基于單片機的酒精濃度檢測儀設計基于51單片機酒精濃度檢測儀的設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 模數轉換器具有 8 位分辨率、雙通道 A/D 轉換、輸入輸出電平與 TTL/CMOS 相兼容、 5V 電源供電時輸入電壓在 0～ 5V 之間、工作頻率為250KHZ、轉換時間為 32 微秒、一般功耗僅為 15MW 等優點 ， 適合本系統的應用 ，所以我們采用 ADC0832 為模數轉換器 [5]。 ADC0832 具有以下特點 ： (1) 8 位分辨率 (2) 雙 向 通道 A/D 轉換 (3) 輸入 電平與 輸出電平與 TTL/CMOS 相兼容 (4) 5V 電源供電時輸入電壓在 0~5V 之間 北京信息科技大學 本科畢業論文（設計） 6 (5) 工作頻率 是 250KHZ， 轉換時間 是 32μS (6) 一般功耗僅為 15mW (7) 8P、 14P— DIP(雙列直插 )、 PICC 多種封裝 商用級芯片溫寬為 0 度 to +70 度 ,工業級芯片溫寬為 40 度 to +85 度 ； 芯片接口說明 ： (8) CS_ 片選使能 ， 低電平芯片使能 (9) CH0 模擬輸入通道 0， 或作為 IN+/使用 (10) CH1 模擬輸入通道 1， 或作為 IN+/使用 (11) GND 芯片參考 0 電位 (地 ) (12) DI 數據信號輸入 ， 選擇通道控制 (13) DO 數據信號輸出 ， 轉換數據輸出 (14) CLK 芯片時鐘輸入 (15) Vcc/REF 電源輸入及參考電壓輸入 (復用 ) AT24C02 存儲器 在本設計中使用 的是 24C02 存儲芯片 ， 是電可擦除的 PROM， 8 個引腳功能及兩線串行接口 ， 電壓允許范圍 ~5V。 串行 E2PROM 是基于 I2CBUS 的存儲器件 ， 遵循二線制協議 ， 由于其具有接口方便 ， 體積小 ， 數據掉電不丟失等特點 ， 在儀器儀表及工業自動化控制中得到大量的應用 。 在一般單片機系統中 ， 24C02 數據受到干擾的情況是很少的 ， 基本的讀寫功能外 ， 還對地址功能以及 WP 引腳保護功能進行了全面的檢測 [6]。 發現一種 ATMEL(激光印字 )以及 XICOR 牌號的 24C02 具有全面的符合 I2C 總線協議的功能 ， 而有些牌號 24C02 要么沒有 WP 引腳保護功能 ， 要么沒有器件地址功能 (即 2 片 24C02 不能共用一個 I2C 總線 )有些甚至兩種功能均無 ， 所以說一些同樣功能型號的電子器件在兼容性上往往會帶來意想不到的問題 ， 值得引起注意 。 LCD 顯示模塊 液晶顯示模塊與計算機的接口電路有兩種方式 ， 它與單片機的接口方法分為直接 訪問方式和 間接 控制方式 。 直接訪問方式是把液晶模塊 當作 存儲器或 I/O 設北京信息科技大學 本科畢業論文（設計） 7 備直接接在單片機的總線上 ， 單片機以訪問存儲器或 I/O 設備的方式操作液晶顯示模塊的工作 。 間接控制方式 只是 利用它的 I/O 口來實現與顯示模塊的聯 系 ，而不使用單片機的數據系統 。 這種訪問方式 既 不占用存儲器空間 ， 接口電路 又 與時序 無關，其時序徹底地靠軟件編程實現 [7]。 表 21 LCD1602 接口 功能表 引腳號 引腳名 電平 輸入輸出 引腳說明 1 VSS 電源地 2 VDD 電源正極（ +5V） 3 VL 液晶顯示偏壓信號 4 RS 0/1 輸入 數據 /命令選擇端， 0：輸入指令， 1：輸入數據 5 R/W 0/1 輸入 讀 /寫選擇端， 0：想 LCD寫入指令或數據， 1：從LCD 讀取信息 6 E 1→ 0 輸入 使 能信號， 1 時讀取信息， 1→ 0（下降沿）執行指令 7 D0 0/1 輸入 /輸出 數據總線（最低位） 8 D1 0/1 輸入 /輸出 數據總線 9 D2 0/1 輸入 /輸出 數據總線 10 D3 0/1 輸入 /輸出 數據總線 11 D4 0/1 輸入 /輸出 數據總線 12 D5 0/1 輸入 /輸出 數據總線 13 D6 0/1 輸入 /輸出 數據總線 14 D7 0/1 輸入 /輸出 數據總線（最高位） 15 BLA +VCC LCD 背光電源正極 16 BLK 接地 LCD 背光電源負極 北京信息科技大學 本科畢業論文（設計） 8 LCD1602 字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數字、符號等點陣式 LCD， 目前常用 161 ， 162 ， 202 和 402 行等的液晶顯示模塊 ， 模塊組件內部主要由 LCD 顯示屏、控制器、列驅動器和偏壓產生電路構成 。 1602 液晶顯示屏采用標準的 16 腳接口 ， 其中各接口的功能如 上 表 21 所示 ： 3 系統硬件設計 基于單片機酒精濃度檢測儀的硬件設計部分 ， 首先 ， 我們必須了解它的硬件設計原理其次 ， 需要弄清楚它的總體構成及具體的外圍電路最后 ， 根據其原理框圖和具體的 外圍電路得到完整的硬件總電路圖 。 硬件設計原理 由酒精傳感器對待測氣體 (液體 )進行檢測 ， 轉換成輸出電壓信號 ，以 單片機為核心的控制、信號采集處理、聲光報警電路以及顯示、鍵盤、 PC 接口電路 。 測試儀進行氣體檢測的基本步驟是單片機 先 采集酒精傳感器的響應信號 ，然后 進行轉換 ， 儲存在數據儲存器中 ，最后 單片機通過特定的算法進行氣體濃度的識別 ， 同時將分析的值與設定值進行對比 ， 對超出設定值進行報警 ， 并且將結果輸出到 LED顯示屏幕上 [8]。 本系統由酒精傳感器 ， 數模轉換器 ， 單片機 ， 鍵盤 ， 聲音報警以及 LCD 顯示等部分組成 ， 在這次的整體設計中詳細涉及下面幾個方面 ， 其原理框圖如圖 31所示 ： 傳 感 器信 號 調 制A / D單 片 機液 晶 顯 示 器按 鍵外 部 存 儲 器 圖 31 系統總體流程圖 北京信息科技大學 本科畢業論文（設計） 9 硬件設計外圍電路 晶振電路、復位電路設計 單片機工作的過程中各指令的微操作在時間上有嚴格的次序 ， 這種微操作的時間次序稱作時序 。 單片機的時鐘信號用來為單片機芯片內部各種微操作提供時間基準 。 89C51 的時鐘產生方式有兩種 ， 一種是內部時鐘方式 ， 一種是外部時鐘方式 。 內部時鐘方式即在單片機的外部接一個晶振電路與單片機里面的振蕩器組合作用產 生時鐘脈沖信號 。 外部時鐘方式是把外部已有的時鐘信號引入到單片機內 ， 此方式常用于多片 89C51 單片機同時工作 ， 以便于各單片機的同步 ， 一般要求外部信號高電平的持續時間大于 20ns， 且為頻率低于 12MHz 的方波 [9]。 對于CHMOS 工藝的單片機 ， 外部時鐘要由 XTAL1 端引入 ， 而 XTAL2 端應懸空 。 本系統中為了盡量降低功耗的原則 ， 采用了內部時鐘方式 。 晶振電路和復位電路 如下圖 32 所示 ： 圖 32 晶振電路與復位電路 單片機開始工作的時候 ， 必須處于一種確定的狀態 ， 否則 ， 不知哪是第一條程序和如何開始運行程序 。 端口 線電平和輸入輸出狀態不確定可能使外圍設備 操北京信息科技大學 本科畢業論文（設計） 10 作失誤， 導致嚴重事故的發生 ， 內部一些控制寄存器 (專用寄存器 )內容不確定可能導致定時器溢出、程序尚未開始就要中斷及串口亂傳向外設發送數據 。 因此 ， 任何單片機在開始工作前 ， 都必須進行一次復位過程 ， 使單片機處于一種確定的狀態 。 當在 89C51 單片機的 RST 引腳引入高電平并保持 2 個機器周期時 ， 單片機內部就執行復位操作 (若該引腳持續保持高電平 ， 單片機就處于循環復位狀態 )。 實際應用中 ， 復位操作有兩種基本形式 ： 一種是上電復位 ， 另一種是上電與按鍵均有效的復位 。 上電復位 ， 要求接通電源 后 ， 單片機自動實現復位操作常用的上電復位 ， 上電瞬間 RST 引腳獲得高電平 ， 隨著電容 C1 的充電 ， RST 引腳的高電平將逐漸下降 [10]。 本設計中復位電路采用的是開關復位電路 ， 開關 S9 未按下是上電復位電路 ，上電復位電路在上電的瞬間 ， 由于電容上的電壓不能突變 ， 電容處于充電 (導通 )狀態 ， 故 RST 腳的電壓與 VCC 相同 。 隨著電容的充電 ， RST 腳上的電壓才慢慢下降 。 選擇合理的充電常數 ， 就能保證在開關按下時是 RST 端有兩個機器周期以上的高電平從而使 STC89C51 內部復位 。 開關按下時是按鍵手動復位電路 ， RST端通過電阻 與 VCC 電源接通 ， 通過電阻的分壓就可以實現單片機的復位 。如圖 33所示 ： 接 地R 5 1 kR 4 1 0 k R 3 1 0 k按 鍵 開 關V c c電 容 圖 33 復位電路 RST 引腳的高電平只要能保持足夠的時間（ 2 個機器周期），單片機就可以復位