毕业设计（论文）基于单片机的酒精浓度检测机电路设计.doc

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1、学士学位毕业设计（论文）基于单片机的酒精浓度检测计电路设计学生姓名:指导教师：所在学院：信息技术学院专 业：电气工程及其自动化中国大庆2010 年 5 月黑龙江八一农垦大学本科毕业设计（论文）任务书学生姓名所在班级06电气导师姓名导师职称副教授论文题目基于单片机的酒精浓度检测计电路设计题目分类1应用与非应用类：工程 科研 教学建设 理论分析 模拟2软件与软硬结合类：软件 硬件 软硬结合 非软硬件（1、2类中必须各选一项适合自己题目的类型在内打）主要研究内容及指标：本设计采用MQ303A酒精传感器为感应元件，AVR单片机为核心，对酒精浓度进行检测，超出警报范围进行报警。1. 进行单片机酒精传感器

2、MQ303A的研究，完成酒精浓度的采集，并显示酒精浓度。2. 单片机通过控制LED显示屏显示当前酒精浓度数值。3. 设定酒精浓度上限值，实现报警。主要参考文献：1刘祥涛，蒋世明编单片机原理与应用 电子工业出版社20062胡汉才单片机原理及接口技术清华大学出版社，20043赵洪涛相对湿度传感器的信号调解传感器世界4张福学传感器敏感元件大全5网络资源：阶段规划：1、12月28日至3月10 日 资料收集2、3月11 日至3月20 日 资料整理3、3月21 日至4月15 日 硬件设计4、4月16 日至5月10 日 软件设计5、5月11 日至5月20 日 系统改进、论文初稿6、5月21 日至5月30 日

3、 论文录入开题时间2009-12-28完成论文时间2010-5-30教研室审定意见：教研室主任签字：年 月 日注：1任务书由指导教师填写后交给学生，要求学生妥善保存。2此任务书夹于论文扉页与论文一并装订，作为论文评分依据之一。摘要 近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统控制检测技术日益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用,通过与传感器，等核心器件的组合，构成了监测仪。每当交警在街上测试驾驶员是否酒后驾车，这是靠什么来实现的呢？靠的就是计算机控制系统。计算机控制方式有很多。本系统采用该项目以ATmega16为核心微处理器，实时监

4、测动态扫描显示周围环境中的酒精浓度，一旦超过阈值即蜂鸣器报警。预计可用于车载监控及仓库等有防火要求的地方。本系统实用性强、操作简单、扩展功能强。关键字：酒精浓度 监测仪 单片机ABSTRACTWith the rapid development of science and technology in recent years, SCM applications are deepening at the same time promote more traditional control detection update. In real-time detection and control

5、of the microcomputer application system, the microcontroller is often used as a core component, with the sensors, and other core components of the combination, constitute the monitor. Whenever the traffic police in the streets the driver is drunk driving test, which is rely on to achieve it? Must re

6、ly on computer control system. There are many ways computer control. In this system, the core of the project to ATmega16 microprocessor, real-time monitoring of the environment in the dynamic scan showed the alcohol concentration exceeds the threshold value of the buzzer alarm. Expected to be used f

7、or vehicle control and storage requirements such as a fire place. The system practical, simple, powerful extensions. Keywords: concentration detect UCM目录摘要IABSTRACTII前言IV1 绪论11.1课题的来源、目的及意义11.2 计算机控制系统在气体检测中的应用22 系统硬件42.1 系统设计所需资源42.2 MQ303A酒精传感器42.3 AVR单片机72.4 数码管122.5 晶振143 系统设计原理与内容153.1 硬件设计原理15

8、3.2 硬件电路设计153.3 软件设计思想193.4 软件运行流程19结论19参考文献20致谢21附录I22附录II23前言酒精浓度是一种基本参数，在工业生产过程中需要实时监控酒精浓度，农业生产中和实际生活中也离不开酒精浓度的测量，因此，检测酒精浓度的方法和设备有很重要的意义，其关键是酒精传感器。在实际的生产过程中，要对酒精浓度进行积极的监控，因为它直接关系到生产安全，人身安全，要使其保证在安全的范围内，单片机对酒精浓度进行检测，能够控制方便，简单，灵活性大等特点，能够及时的检测出酒精浓度，做出报警。在日常生活中，对酒精浓度的检测也非常重要，尤其是检测酒后驾车，可以极大的保证人民群众的人身安

9、全。本次设计主要包括：数据采集模块、数据显示模块、超限报警模块。主要完成对酒精浓度数据的采集和存储，当前酒精浓度的显示和报警功能。软件采用C语言编写程序。大致工作如下：系统被启动后，单片机将传感器采集到得酒精浓度通过LED屏显示并存储到RAM中，如果检测到当前酒精浓度超过系统设定的值，系统将报警。1 绪论1.1 课题的来源、目的及意义酒精是一种无色透明、易挥发，易燃烧，不导电的液体。有酒的气味和刺激的辛辣滋味，微甘。学名是乙醇， 分子式C2H6O，（酒精燃烧C2H5OH3O2=2CO23H2O）因为它的化学分子式中含有羟基，所以叫做乙醇，比重0.7893(204)。乙醇的分子量：46。外观与性

10、状： 无色液体，有酒香。燃点：75。熔点： -114.1。沸点（一标准大气压下）： 78.3 。相对密度(水=1)：0.79。相对蒸气密度(空气=1)：1.59。饱和蒸气压(kPa)：5.33(19)。燃烧热(kJ/mol)：1365.5。临界温度()： 243.1。临界压力(MPa)：6.38。辛醇/水分配系数的对数值：0.32。闪点()：12。引燃温度()：363。爆炸上限%(V/V)：19.0。爆炸下限%(V/V)：3.3。凝固点-117.3。在一个标准大气压下，沸点78.2。能与水、甲醇、乙醚和氯仿等以任何比例混溶。有吸湿性。与水能形成共沸混合物，共沸点78.15。乙醇蒸气与空气混合能

11、引起爆炸，爆炸极限浓度3.5-18.0(W)。酒精在70(V)时，对于细菌具有强烈的杀伤作用也可以作防腐剂，溶剂等。处于临界状态（243、60kgCMCM）时的乙醇，有极强烈的溶解能力，可实现超临界淬取。由于它的溶液凝固点下降，因此，一定浓度的酒精溶液，可以作防冻剂和冷媒。酒精可以代替汽油作燃料，是一种可再生能源。酒精对人类发展也有很大的帮助，在医学上，可以作为消毒剂使用，药用酒精(乙醇)是医疗单位和家庭药箱的必备药品，值得注意的是，不同的用途要求不同的浓度。95的酒精医疗单位常用于酒精灯、酒精炉，点燃后用于配制化验试剂或药品制剂的加热，也可用其火焰临时消毒小型医疗器械。7075的酒精可用于灭

12、菌消毒，包括皮肤消毒、医疗器械消毒、碘酒的脱碘等。由于酒精具有一定的刺激性，75的酒精可用于皮肤消毒，不可用于黏膜和大创面的消毒。4050的酒精用于预防褥疮。护理人员可将少量4050的酒精倒入手中，均匀地按摩患者受压部位，以达到促进局部血液循环、防止褥疮形成的目的。2550的酒精用于物理退热。在工业上，酒精是一种重要的基础工业原料，广泛应用于化学工业、食品工业、日用化工和医药卫生等领域，是合成橡胶、聚氯乙烯、乙二醇、冰醋酸、苯胺、乙醚、氯乙醇、氯乙烷和乙基苯等的主要原料，还可作为酒基、浸出剂、洗涤剂、溶剂、表面活性剂，工业酒精主要是用于医药、日化、油墨涂料、化工中间体等领域，其中日化、涂料、医

13、药领域有较大的发展潜力，为人类的发展做出了积极的贡献。同时，酒精对人体有很大的影响， 对大脑影响，进入人体的乙醇由于不能被消化吸收，会随着血液进入大脑。在大脑中，乙醇会破坏神经原细胞膜，并会不加区别地同许多神经原受体结合。酒精会削弱中枢神经系统，并通过激活抑制性神经原（伽马氨基丁酸）和抑制激活性神经原（谷氨酸盐、尼古丁）造成大脑活动迟缓。伽马氨基丁酸神经原的紊乱和体内的阿片物质（抗焦虑、抗病痛）的分泌会导致多巴胺的急剧分泌。体内阿片物质同时还与多巴胺分泌的自动调节有关。酒精会对记忆，决断和身体反射产生影响，并能导致酒醉和昏睡，有时还会出现恶心。饮酒过量可导致酒精中毒性昏迷。 耐受性和依赖性，随

14、着时间推移，肝脏对乙醇的降解效果越来越明显（酒醉持续时间缩短）。大脑会根据这一情况调整神经原受体的数量和敏感性，以缩短镇静状态的持续时间和加强酒醉的效果。多巴胺分泌自动调节过程出现紊乱，使奖赏贿赂变得异常敏感。神经原细胞膜变得僵硬，其渗透性减弱。要重新达到醉酒状态，就必须增加饮酒量（耐受性），但是与此同时酒精的作用效果也会越强烈（致敏性）。 危害性酒精会导致神经元内钙含量过度身高，并使得神经元细胞膜出现僵硬，破坏神经细胞同周围环境的物质交换。大量神经细胞会因此凋亡。各种认知功能也由此而受到影响（尤其是记忆力、分析能力和注意力）。饮酒者会出现心理问题、焦虑、抑郁。究竟的总体毒性会导致心血管疾病、

15、神经纤维和肌肉纤维的损害、肝脏疾病、消化道癌症。酒精还会阻碍胎儿正常发育。当今社会，生活频率越来越迅速，应酬增多，导致很多人多辆饮酒，对社会稳定造成很大影响，其中，醉酒驾车危害最大，对自身，对别人都是一种极大的危害，血液中的酒精含量大于或者等于80mg/100ml为醉酒驾车，当驾驶员出于这种状态时，容易出现交通事故，在年我国交通肇事共起，酒后肇事是占很大比例，可见意义非常重大，我所设计的单片机测量酒精浓度可以预防这种现象的发生，从而避免更大的伤害。常压和3Mpa状态下，酒精在空气总比例为4.3%-19.0%遇明火会爆炸，在生产酒精及以酒精为工业原料生产时，应该时刻注意酒精在空气中的浓度，用单片

16、机来测量酒精浓度，可以积极的预防事故的发生，从而来保证生产生活的有序进行。综合的来说，酒精对人类的发展有着积极的一面，也有消极的一面，当酒精浓度在人体中和在空气中升高的情况下，对我们的安全构成了恨得威胁，为了防止发生意外，保护人民群众生命安全，我们需要设计一种可以精确测量酒精浓度的仪器。此次，我用单片机来测量酒精浓度为积极的预防各种事故的发生做出自己的贡献。. 计算机控制系统在气体检测中作用气体检测计算机控制，特别是微机控制，在全世界都有广泛的应用，原因有三。.成本低，体积小，重量轻，易于携带，可以现场测量，在电路中采用单片机进行数据的集中处理，简化电路，降低功耗，可以用电池使用。.智能化程度

17、高，开发的持续性好，可以通过改变传感器的探头来改变测量的气体，只需改变单片机的程序即可而不需要来改变硬件电路。.测量精度高，响应时间快，能够测量出浓度值。单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统，管他的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件单片机在测量气体浓度的过程中，是以中枢调控分析的位置出现的，通过程序的编写，使单片机能够按着人们的需要来检测所学要检测的气体。2系统硬件2.1 系统设计所需资源MQ303A酒精传感器1个，AVR单片机芯片，ATmega16单片机实验板1个，印刷电路板一块，七段数码管4个，五号干电池一节，晶振一个，以及若干电感一个，10

18、4电容一个，蜂鸣器一个，5k欧电阻一个，360欧电阻8个。2.2 MQ303A酒精传感器MQ303A酒精传感器是一种二氧化锡半导体型酒精气体传感器，对酒精具有高的灵敏度和快速的响应性，适于便携式酒精探测器和汽车燃火系统等。它可以精确，敏感的测量外界酒精浓度的的变化，及时有效的做出反应。2.2.1传感器国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记

19、录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。2.2.2 传感器的作用人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。而单靠人们自身的感觉器官，在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。为适应这种情况，就需要传感器。因此可以说，传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。新技术革命的到来，世界开始进入信息时代。在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。因此可以说，没有众多

20、的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。在基础学科研究中，传感器更具有突出的地位。现代科学技术的发展，进入了许多新领域：例如在宏观上要观察上千光年的茫茫宇宙，微观上要观察小到 cm的粒子世界，纵向上要观察长达数十万年的天体演化，短到 s的瞬间反应。此外，还出现了对深化物质认识、开拓新能源、新材料等具有重要作用的各种极端技术研究，如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁砀等等。显然，要获取大量人类感官无法直接获取的信息，没有相适应的传感器是不可能的。许多基础科学研究的障碍，首先就在于对象信息的获取存在困难，而一些新机理和高灵敏度的检测传感器的出现，往往会导致该领域内的突破。一些传感

21、器的发展，往往是一些边缘学科开发的先驱。传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。由此可见，传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用，是十分明显的。世界各国都十分重视这一领域的发展。相信不久的将来，传感器技术将会出现一个飞跃，达到与其重要地位相称的新水平。2.2.3 MQ303A酒精传感器特点 MQ303A酒精传感器是一种省电模式的酒精传感器，下面我们简单介绍一下其特点。 1、高灵敏度 2、

22、快速的响应恢复 3、长寿命 4、低功耗 5、小巧的外型2.2.4 MQ303A酒精传感器的工作条件及环境MQ303A酒精传感器的工作条件并不是十分苛刻，下面我们介绍一下传感器工作时的状态，内部数据表1 MQ303内部运行环境符号参数技术条件备注V H加热电压0.9V 0.1VAC or DCV C回路电压 6 VDCR L负载电阻可调P S 10 mWR H加热电阻4.5W 0.5 W室温IH加热电流12020mAPH加热功率 140 mWPS元件功率10 mW 表2 MQ303A运行温度符号参数技术条件备注Tao使用温度-20 o C +50 o C推荐使用范围20ppm-1000ppm乙醇

23、Tas储存温度-20 o C +70 o CRH相对湿度 95% RH(O2)氧气浓度21%1%(标准条件)不得小于 16%氧气浓度会影响灵敏度表3 MQ303A内部电阻符号参数名称技术条件备注Rs元件电阻(4kW to 400 kW)在 洁净空气中a电阻比(0.50 0.15)Rs (300 ppm酒精) / Rs (100 ppm酒精)标准测试条件： 温度: 20 o C 2 o C V C : 3.0 V 0.1 V DC湿度: 65% 5% V H : 0.9 V 0. 1 V DCR L : 可调预热时间：大于48小时2.2.5 MQ303A酒精传感器的结构图1结构半导体气体敏感部分

24、是一个微型珠状小球，内嵌加热丝和金属电极，这种敏感元件安装在有防爆功能的双层100目不锈钢网的金属壳内。（如图1）工作条件图2是这种元件的测试电路。通过固定或可调外接负载电阻上电压的变化获得元件电阻的变化。为了使元件发挥其好的功能和特定的性能，加热电压、回路电压和负载电阻须限制在下页图表所示的标准工作条件内。传感器通电后通常需要数分钟的预热方可进入稳定工作状态，也可在正常检测前给传感器施加510秒钟2.20.2V的高电压，使传感器尽快稳定并进入工作状态。如测试电路图所示，连接酒精传感器的测试电路，并在输出端加入一个固定电阻，测量电阻两端的电压变化。用两个稳压源对酒精传感器提供+5V和+12V电

25、压分别作为加热和信号源，经过电阻后输出测得数据。经测试，在没有酒精的情况下，测得输出电压是随着加热时间的长度变化而逐渐下降，当检测到酒精时，输出电压瞬间增加到一个稳定值，增加幅度从0.2-5V左右。变化幅度大小可以表现出传感器的灵敏度和酒精浓度大小。图3是MQ303A的灵敏度特性曲线图。灵敏度特性图反映了元件电阻和气体浓度之间的关系。元件的电阻与气体的浓度呈对数关系，随气体浓度的增加而减小。2.3 AVR单片机AVR单片机是1997年由ATMEL公司研发出的增强型内置Flash的RISC(Reduced Instruction Set CPU) 精简指令集高速8位单片机。AVR的单片机可以广泛

26、应用于计算机外部设备、工业实时控制、仪器仪表、通讯设备、家用电器等各个领域。1997年，由Atmel公司挪威设计中心的A先生和V先生，利用Atmel公司的Flsah新技术，共同研发出RISC精简指令集高速8位单片机，简称AVR。2.3.1 什么是单片机单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。2.3.2 AVR单片机主要特性高可靠性、功能强、高速

27、度、低功耗和低价位 , 是衡量单片机性能的重要指标。 AVR单片机的推出，废除了机器周期，抛弃复杂指令计算机(CISC)追求指令完备的做法；采用精简指令集，以字作为指令长度单位，将内容丰富的操作数与操作码安排在一字之中(指令集中占大多数的单周期指令都是如此)，取指周期短，又可预取指令，实现流水作业，故可高速执行指令。当然这种速度上的升跃，是以高可靠性为其后盾的。 AVR单片机硬件结构采取8位机与16位机的折中策略，即采用局部寄存器存堆(32个寄存器文件)和单体高速输入/输出的方案(即输入捕获寄存器、输出比较匹配寄存器及相应控制逻辑)。提高了指令执行速度(1Mips/MHz)，克服了瓶颈现象，增

28、强了功能；同时又减少了对外设管理的开销，相对简化了硬件结构，降低了成本。故AVR单片机在软/硬件开销、速度、性能和成本诸多方面取得了优化平衡，是高性价比的单片机。 AVR单片机内嵌高质量的Flash程序存储器，擦写方便，支持ISP和IAP，便于产品的调试、开发、生产、更新。内嵌长寿命的EEProm可长期保存关键数据，避免断电丢失。片内大容量的RAM不仅能满足一般场合的使用，同时也更有效的支持使用高级语言开发系统程序,并可像MCS-51单片机那样扩展外部 RAM。 AVR单片机的I/O线全部带可设置的上拉电阻、可单独设定为输入/输出、可设定（初始）高阻输入、驱动能力强（可省去功率驱动器件）等特性

29、，使的得I/O口资源灵活、功能强大、可充分利用。 AVR单片机片内具备多种独立的时钟分频器，分别供URAT、I2C、SPI使用。其中与8/16位定时器配合的具有多达10 位的预分频器，可通过软件设定分频系数提供多种档次的定时时间。AVR单片机独有的“以定时器/计数器（单）双向计数形成三角波，再与输出比较匹配寄存器配合，生成占空比可变、频率可变、相位可变方波的设计方法(即脉宽调制输出PWM)”更是令人耳目一新。增强性的高速同/异步串口，具有硬件产生校验码、硬件检测和校验侦错、两级接收缓冲、波特率自动调整定位（接收时）、屏蔽数据帧等功能，提高了通信的可靠性，方便程序编写，更便于组成分布式网络和实现

30、多机通信系统的复杂应用，串口功能大大超过MCS-51/96单片机的串口，加之AVR单片机高速，中断服务时间短，故可实现高波特率通讯。面向字节的高速硬件串行接口TWI、SPI。TWI与I2C接口兼容，具备ACK信号硬件发送与识别、地址识别、总线仲裁等功能，能实现主/从机的收/发全部4种组合的多机通信。SPI支持主/从机等4种组合的多机通信。 AVR单片机有自动上电复位电路、独立的看门狗电路、低电压检测电路BOD，多个复位源(自动上下电复位、外部复位、看门狗复位、BOD复位)，可设置的启动后延时运行程序，增强了嵌入式系统的可靠性。 AVR单片机具有多种省电休眠模式，且可宽电压运行（5-1.8V），

31、抗干扰能力强，可降低一般8位机中的软件抗干扰设计工作量和硬件的使用量。AVR单片机技术体现了单片机集多种器件(包括FLASH程序存储器、看门狗、EEPROM、同/异步串行口、TWI、SPI、A/D模数转换器、定时器/计数器等)和多种功能(增强可靠性的复位系统、降低功耗抗干扰的休眠模式、品种多门类全的中断系统、具输入捕获和比较匹配输出等多样化功能的定时器/计数器、具替换功能的I/O端口 )于一身，充分体现了单片机技术的从“片自为战”向“片上系统SoC”过渡的发展方向。 综上所述，AVR单片机博采众长，又具独特技术，不愧为8位机中的佼佼者。2.3.3 AVR最大特点AVR单片机功能强大，其特点与别

32、的单片机不同，下面我们简单的介绍一下AVR单片机的特点。哈佛结构，具备1MIPS / MHz的高速运行处理能力；超功能精简指令集（RISC），具有32个通用工作寄存器，克服了如8051 MCU采用单一ACC进行处理造成的瓶颈现象；快速的存取寄存器组、单周期指令系统，大大优化了目标代码的大小、执行效率，部分型号FLASH非常大，特别适用于使用高级语言进行开发；作输出时与PIC的HI/LOW相同，可输出40mA（单一输出），作输入时可设置为三态高阻抗输入或带上拉电阻输入，具备10mA-20mA灌电流的能力；片内集成多种频率的RC振荡器、上电自动复位、看门狗、启动延时等功能，外围电路更加简单，系统更

33、加稳定可靠；大部分AVR片上资源丰富：带E2PROM，PWM，RTC，SPI，UART，TWI，ISP，AD，Analog Comparator，WDT等；大部分AVR除了有ISP功能外，还有IAP功能，方便升级或销毁应用程序。AVR系列单片机的选型 AVR单片机系列齐全,可适用于各种不同场合的要求。AVR单片机有3个档次: 低档Tiny系列AVR单片机: 主要有Tiny11/12/13/15/26/28等； 中档AT90S系列AVR 单片机: 主要有AT90S1200/2313/8515等； 高档ATmega系列AVR单片机: 主要有ATmega8/16/32/64/128（ 存储容量为8/

34、16/32/64/128 KB）以及ATmega8515/8535等。 AVR也是自动电压调节器的缩写。2.3.4 ATmega16 引脚功能参照图4。VCC 电源正。GND 电源地。端口A(PA7.PA0) 端口A 做为A/D 转换器的模拟输入端。端口A 为8 位双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口A 处于高阻状态。端口B(PB7.PB0) 端口B 为8 位双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特

35、性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口B 处于高阻状态。端口B 也可以用做其他不同的特殊功能。端口C(PC7.PC0) 端口C 为8 位双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口C 处于高阻状态。如果JTAG接口使能，即使复位出现引脚 PC5(TDI)、PC3(TMS)与 PC2(TCK)的上拉电阻被激活。端口C 也可以用做其他不同的特殊功

36、能。端口D(PD7.PD0) 端口D 为8 位双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，则端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口D 处于高阻状态。端口D 也可以用做其他不同的特殊功能。RESET 复位输入引脚。持续时间超过最小门限时间的低电平将引起系统复位。门限时间见P36Table 15。持续时间小于门限间的脉冲不能保证可靠复位。XTAL1 反向振荡放大器与片内时钟操作电路的输入端。XTAL2 反向振荡放大器的输出端。AVCC AVCC是端口A与A/D转换器的电源。不使

37、用ADC时，该引脚应直接与VCC连接。使用ADC时应通过一个低通滤波器与VCC 连接。AREF A/D 的模拟基准输入引脚。 图4 ATmega16引脚图 图5 ATmega16内核2.3.5 ATmega16 内核介绍为了获得最高的性能以及并行性， AVR 采用了Harvard 结构（如图5），具有独立的数据和程序总线。程序存储器里的指令通过一级流水线运行。CPU 在执行一条指令的同时读取下一条指令( 在本文称为预取)。这个概念实现了指令的单时钟周期运行。程序存储器是可以在线编程的FLASH。快速访问寄存器文件包括32 个8 位通用工作寄存器，访问时间为一个时钟周期。从而实现了单时钟周期的A

38、LU 操作。在典型的ALU 操作中，两个位于寄存器文件中的操作数同时被访问，然后执行运算，结果再被送回到寄存器文件。整个过程仅需一个时钟周期。寄存器文件里有6 个寄存器可以用作3 个16 位的间接寻址寄存器指针以寻址数据空间，实现高效的地址运算。其中一个指针还可以作为程序存储器查询表的地址指针。这些附加的功能寄存器即为16 位的X、Y、Z 寄存器。ALU支持寄存器之间以及寄存器和常数之间的算术和逻辑运算。ALU也可以执行单寄存器操作。运算完成之后状态寄存器的内容得到更新以反映操作结果。程序流程通过有/ 无条件的跳转指令和调用指令来控制，从而直接寻址整个地址空间。大多数指令长度为16 位，亦即每

39、个程序存储器地址都包含一条16 位或32 位的指令。程序存储器空间分为两个区：引导程序区(Boot 区) 和应用程序区。这两个区都有专门的锁定位以实现读和读/ 写保护。用于写应用程序区的SPM 指令必须位于引导程序区。在中断和调用子程序时返回地址的程序计数器(PC) 保存于堆栈之中。堆栈位于通用数据SRAM，因此其深度仅受限于SRAM 的大小。在复位例程里用户首先要初始化堆栈指针SP。这个指针位于I/O 空间，可以进行读写访问。数据SRAM 可以通过5 种不同的寻址模式进行访问。AVR 存储器空间为线性的平面结构。AVR有一个灵活的中断模块。控制寄存器位于I/O空间。状态寄存器里有全局中断使能

40、位。每个中断在中断向量表里都有独立的中断向量。各个中断的优先级与其在中断向量表的位置有关，中断向量地址越低，优先级越高。I/O 存储器空间包含64 个可以直接寻址的地址，作为CPU 外设的控制寄存器、SPI，以及其他I/O 功能。映射到数据空间即为寄存器文件之后的地址0x20 - 0x5F。2.4 数码管2.4.1 数码管分类数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(

41、COM)的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。2.4.2 数码管驱动方式数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。 静态显示驱动：静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I

42、/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多，如驱动5个数码管静态显示则需要5840根I/O端口来驱动，要知道一个89S51单片机可用的I/O端口才32个呢：），实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。 动态显示驱动：数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形

43、码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为12ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，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，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。2.4.3 数码管参数8字高度：8字上沿与下沿的距离。比外型高度小。通常用英

44、寸来表示。范围一般为0.25-20英寸。长*宽*高：长数码管正放时，水平方向的长度；宽数码管正放时，垂直方向上的长度；高数码管的厚度。时钟点：四位数码管中，第二位8与第三位8字中间的二个点。一般用于显示时钟中的秒。数码管是一类显示屏 通过对其不同的管脚输入相对的电流 会使其发亮从而显示出数字，能够显示 时间 日期 温度 等所有可用数字表示的参数。由于它的价格便宜 使用简单 在电器 特别是家电领域应用极为广泛空调热水器冰箱 等等，绝大多数 热水器用的都是数码管其他家电也用液晶屏与荧光屏。数码管使用的电流与电压：电流：静态时，推荐使用10-15mA；动态时，16/1动态扫描时，平均电流为4-5mA

45、，峰值电流50-60mA。电压：查引脚排布图，看一下每段的芯片数量是多少？当红色时，使用1.9V乘以每段的芯片串联的个数；当绿色时，使用2.1V乘以每段的芯片串联的个数。2.5 晶振晶体振荡器，简称晶振，其作用在于产生原始的时钟频率，这个频率经过频率发生器的倍频或分频后就成了电脑中各种不同的总线频率。以声卡为例，要实现对模拟信号44.1kHz或48kHz的采样，频率发生器就必须提供一个44.1kHz或48kHz的时钟频率。如果需要对这两种音频同时支持的话，声卡就需要有两颗晶振。3 系统设计原理与内容3.1 硬件设计原理采用MQ303将酒精信号转换成敏感体电阻的变化，外接电源和负载电阻，当MQ303酒精传感器检测到酒精浓度及超标后，就会给出一定的由电阻变化转换成电压信号，利用Mega16单片机的模数转换功能采样电压变化，转换成酒精浓度用七段数码管显示出来