【正文】 嚴(yán)格的生產(chǎn)車間，用這種酒精濃度探測儀，可隨時檢測車間內(nèi)的酒精氣體濃度，當(dāng)酒精氣體濃度高于允許限定值時，發(fā)出警報，提醒人們及時通風(fēng)換氣，做到安全生產(chǎn)。 本文主要研究工作 本文以 STC12C5A16AD 單片機(jī)為核心，設(shè)計了用于測量酒精濃度 的探測儀，主要研究工作包括以下 3個方面。 （ 1）硬件電路方面，對氣體傳感器 MQ3按檢測電路，接上一定阻值的負(fù)載電阻，檢測它的技 畢業(yè)設(shè)計用紙 第 2頁 共 28 頁 術(shù)參數(shù)，確定 MQ3 所接負(fù)載電阻的大小，完成信號采樣電路的設(shè)計；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€間接的負(fù)載分壓值，需要將它轉(zhuǎn)化為被測酒精濃度值。通過多個樣品的測量確定多個濃度區(qū)間的轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)，并將每個區(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）為了盡量減少設(shè)計的氣體傳感器的測量誤差，在測量酒精溶液樣品時要考慮并解決 3 個主要問題。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個主要問題提出以下解決方案和驗(yàn)證方法。 測量樣品時，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，同時應(yīng)選擇空氣流動較小的室內(nèi)環(huán)境來測量。水蒸氣對 MQ3 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量誤差。 畢業(yè)設(shè)計用紙 第 3頁 共 28 頁 第二章 元器件和開發(fā)工具介紹 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC0809 圖 21 ADC0809芯片 主要特性 1） 8路 8位 A／ D轉(zhuǎn)換器，即分辨率 8位。 2）具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫恕? 3）轉(zhuǎn)換時間為 100μ s 4）單個＋ 5V電源供電 5）模擬輸入電壓范圍 0～＋ 5V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。 6）工作溫度范圍為 40～＋ 85攝氏度 7）低功耗，約 15mW。 內(nèi)部結(jié)構(gòu) ADC0809是 CMOS單片型逐次逼近式 A／ D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 21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 D／ A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。 外部特性（引腳功能） 畢業(yè)設(shè)計用紙 第 4頁 共 28 頁 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。 IN0～ IN7：8路模擬量輸入端。 21～ 28： 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。 ALE：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。 START： A／ D轉(zhuǎn)換啟動信號，輸入，高電平有效。 EOC： A／ D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當(dāng) A／ D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一個高電平（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) A／ D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸入 一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。 CLK：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于 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器。 START 上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動 A／ D轉(zhuǎn)換，之后 EOC輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到 A／ D轉(zhuǎn)換完成， EOC變?yōu)楦唠?平，指示 A／ D 轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。當(dāng) OE 輸入高電平 時，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） A縱向、單面打印。（ 2）頁邊距：上 、下 、內(nèi)側(cè) 3cm、外側(cè)2cm；（ 3）裝訂線 0cm、頁眉 、頁腳 、對稱頁邊距。 頁眉：常州輕工職業(yè)技術(shù)畢業(yè)設(shè)計；頁腳：頁碼，右側(cè)。 單片機(jī) STC12C5A16AD PDIP40, STC12C5A16AD 圖 22 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)： 畢業(yè)設(shè)計用紙 第 5頁 共 28 頁 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)輸出低電平時信號燈亮，可直接接單片機(jī)） 模擬量輸出 0~5V電壓，濃度越高電壓越高。 對乙醇蒸汽具有很高的靈敏度和良好的選擇性。 具有長期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性 快速的響應(yīng)恢復(fù)特性 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 。 Protel 軟件介紹 電路設(shè)計軟件使用的是 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，同時也是業(yè)界人士首選的電路板設(shè)計工具。 Protel 99 SE 由兩大部分組成：電路原理圖設(shè)計和多層印刷電路板設(shè)計。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）、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€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 Edit－﹥ DeSelect－﹥ Inside 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。對某個工程的操作是對一個數(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，通過最小化可看各個數(shù)據(jù)庫的窗口。 （ 2）、常用操作 調(diào)用畫圖工具 View－﹥ Toolbars－﹥ Customize。 在移動元件時按空格可旋轉(zhuǎn)元件 。 一個工程數(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，這時就需要根據(jù)元件資料自己動手在元件庫中制作這個元件。還有一種情況是各種元件分散在各個公司的元件庫中，不便于使用，所以要把常用元件集中到一個元件庫中，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)庫時可先用右鍵的 copy將 整個元件庫復(fù)制到當(dāng)前數(shù)據(jù)庫，再在 該數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行單個元件的復(fù)制。在放置芯片引腳時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)。 在畫芯片圖時，如果用到畫線的功能，則應(yīng)將 View －﹥ Snap Grid 功能打開，可增加畫線時的定位精度。 畢業(yè)設(shè)計用紙 第 6頁 共 28 頁 不同設(shè)計文件之間拷貝模塊時，操作如下：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，切換到另一個設(shè)計文件，粘貼即完成了操作。 KEIL 介紹 keil 軟件是目前最流行開發(fā) MCS51 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、 WIN9 NT、WIN20 WINXP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 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，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(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。 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 (.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。 Keil仿真器時，注意事項(xiàng) （ 1） 仿真器標(biāo)配 ，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 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。 ProtuesISIS 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)時調(diào)試。 Proteus 組合了高級原理圖、混合模式 SPICE 仿真， PCB 設(shè)計以及自動布線來實(shí)現(xiàn)一個完整的電子設(shè)計系統(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)計連同所有的周圍電子器件一起仿真。用戶甚至可以實(shí)時采用諸如 LED/、 RS232終端等動態(tài)外設(shè)模型來對設(shè)計進(jìn)行 畢業(yè)設(shè)計用紙 第 7頁 共 28 頁 交互仿真。其功能模塊有一個易用而又功能強(qiáng)大的 ISIS 原理布圖工具， PROSPICE 混合模型 SPICE仿真， PCB設(shè)計。 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)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.