基于单片机的酒精浓度检测仪设计基于51单片机酒精浓度检测仪的设计(编辑修改稿)

基于单片机的酒精浓度检测仪设计基于51单片机酒精浓度检测仪的设计(编辑修改稿)内容摘要：

模数转换器具有 8 位分辨率、双通道 A/D 转换、输入输出电平与 TTL/CMOS 相兼容、 5V 电源供电时输入电压在 0～ 5V 之间、工作频率为250KHZ、转换时间为 32 微秒、一般功耗仅为 15MW 等优点 ， 适合本系统的应用 ，所以我们采用 ADC0832 为模数转换器 [5]。 ADC0832 具有以下特点 ： (1) 8 位分辨率 (2) 双 向 通道 A/D 转换 (3) 输入 电平与 输出电平与 TTL/CMOS 相兼容 (4) 5V 电源供电时输入电压在 0~5V 之间 北京信息科技大学 本科毕业论文（设计） 6 (5) 工作频率 是 250KHZ， 转换时间 是 32μS (6) 一般功耗仅为 15mW (7) 8P、 14P— DIP(双列直插 )、 PICC 多种封装 商用级芯片温宽为 0 度 to +70 度 ,工业级芯片温宽为 40 度 to +85 度 ； 芯片接口说明 ： (8) CS_ 片选使能 ， 低电平芯片使能 (9) CH0 模拟输入通道 0， 或作为 IN+/使用 (10) CH1 模拟输入通道 1， 或作为 IN+/使用 (11) GND 芯片参考 0 电位 (地 ) (12) DI 数据信号输入 ， 选择通道控制 (13) DO 数据信号输出 ， 转换数据输出 (14) CLK 芯片时钟输入 (15) Vcc/REF 电源输入及参考电压输入 (复用 ) AT24C02 存储器 在本设计中使用 的是 24C02 存储芯片 ， 是电可擦除的 PROM， 8 个引脚功能及两线串行接口 ， 电压允许范围 ~5V。 串行 E2PROM 是基于 I2CBUS 的存储器件 ， 遵循二线制协议 ， 由于其具有接口方便 ， 体积小 ， 数据掉电不丢失等特点 ， 在仪器仪表及工业自动化控制中得到大量的应用。 在一般单片机系统中 ， 24C02 数据受到干扰的情况是很少的 ， 基本的读写功能外 ， 还对地址功能以及 WP 引脚保护功能进行了全面的检测 [6]。 发现一种 ATMEL(激光印字 )以及 XICOR 牌号的 24C02 具有全面的符合 I2C 总线协议的功能 ， 而有些牌号 24C02 要么没有 WP 引脚保护功能 ， 要么没有器件地址功能 (即 2 片 24C02 不能共用一个 I2C 总线 )有些甚至两种功能均无 ， 所以说一些同样功能型号的电子器件在兼容性上往往会带来意想不到的问题 ， 值得引起注意。 LCD 显示模块 液晶显示模块与计算机的接口电路有两种方式 ， 它与单片机的接口方法分为直接 访问方式和 间接 控制方式。 直接访问方式是把液晶模块 当作 存储器或 I/O 设北京信息科技大学 本科毕业论文（设计） 7 备直接接在单片机的总线上 ， 单片机以访问存储器或 I/O 设备的方式操作液晶显示模块的工作。 间接控制方式 只是 利用它的 I/O 口来实现与显示模块的联 系 ，而不使用单片机的数据系统。 这种访问方式 既 不占用存储器空间 ， 接口电路 又 与时序 无关，其时序彻底地靠软件编程实现 [7]。 表 21 LCD1602 接口 功能表 引脚号 引脚名 电平 输入输出 引脚说明 1 VSS 电源地 2 VDD 电源正极（ +5V） 3 VL 液晶显示偏压信号 4 RS 0/1 输入 数据 /命令选择端， 0：输入指令， 1：输入数据 5 R/W 0/1 输入 读 /写选择端， 0：想 LCD写入指令或数据， 1：从LCD 读取信息 6 E 1→ 0 输入 使 能信号， 1 时读取信息， 1→ 0（下降沿）执行指令 7 D0 0/1 输入 /输出 数据总线（最低位） 8 D1 0/1 输入 /输出 数据总线 9 D2 0/1 输入 /输出 数据总线 10 D3 0/1 输入 /输出 数据总线 11 D4 0/1 输入 /输出 数据总线 12 D5 0/1 输入 /输出 数据总线 13 D6 0/1 输入 /输出 数据总线 14 D7 0/1 输入 /输出 数据总线（最高位） 15 BLA +VCC LCD 背光电源正极 16 BLK 接地 LCD 背光电源负极 北京信息科技大学 本科毕业论文（设计） 8 LCD1602 字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式 LCD， 目前常用 161 ， 162 ， 202 和 402 行等的液晶显示模块 ， 模块组件内部主要由 LCD 显示屏、控制器、列驱动器和偏压产生电路构成。 1602 液晶显示屏采用标准的 16 脚接口 ， 其中各接口的功能如 上 表 21 所示 ： 3 系统硬件设计 基于单片机酒精浓度检测仪的硬件设计部分 ， 首先 ， 我们必须了解它的硬件设计原理其次 ， 需要弄清楚它的总体构成及具体的外围电路最后 ， 根据其原理框图和具体的 外围电路得到完整的硬件总电路图。 硬件设计原理 由酒精传感器对待测气体 (液体 )进行检测 ， 转换成输出电压信号 ，以 单片机为核心的控制、信号采集处理、声光报警电路以及显示、键盘、 PC 接口电路。 测试仪进行气体检测的基本步骤是单片机 先 采集酒精传感器的响应信号 ，然后 进行转换 ， 储存在数据储存器中 ，最后 单片机通过特定的算法进行气体浓度的识别 ， 同时将分析的值与设定值进行对比 ， 对超出设定值进行报警 ， 并且将结果输出到 LED显示屏幕上 [8]。 本系统由酒精传感器 ， 数模转换器 ， 单片机 ， 键盘 ， 声音报警以及 LCD 显示等部分组成 ， 在这次的整体设计中详细涉及下面几个方面 ， 其原理框图如图 31所示 ： 传 感 器信 号 调 制A / D单 片 机液 晶 显 示 器按 键外 部 存 储 器 图 31 系统总体流程图 北京信息科技大学 本科毕业论文（设计） 9 硬件设计外围电路 晶振电路、复位电路设计 单片机工作的过程中各指令的微操作在时间上有严格的次序 ， 这种微操作的时间次序称作时序。 单片机的时钟信号用来为单片机芯片内部各种微操作提供时间基准。 89C51 的时钟产生方式有两种 ， 一种是内部时钟方式 ， 一种是外部时钟方式。 内部时钟方式即在单片机的外部接一个晶振电路与单片机里面的振荡器组合作用产 生时钟脉冲信号。 外部时钟方式是把外部已有的时钟信号引入到单片机内 ， 此方式常用于多片 89C51 单片机同时工作 ， 以便于各单片机的同步 ， 一般要求外部信号高电平的持续时间大于 20ns， 且为频率低于 12MHz 的方波 [9]。 对于CHMOS 工艺的单片机 ， 外部时钟要由 XTAL1 端引入 ， 而 XTAL2 端应悬空。 本系统中为了尽量降低功耗的原则 ， 采用了内部时钟方式。 晶振电路和复位电路 如下图 32 所示 ： 图 32 晶振电路与复位电路 单片机开始工作的时候 ， 必须处于一种确定的状态 ， 否则 ， 不知哪是第一条程序和如何开始运行程序。 端口 线电平和输入输出状态不确定可能使外围设备 操北京信息科技大学 本科毕业论文（设计） 10 作失误， 导致严重事故的发生 ， 内部一些控制寄存器 (专用寄存器 )内容不确定可能导致定时器溢出、程序尚未开始就要中断及串口乱传向外设发送数据。 因此 ， 任何单片机在开始工作前 ， 都必须进行一次复位过程 ， 使单片机处于一种确定的状态。 当在 89C51 单片机的 RST 引脚引入高电平并保持 2 个机器周期时 ， 单片机内部就执行复位操作 (若该引脚持续保持高电平 ， 单片机就处于循环复位状态 )。 实际应用中 ， 复位操作有两种基本形式 ： 一种是上电复位 ， 另一种是上电与按键均有效的复位。 上电复位 ， 要求接通电源 后 ， 单片机自动实现复位操作常用的上电复位 ， 上电瞬间 RST 引脚获得高电平 ， 随着电容 C1 的充电 ， RST 引脚的高电平将逐渐下降 [10]。 本设计中复位电路采用的是开关复位电路 ， 开关 S9 未按下是上电复位电路 ，上电复位电路在上电的瞬间 ， 由于电容上的电压不能突变 ， 电容处于充电 (导通 )状态 ， 故 RST 脚的电压与 VCC 相同。 随着电容的充电 ， RST 脚上的电压才慢慢下降。 选择合理的充电常数 ， 就能保证在开关按下时是 RST 端有两个机器周期以上的高电平从而使 STC89C51 内部复位。 开关按下时是按键手动复位电路 ， RST端通过电阻 与 VCC 电源接通 ， 通过电阻的分压就可以实现单片机的复位。 如图 33所示 ： 接 地R 5 1 kR 4 1 0 k R 3 1 0 k按 键 开 关V c c电 容 图 33 复位电路 RST 引脚的高电平只要能保持足够的时间（ 2 个机器周期），单片机就可以复位。