参考成果讲稿lw

1、密级:学号:110205010024本科生毕业设计 （）浓度检测仪的设计与实现学专 班 学生指导院：信息业：电子信息工程级：10统本电子1班：江：完成日期：2014年5月2日学士本人郑重申明：所呈交的性申明（设计）是本人在指导的指导下进行取得的研究成果。除了文中特别加以标注的内容外，本论文（设计）不包含任何其他个人或集体已经或撰写的成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全本申明的法律后果由本人承担。作者签名（手写）：签字日期：年月日使用书本作者完全了解学校有关保留、使用的规定，同意学校保留并向有关部门或机构送交的复印件和，被查江西科技学院可以将本阅和借阅。

2、本人的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等保存和汇编本学位。（请在以上相应方框内打“” ）作者签名（手写）：指导签名（手写）：2本属于保密 ， 在年后适用本书。不。签字日期：年月日签字日期：年月江西科技学院本科生毕业设计（）摘要本文首先介绍了浓度检测仪的发展和应用，阐述了基于气敏传感器的浓度传检测电路的工作原理。用单片机作为设计了浓度检测电路，包含了感器电路，显示电路，蜂鸣器电路等重要的模块。最后还有浓度检测电路的制作和调试，该系统通过LED数码管显示所测气体中的浓度值所对应的电压值，超过所设阀值后实现功能。：传感器；单片机；I江西科技学院本科生毕业设计（）Abst

3、ractIn the beginning of this article, the development and the applying of the alcoholconcentration detector is detection circuit which is detection circuit, includingand buzzer alarm circuit,introduced, and the principle of the alcohol concentration based on the gas sensor is expounded. Alcohol conc

4、entration some important module like alcohol sensor circuit, show circuitis designed with SCM as its control core. Furthermore,.Finally,the creation and commissioning of the alcohol concentration detection circuit is finished.This system shows the value of the alcohol concentration through LED visua

5、l displayunit.Once the value exceeds the threshold set,thealarmfunctionwillbeimplemented.Keywords:alcoholsensor;SCM;alarmII江西科技学院本科生毕业设计（）摘要12Abstract第1章 引言1123335551.1 课题的背景和意义1.2 相关技术的发展情况第2章 方案论证及选择2.1检测设备2.2 单片机的对比与选择第3章 系统硬件设计3.13.23.3的主要工作系统总体框图电路5传感器3.3.13.3.23.3.33.3.43.3.5气敏传感器56传感器的性能指标气敏电

6、阻的工作原理及其特性7 MQ-3传感器8传感器应用电路93.4 LED显示电路设计93.5电路设计1011123.6 51单片机的介绍3.6.1 51单片机的内部结构3.6.2 51单片机引脚说明3.7 A/D转换电路设计141415第4章 软件结构及设计4.14.24.3总体流程图16A/D转换程序16171919声光程序第5章 系统调试5.1 排除电源故障5.2 硬件调试5.3 调试故障及 191924分析致谢III江西科技学院本科生毕业设计（）第1章引言1.1课题的背景和意义近年来，随着我国的高速发展，的生活水平迅速提高，越来越多的人有了自己的车，而酒后驾车造成的交通事故也频频发生。酒后

7、驾车引起的交通事故是由于司机的过量饮酒造成 制等症状。少量饮酒并过某一个值时就会引起。目前全世界绝大多数内浓度过高，麻痹神经，造成大脑反应迟缓，肢体不受控有上述症状，即内浓度比较低时，而内超含量。为此，需要设计一智能仪器能够监测驾驶员体内都采用呼气测试仪对驾驶进行现场检测，以确定被测量者体内含量的多少，以确保驾驶员的生命安全。此外，空气浓度监测及工业场地仪还能监测某一特定环境的浓度如生产车间可避免发生起火、等恶性事故，确保环境安全。本课题研究的是一种以气敏传感器和单片机为主，监测空气浓度，并具有声光报警功能及LED显示功能的空气浓度监测仪。其可监测出空气环境中浓度值，并根据不同的环境设定不同的

8、阈值，对超过的阈值进行声光来提示危害。从理论上说，要是否是酒后驾驶，最准确的方法应该是检查驾驶血液中的酒精含量。但是，在违章处理或者公路交通例行检查中，要在现场抽取血液往往是不现实的，而送到医院再抽取血液却会因为路上所不同。最简单可行的方法是现场检测驾驶的时间使血液中的浓度与在现场时有呼气中的含量。大量的统计研究结果表明，如果被测者深吸气后以中等力度呼气达三秒钟以上，这时呼出的气就是从肺部深处出来 的 气 体 ， 呼 气 中 的含 量 与 血 液 中 的含 量 就 有 如 下 关 系 ：BAC(in上式中，BAC是血液说，以每升多少毫克为mg/L) = BrAC(in mg/L)×2

9、200浓度的英文缩写，BrAC则是呼气浓度的缩写。也就是的血液浓度在数值上相当于以每升多少毫克为的呼气浓度乘上系数2200（由于各国的情况不同，在美国此系数采用2000，而欧洲很多采用2100）。目前全世界几乎所有检测，以确定被测量者是否是酒后驾驶。都采用呼气测试仪对驾驶进行现场1江西科技学院本科生毕业设计（）1.2相关技术的发展情况我国测试仪器的普遍水平比较低；大型和高档仪器设备几乎全部依赖进口；许多急需的仪器还是空白；中低档保证质量上还有许多难关需要攻克，科技创新及其产业化进展滞缓。随着微电子技术的不断发展，集成了CPU、器、定时器计数器、并行和串行接口、看门狗、前置放大器甚至A/D、D/

10、A转换器等电路在一块上的超大规模集成电路，即单片机出现了。然后又以单片机为主体，将计算机技术与测量技术结合在一起，又组成了所谓的“智能化测量系统”，也就是智能仪器。与传统仪器仪表相比，智能仪器具有以下功能特点：1操作自动化。仪器的整个测量过程如键盘扫描、量程选择、开关启动闭合、数据的、传输与处理以及显示打印等都用单片机或微全部自动化。器来操作，实现测量过程的2具有自测功能，包括自动调零、自动故障与状态检验、自动校准、自诊断及量程自动转换等。智能仪表能自动检测出故障的部位甚至故障的。这种自测可以在仪器启动时运行，同时也可在仪器工作中运行，极大地方便了仪器的维护。3具有数据处理功能，这是智能仪器的

11、主要优点之一。智能仪器由于采用了单片机或微器，使得许多原来用硬件逻辑难以解决或根本无法解决的问题，现在可以用软件非常灵活地加以解决。例如，传统的数字万用表只能测量电阻、交直流电压、电流等，而智能型的数字万用表不仅能进行上述测量，而且还具有对测量结果进行诸如零点平移、取平均值、求极值、统计分析等复杂的数据处理功能，不仅使用户从繁重的数据处理中出来，也有效地提高了仪器的测量精度。4具有友好的人机能力。智能仪器使用键盘代替传统仪器中的切换开关，操作只需通过键盘输入命令，就能实现某种测量功能。与此同时，智能仪器还通过显示屏将仪器的运行情况、工作状态以及对测量数据的处理结果及时告诉操作的操作更加方便直观

12、。，使仪器5具有控操作能力。2江西科技学院本科生毕业设计（）第2章 方案论证及选择2.1检测设备在可以对气体中1，含量进行检测的设备有五种基本类型， 分别是：电2，3，池型（导外谱比电化体线学）半红色型型型型4，气体5，分色析由于价格和使用是否方便等因素所决定，目前普遍使用的只有电池型（电化学型）和半导体型二种。这二种能够制造成便携型呼气测试器，适合于现场使用。半导体型采用氧化锡半导体作为传感器，这类半导体器件具有气敏特性，当接触的气体中其敏感的气体浓度增加，它对外呈现的电阻值就降低，半导体型呼气测试仪就是利用这个原理做成的。这种半导体在不同工作温度时，对不同的气体敏感程度是不同的，因此半导体

13、型呼气测试仪中都采用加热元件，把传感器加热到一定的温度，在 该 温 度 下 ， 该 传 感 器 对具 有 最 高 的 敏 感 度 。电池型呼气测试仪采用电池传感器作为气件，它属于电化学类型，因此又称为电化学型。电池是当前全世界都在广泛研究的环保型能源，它可以直接把可燃气体转变成电能，而不产生污染。作为传感器只是电池的一个分支。电池传感器采用贵金属白金作为电极，在燃烧室内充满了特种催化剂，它能使进入燃烧室内的充分燃烧转变为电能，也就是在二个电极上产生电压，电能消耗在外接负载上。此电压与进入燃烧室内气体的浓度成正比，这就是电池型呼气测试与半导体型相比，仪的基本工作原理。性好电池型呼气测试仪具有稳定

14、性好，精度高，的明显优点。但遗憾的是由于电池传感器的结构要求非常精密，制造难度相当大，目前世界上只有美国、英国、德国等少数几个能够生产。因其材料成本高（相当于半导体价格是半导体型传感器的几十倍），所以价格相当昂贵，导致测试仪好几倍的事实。电池型测试仪的2.2单片机的对比与选择PIC16C924型单片机PIC16C924 是一种低价格、高性能、CMOS、全静态、带有集成LCD驱动器模块和5通道8位高速A/D的8位微器。浓度检测仪的设计当中如选取以PIC16C924为，首先将会使设计价格变的便宜，其次，PIC16C924功能强大。由于它内部已集成了A/D转换器和LCD驱动器，使得许多硬件的功能可以

15、通过软件来实现，从而，使它的3江西科技学院本科生毕业设计（）电路简单，的硬件设计更加简洁，系统的可靠性得以提高。第三，软件开发方便、快捷。PIC应用程序的开发可采用硬件和软件模拟两种办法，考虑到开发费用与开发进程两方面因素，我们采用软件模拟的办法，即借助于PC机利用PCI模拟（）调试工具来完成。它用户通过设置断点，单步执行等功能对目标程序进行调试，但是速度略显慢些，而且实时性能差。故而不宜采用此种单片机4江西科技学院本科生毕业设计（）第3章系统硬件设计3.1的主要工作本设计采用MQ3气敏传感器，51单片机实现空气器实时显示。可以通过键盘设定阈值，超过阈值具有声光下的工作：浓度实时测量，通过LE

16、D显示功能。本文主要完成了以123456根据原理做出总体的电路框图。分析每一步要实现的功能，并设计电路。 连接每个功能模块并加入必要的接口电路。根据硬件连接图和要实现的功能编写软件。进行软硬件调试。分析调试中遇到的问题，提出改进的方案。3.2系统总体框图系统选用51单片机为电路、AD转换部分和键盘如图3.1所示，由MQ-3传感器电路、LED显示部分、声显示五部分组成。光图3.1 系统总框图3.3传感器电路3.3.1气敏传感器气敏传感器是用来检测气体浓度和成分的传感器，它对于环境保护和安全监督方面起着极重要的作用。气敏传感器是在各种成分的气体中使用的，由于检测现场温度、湿度的变化很大，又存在大量

17、粉尘和油雾等，所以其工作条件较恶劣，而且气体对传感元件的材料会产生化学反应物，附着在元件表面，往往会使其性能变差。所以对气敏传感器有下列要求：能够检测气体的浓度和其他标准数值的气体浓度，能长期稳定工作，重复性好，响应速度快，共存物质所产生的影响小等。5江西科技学院本科生毕业设计（）3.3.2 传感器的性能指标在检测系统和科学实验中，需要对各种参数进行检测和，而要达到比较优良的性能，则必须要求传感器能够感测被测量的变化并且不失真地将其转换为相应的电量，这种要求主要取决于传感器的基本特性。传感器的基本特性主要分为静态特性和动态特性。1、气敏传感器的动态特性传感器的输入信号是随时间变化的动态信号，这

18、时就要求传感器能时刻精确地跟踪输入信号，按照输入信号的变化规律输出信号。当传感器输入信号的变化缓慢时，是容易跟踪的，但随着输入信号的变化加快，传感器随动跟踪性能会逐渐下降。输入信号变化时，引起输出信号也随时间变化，这个过程称为响应。动态特性就是指传感器对于随时间变化的输入信号的响应特性，通常要求传感器不仅能精确地显示被测量的大小，而且还能复现被测量随时间变化的规律，这也是传感器的重要特性之一。传感器的动态特性与其输入信号的变化形式密切相关，在研究传感器动态特性时，通常是根据不同输入信号的变化规律来传感器响应的。实际传感器输入信号随时间变化的形式可能是多种多样的，最常见、最典型的输入信号是阶跃信

19、号和正弦信号。这两种信号在物理上较容易实现，而且也便于求解。2、反映传感器静态特性的性能指标静态特性是指检测系统的输入为不随时间变化的恒定信号时，系统的输出与输入之间的关系。主要包括线性度、灵敏度、迟滞、重复性、漂移，测量范围，量程，精度， 分辨率和阈值以及稳定性。(1) 线性度：指传感器输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离拟合直线的程度。(2) 灵敏度：灵敏度是传感器静态特性的一个重要指标。其定义为输出量的增量y与引起该增量的相应输入量增量x 之比。它表示输入量的变化所引起传感器输出量的变化，显然，灵敏度S 值越大，表示传感器越灵敏。(3) 迟滞：传感器在输入量由小到大(正行程)及输入量由大

20、到小(反行程)变化期间其输入输出特性曲线不重合的现象称为迟滞。也就是说，对于同一大小的输入信号，传感器的正反行程输出信号大小不相等，这个差值称为迟滞差值。(4) 重复性：重复性是指传感器在输入量按同一方向作全量程连续多次变化时，所得特性曲线不一致的程度。(5) 漂移：传感器的漂移是指在输入量不变的情况下，传感器输出量随着时间变化，此现象称为漂移。产生漂移的有两个方面：一是传感器自身结构参数；二是周围环境(如温度、湿度等)。最常见的漂移是温度漂移，即周围环境温度变化而引起输出量的变化，温度漂移主要表现为温度零点漂移和温度灵敏度漂移。温度漂移通常用传感器工作环境温度偏离标准环境温度(一般为20)时

21、的输出值的变化量与温度变化量之比(6) 测量范围：传感器所能测量到的最小输入量与最大输入量之间的范围称为传感器6江西科技学院本科生毕业设计（）的测量范围。(7) 量程：传感器测量范围的上限值与下限值的代数差，称为量程。(8) 精度：传感器的精度是指测量结果的可靠程度，是测量中各类误差的综合反映， 测量误差越小，传感器的精度越高。传感器的精度用其量程范围内的最大基本误差与满量程输出之比的百分数表示，其基本误差是传感器在规定的正常工作条件下所具有的测量误差，由系统误差和随机误差两部分组成工程技术中为简化传感器精度的表示方法， 了精度等级的概念。精度等级以一系列标准百分比数值分档表示，代表传感器测量

22、的最大误差。如果传感器的工作条件偏离正常工作条件，还会带来附加误差，温度附加误差就是最主要的附加误差。(9) 分辨率和阈值：传感器能检测到输入量最小变化量的能力称为分辨力。对于某些传感器，如电位器式传感器，当输入量连续变化时，输出量只做阶梯变化，则分辨力就是输出量的每个“阶梯”所代表的输入量的大小。对于数字式仪表，分辨力就是仪表指示值的最后一位数字所代表的值。当被测量的变化量小于分辨力时，数字式仪表的最后一位数不变，仍指示。当分辨力以满量程输出的百分数表示称为分辨率。阈值是指能使传感器的输出端产生可测变化量的最小被测输入量值，即零点附近的分辨力。有的传感器在零位附近有严重的非线性，形成所谓“死

23、区”(dead band)，则将死区的大小作为阈值；。情况下，阈值主要取决于传感器噪声的大小，因而有的传感器只给出噪声电平(10) 稳定性：稳定性表示传感器在一个较长的时间内保持其性能参数的能力。理想的情况是不论什么时候，传感器的特性参数都不随时间变化。但实际上，随着时间的推移，大多数传感器的特性会发生改变。这是因为敏感元件或 传感器的部件，其特性会 随 时 间 发 生 变 化 ， 从 而 影 响 了 传 感 器 的 稳 定 性 。稳定性一般以室温条件下经过一规定时间间隔后，传感器的输出与起始标定时的输出之间的差异来表示，称为稳定性误差。稳定性误差可用相对误差表示，也可用绝对误差来表示。3.3

24、.3气敏电阻的工作原理及其特性气敏电阻是一种半导体敏感器件，它是利用气体的吸附而使半导体本身的电导率发生变化这一机理来进行检测的。人们发现某些氧化物半导体材料如SnO2、ZnO、Fe2O3、MgO、NiO、BaTiO3等都具有气敏效应。常用的主要有接触燃烧式气体传感器、电化学气敏传感器和半导体气敏传感器等。接触燃烧式气体传感器的检测元件一般为铂金属丝（也可表面、钯等稀有金属催化丝通以电流，保持300400的高温，此时若与可燃性气体接触，层），使用可燃性气体就会在稀有金属催化层上燃烧，因此，铂丝的温度会上升，铂丝的电阻值也上升；通过测量铂丝的电阻值变化的大小，就知道可燃性气体的浓度。电化学气敏传

25、感器一般利用液体（或固体、有机凝胶等）电解质，其输出形式可以是气体直接氧化或还7江西科技学院本科生毕业设计（）原产生的电流，也可以是离子作用于离子电极产生的电动势。半导体气敏传感器具有灵敏度高、响应快、稳定性好、使用简单的特点，应用极其广泛；3.3.4MQ-3传感器本设计采用的气体传感器为MQ-3，其实物外观如图3.2图3.3。图3.2MQ-3实物图图3.4传感器的结构与测试原理图图3.3MQN气敏电阻结构及测量电路其主要特点:1. 对乙醇蒸气有很高的灵敏度和良好的选择性；2. 快速的响应恢复特性；3.长期的和可靠的稳定性；4.具有简单的驱动回路。应用:用于机动车驾驶它场所乙醇蒸气的检测。是否

26、酗酒及其它严禁酒后作业的现场检测；也用于其8江西科技学院本科生毕业设计（）3.3.5传感器应用电路图3.5传感器应用电路3.4 LED 显示电路设计在传统的设计方法中，若显示输出是对电压的量化值直接进行译码显示输出，其显示值为D/A变换的输入量，由于D/A变换与功率驱动电路引入的误差，使得显示值与电源实际输出值之间就可能出现较大的偏差。我们知道显示部分有两种方案供选择使用：方案一、静态显示利用串行通信，把要显示的数据出来，放在临时寄存器里，然后显示数据值；只要我们的数据不改变，它是不变化的，而且它可以减轻器的负担。同时用户所看到的所显示的值是稳定的值，方案二、动态显示出现闪烁，这些都很符合我们

27、的设计要求。其显示值是不断更新变化的，通过位选和列选来选中是哪一个数字显示，利用人眼的滞留效应，以很短的时间来一个一个的显示；用户所看到的是不稳定的数值，在视觉上效果不好，而且数值的不断循环显示，给意看到的。动态扫描显示是单片机中应用最器增加了不必要的负担。这是我们不愿的一种显示方式。其接口电路是把所有显示器的8个笔划段dadp同名端连在一起，而每一个显示器的公共极com各自地受I/O线。CPU向字段输出口送出字形码时，所有显示器接收到相同的字形码，但究竟是哪个显示器亮，则取决于com端，而这一端是由I/O的，因此就可以自行决定何时显示哪一流各个显示器的com端，使各个显示器位了。所谓动态扫描

28、就是采用分时的方轮流点亮。在轮流点亮扫描过程中，每位显示器的点亮时间是极为短暂的（约1ms），但9江西科技学院本科生毕业设计（）由于人的观觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位显示器并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，有闪烁感。根据设计需要以及功能强弱，在本设计中显示模块采用方案二。如图3.7图3.6数码管结构图图3.7LED数码管电路3.5系统电路设计输出端为低电，经过三极管放大有电流通过蜂鸣器，驱动蜂鸣器发出声音后作出相应的提示或警告。蜂鸣器原理是电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场来驱动振动膜的，因此需要一定的电流才能驱动它，单片机IO引脚输

29、出的电流较小，单片机输出的TTL电平基本上驱动不了蜂鸣器，因此需要增加一个电流放大的电路。如图3.810江西科技学院本科生毕业设计（）图3.8 蜂鸣器电路3.651单片机的介绍处理器CPU、随机存取存单片机也称单片微型电脑或单片微型计算机，就是把RAM、只读器ROM、输入/输出端口I/O等主要的计算机功能部件，都集成在一块集成电路的上，从而形成一部完整的微型计算机；具备计算机基本结构，按计算机图3.98051内部结构工作机制运行，面对一个应用程序很广的任务群的数字的（数字加模拟的）集成电路。它是现代应用电子技术的基本物质、技术平台，是计算机系统的低端，也是高端的铺垫（是指嵌入在应用对象中的计算

30、机系统，如鼠标、键盘），还是实施实用型开发的一大模型。单片机是大规模集成电路技术发展的结晶，具有性能高、速度快、体积小、价格低、稳定可靠、应用广泛、通用性强等突出优点。MCS51是指由美国INTEL公司生产的一系列单片机的总称，这一系列单片机包括了好些品种，如8031，8051，8751，8032，8052，8752等，其中8051是最早最典型的11江西科技学院本科生毕业设计（），该系列其它单片机都是在8051的基础上进行功能的增、减、改变而来的，所以人们习惯于用8051来称呼MCS51系列单片机，其经过1、2、3、3代的发展，目前单片机正朝着高性能和多品种方向发展，它们的CPU功能在增强，内

31、部以及低电压底功耗。在增多，引角的多功能化，3.6.151单片机的内部结构8051是MCS-51系列单片机的典型，其包含处理器、程序器(ROM)、数器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线据、地址总线和总线等三大总线，现在我们分别简要加以说明：处理器：处理器(CPU)是整个单片机的部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码，CPU负责制输入输出功能等操作。、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控·数据器(RAM)8051内部有128个8位用户数据单元和128个寄存器单元，它们是统一编址，而不能用于存放用户数据的，寄存器只能用于

32、存放指令数据，用户只能，所以，用户能使用的RAM只有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。·程序器(ROM)：8051共有4096个8位掩膜ROM，用于存放用户程序，原始数据或表格。·定时/计数器(ROM)：8051有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于向。·并行输入输出(I/O)口：8051共有4组8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于对外部数据的传输。·全双工串行口：程序转8051内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。

33、8051单片机的通讯方式有两种：并行通讯:数据的各位同时· 串行接口结构或接收。8051串行接口是一个可编程的全双工串行通讯接口。它可用作异步通讯方式（ UART），与串行传送信息的外部设备相连接，或用于通过标准异步通讯协议进行全双工的8051多机系统也可以通过同步方式，使用TTL或CMOS移位寄存器来扩充I/O口。8051单片机通过引脚RXD（P3.0，串行数据接收端）和引脚TXD（P3.1，串行数据发送端）与外界通讯。SBUF是串行口缓冲寄存器，包括寄存器和接收寄存器。它们有出现，因为它们两个一个只能被CPU读出数据，一个只12相同名字和地址空间，但江西科技学院本科生毕业设计（）

34、能被CPU写入数据。·中断系统：中断系统由与中断有关的特殊功能寄存器、中断、顺序逻辑电路等组成，包括5个中断请求源，4个用于中断的寄存器IE、IP、ECON和SCON来中断 类弄、中断的开、各种中断源的优先级确定。·时钟电路：8051内置最高频率达12MHz的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但8051单片机需外置振荡电容。单片机的结构有两种类型，一种是程序器和数据器器与数据的形式，即哈佛器合二为一的(Harvard)结构，另一种是采用通用计算机广泛使用的程序结构，即普林斯顿(Princeton)结构。INTEL的MCS-51系列单片机采用的是哈佛结构的形式，而后

35、续16位的MCS-96系列单片机则采用普林斯顿结构。下图是MCS-51系列单片机的内部结构示意图。图3.10MCS-51系列单片机的内部结构示意图13江西科技学院本科生毕业设计（）3.6.251单片机引脚说明MCS-51系列单片机中的8031、8051及8751均采用40Pin封装的双列直接DIP结构，右图是它们的引脚配置，40个引脚中，正电源和地线两根，外置石英振荡器的时钟线两根，4组8位共32个I/O口，中断口线与P3口线复用。如图图3.11 51引脚图3.7A/D转换电路设计A/D转换电路的作用是将传感器电路输出的模拟量信号转换为适合单片机处理的数字信号。本课题采用的是51系列单片机，自

36、身不带A/D转换功能，需另外再去选择一块专用A/D转换（如ADC0808AD转换），进而进行A/D转换。原理图如下：图3.12 A/D转换电路图14江西科技学院本科生毕业设计（）第4章 软件结构及设计软件所要实现的功能是将通过精密放大器的传感器信号进行A/D转换，并把转换后的浓度信号PPM或mg/L， 最后送LED显示器显示。数字量进行一定处理， 转化为主要功能包括：1浓度2·音可互换，PPM与mg/L互换。响提示。3·结果可重复显示或恢复显示。在程序的编写过程中，考虑到可移植性和以后功能的升级，以及调试的方便性，采用模块化设计。也就是说，将程序的某一部分换掉以后，可以作为

37、相应的测试程序使用。比如，将可以实现的PPM和mg/L浓度表换成电压与或电压与湿度的转换表，则测试或温度测试。另外，除显示子程序外，其他的浓度转换子程序、重复显示子程序、恢复显示子程序、开关声响子程序等可以任意拿掉而不影响整个程序的正常运行。本软件的开发平台为MPLAB IDE由于所运用到各种平台工具的局限性及自身的能力问题，把浓度的检测范围只输出端sp为低电后作出相应的提示能广义的0-5v的电压变换之间，当浓度超过所设阀值，系统，经过三极管放大有电流通过蜂鸣器，驱动蜂鸣器发出声音或警告传感器的标准回路有两部分组成。其一为加热回路，其二为信号输出回路，它可以准确反映传感器表面电阻值的变化。传感

38、器的表面电阻RS的变化，是通过与其串联的负载电阻RL上的有效电压信号VRL输出面获得的。二者之间的关系表述为：RSRL=(VC-VRL)VRL，其中VC为回路电压为10V。负载电阻RL可调为05-200K。加热电压Uh为5v。上述这些参数使得传感器输出电压为0-5V。15江西科技学院本科生毕业设计（）4.1 总体流程图本设计主体部分由硬件实现，软件部分的工作主要为开机初始化；传感器；显示；声光。主流程图如图4-1。开始初始化端口初始化 51单片机各个模块传感器N等待转换Y是否N送显示声光结束图4-1软件流程图4.2A/D转换程序部分/AD转换程序片段如下：WAIT:CLRSTSETB CLR

39、JNB SETB MOV CLR MOV MOVDIVST STEOC,$ OE ADC,P1 OE A,ADC B,#100AB;启动转换;等待转换结束;输出;暂存转换结果;关闭输出;将AD转换结果转换成BCD码16Y存放转换结果开始江西科技学院本科生毕业设计（）MOV MOV MOV DIV MOVMOVLED_2,A A,B B,#10 AB LED_1,ALED_0,BLCALL DISP;显示AD转换结果SJMPWAITADC0808将IN3通道输入的0-5V的模拟信号转换为对应的数字量OOH-FFH，然后存储到3FH单元。系数是浓度的最大测量值50001023=4.89确定。系数调

40、整是为了使十六进制与十进制转换方便，将转换系数4.89放大10倍取整后为49即31H作为转换系数。4.3 声光程序子程序执行之前，键盘设定的阈值转换为压缩的BCD码并存放在两个单元中。传感器输入值AD转换后，调用比较程序，经过数据处理后显示的测量值与阈值比较，小于阈值则继续执行显示程序。若大于阈值则将单片机的P3.3、P3.7两端口置位进行声光。40H、4lH、42H单元存放AD转换后，并进行十进制转换后的结果。40H和50H分别存放的是处理后的测量值与阈值的千位的压缩BCD码，41H和51H分别存放的是处理后的测量值与阈值的百位、十位压缩的BCD码，42H和52H分别存放的是处理后的测量值与

41、阈值的个位的压缩BCD码。程序首先对40H、50H中的值进行比较大小，如果40I-I中的值大于50H中的值，则进行。依此类推，比较41H和51H，42H和52H。当大于阀值警电路工作并。17江西科技学院本科生毕业设计（）Y40H 中B C D 码大？NN与阀值相等？YY41H 中B C D 码大？N与阀值相等？YY42H 中B C D 码大？N图4-2子程序流程图18N返回开始江西科技学院本科生毕业设计（）第5章系统调试对各个模块进行分块调试，确定各个模块正确后，逐次将各个模块组合进行调试！ 特别注意在综合模块时的代码的优化和调整！提高代码的可读性和可移植性。调试分析包括硬件调试分析和软件调试

42、分析及软、硬件联调。由于硬件调试分析和软件调试分析是进行的，所以可以先调硬件再调软件。再调试中找出错误、缺陷，各种故障，并作出软硬件的修改。直至没有错误。5.1排除电源故障造成这类错误的有两个：一个是元器件买来时就已坏了;另一个是由于安装错误,造成器件烧坏。可以采取检查元器件与设计要求的型号、规格和安装是否一致。在保证安装无误后,用替换方法排除错误。在通电前,一定要检查电源电压的幅值和极性,否则很容易造成集成块损坏。加电后检插件上引脚的电位,一般先检查VCC与GND之间电位,若在5V48V之间属正常。若有高压,联机器调试时,将会损坏器等,有时会使应用系统中的集成块发热损坏。用万能表检测无误后对

43、电路进行通电。5.2 硬件调试硬件调试包括传感器电路、显示电路、键盘电路、单片机电路、声光电路等。下面主要介绍传感器电路、电路的调试。首先把MQ3型气敏传感器按照说明书介绍，接上+5伏工作电源，进行预热5-10分钟。由于气敏传感器里已经集成了放大电路，而用万用表测量可证实其输出是一稳定的0-5V的电压信号，符合单片机的输入条件，因此此信号可以直接接人进行AD转换而不需要放大、滤波等。其次对于声光电路的调试分为蜂鸣器和LED的调试。经试验电路板的蜂鸣器和LED只有在高电平工作，需要三极管对电流放大进行驱动，了解这一点，对程序的设计很重要。5.3调试故障及分析电路出错，体现在软硬件联调时，一运行，

44、声音电路就发出声音而LED正常。经程序检查及对蜂鸣器及LED灯的电路，发现该实验箱的蜂蜂鸣器及都是在低电工作。而主程序开始就把P3.3口置位, P3.7接的是指示灯，这就使运行蜂鸣器就发出时置低电平。声音了。发现这个错误，把不时的P3.3口都置高电平，把传感器工作电路接好后急于接到ADC0808上，传感器输出电压不稳定。运行程序19江西科技学院本科生毕业设计（）发现还未吹气体进传感器而LED显示的测量数值明显偏大。经看MQ3型气敏传感器的原理和使用说明得知该传感器工作时需加热到300摄氏度左右，因此需预热5分钟，使传感器内部敏感元件恢复到初始状态。便于测量结果准确。找到错误，在测量前传感器先预

45、热5分钟，接入后续电路，进行调试。分别配制20%、40%、60%、80%浓度的溶液和纯水、纯分别放在不同的容器内；将传感器放到含有溶液的容器口边缘，向传感器方向轻轻吹气，用电压表记录OUT数值，对各种浓度的溶液重复几次实验，得到实验数据如表5-1所示表5-1调试数据由于传感器对温度也很敏感，环境温度不稳定，测量结果会，每次测量时都需要对电路进行调零，并采取多次测量求平均值的方法处理数据；同一浓度的溶液因空气中气流境的变化。因为上述一个范围内浮动。场的影响使输出结果有较大偏差，因此必须多次测量并外界环和调试时外界条件的影响，LED显示的值为一组动态的数据，在20浓度/(%)02040608010

46、0OUT/(V)0.51.62.63.64.05.10.92.43.84.85.66.40.81.13.13.54.85.30.31.02.83.84.35.0平均值/(V)0.61.53.13.94.75.5LED显示（V）00.9-1.51.1-1.962.1-3.02.5-3.93.8-4.6江西科技学院本科生毕业设计（）结束语通过这次设计，我对单片机编程有了更深刻的理解。在设计的过程中，遇到很多的问题，看似一个很小的问题，但对于程序运行却有很大关结出现的小问题时都是的马虎大意造成的，不够仔细地处理。但毕竟还是初次接触到应用程序的开发，而在以前的东西也没有能很好的掌握，所以这个设计也不是

47、非常的理想，还存在着程序不够精简，功能不够完善，没有更好的实现系统功能。尽管，设计的程序能够接收、处理完整行数据，并能写入FLASH，也能启动用户程序，但在遇到最后一行数据是非完整行时，数据的接收和处理虽能够正常进行，但是在其写入的过程中出现了不可预料的：不能完整写入数据。由于时间限制，我没有继续这部分的工作。希望对单片机有的同学能继续改进计出更好的办法，来解决这一问题。在本设计中，由于时间紧张未设计人机接口和通必不可少的。程序。在减小误差方面能设口。但是在现代仪器中它们是单片机的实践性很强，实际动手，实际体验开发的过程，这。既然如此，为同学们提供一种简易实用的实验善此设计，让它更好的为同学服务。，很有意义。我希望以后能有其他同学来完这次设计与制作不仅是对我们所学知识的一种检验，也是对自身能力的一种提高，通过这次设计使我们明白了自身掌握的知识非常欠缺，所要学习的东西还很多。在整个设计过程中使我们懂得了许多东西，也培养了思考和设计的能力，树立了对知识应用的信心，相信会对今后的学习工作和生活有非常大的帮助，并且提高了的