.1.2 工作原理.164.2 數碼管顯示.164.2.1 ad

7、c0809 主要特性 .164.2.2 adc0809 內部結構 .174.2.3 adc0809 外部特性 .17iv4.2.4 工作原理.194.2.5 a/d 轉換 .204.2.6 顯示部分.21第 5 章 結論 .225.1 結果分析.225.2 有待改進的地方.23致 謝 .24參考文獻 .25附錄一：數碼管顯示程序 .26附錄二：整體電路 .291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一直扮演著一個重要的角色。在古代，傳感技術由人的感官來實現，人觀天象而仕農耕，察火色而冶銅鐵。從 18 世紀產業(yè)革命以來，特別是在 20

8、世紀信息革命中，傳感技術越來越多的由人造感官，即傳感器來實現。目前，傳感器的應用如此廣泛，可以說任何機械電氣系統都離不開它。人們常常將傳感器稱之為電五官，這是說如果將計算機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，對氣體的檢測已經是保護和改善生態(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、電化學氣體傳感器和半導體氣體傳感器等。接觸燃燒式氣體傳感器的檢測元件一般為鉑金屬絲（也可表面涂鉑、鈀等稀有金屬催化層） ，使用時對鉑絲通以電流，保持 300400的高溫，此時若與可燃性氣

9、體接觸，可燃性氣體就會在稀有金屬催化層上燃燒，因此鉑絲的溫度會上升，鉑絲的電阻值也上升；通過測量鉑絲的電阻值變化的大小，就知道可燃性氣體的濃度。電化學氣體傳感器一般利用液體（或固體、有機凝膠等）電解質，其輸出形式可以是氣體直接氧化或還原產生的電流，也可以是離子作用于離子電極產生的電動勢。半導體氣體傳感器具有靈敏度高、響應快、穩(wěn)定性好、使用簡單的特點，應用極其廣泛。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。酒精進入胃腸壁后，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)現酒精，大約經過 2.5小時，所飲酒中的酒

10、精便被人體全部吸收，滲透到肌體各組織內部。有資料表明，人體只要吸收 3080mgml 的酒精，就會出現健談、行動笨拙、絮叨不休、感情沖動、反應遲鈍等狀況；吸收 120mgml 以上的酒精，就已經是醉酒狀態(tài)了，出現疲勞嗜睡、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)生事故的機率高達 27。隨著攝入酒精量的增加，選擇反應錯誤率2顯著增加，當血液中酒精含量由 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。當然對付這些飲酒開車者，現在最便捷的就是使用酒精測試儀，可以當場直接測試。司機只要將嘴對著傳感器使勁吹氣，儀器就會

11、馬上顯示出酒精濃度的高低，對照這個數字交警們就可以馬上判斷該司機是否喝酒了。3第 2 章 傳感器基礎知識2.1 傳感器的定義國家標準 gb7665-87 對傳感器下的定義是：“能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉換元件組成”。傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。 2.2 傳感器的分類目前對傳感器尚無一個統一的分類方法，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

12、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) 按傳感器輸出信號的性質分類，可分為：輸出為開關量（“1”和“0” 或 “開”和“關”）的開關型傳感器；輸出為模擬型傳感器；輸出為脈沖或代碼的數字型傳感器。 電阻式傳感器 電阻式傳感器是將被測量，如位移、形變、力、加速度、濕度、溫度等這些物理量轉換式成電阻值這樣的一種器件。主要有電阻應變式、壓阻式、熱電阻、熱敏、氣敏、濕敏等電阻式傳感器件。電阻應變式傳感器 傳感器中的電阻應變片具有金屬的應變效應，即在外力作用下產生機械形變，從而使電阻值隨之發(fā)生相應的

13、變化。電阻應變片主要有金屬和半導體兩類，金屬應變片有金屬絲式、箔式、薄膜式之分。半導體應變片具有靈敏度高（通常是絲式、箔式的幾十倍）、橫向效應小等優(yōu)點。 壓阻式傳感器 壓阻式傳感器是根據半導體材料的壓阻效應在半導體材料的基片上經擴散電阻4而制成的器件。其基片可直接作為測量傳感元件，擴散電阻在基片內接成電橋形式。當基片受到外力作用而產生形變時，各電阻值將發(fā)生變化，電橋就會產生相應的不平衡輸出。 用作壓阻式傳感器的基片（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，尤其是以測量壓力和速度的固態(tài)壓阻式傳感器應用最為普遍。熱電阻傳感器 熱電阻傳感器主要是利用

14、電阻值隨溫度變化而變化這一特性來測量溫度及與溫度有關的參數。在溫度檢測精度要求比較高的場合，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大、線性好、性能穩(wěn)定、使用溫度范圍寬、加工容易等特點。用于測量 -200c +500c 范圍內的溫度。 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)特性是指對靜態(tài)的輸入信號，傳感器的輸出量與輸入量之間所具有相互關系。因為這時輸入量和輸出量都和時間無關，所以它們之間的關系，即傳感器的靜態(tài)特性可用一個不含時間變量的代數方程，或以輸入量作橫坐標，把與其對應的輸出量作縱坐標而畫出的特性曲線來描述。表征傳感器靜態(tài)特性的主要

15、參數有：線性度、靈敏度、分辨力和遲滯等。 （2）傳感器的動態(tài)特性 所謂動態(tài)特性，是指傳感器在輸入變化時，它的輸出的特性。在實際工作中，傳感器的動態(tài)特性常用它對某些標準輸入信號的響應來表示。這是因為傳感器對標準輸入信號的響應容易用實驗方法求得，并且它對標準輸入信號的響應與它對任意輸入信號的響應之間存在一定的關系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的標準輸入信號有階躍信號和正弦信號兩種，所以傳感器的動態(tài)特性也常用階躍響應和頻率響應來表示。（3）傳感器的線性度 通常情況下，傳感器的實際靜態(tài)特性輸出是條曲線而非直線。在實際工作中，為使儀表具有均勻刻度的讀數，常用一條擬合直線近似地代表實際的特性曲線、線

16、5性度（非線性誤差）就是這個近似程度的一個性能指標。擬合直線的選取有多種方法。如將零輸入和滿量程輸出點相連的理論直線作為擬合直線；或將與特性曲線上各點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 靈敏度是指傳感器在穩(wěn)態(tài)工作情況下輸出量變化y 對輸入量變化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入之間顯線性關系，則靈敏度 s 是一個常數。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，輸出電壓變化為 200mv，則其靈敏度應表示為 200mv/mm。當傳感

17、器的輸出、輸入量的量綱相同時，靈敏度可理解為放大倍數。提高靈敏度，可得到較高的測量精度。但靈敏度愈高，測量范圍愈窄，穩(wěn)定性也往往愈差。（5）傳感器的分辨力 分辨力是指傳感器可能感受到的被測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。當輸入變化值未超過某一數值時，傳感器的輸出不會發(fā)生變化，即傳感器對此輸入量的變化是分辨不出來的。只有當輸入量的變化超過分辨力時，其輸出才會發(fā)生變化。 通常傳感器在滿量程范圍內各點的分辨力并不相同，因此常用滿量程中能使輸出量產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。上述指標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

18、 遲滯特性表征傳感器在正向（輸入量增大）和反向（輸入量減?。┬谐讨g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，即便對于相同種類的測定量也可采用不同工作原理的傳感器，因此，要根據需要選用最適宜的傳感器。 （1） 測量條件 6 如果誤選傳感器，就會降低系統的可靠性。為此，要從系統總體考慮，明確使用的目的以及采用傳感器的必要性，絕對不要采用不適宜的傳感器與不必要的傳感器。測量條件列舉如下，即測量目的，測量量的選定，測量的范圍，輸入信號的帶寬，要求的精度，測量所

19、需要的時間，過輸入發(fā)生的頻繁程度。 （2） 傳感器的性能 選用傳感器時，要考慮傳感器的下述性能，即精度，穩(wěn)定性，響應速度，模擬信號或者數字信號，輸出量及其電平，被測對象特性的影響，校準周期，過輸人保護。 （3） 傳感器的使用條件 傳感器的使用條件即為設置的場所，環(huán)境(濕度、溫度、振動等)，測量的時間，與顯示器之間的信號傳輸距離，與外設的連接方式，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：隨著自動化生產程度的不斷提高，對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、響應速度快、互換性好的新型傳感器以確保生產自動化的可靠性。目前能生產精度在萬分之一以上的傳感器的廠

20、家為數很少，其產量也遠遠不能滿足要求。 （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，在軍用系統中要求工作溫度在 -40c85c 范圍，而汽車鍋爐等場合要求傳感器工作在 -20c 120c，在冶煉、焦化等方面對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：各種控制儀器設備的功能越來越大，要求各個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，目前利用

21、硅材料制作的傳感器體積已經很小。如傳統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加工技術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化，工作時7離不開電源，在野外現場或遠離電網的地方，往往是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壽命。目前，低功耗損的芯片發(fā)展很快，如ti2702 運算放大器，靜態(tài)功耗只有 1.5ma，而工作電壓只需 25v。 （5） 向智能化數字化發(fā)展：隨著現代化的發(fā)展，傳感器的功能已突破傳統

22、的功能，其輸出不再是一個單一的模擬信號（如 010mv） ，而是經過微電腦處理好后的數字信號，有的甚至帶有控制功能，這就是所說的數字傳感器。8第 3 章 方案論證 3.1 氣體傳感器的選擇3.1.1 mq-3 基本介紹一個新型的氣體檢測系統應該包括：（1）基于一種或幾種傳感技術的氣體傳感器。（2）組合了氣體傳感器和采樣調理電路的探頭。（3）配有人機接口軟件的中心監(jiān)測和控制系統。（4）在一些應用中，與其它安全系統和儀器的接口。本設計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:檢測范圍為 10ppm2000

23、ppm 靈敏度高，輸出信號為伏特級；響應速度快，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。可根據用戶要求調整外型參數提供應用設計服務。 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 型半導體微晶燒結層構成。當其表面吸附有被測氣體酒精分子時，表面導電電子比例就會發(fā)生變化，從而其表面電阻會隨著被測氣體濃度的變化而變化。由于這種變化是可逆的，所以能重復使用。mq-3 的靈敏度特性曲線如 圖 3-2 所示：9靈敏度特性曲線 圖圖 3-23-23.1.2 mq-3 的檢測 圖圖 3-33-3如圖 3-3 所示，當電源開關 s 斷開時，傳感

24、器加熱電流為零，實測 a，b 之間電阻20m 歐。s 接通，則 f，f 之間電流由開始時 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。此時如果將內盛酒精棉花的小瓶瓶口靠近傳感器，我們立即可以10看到數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 之間電阻恢復至大于 20m 歐。這種反應可以重復試驗，但要注意使空氣恢復到潔凈狀態(tài)。3.2 編程語言的選擇對于 8051 單片機，現有四種語言支持，即匯編、plm、c 和 basic。（1）basic 通常

25、附在 pc 機上，是初學編程的第一種語言。一個新變量名定義后可在程序中做變量使用，非常易學，根據解釋的行可以找到錯誤而不是當程序執(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)行時轉換成機器代碼，需要花費許多時間，不能做到實時性。basic 為簡化使用變量，所有變量都用浮點值。22 這樣簡單的運算完全是浮點算術操作，因而程序復雜且執(zhí)行時間長。即使是編譯 basic，也不能解決此浮點運算問題。8052 單片機片內固化有解釋 basic 語言，basic 適用于要求編程簡單而對編程效率或運行速度要求不高的場合。（2）plm 是 lntel 從 8080 微處理器開始為其系列產品開發(fā)

26、的編程語言。它很像 pascal，是一種結構化語言，但它使用關鍵字去定義結構。plm 編譯器像好的匯編器一樣可產生緊湊代碼。plm 總的來說是高級匯編語言，可詳細控制著代碼生成。但對 8051 系列，plm 不支持復雜的算術運算、浮點變量，也無豐富的庫函數支持。學習 plm 無異于學習一種新語言。（3）c 是一種源于編寫 unix 操作系統的語言，它是一種結構化語言，可產生緊湊代碼。c 結構是以括號 而不是字和特殊符號的語言。c 可以進行許多機器級函數控制而不用匯編語言。與匯編相比，有如下優(yōu)點：對單片機指令系統不要求了解，僅要求對 8051 的存貯器結構有初步了解；寄存器分配、不同存貯器的尋址

27、及數據類型等細節(jié)可由編譯器管理；程序有規(guī)范的結構，可分為不同的函數，這種方式可使程序結構化；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；關鍵字及運算函數可用近似人的思維過程方式使用；編程及程序高度調試時間顯著縮短，從而提高效率；提供的庫包含許多標準子程序，具有較強的數據處理能力；已編好程序可容易地植入新程序，因為它具有方便的模塊化編程技術。11c 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器硬件系統，基本上不作修改就可根據單片機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，指令系統比第一代微處理器要強一些。8051 的不同存貯

28、器區(qū)域使得其復雜一些。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，因為片外變量需要幾條指令才能設置累加器和數據指針進行存取。要求使用浮點和啟用函數時只有具備匯編程經驗才能避免生成龐大的、效率低的程序，這需要考慮簡單的算術運算或先算好的查表法。最好的單片機編程者應是由匯編轉用 c 而不是原來用過標準 c 語言的人。從實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 語言輔助設計。3.3 開發(fā)工具3.3.1 單片機選擇單片機是把 cpu、內存及 io 壓縮在同一塊芯片上，再外加一些電

29、子元件便可以構成一套簡易的控制系統。如此一來可以降低硬件成本，由于單片機芯片設計及制造技術的限制，在面積有限的芯片上無法設計出太大的內存空間，因此單片機上rom 及 ram 的容量都比較小，不過卻也加入了位輸入輸出控制，計時計數器及外部中斷的控制功能，有些單片機還有串行傳輸的接口，甚至還提供有 ad (模擬至數字轉換)及 da(數字至模擬轉換)的接口，真可謂麻雀雖小五臟俱全。8051 單片機是 intel 公司在 8048 的基礎上，對其功能加以改進所開發(fā)出來的8 位單片機，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 強很多，程序代

30、碼(存于外部 rom 中)的設計空間如同傳統 8 位的單片機，像 z80、6502cpu 等，尋址至 64k 字節(jié)的范圍，更甚者，其隨機存儲器(存于外部 ram 中)可額外再尋址 64k 字節(jié)，這是 8051 特別優(yōu)異的一點，加上 io 控制端口、中斷功能、定時器及串行接口，使得在一塊8051 芯片上外加少許外接元件便可組成一個完整的單片機控制系統。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器(eprom)，可以存放程序代碼，同時具有程序保密的特性，可以防止程序代碼被任12意地拷貝，只是價格較貴。電路構成類型如為 cmos 則耗電較低，而 8031 與

31、8051的差別在于 8031 內部本身沒有可存放程序代碼的存儲空間(沒有內部 rom 的型態(tài))，因此程序代碼必須由外部提供并外加 eprom。表表 3-13-1 80488048 和和 80518051 的功能比較的功能比較比較項目 8048 8051指令周期 2.5us 1us內部 ram 64 字節(jié) 128 字節(jié)內部 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 27 32中斷源 2 5定時器 8 位 1 組 16 位 2 組串行端口 無 一組表表 3-23-2 80518051 系列內部系列內部 romrom 和

32、內部和內部 ramram 的內存容量的內存容量編號 電路類型 rom 存儲容量（字節(jié)） ram 存儲容量（字節(jié)）8051ah hmos 4k rom 1288031ah hmos 沒有 1288751h hmos 4k eprom 12880c51 cmos 4k rom 12880c31 cmos 沒有 1288052 hmos 8k rom 2568032 hmos 沒有 256 8051 主要功能列舉如下：為一般控制應用的 8 位單片機；芯片內部有時鐘振蕩器(傳統最高工作頻率可達 12mhz)；13內部只讀存儲器(rom)為 4k 字節(jié)；內部隨機存儲器(ram)為 128 字節(jié)；外部只讀

33、存儲器可擴充至 64k 字節(jié)；外部隨機存儲器可擴充至 64k 字節(jié)；32 條雙向輸入輸出線，且每條均可以單獨做 io 的控制；5 個中斷向量源；2 組獨立的 16 位定時器；1 個全雙工串行通信端口：8751 及 8752 單片機具有數據保密的功能；單片機提供位邏輯運算指令。本次設計選用的是低耗的 80c51 單片機。3.3.2 開發(fā)環(huán)境本設計選用的開發(fā)平臺為 medwin 單片機集成開發(fā)環(huán)境，只需在 pc 機上安裝medwin 軟件，即可配合仿真器進行模擬仿真，使用十分方便。3.3.3 仿真器 目前，單片機因其諸多特點，在各行各業(yè)中得到了廣泛的應用。單片機本身只是一個電子器件，只有和其它器件

34、、設備有機地組合在一起，并配置適當的工作程序(軟件)后，才能構成一個單片機的應用系統。因此，單片機的開發(fā)包括硬件和軟件兩個部分。單片機本身沒有自開發(fā)功能，必須借助于開發(fā)工具。近年來，隨著個人計算機系統的不斷普及，國內外推出了不少以pc機為基礎的單片機開發(fā)系統；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機上，用軟件來實現仿真，并配置一系列相關的服務程序，使用時，只要在pc機上運行該軟件包，就可以對目標碼程序進行調試。對于那些只是用到單片機內部資源的設計來說，可以在軟件仿真器內完成仿真工作。而單片機軟件的設計總要和外部事件打交道，比如響應外部中斷，檢測某一引腳上輸入信號電平的高低，完成

35、ad轉換等；同時某些情況下，還要根據外部信號輸出不同的控制信號。如果使用硬件仿真系統或在線調試器時，已有一個實實在在的硬件環(huán)境，在調試時，可以利用目標系統提供給單片機各種信號的輸入，以便測14試單片機的實際運行情況。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，所以外部信號的輸入是面臨的一個難題；此外單片機常常需要和其它常用器件有機地組合在一起使用，如ad芯片、液晶顯示板等，如何仿真這些常用器件的功能，也是面臨的一個難題。 本設計選用的仿真器是se52p單片機仿真開發(fā)系統。3.4 系統框圖圖圖 3-43-4本系統如圖 3-4 所示，氣體傳感器遇到酒精則將化學信號轉換為電信號，lm3

36、914將此信號放大比較然后驅動相應的發(fā)光二極管使其點亮，從而顯示酒精濃度的高低。同時adc0809將氣體傳感器轉換的模擬電信號進行模數轉換，并由單片機控制，最后用數碼管顯示。15第 4 章 系統實現 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)光二極管集成驅動器lm3914結構如圖 4-1所示。其內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），電壓輸入信號經過緩沖器（增益為零）同時送到10個電壓比較器的異相（-）輸入端。10個電壓比較器的同相輸入（+）端分別接到10個等值電阻（1k歐）串聯回路的10個分壓端。因為與串聯回路相接的內16部參考電壓為

37、1.2v，所以相鄰分壓端之間的電壓差為1.2v/10=0.12v。為了驅動led1發(fā)光，集成電路lm3914的1腳輸出應該為低電平，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0.12*2=0.24v；要使led10發(fā)光，異相端輸入電壓應0.12*10=1.2v。lm3914的9腳為點，條方式選擇端，當9腳與11腳相接為點狀顯示；當9腳與3腳相接，則為條狀顯示。本系統采用條狀顯示方式。 4.1.2 工作原理圖圖 4-24-2如圖 4-2 所示，當檢測到酒精氣味時，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，驅動

38、發(fā)光二極管依次發(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節(jié)，即對“地”電阻調小時靈敏度下降；反之，靈敏度增加。改變 7 腳與 8 腳之間電阻的阻值可以調節(jié)發(fā)光二極管的顯示亮度，當阻值增加亮度減弱，反之加強。4.2 數碼管顯示4.2.1 adc0809 主要特性(1) 8 路 8 位 ad 轉換器，即分辨率 8 位。 (2) 具有轉換起?？刂贫恕?17(3) 轉換時間為 100s。(4) 單個5v 電源供電 。(5) 模擬輸入電壓范圍 05v，不需零點和滿刻度校準。 (6) 工作溫度范圍為-4085 攝氏度 。(7) 低功耗，約 15mw。 4.2.2 adc0809adc080

39、9 內部結構 adc0809 是 cmos 單片型逐次逼近式 ad 轉換器，內部結構如圖 4-3 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 da 轉換器、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，也可單獨工作。輸入輸出與 ttl 兼容。 圖圖 4-34-34.2.3 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。 18圖圖 4-44-4in0in7：8 路模擬量輸入端。 ：8 位數

40、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 4-14-1ale：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。 start：ad 轉換啟動信號，輸入，高電平有效。 eoc：ad 轉換結束信號，輸出，當 ad 轉換結束時，此端輸出一個高電平19（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 ad 轉換結束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)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。 adc0

41、809 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位。下降沿啟動 ad 轉換，之后 eoc 輸出信號變低，指示轉換正在進行。直到 ad 轉換完成，eoc 變?yōu)楦唠娖?，指?ad 轉換結束，結果數據已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。當 oe 輸入高電平 時，輸出三態(tài)門打開，轉換結果的數字量輸出到數據總線上。4.2.4 工作原理當檢測到酒精氣味時，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。采用查詢方式對輸入模擬信號進行 a/d 轉換

42、并且把轉換結果存到 30h 單元。然后將數據轉換成三位十進制 bcd 碼用數碼管顯示。程序流程圖如圖 4-5 所示：圖圖 4-54-5204.2.5 a/d 轉換 adc0809 與單片機 8051 的硬件接口方式有：查詢方式，中斷方式和等待延時方式。采用中斷方式不浪費 cpu 的等待時間，但如果 a/d 轉換時間較短，也可以用程序查詢方式和等待延時方式。本系統采用查詢方式。 adc0809 芯片內部沒有時鐘脈沖源，可以用單片機 8051 提供的地址鎖存控制輸入信號 ale 經 d 觸發(fā)器二分頻后，作為 adc0809 的時鐘輸入。ale 端信號的頻率是8051 單片機時鐘頻率的 1/6。如果

43、單片機的時鐘頻率是 6mhz，則 ale 端輸出信號的頻率為 1mhz，再二分頻后為 500khz，符合 adc0809 對時鐘頻率的要求。由于adc0809 具有三態(tài)輸出數據瑣存器，其 8 位數據輸出端可以直接與數據總線相連。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啟動 a/d 轉換。在讀取 a/d 轉換結果時，oe 產生的正脈沖信號用于打開三態(tài)輸出鎖存器。adc0809 的 eoc 信號與 8051 的 p2.3

44、相連，作為 a/d 轉換是否結束的狀態(tài)信號供 8051 查詢。adc0809 與 80c51 單片機的接口電路如圖 4-6 所示圖圖 4-64-6214.2.6 顯示部分本系統采用三位數碼管顯示。首先將轉換完成存在 30h 單元的數據轉換成三位十進制 bcd 碼，百位存入 r2，十存入 r3，個位存入 r4，然后將每位數字顯示出來，并且顯示約 1.2 s。22第 5 章 結論5.1 結果分析 本系統中數碼管顯示的是模擬信號 a/d 轉換后的數值，通過數值的高低辨別酒精濃度。結果照片如圖 5-1 所示：圖圖 5-15-11. 準備一個有蓋小瓶，瓶內盛放一小塊浸過酒精的藥棉，平時蓋緊瓶蓋不讓酒精氣

45、體外逸，實驗時打開瓶蓋，逐漸靠近已經預熱的 mq-3 探頭，發(fā)光二極管依次點亮，同時數碼管從小到大顯示數值（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。實驗時將探測器預熱后，將探頭分別伸入 5 只瓶中，觀察發(fā)光二極管是否點亮。235.2 有待改進的地方(1) 可以通過實驗建立酒精濃度與顯示數字之間的一一對應關系從而直接測出酒精濃度。方法是配制不同濃度的酒精溶液，用制作的酒精探測儀測出相應的數值，多

46、次實驗將得到的對應關系建立一個數表，顯示的時候查表即可。(2) 可以在本系統的基礎上制作酒精檢測鑰匙。即在車鑰匙上設計一個小吹管，由一組訊號發(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試樣本被發(fā)現超過法定允許的標準值，則系統將使引擎維持在靜止狀態(tài)無法啟動。當駕駛者按下遙控器上的“開門”按鈕，酒精探測儀也隨之啟動，然后駕駛者對著小管口吹氣，酒精濃度會經由感應器上的小綠燈或小紅燈顯示出來。當顯示綠燈時，鑰匙將傳送允許信號至車輛的電子控制系統，也就是通過檢測，可以上路了；但是如果測試結果為紅燈，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)動車子。 24致 謝在教學實驗中心進行畢業(yè)設計的這近半年的時間里，我體驗了一種不同于大學前三年的全新的學習生活方式。實驗中心良好寬松的實驗環(huán)境給了我充分發(fā)揮的空間，讓我體驗了個人努力和團隊