課程設(shè)計(jì)——酒精檢測(cè)儀設(shè)計(jì).doc

重重慶慶三三峽峽學(xué)學(xué)院院 專(zhuān)專(zhuān)業(yè)業(yè)綜綜合合課課程程設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)報(bào)報(bào)告告 題 目 51 單片機(jī)酒精濃度測(cè)試儀設(shè)計(jì) 系 別 電子與信息工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè) 電子信息工程 班 級(jí) *級(jí)*班 姓 名 XXX 學(xué) 號(hào) 201107014115 2014 年 12 月 12 日 2 酒精濃度檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)酒精濃度檢測(cè)儀的設(shè)計(jì) 一、一、設(shè)計(jì)目的設(shè)計(jì)目的 近年來(lái)，我國(guó)越來(lái)越多的人有了自己的私家車(chē)，而酒后駕車(chē)造成的交通事故也頻 繁發(fā)生。為此，我國(guó)將酒駕列入刑法范圍內(nèi)，所以需要設(shè)計(jì)一智能儀器能夠檢測(cè)駕駛 員體內(nèi)酒精含量。本課程設(shè)計(jì)研究的是一種以氣敏傳感器和單片機(jī) A/D 轉(zhuǎn)換器為主， 檢測(cè)駕駛員呼出氣體的酒精濃度，并具有聲光報(bào)警功能的空氣酒精濃度監(jiān)測(cè)儀。其可 檢測(cè)出空氣環(huán)境中酒精濃度值，并可根據(jù)不同的環(huán)境設(shè)定不同的閾值，對(duì)超過(guò)的閾值 進(jìn)行聲光報(bào)警來(lái)提示危害。 本課題分為兩部分：硬件設(shè)計(jì)部分和軟件設(shè)計(jì)部分。硬件部分為利用 MQ3 氣敏傳 感器測(cè)量空氣中酒精濃度，并轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后傳給 單片機(jī)系統(tǒng)，由單片機(jī)及其相應(yīng)外圍電路進(jìn)行信號(hào)的處理，顯示酒精濃度值以及超閾 值聲光報(bào)警。程序采用模塊化設(shè)計(jì)思想，各個(gè)子程序的功能相對(duì)獨(dú)立，便于調(diào)試和修 改。而硬件電路又大體可分為單片機(jī)小系統(tǒng)電路、A/D 轉(zhuǎn)換電路、聲光報(bào)警電路、LED 顯示電路，按鍵電路，各部分電路的設(shè)計(jì)及原理將會(huì)在硬件電路設(shè)計(jì)部分詳細(xì)介紹。 二、設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)方案方案 1、酒精濃度檢測(cè)儀總設(shè)計(jì)方案 設(shè)計(jì)時(shí)，考慮酒精濃度是由傳感器把非電量轉(zhuǎn)換為電量，傳感器輸出的是0-5伏的 電壓值且電壓值穩(wěn)定，外部干擾小等。因此，可以直接把傳感器輸出電壓值經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn) 換器轉(zhuǎn)換得到數(shù)據(jù)送入單片機(jī)進(jìn)行處理。此外，還需接人LED數(shù)碼管顯示，鍵盤(pán)設(shè)定， 報(bào)警電路等。 其總體框圖如圖1所示。 被測(cè) 環(huán)境 氣敏 傳感器 A/D 轉(zhuǎn)換 電路 單片機(jī) 聲光報(bào)警電路 LED 顯示 鍵盤(pán) 圖圖1 1 基本工作原理圖基本工作原理圖 3 3、設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)內(nèi)容 1、 酒精濃度檢測(cè)儀設(shè)計(jì)要求分析 設(shè)計(jì)的酒精濃度測(cè)試儀應(yīng)具有如下特點(diǎn)： （1）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以單片機(jī)為控制核心，外圍電路帶有LED顯示以及鍵盤(pán)響應(yīng)電 3 路，無(wú)需要其他計(jì)算機(jī)，用戶就可以與之進(jìn)行交互工作，完成數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、計(jì) 算、分析等過(guò)程。 （2）系統(tǒng)具有低功耗、小型化、高性價(jià)比等特點(diǎn)。 （3）從便攜式的角度出發(fā)，系統(tǒng)成功使用了數(shù)碼管顯示器以及小鍵盤(pán)。由單片機(jī) 系統(tǒng)控制鍵盤(pán)和LED顯示來(lái)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互操作，界面友好。 （4）軟件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單易懂。 2、設(shè)計(jì)內(nèi)容要求 （1）傳感器 TGS822的電壓模擬輸出范圍為 0-5V； （2）模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 ADC0809采樣電壓范圍為 0-5V，分辨率為 8 位，采樣精度 為 5/256V，達(dá)到 256 個(gè)量化級(jí)的數(shù)字電壓，其工作頻率為 1MHz; （3）單片機(jī) AT89C52工作頻率為 6 MHz；傳感器 LCD 顯示輸出單片機(jī)數(shù)字輸出控制 輸出模數(shù)轉(zhuǎn)換模擬輸出 （4）LCD顯示器用 50K 的可調(diào)電阻調(diào)節(jié)使其清晰顯示。 4 4、電路設(shè)計(jì)與描述電路設(shè)計(jì)與描述 1 1、硬件設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì) 1.1 傳感器的選擇 本系統(tǒng)直接測(cè)量的是呼氣中的酒精濃度，再轉(zhuǎn)換為血液中的酒精含量濃度，故采 用氣敏傳感器?？紤]到周?chē)諝庵械臍怏w成分可能影響傳感器測(cè)量的準(zhǔn)確性，所以傳 感器只能對(duì)酒精氣體敏感，對(duì)其他氣體不敏感，故選用 MQ3 型氣敏傳感器。其有很高 的靈敏度、良好的選擇性、長(zhǎng)期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性。MQ3 型氣敏傳感器由微型 Al2O3，陶瓷管和 SnO2 敏感層、測(cè)量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件固定在塑料或不銹 鋼的腔體內(nèi)，加熱器為氣敏元件的工作提供了必要的工作條件。傳感器的標(biāo)準(zhǔn)回路有 兩部分組成。其一為加熱回路，其二為信號(hào)輸出回路，它可以準(zhǔn)確反映傳感器表面電 阻值的變化。傳感器的表面電阻 RS 的變化，是通過(guò)與其串聯(lián)的負(fù)載電阻 RL 上的有效 電壓信號(hào) VRL 輸出面獲得的。負(fù)載電阻 RL 可調(diào)為 05-200K。加熱電壓 Uh 為 5v。上 述這些參數(shù)使得傳感器輸出電壓為 0-5V。MQ3 型氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)和外形、標(biāo)準(zhǔn)回路、 傳感器阻值變化率與酒精濃度、外界溫度的關(guān)系圖如圖 4 所示。為了使測(cè)量的精度達(dá) 到最高，誤差最小，需要找到合適的溫度，一般在測(cè)量前需將傳感器預(yù)熱 5 分鐘。 圖圖2 2 MQ3MQ3 結(jié)構(gòu)和外形結(jié)構(gòu)和外形 4 A 1 F 2 A 3 B 4 F 5 B 6 RL1 MQ-3 +5GND RA2 220 RA1 220 GND IN 圖圖3 3 MQ3MQ3 結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖 圖圖4 傳感器阻值變化率與酒精濃度、外界溫度之間的關(guān)系傳感器阻值變化率與酒精濃度、外界溫度之間的關(guān)系 1.2 A/D 轉(zhuǎn)換電路 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，被測(cè)量對(duì)象的有關(guān)變化量，如溫度、壓力、流量、速度等 非電物理量，須經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換成連續(xù)變化的模擬電信號(hào)（電壓或電流），這些模擬電 信號(hào)必須轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后才能在單片機(jī)中用軟件進(jìn)行處理。實(shí)現(xiàn)模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量 的器件稱(chēng)為 A/D 轉(zhuǎn)換器（ADC）。 A/D 轉(zhuǎn)換器大致分有三類(lèi)：一是雙積分 A/D 轉(zhuǎn)換器，優(yōu)點(diǎn)是精度高，抗干擾性好， 價(jià)格便宜，但速度慢；二是逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器，精度、速度、價(jià)格適中；三是- A/D 轉(zhuǎn)換器。 該設(shè)計(jì)中選用的是 ADC0809 屬第二類(lèi)，是 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器。0809 具有 8 路模擬信 號(hào)輸入端口，地址線（23-25 腳）可決定那一路模擬信號(hào)進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。22 腳為地址 鎖存控制，當(dāng)輸入為高電平時(shí)，對(duì)地址信號(hào)進(jìn)行鎖存。6 腳為測(cè)試控制，當(dāng)輸入一個(gè) 2s 的高電平脈沖時(shí)，就開(kāi)始 A/D 轉(zhuǎn)換。7 引腳為 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志，當(dāng) A/D 轉(zhuǎn)換結(jié) 束時(shí)，7 腳輸出高電平。9 腳為 A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出允許端，當(dāng) OE 腳為高電平時(shí)，A/D 轉(zhuǎn) 換數(shù)據(jù)輸出。10 腳為 0809 的時(shí)鐘輸入端。 1.2.1 ADC0809 的引腳及功能 逐次比較型 A/D 轉(zhuǎn)換器在精度、速度、和價(jià)格上都適中，是最常用的 A/D 轉(zhuǎn)換器 件。芯片采用的是 ADC0809，以下介紹 ADC0809 的引腳及功能。芯片如圖 5 所示。 5 圖圖 5 5 ADC0809ADC0809 的引腳的引腳 ADC0809 是一種逐次比較式 8 路模擬輸入、8 位數(shù)字量輸出的 A/D 轉(zhuǎn)換器。由圖可 見(jiàn)，ADC0809 共有 28 個(gè)引腳，采用雙列直插式封裝。主要引腳功能如下： IN0-IN7 是 8 路模擬信號(hào)輸入端。 D0-D7 是 8 位數(shù)字量輸入端。 A、B、C 與 ALE 控制 8 路模擬通道的切換，A、B、C 分別與 3 根地址線或數(shù)據(jù) 線相連，3 位編碼對(duì)應(yīng) 8 個(gè)通道地址端口。 ADC0809 芯片有 28 條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖所示。下面說(shuō)明各引腳功 能。 IN0IN7：8 路模擬量輸入端。 2-12-8：8 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(hào)，輸入，高電平有效。 START： A/D 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)脈沖輸入端，輸入一個(gè)正脈沖（至少 100ns 寬）使其啟動(dòng) （脈沖上升沿使 0809 復(fù)位，下降沿啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換） 。 EOC： A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，當(dāng) A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)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(hào)，輸入，高電平有效。當(dāng) A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè) 高電平，才能打開(kāi)輸出三態(tài)門(mén)，輸出數(shù)字量。 CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于 640KHZ。 REF（+） 、REF（-）：基準(zhǔn)電壓。 Vcc：電源，單一+5V。 GND：地。 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(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換，之后 EOC 輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到 A/D 轉(zhuǎn)換完成，EOC 變?yōu)?高電平，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(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。當(dāng) OE 輸入高電平 時(shí)，輸出三態(tài)門(mén)打開(kāi)，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送 A/D 轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)傳送的關(guān) 鍵問(wèn)題是如何確認(rèn) A/D 轉(zhuǎn)換的完成，因?yàn)橹挥写_認(rèn)完成后，才能進(jìn)行傳送。為此可采 用下述三種方式。 （1）定時(shí)傳送方式 對(duì)于一種 A/D 轉(zhuǎn)換器來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)換時(shí)間作為一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是已知的和固定的。例如 6 ADC0809 轉(zhuǎn)換時(shí)間為 128s，相當(dāng)于 6MHz 的 MCS-51 單片機(jī)共 64 個(gè)機(jī)器周期?？蓳?jù) 此設(shè)計(jì)一個(gè)延時(shí)子程序，A/D 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)后即調(diào)用此子程序，延遲時(shí)間一到，轉(zhuǎn)換肯定 已 經(jīng)完成了，接著就可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。 （2）查詢方式 A/D 轉(zhuǎn)換芯片有表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)，例如 ADC0809 的 EOC 端。因此可以用查 詢方式，測(cè)試 EOC 的狀態(tài)，即可確認(rèn)轉(zhuǎn)換是否完成，并接著進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。 （3）中斷方式 把表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)（EOC）作為中斷請(qǐng)求信號(hào)，以中斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。 不管使用上述哪種方式，只要一旦確定轉(zhuǎn)換完成，即可通過(guò)指令進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。首先 送出口地址并以信號(hào)有效時(shí)，OE 信號(hào)即有效，把轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線，供單片機(jī)接 受。 需要注意的是：ADC0809 雖然有 8 路模擬通道可以同時(shí)輸入 8 路模擬信號(hào)，但每個(gè) 瞬間只能換 1 路，共用一個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，各路之間的切換由軟件改變 C、A、B 引腳上的代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)。地址鎖存與譯碼電路完成對(duì) A、B、C 3 個(gè)地址位進(jìn)行 鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于通道選擇，其轉(zhuǎn)換結(jié)果通過(guò)三態(tài)輸出鎖存器存放、輸出， 因此可以直接與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連，圖 6 為通道選擇表。 圖圖 6 6 通道選擇表通道選擇表 OE、START、CLK 為控制信號(hào)端，OE 為輸出允許端，START 為啟動(dòng)信號(hào)輸入端， CLK 為時(shí)鐘信號(hào)輸入端。 VR(+)和 VR(-)為參考電壓輸入端。 1.2.2 ADC0809 的結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)換原理 ADC0809 的結(jié)構(gòu)框圖如圖 7。ADC0809 采用逐次比較的方法完成 A/D 轉(zhuǎn)換的，由單 一的+5V 電源供電。片內(nèi)有鎖存功能的 8 路選 1 的模擬開(kāi)關(guān)，由 C、B、A 引腳的功能來(lái) 決定所選的通道。0809 完成一次轉(zhuǎn)換需 100s 左右，輸出具有 TTL 三態(tài)鎖存緩沖器， 可直接連接到 MCS-51 的數(shù)據(jù)總線上。 通過(guò)適當(dāng)?shù)耐饨与娐罚?809 可對(duì) 0-5V 的模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 7 START CLK OEVR(+) VR() VCC GND EOC D0 . . . D7 三態(tài)輸 出鎖存 器 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換 器 地址鎖 存與密 碼 C B A ALE 8 路模 擬量開(kāi) 關(guān) IN7 . IN0 圖圖 7 7 ADC0809ADC0809 的結(jié)構(gòu)框圖的結(jié)構(gòu)框圖 1.2.3 ADC0809 連線圖 ADC0809 與單片機(jī)的連線圖如圖 8： In3 1 In5 3 In6 4 In7 5 ST ART 6 EOC 7 D3 8 OE 9 CLOCK 10 V cc 11 V ref+ 12 GND 13 D1 14 D2 15 V ref- 16 D0 17 D4 18 D5 19 D7 21 ALE 22 ADDC 23 ADDB 24 ADDA 25 In0 26 In1 27 In4 2 D6 20 In2 28 ADC0809 ADC1 ADC0809 +5 GND D0 D1 D2 GND D3 D4 D5 D6 D7 ST STEOC OE CLK IN 圖圖 8 8 ADC0809ADC0809 的連線圖的連線圖 1.3 89C51 單片機(jī)系統(tǒng) 單片機(jī)是一種集成電路芯片，采用超大規(guī)模技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力(如算術(shù)運(yùn)算， 邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、中斷處理)的微處理器(CPU)，隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)，只讀 程序存儲(chǔ)器(ROM)，輸入輸出電路(I/O 口)，可能還包括定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行通信口(SCI)， 顯示驅(qū)動(dòng)電路(LCD 或 LED 驅(qū)動(dòng)電路)，脈寬調(diào)制電路(PWM)，模擬多路轉(zhuǎn)換器及 A/D 轉(zhuǎn) 換器等電路集成到一塊單塊芯片上，構(gòu)成一個(gè)雖小然而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。這些電路 能在軟件的控制下準(zhǔn)確、迅速、高效地完成程序設(shè)計(jì)者事先規(guī)定的任務(wù)。 8 1.3.1 單片機(jī)片內(nèi)結(jié)構(gòu) 51 單片機(jī)的片內(nèi)結(jié)構(gòu)如圖 9 所示。它把那些作為控制應(yīng)用所必需的基本內(nèi)容都集 成在一個(gè)尺寸有限的集成電路芯片上。按功能劃分，它有如下功能部件組成： 微處理器（CPU） 。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)。 程序存儲(chǔ)器（ROM/EPROM） 。 4 個(gè) 8 位并行 I/O 口（P0 口、P1 口、P2 口、P3 口） 。 一個(gè)串行口。 2 個(gè) 16 位定時(shí)器、計(jì)數(shù)器。 2 個(gè) 16 位定時(shí)器、計(jì)數(shù)器。 中斷系統(tǒng)。 特殊功能寄存器（SFR） 。 PSEN 88 E O C X T A L 1 CPU （運(yùn)算器） （控制器） 數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 器 RAM P 0 P 2 程序存儲(chǔ)器 ROM/EPRO M P 1 串 行 口 定時(shí) 器/計(jì) 數(shù)器 中斷 系 統(tǒng) 特殊功能 寄存器 （SFR） P 3 AL E EA IN7 . I 0 X T A L 2 8 8 RESE T 圖圖 9 9 5151 單片機(jī)片內(nèi)結(jié)構(gòu)單片機(jī)片內(nèi)結(jié)構(gòu) 上述功能部件都是通過(guò)片內(nèi)單一總線連接而成，其基本結(jié)構(gòu)依舊是 CPU 加上外圍 芯片的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式。但 CPU 對(duì)各種功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控 制方式。 從硬件角度來(lái)看，與 MCS-51 指令完全兼容的新一代 AT89CXX 系列機(jī)，比在片外加 EPROM 才能相當(dāng)?shù)?8031 單片機(jī)抗干擾性能強(qiáng)，與 87C51 單片機(jī)技能相當(dāng)，但功耗小。 程序修改直接用+5V 或+12V 電源擦除，更顯方便、而且其工作電壓放寬至 2.7V-6V，因 而受電壓波動(dòng)的影響更小，而且 4K 的程序存儲(chǔ)器完全能滿足單片機(jī)系統(tǒng)的軟件要求， 故 AT89C51 單片機(jī)是構(gòu)造本檢測(cè)系統(tǒng)的更理想的選擇。 1.3.2 89C51 芯片介紹 9 掌握 MCS-51 單片機(jī)，應(yīng)首先了解 MCS-51 的引腳，熟悉并牢記各引腳的功能， MCS-51 系列中各種型號(hào)芯片的引腳是互相兼容的。制作工藝為 HMOS 的 MCS-51 的單片 機(jī)都采用 40 只引腳的雙列直插封裝方式，如圖 10 所示。 圖圖 1010 AT89C51AT89C51 芯片管腳圖芯片管腳圖 P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 RST (TXD) P3.1 (INT0) P3.2 (INT1) P3.3 T0 P3.4 T1 P3.5 (WR) P3.6 (RD) P3.7 XTAL1 XTAL2 GND Vcc P0.0 (AD0) P0.1 (AD1) P0.2 (AD2) P0.3 (AD3) P0.4 (AD4) P0.5 (AD5) P0.6 (AD6) P0.7 (AD7) EA/VPP PSEN P2.7 (A15) P2.6 (A14) P2.5 (A13) P2.4 (A12) P2.3 (A11) P2.2 (A10) P2.1 (A9) P2.0 (A8) PDIP (RXD) P3.0 ALE/PROG 40 只引腳按其功能來(lái)分，可分為如下 3 類(lèi)： 電源及時(shí)鐘引腳：Vcc、Vss、XTAL1、XTAL2。 電源引腳接入單片機(jī)的工作電源。Vcc 接+5V 電源，Vss 接地。 時(shí)鐘引腳 XTAL1、XTAL2 外接晶體與片內(nèi)的反相放大器構(gòu)成了 1 個(gè)晶體振蕩器，它為單 片機(jī)提供了時(shí)鐘控制信號(hào)。2 個(gè)時(shí)鐘引腳也可外接獨(dú)立的晶體振蕩器。XTAL1 接外部的 一個(gè)引腳。該引腳內(nèi)部是一個(gè)反相放大器的輸入端。這個(gè)反相放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩 器。如果采用外接晶體振蕩器時(shí)，此引腳接地。XTAL2 接外部晶體的另一端，在該引腳 內(nèi)部接至內(nèi)部反相放大器的輸出端。若采用外部時(shí)鐘振蕩器時(shí)，該引腳接受時(shí)鐘振蕩 器的信號(hào)，即把此信號(hào)直接接到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 控制引腳：、ALE、RESET（RST）。此類(lèi)引腳提供控制信號(hào)，有的還PSENEA 具有復(fù)用功能。 RST/VPD引腳：RESET（RST）是復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效。當(dāng)單片機(jī)運(yùn)行 時(shí)，在此引腳加上持續(xù)時(shí)間大于 2 個(gè)機(jī)器周期（24 個(gè)振蕩周期）的高電平時(shí)，就可以 完成復(fù)位操作。在單片機(jī)工作時(shí)，此引腳應(yīng)為0.5V 低電平。VPD為本引腳的第二功能， 即備用電源的輸入。當(dāng)主電源發(fā)生故障，降低到某一規(guī)定值的低電平時(shí)，將+5V 電源自 動(dòng)接入 RST 端，為內(nèi)部 RAM 提供備用電源，以保證片內(nèi) RAM 的信息不丟失，從而使單 片機(jī)在復(fù)位后能正常進(jìn)行。 ALE/ 引腳：ALE 引腳輸出為地址鎖存允許信號(hào)，當(dāng)單片機(jī)上電正常工作PROG 10 后 ALE 引腳不斷輸出正脈沖信號(hào)。當(dāng)單片機(jī)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE 輸出信號(hào)的負(fù)跳沿 用于單片機(jī)發(fā)出的低 8 位地址經(jīng)外部鎖存器鎖存的鎖存控制信號(hào)。即使不訪問(wèn)外部鎖 存器，ALE 端仍有正脈沖信號(hào)輸出，此頻率為時(shí)鐘振蕩器頻率的 1/6。 為該引腳PROG 的第二功能。在對(duì)片內(nèi) EPROM 型單片機(jī)編程寫(xiě)入時(shí)，此引腳作為編程脈沖輸入端。 引腳：程序存儲(chǔ)器允許輸出控制端。在單片機(jī)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，此PSEN 引腳輸出脈沖負(fù)跳沿作為讀外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。此引腳接外部程序存儲(chǔ)器的 OE（輸出允許端）。 /VPP引腳：功能為片內(nèi)程序存儲(chǔ)器選擇控制端。當(dāng)引腳為高電平時(shí)，EAEAEA 單片機(jī)訪問(wèn)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，但在 PC 值超過(guò) 0FFFH 時(shí)，即超出片內(nèi)程序存儲(chǔ)器的 4KB 地址范圍時(shí)將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器內(nèi)的程序。當(dāng)引腳為低時(shí)，單片機(jī)只訪EA 問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器，不論是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。 I/O 口引腳：P0、P1、P2、P3，為四個(gè) 8 位 I/O 口的外部引腳。P0 口、P1 口、 P2 口、P3 口是 3 個(gè) 8 位準(zhǔn)雙向的 I/O 口，各口線在片內(nèi)均有固定的上拉電阻。當(dāng)這 3 個(gè)準(zhǔn)雙向 I/O 口作輸入口使用時(shí)，要向該口先寫(xiě) 1，另外準(zhǔn)雙向口 I/O 口無(wú)高阻的“浮 空”狀態(tài)。 由于單片機(jī)具有體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、耗電少等突出特點(diǎn)，所以本系統(tǒng)采 用 89C51 單片機(jī)，硬件設(shè)計(jì)電路圖如圖 1 所示。89C51 內(nèi)部有 4KB 的 EPROM，128 字節(jié) 的 RAM，所以一般都要根據(jù)所需存儲(chǔ)容量的大小來(lái)擴(kuò)展 ROM 和 RAM。本電路接高電EA 平，沒(méi)有擴(kuò)展片外 ROM 和 RAM。 1.3.3 晶振電路和復(fù)位電路 最小系統(tǒng)包括單片機(jī)及其所需的必要的電源、時(shí)鐘、復(fù)位等部件，能使單片機(jī)始 終處于正常的運(yùn)行狀態(tài)。電源、時(shí)鐘等電路是使單片機(jī)能運(yùn)行的必備條件，可以將最 小系統(tǒng)作為應(yīng)用系統(tǒng)的核心部分，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行存儲(chǔ)器擴(kuò)展、A/D 擴(kuò)展等，使單片機(jī) 完成較復(fù)雜的功能。 89C51 是片內(nèi)有 ROM/EPROM 的單片機(jī)，因此，這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡(jiǎn)單 可靠。用 89C51 單片機(jī)構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，只要將單片機(jī)接上時(shí)鐘電路和復(fù)位電路 即可，結(jié)構(gòu)如圖 11 所示，由于集成度的限制，最小應(yīng)用系統(tǒng)只能用作一些小型的控制 單元。 圖圖 1111 單片機(jī)最小系統(tǒng)原理框圖單片機(jī)最小系統(tǒng)原理框圖 (1) 時(shí)鐘電路 89C51 單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常有兩種方式產(chǎn)生：一是內(nèi)部時(shí)鐘方式，二是外部時(shí) 鐘方式。內(nèi)部時(shí)鐘方式如圖 12 所示。在 89C51 單片機(jī)內(nèi)部有一振蕩電路，只要在單片 機(jī)的 XTAL1(18)和 XTAL2(19)引腳外接石英晶體(簡(jiǎn)稱(chēng)晶振)，就構(gòu)成了自激振蕩器并 在單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)。圖中電容 C1 和 C2 的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振， 時(shí)鐘電路 復(fù)位電路 STC89C51 單片機(jī) I/ O 口 11 電容值在 530pF，典型值為 30pF。晶振 CYS 的振蕩頻率范圍在 1.212MHz 間選擇， 典型值為 12MHz 和 6MHz。 Y1 11.0592MHz C2 30pF C3 30pF 18 19 圖圖 1212 89C5189C51 內(nèi)部時(shí)鐘電路內(nèi)部時(shí)鐘電路 (2) 復(fù)位電路 當(dāng)在 89C51 單片機(jī)的 RST 引腳引入高電平并保持 2 個(gè)機(jī)器周期時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部就 執(zhí)行復(fù)位操作(若該引腳持續(xù)保持高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài))。 最簡(jiǎn)單的上電自動(dòng)復(fù)位電路中上電自動(dòng)復(fù)位是通過(guò)外部復(fù)位電路的電容充放電來(lái) 實(shí)現(xiàn)的。只要 Vcc 的上升時(shí)間不超過(guò) 1ms,就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位。 除了上電復(fù)位外，有時(shí)還需要按鍵手動(dòng)復(fù)位。本設(shè)計(jì)就是用的按鍵手動(dòng)復(fù)位。按 鍵手動(dòng)復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平復(fù)位是通過(guò) RST(9)端與電源 Vcc 接 通而實(shí)現(xiàn)的。 R1 10k C1 10uF S4VCC 9 圖圖 1313 89C5189C51 復(fù)位電路復(fù)位電路 （3）89C51 中斷技術(shù)概述 中斷技術(shù)主要用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，要求單片機(jī)能及時(shí)地響應(yīng)中斷請(qǐng)求源提出的 服務(wù)請(qǐng)求，并作出快速響應(yīng)、及時(shí)處理。這是由片內(nèi)的中斷系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)中斷請(qǐng) 求源發(fā)出中斷請(qǐng)求時(shí)，如果中斷請(qǐng)求被允許，單片機(jī)暫時(shí)中止當(dāng)前正在執(zhí)行的主程序， 轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)處理程序處理中斷服務(wù)請(qǐng)求。中斷服務(wù)處理程序處理完中斷服務(wù)請(qǐng)求后， 再回到原來(lái)被中止的程序之處（斷點(diǎn)） ，繼續(xù)執(zhí)行被中斷的主程序。 圖 14 為整個(gè)中斷響應(yīng)和處理過(guò)程。 圖圖 1414 中斷響應(yīng)和處理過(guò)程中斷響應(yīng)和處理過(guò)程 1.4 LED 顯示電路 LED 數(shù)碼管（LED Segment Displays）是由多個(gè)發(fā)光二極管封裝在一起組成 “8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個(gè)筆劃，公共電極。 數(shù)碼管分為動(dòng)態(tài)顯示和靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)兩種， 靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱(chēng)直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是 指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè) 單片機(jī)的 I/O 端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如 BCD 碼二-十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高， 缺點(diǎn)是占用 I/O 端口多，如驅(qū)動(dòng) 5 個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要 58=40 根 I/O 端口來(lái) 驅(qū)動(dòng)，要知道一個(gè) STC89C52 的 I/O 端口才 32 個(gè)呢：） ，實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼 12 驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬件電路的復(fù)雜性。數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng) 用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8 個(gè)顯示筆劃 a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM 增加位選通 控制電路，位選通由各自獨(dú)立的 I/O 線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管 都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選 通 COM 端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開(kāi)，該位 就顯示出字形，沒(méi)有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的 COM 端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過(guò)程中，每 位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為 12ms，由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的 余輝效應(yīng)， 盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是 一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠 節(jié)省大量的 I/O 端口，而且功耗更低。 本設(shè)計(jì)利用三極管驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，用4.7k 電阻起到限流作用，使得數(shù)碼管亮度 適中。 數(shù)碼管顯示電路如下 a bf c g d e V CC1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp 9 DS1 REDCA a bf c g d e V CC1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp 9 DS2 REDCA a bf c g d e V CC1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp 9 DS3 REDCA a bf c g d e V CC1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp 9 DS4 REDCA D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 Q1 PNP Q2 PNP Q3 PNP Q4 PNP +5 R1 4.7k R2 4.7k R3 4.7k R4 4.7k 圖圖 1515 數(shù)碼管顯示電路數(shù)碼管顯示電路 1.5 鍵盤(pán)電路 本設(shè)計(jì)采用按鍵接低的方式來(lái)讀取按鍵，單片機(jī)初始時(shí)，因?yàn)闉楦唠娖?，?dāng)按鍵 按下的時(shí)候，會(huì)給單片機(jī)一個(gè)低電平，單片機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理 單片機(jī)鍵盤(pán)有獨(dú)立鍵盤(pán)和矩陣式鍵盤(pán)兩種：獨(dú)立鍵盤(pán)每一個(gè) I/O 口上只接一個(gè)按 鍵，按鍵的另一端接電源或接地（一般接地） ，這種接法程序比較簡(jiǎn)單且系統(tǒng)更加穩(wěn)定； 而矩陣式鍵盤(pán)式接法程序比較復(fù)雜，但是占用的 I/O 少。根據(jù)本設(shè)計(jì)的需要這里選用 了獨(dú)立式鍵盤(pán)接法。 獨(dú)立式鍵盤(pán)的實(shí)現(xiàn)方法是利用單片機(jī) I/O 口讀取口的電平高低來(lái)判斷是否有鍵按 下。將常開(kāi)按鍵的一端接地，另一端接一個(gè) I/O 口，程序開(kāi)始時(shí)將此 I/O 口置于高電 平，平時(shí)無(wú)鍵按下時(shí) I/O 口保護(hù)高電平。當(dāng)有鍵按下時(shí)，此 I/O 口與地短路迫使 I/O 13 口為低電平。按鍵釋放后，單片機(jī)內(nèi)部的上拉電阻使 I/O 口仍然保持高電平。我們所 要做的就是在程序中查尋此 I/O 口的電平狀態(tài)就可以了解我們是否有按鍵動(dòng)作了。 在用單片機(jī)對(duì)鍵盤(pán)處理的時(shí)候涉及到了一個(gè)重要的過(guò)程，那就是鍵盤(pán)的去抖動(dòng)。 這里說(shuō)的抖動(dòng)是機(jī)械的抖動(dòng)，是當(dāng)鍵盤(pán)在未按到按下的臨界區(qū)產(chǎn)生的電平不穩(wěn)定正常 現(xiàn)象，并不是我們?cè)诎存I時(shí)通過(guò)注意可以避免的。這種抖動(dòng)一般 10200 毫秒之間，這 種不穩(wěn)定電平的抖動(dòng)時(shí)間對(duì)于人來(lái)說(shuō)太快了，而對(duì)于時(shí)鐘是微秒的單片機(jī)而言則是慢 長(zhǎng)的。硬件去抖動(dòng)就是用部分電路對(duì)抖動(dòng)部分加之處理，軟件去抖動(dòng)不是去掉抖動(dòng)， 而是避抖動(dòng)部分的時(shí)間，等鍵盤(pán)穩(wěn)定了再對(duì)其處理。所以這里選擇了軟件去抖動(dòng)，實(shí) 現(xiàn)法是先查尋按鍵當(dāng)有低電平出現(xiàn)時(shí)立即延時(shí) 10200 毫秒以避開(kāi)抖動(dòng)（經(jīng)典值為 20 毫秒） ，延時(shí)結(jié)束后再讀一次 I/O 口的值，這一次的值如果為 1 表示低電平的時(shí)間不 到 10200 毫秒，視為干擾信號(hào)。當(dāng)讀出的值是 0 時(shí)則表示有按鍵按下，調(diào)用相應(yīng)的處 理程序。硬件電路如圖 16 所示： S1 SW SPST S2 SW SPST S3 SW SPST GND k1 k2 k3 圖圖 1616 按鍵電路按鍵電路 2 2、軟件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì) 2.1 原理圖如圖 18 所示： P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 REST 9 P3.0/RX D 10 P3.1/T X D 11 P3.2/INT 0 12 P3.3/INT 1 13 P3.4/T 0 14 P3.5/T 1 15 P3.6/W R 16 P3.7/RD 17 X T AL2 18 X T AL1 19 GND 20 P2.0 21 P2.1 22 P2.2 23 P2.3 24 P2.4 25 P2.5 26 P2.7 28 SPEN 29 ALE 30 EA 31 P0.7 32 P0.6 33 P0.5 34 P0.4 35 P0.3 36 P0.2 37 P0.1 38 P0.0 39 V CC 40 P2.6 27 ST C89C52 U1 ST C89C52C1 30P C2 30P + C3 10uf 1 2 3 4 5 6 7 8 9 J110K Y1 12MHZ GND R1 10K GND +5 In3 1 In5 3 In6 4 In7 5 ST ART 6 EOC 7 D3 8 OE 9 CLOCK 10 V cc 11 V ref+ 12 GND 13 D1 14 D2 15 V ref- 16 D0 17 D4 18 D5 19 D7 21 ALE 22 ADDC 23 ADDB 24 ADDA 25 In0 26 In1 27 In4 2 D6 20 In2 28 ADC0809 ADC1 ADC0809 +5 GND D0 D1 D2 GND D3 D4 D5 D6 D7 ST ST ST EOC EOC OE OECLK CLK D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 IN S1 SW SPST S2 SW SPST S3 SW SPST GND k1 k2 k3 A 1 F 2 A 3 B 4 F 5 B 6 RL1 MQ-3 +5GND RA2 220 RA1 220 GND IN +5 k1 k2 k3 a bf c g d e V CC1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp 9 DS1 REDCA a bf c g d e V CC1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp 9 DS2 REDCA a bf c g d e V CC1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp 9 DS3 REDCA a bf c g d e V CC1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp 9 DS4 REDCA D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 Q1 PNP Q2 PNP Q3 PNP Q4 PNP +5 R1 4.7k R2 4.7k R3 4.7k R4 4.7k +5 3 21 P1 POW ER 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 S1 +5 GND A 1 B 2 F BUZ Z ER Q5 PNP +5 GND FR1 2.2k D2 LED D1 LED RL1 2.2K RL2 2.2K 圖圖 1717 原理圖原理圖 五、程序設(shè)計(jì)五、程序設(shè)計(jì) 14 1程序設(shè)計(jì)的基本思路 主程序流程圖如下圖所示： 圖圖 1818 主程序框圖主程序框圖 2.數(shù)據(jù)采集子程序程序框圖 A/D 轉(zhuǎn)換子程序流程圖如下圖 19 所示。ADC0809 初始化后，把 0 通道輸入的 0-5V 的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的數(shù)字量，然后將對(duì)應(yīng)數(shù)值存儲(chǔ)到內(nèi)存單元。 開(kāi)始 初始化 讀取 AD 轉(zhuǎn)換酒精值 判斷當(dāng)前 酒精范圍 判斷按鍵 是否按下 執(zhí)行相應(yīng) 的指示控制 N 設(shè)置相應(yīng)參數(shù) 顯示設(shè)置數(shù)值 結(jié)束 Y 15 圖圖 1919 數(shù)據(jù)采集子程序框圖數(shù)據(jù)采集子程序框圖 3.程序代碼 /程序頭函數(shù) #include /宏定義 #define uint unsigned int #define uchar unsigned char #define Data_ADC0809 P1 /ADC0809 sbit ST=P33; sbit EOC=P34; sbit OE=P32; /顯示數(shù)組0-9 - F uchar Data_=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f,0 x71,0 x3f; sbit Wei1 = P27; sbit Wei2 = P26; sbit Wei3 = P25; sbit Wei4 = P24; /函數(shù)聲明 extern uchar ADC0809(); void Display(uchar X,uchar Data); void delay(uint t); /酒精含量變量 uchar temp=0; 開(kāi)始 啟動(dòng) ADC0809 通道，并延時(shí) 100s 轉(zhuǎn)換完？ 讀出 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果 結(jié)果存入內(nèi)存單元 返回 Y N 16 /顯示模式 uchar Mode=0; uchar p; void main() /主函數(shù) while(1) /正常模式 if(Mode=0) /讀取 AD 值 temp=ADC0809(); for(p=0;p30;p+) Display(0,temp); /ADC0809 讀取信息 uchar ADC0809() uchar temp_=0 x00; /初始化高阻太 OE=0; /轉(zhuǎn)化初始化 ST=0; /開(kāi)始轉(zhuǎn)換 ST=1; ST=0; /外部中斷等待 AD 轉(zhuǎn)換結(jié)束 while(EOC=0) /讀取轉(zhuǎn)換的 AD 值 OE=1; temp_=Data_ADC0809; OE=0; return temp_; /延時(shí) void delay(uint t) uint i,j; for(i=0;it;i+) for(j=0;j10;j+); /顯示 X 表示狀態(tài) Data 表示數(shù)據(jù) void Display(uchar X,uchar Data) Wei1=1; 17 Wei2=1; Wei3=1; Wei4=1; P0=0 xff; /正常模式 if(X=0) P0=Data_11; /非正常 else P0=Data_10; Wei1=0; Wei2=1; Wei3=1; Wei4=1; delay(10); Wei1=1; Wei2=1; Wei3=1; Wei4=1; P0=Data_Data/100; Wei1=1; Wei2=0; Wei3=1; Wei4=1; delay(10); Wei1=1; Wei2=1; Wei3=1; Wei4=1; P0=Data_D