酒精濃度測(cè)試系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

-.z.PAGE0第一章前言全球機(jī)械化水平的提高給人類的文明和進(jìn)步帶來(lái)了無(wú)可厚非的積極影響。遺憾的是對(duì)道路交通平安卻沒(méi)有帶來(lái)正面的影響，導(dǎo)致了人員的傷亡、財(cái)產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)1992年TransporiResearchLaboratoryofOverseasDevelopmentAdministration統(tǒng)計(jì)，全世界每年發(fā)生的交通事故中有30萬(wàn)人死亡，大約1500萬(wàn)人因交通事故而受傷。1994年全球每年的交通事故中有50萬(wàn)人死亡，也即全球每分鐘有1人死亡，有15000萬(wàn)人遭受交通傷害，其中有1%致殘，每年因交通事故要支出的財(cái)政費(fèi)用上億美元。1994年德國(guó)環(huán)境預(yù)測(cè)學(xué)會(huì)(theEnvironmtalandPrognosisinstituteinHeidelherg,Germany)估計(jì)：在1995～2030年期間，如果今后機(jī)動(dòng)車交通仍按1994年趨勢(shì)開展，以1995年各國(guó)家的人口數(shù)據(jù)為依據(jù)，全球因交通事故死亡人數(shù)將是法國(guó)人口總數(shù)的90%，受傷人數(shù)是中國(guó)人數(shù)的90%，目前全球機(jī)械化水平的進(jìn)一步開展，結(jié)果將更是不容樂(lè)觀的。所以道路交通平安問(wèn)題是全球性問(wèn)題，各國(guó)都面臨交通肇事對(duì)道路交通平安帶來(lái)的危機(jī)。由于各國(guó)資料統(tǒng)計(jì)口徑的限制，顯示了一些國(guó)家在1990～1993年間及2000年按國(guó)際統(tǒng)計(jì)指標(biāo)口徑統(tǒng)計(jì)的道路事故死亡人數(shù)和死亡率情況。從這近三年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看到我國(guó)每萬(wàn)車死亡人數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出機(jī)械化水平較高的興旺國(guó)家。目前我國(guó)交通事故的嚴(yán)重性已受到了國(guó)際有關(guān)組織的關(guān)注，在我國(guó)從政府管理部門、交通執(zhí)法機(jī)構(gòu)、研究機(jī)構(gòu)到每一位公民都應(yīng)覺醒，關(guān)注道路交通平安、參與到治理道路交通平安的工作中來(lái)。1.1交通平安的現(xiàn)狀和開展趨勢(shì)我國(guó)汽車工業(yè)開展很快,汽車擁有量猛增,自1978年以來(lái)我國(guó)汽車保有量一直以兩位數(shù)的百分比率在增長(zhǎng),至2002年底我國(guó)汽車已達(dá)2141萬(wàn)輛。與此同時(shí),每年因交通事故死亡的人數(shù)也在迅速增長(zhǎng),十年間翻了一番,1991年5.3萬(wàn)人,2001年已達(dá)10.6萬(wàn)人,2002年為10.9萬(wàn)人,居世界第一位。更值得關(guān)注的是這種增長(zhǎng)勢(shì)頭至今尚未受到有效遏制和減弱,如不作重大的政策調(diào)整,未來(lái)十年間道路交通事故年死亡人數(shù)還會(huì)再翻一番。我國(guó)道路交通事故的致死率也很高,比工業(yè)興旺國(guó)家高出10倍。因此,我國(guó)道路交通平安形勢(shì)十分嚴(yán)峻,已經(jīng)引起全國(guó)各有關(guān)方面的重視。迄今為止全世界被汽車奪去的生命已超過(guò)者已超過(guò)75萬(wàn)。在全球范圍內(nèi)，平均每萬(wàn)輛汽車每年死亡人數(shù)在10人左右。由于占人口優(yōu)勢(shì)的開展中國(guó)家的汽車總數(shù)在增加，全世界每年死于汽車事故的總?cè)藬?shù)也在增加交通事故，這場(chǎng)"和平時(shí)代的戰(zhàn)爭(zhēng)〞還將無(wú)情地持續(xù)下去，全世界每年因道路交通事故造成的經(jīng)濟(jì)損失約為5180億美元。隨著全世界汽車擁有量的增加，全球道路交通事故的死亡人數(shù)也在增加。根據(jù)WHO數(shù)據(jù)，全球2003年的人均純酒精消費(fèi)量為6.2L，其中歐洲地區(qū)人均達(dá)11.9L，美洲地區(qū)人均為8.7L。俄羅斯及其周邊的東歐國(guó)家酒精消費(fèi)量最高，其次為歐洲其他國(guó)家。在人均國(guó)民生產(chǎn)總值低于7000美元的低收入國(guó)家，酒精消費(fèi)量與人均GDP相關(guān)，GDP越高酒精消費(fèi)量越高。而隨著我國(guó)近年來(lái)高速開展的經(jīng)濟(jì)水平和居民生活水平，酒精消費(fèi)量亦呈直線上升趨勢(shì)，隨之而來(lái)的是因?yàn)轱嬀贫斐傻囊幌盗猩鐣?huì)問(wèn)題，例如酒后駕駛造成的交通意外。當(dāng)酒精在人體血液內(nèi)到達(dá)一定濃度時(shí)，造成神經(jīng)麻痹，大腦反響緩慢，肢體不受控制等病癥。人對(duì)外界的反響能力及控制能力就會(huì)下降，處理緊急情況的能力也隨之下降。對(duì)于酒后駕車者而言，其血液中酒精含量越高，發(fā)生撞車的幾率越大。而根據(jù)世界衛(wèi)組織的事故調(diào)查，大約50%—69%的交通事故與酒后駕駛有關(guān)，酒后駕駛已經(jīng)被列為車禍致死的主要原因。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)人權(quán)的尊重，對(duì)生命的關(guān)愛，使更多人的生命權(quán)、安康權(quán)及幸福美滿的家庭能得到更好的保護(hù)，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。目前全世界絕大多數(shù)國(guó)家都采用呼氣酒精測(cè)試儀對(duì)駕駛?cè)藛T進(jìn)展現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，以確定被測(cè)量者體內(nèi)酒精含量的多少，以確保駕駛員的生命財(cái)產(chǎn)平安。酒精檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)與使用有著不可替代的作用，也有著相當(dāng)?shù)那熬昂鸵饬x。1.2本課題的研究?jī)?nèi)容和目標(biāo)本論文研究的是一種以氣敏傳感器和單片機(jī)為主的酒精濃度測(cè)試儀器。通過(guò)酒精傳感器檢測(cè)空氣酒精濃度，在數(shù)模轉(zhuǎn)換時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)展處理，并判定是否超標(biāo)。如超標(biāo)，則進(jìn)展語(yǔ)音報(bào)警。還有數(shù)碼管顯示功能和定時(shí)功能。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)總體功能分析酒后駕駛是多數(shù)惡性交通事故的主要原因。因此，杜絕酒后駕駛，是防止重大事故的根本。交通平安部門對(duì)駕駛?cè)藛T進(jìn)展酒精測(cè)試就成為必須的措施。本課題設(shè)計(jì)一種基于單片機(jī)的酒精測(cè)試系統(tǒng)。系統(tǒng)功能要求：通過(guò)傳感器對(duì)酒精進(jìn)展測(cè)試，計(jì)算出酒精濃度，精度：≤1%，顯示計(jì)算結(jié)果并可語(yǔ)音報(bào)告，超限報(bào)警。2.2系統(tǒng)總體構(gòu)造和原理酒精濃度檢測(cè)儀主要是用來(lái)檢測(cè)酒精濃度的，它主要由酒精傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、數(shù)碼管顯示以及語(yǔ)音報(bào)警構(gòu)成。酒精傳感器將檢測(cè)到的酒精濃度轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，然后將電信號(hào)傳送給模數(shù)轉(zhuǎn)換器，經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后，把轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字信號(hào)傳給單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)所輸入的數(shù)字信號(hào)進(jìn)展分析處理，最后將分析處理的結(jié)果通過(guò)顯示器顯示出來(lái)?？梢酝ㄟ^(guò)軟件來(lái)設(shè)定一定的酒精濃度的閥值。如果所檢測(cè)到的空氣中的酒精濃度超過(guò)了所設(shè)定的閥值，則單片機(jī)將會(huì)控制蜂鳴器發(fā)出語(yǔ)音報(bào)警，用來(lái)提示危害。本文設(shè)計(jì)的酒精濃度檢測(cè)儀主要是以酒精傳感器和單片機(jī)為平臺(tái)設(shè)計(jì)而成的，其硬件系統(tǒng)功能框圖如圖2.1所示。單片機(jī)模數(shù)轉(zhuǎn)換器單片機(jī)模數(shù)轉(zhuǎn)換器酒精傳感器數(shù)碼管語(yǔ)音報(bào)警語(yǔ)音報(bào)警時(shí)鐘時(shí)鐘圖2.1系統(tǒng)功能框圖系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1信號(hào)采集電路模塊氣體傳感器是氣體檢測(cè)系統(tǒng)的核心，通常安裝在探測(cè)頭內(nèi)。從本質(zhì)上講，氣體傳感器是一種將*種氣體體積分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)電信號(hào)的轉(zhuǎn)換器。探測(cè)頭通過(guò)氣體傳感器對(duì)氣體樣品進(jìn)展調(diào)理，通常包括濾除雜質(zhì)和干擾氣體、枯燥或制冷處理、樣品抽吸，甚至對(duì)樣品進(jìn)展化學(xué)處理，以便化學(xué)傳感器進(jìn)展更快速地測(cè)量。在選擇傳感器的時(shí)候，一定要考慮到穩(wěn)定性、靈敏度、選擇性和抗腐蝕性，本系統(tǒng)選擇MQ3型酒精傳感器。MQ3酒精傳感器是氣敏傳感器，其具有很高的靈敏度、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者不銹鋼的腔體內(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)回路有兩局部組成：其一為加熱回路；其二為信號(hào)輸出回路，它可以準(zhǔn)確反映傳感器外表電阻的變化。傳感器外表電阻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出面獲得的。二者之間的關(guān)系表述為：RS/RL=(VC－VRL)/VRL，其中VC為回路電壓10V。負(fù)載電阻RL可調(diào)為0.5～200K，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型氣敏傳感器的構(gòu)造和外形如圖3.1所示，標(biāo)準(zhǔn)回路如圖四所示，傳感器阻值變化率與酒精濃度、外界溫度的關(guān)系如圖3.2所示。為了使測(cè)量的精度到達(dá)最高，誤差最小，需要找到適宜的溫度，一般在測(cè)量前需要將傳感器預(yù)熱5分鐘。圖3.1MQ3的構(gòu)造和外形圖3.2傳感器阻值變化率與酒精濃度、外界溫度之間的關(guān)系為了更好地使用酒精傳感器MQ3，現(xiàn)將MQ3的標(biāo)準(zhǔn)工作條件和環(huán)境條件進(jìn)展介紹，如表3.1和表3.2所示。表3-1標(biāo)準(zhǔn)工作條件表3-2酒精傳感器MQ3的環(huán)境條件信號(hào)采樣電路信號(hào)的采樣電路如圖3.3所示。MQ-3的加熱電阻兩端即H引腳接至+5V直流穩(wěn)壓電源，用于電阻絲對(duì)敏感體電阻的加熱。MQ-3的兩個(gè)A引腳相連，作為敏感體電阻的一個(gè)電極。MQ-3的兩個(gè)B引腳也連接在一起，作為敏感體電阻的另一個(gè)電極。將電極斷A接到電源正極，電極端B接兩個(gè)270K并聯(lián)的電阻。MQ-3型氣敏傳感器與電位器串聯(lián)構(gòu)成分壓電路，采樣點(diǎn)為電位器的分壓。MQ-3型氣敏傳感器的敏感局部是由金屬氧化物SnO2的N型半導(dǎo)體微晶燒結(jié)層構(gòu)成。當(dāng)其外表吸附有被測(cè)氣體酒精分子時(shí)，外表導(dǎo)電電子比例就會(huì)發(fā)生變化，從而其外表電阻會(huì)隨著被測(cè)氣體濃度的變化而變化。由于這種變化是可逆的，所以能重復(fù)使用。當(dāng)氣敏傳感器的敏感體電阻阻值發(fā)生改變時(shí)，對(duì)應(yīng)的電位器的分壓值也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，即一個(gè)電壓值對(duì)應(yīng)著一個(gè)被測(cè)酒精氣體濃度。對(duì)酒精氣體濃度的采樣就可以轉(zhuǎn)化為對(duì)電位器分壓的采樣。在采樣硬件電路中實(shí)際要考慮到MQ-3的實(shí)際技術(shù)參數(shù)，即加熱電阻和敏感體電阻的大小，該局部應(yīng)與電源正極相連。負(fù)載電阻要根據(jù)MQ-3實(shí)際的技術(shù)參數(shù)而選擇阻值適宜的電阻。應(yīng)該在MQ-3預(yù)熱5到10分鐘后，它的敏感體電阻只有120K，所以負(fù)載電阻選用兩個(gè)270k并聯(lián)，構(gòu)成采樣局部的分壓電阻。圖3.3采樣電路3.2A/D轉(zhuǎn)換模塊所謂A/D轉(zhuǎn)換器就是模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器〔ADC〕，是將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。信號(hào)輸入端可以是傳感器或轉(zhuǎn)換器的輸出，而ADC的數(shù)字信號(hào)也可能提供給微處理器，以便廣泛地應(yīng)用。CS、RD、WR是數(shù)字控制輸入端，滿足標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平。其中CS和WR用來(lái)控制A/D轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)信號(hào)。CS、RD用來(lái)讀A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果，當(dāng)它們同時(shí)為低電平時(shí)，輸出數(shù)據(jù)鎖存器DB0～DB7各端上出現(xiàn)8位并行二進(jìn)制數(shù)碼。ADC0801～0805片內(nèi)有時(shí)鐘電路，只要在外部"CLKI〞和"CLKR〞兩端外接一對(duì)電阻電容即可產(chǎn)生A/D轉(zhuǎn)換所要求的時(shí)鐘，其振蕩頻率為fCLK≈1/1.1RC。其典型應(yīng)用參數(shù)為：R=10K，C=150PF，fCLK≈640KHZ，轉(zhuǎn)換速度為100μｓ。假設(shè)采用外部時(shí)鐘，則外部fCLK可從CLKI端送入，此時(shí)不接R、C。允許的時(shí)鐘頻率范圍為100KHZ～1460KHZ。INTR是轉(zhuǎn)換完畢信號(hào)輸出端，輸出跳轉(zhuǎn)為低電平表示本次轉(zhuǎn)換已經(jīng)完成，可作為微處理器的中斷或查詢信號(hào)。如果將CS和WR端與INTR端相連，則ADC0804就處于自動(dòng)循環(huán)轉(zhuǎn)換狀態(tài)。CS＝0時(shí)，允許進(jìn)展A/D轉(zhuǎn)換。WR由低跳高時(shí)A/D轉(zhuǎn)換開場(chǎng)，8位逐次比擬需8×8=64個(gè)時(shí)鐘周期，再加上控制邏輯操作，一次轉(zhuǎn)換需要66～73個(gè)時(shí)鐘周期。在典型應(yīng)用fCLK＝640KHZ時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間約為103μｓ～114μｓ。當(dāng)fCLK超過(guò)640KHZ，轉(zhuǎn)換精度下降，超過(guò)極限值1460KHZ時(shí)便不能正常工作。被轉(zhuǎn)換的電壓信號(hào)從VIN〔+〕和VIN〔-〕輸入，允許此信號(hào)是差動(dòng)的或不共地的電壓信號(hào)。如果輸入電壓VIN的變化范圍從0V到Vma*，則芯片的VIN〔-〕端接地，輸入電壓加到VIN〔+〕引腳。由于該芯片允許差動(dòng)輸入，在共模輸入電壓允許的情況下，輸入電壓范圍可以從非零伏開場(chǎng)，即Vmin至Vmas。此時(shí)芯片的VIN〔-〕端應(yīng)該接入等于Vmin的恒值電碼墳上，而輸入電壓VIN仍然加到VIN〔+〕引腳上。A/D轉(zhuǎn)換器一般都有這兩個(gè)引腳。模擬地AGND和數(shù)字地DGND分別設(shè)置引入端，使數(shù)字電路的地電流不影響模擬信號(hào)回路，以防止寄生耦合造成的干擾。參考電壓VREF/2可以由外部電路供給從"VREF/2〞端直接送入，VREF/2端電壓值應(yīng)是輸入電壓范圍的二分之一所以輸入電壓的范圍可以通過(guò)調(diào)整VREF/2引腳處的電壓加以改變，轉(zhuǎn)換器的零點(diǎn)無(wú)調(diào)整。ADC0804接口電路設(shè)計(jì)現(xiàn)以程序查詢方式為例，說(shuō)明ADC0804在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用，采集數(shù)據(jù)時(shí)，首先微處理器執(zhí)行一條傳送指令，在該指令執(zhí)行過(guò)程中，微處理器在控制總線的同時(shí)產(chǎn)生CS1、WR1低電平信號(hào)，啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器工作，ADC0804經(jīng)100μs后將輸入模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)存在輸出鎖存器中，并在INTR端產(chǎn)生低電平表示轉(zhuǎn)換完畢，并通知微處理器可來(lái)取數(shù)。當(dāng)微處理器通過(guò)總線查詢到INTR為低電平時(shí)，立即執(zhí)行輸入指令，以產(chǎn)生CS、RD2低電平信號(hào)到ADC0804相應(yīng)引腳，將數(shù)據(jù)取出并存入存儲(chǔ)器中。整個(gè)數(shù)據(jù)采集過(guò)程，由微處理器有序地執(zhí)行假設(shè)干指令來(lái)完成。ADC0804是8位全MOS中速A/D轉(zhuǎn)換器、它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，片內(nèi)有三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器，可以和單片機(jī)直接接口。單通道輸入，轉(zhuǎn)換時(shí)間大約為100us。ADC0804轉(zhuǎn)換時(shí)序是：當(dāng)CS＝0許可進(jìn)展A/D轉(zhuǎn)換。WR由低到高時(shí)，A/D開場(chǎng)轉(zhuǎn)換，一次轉(zhuǎn)換一共需要66～73個(gè)時(shí)鐘周期。CS與WR同時(shí)有效時(shí)啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完畢產(chǎn)生INTR信號(hào)〔低電平有效〕，可供查詢或者中斷信號(hào)。在CS和RD的控制下可以讀取數(shù)據(jù)結(jié)果。AD轉(zhuǎn)換電路如圖3.4所示。圖3.4ADC0804模數(shù)轉(zhuǎn)換電路圖3.3主控模塊單片微機(jī)是單片微型計(jì)算機(jī)的譯名簡(jiǎn)稱，在國(guó)內(nèi)也常稱為"單片微機(jī)〞或"單片機(jī)〞。它包括中央處理器CPU，隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM，只讀存儲(chǔ)器ROM，中斷系統(tǒng)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，串行口和I/O口等等?，F(xiàn)在，單片微機(jī)已不僅指單片計(jì)算機(jī)，還包括微計(jì)算機(jī)，微處理器，微控制器和嵌入式控制器，單片微機(jī)已是它們的俗稱。在此系統(tǒng)中，選用單片機(jī)為主控模塊。就52和51單片機(jī)而言，由于52單片機(jī)的功能更為強(qiáng)大些，所以選用單片機(jī)STC89C52。STC89C52有40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出〔I/O〕端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，3個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，2個(gè)讀寫口線，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路，89C5*可以按照常規(guī)方法進(jìn)展編程，也可以在線編程。最小單片機(jī)系統(tǒng)可以由晶振電路和復(fù)位電路，STC89C52芯片組成，如下列圖3.5所示。圖3.5最小單片機(jī)電路圖3.3.1晶振電路單片機(jī)工作的過(guò)程中各指令的微操作在時(shí)間上有嚴(yán)格的次序，這種微操作的時(shí)間次序稱作時(shí)序，單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)用來(lái)為單片機(jī)芯片內(nèi)部各種微操作提供時(shí)間基準(zhǔn)，STC89C52的時(shí)鐘產(chǎn)生方式有兩種，一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，一種是外部時(shí)鐘方式。內(nèi)部時(shí)鐘方式即在單片機(jī)的外部接一個(gè)晶振電路與單片機(jī)里面的振蕩器組合作用產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)，外部時(shí)鐘方式是把外部已有的時(shí)鐘信號(hào)引入到單片機(jī)內(nèi)，此方式常用于多片STC89C52單片機(jī)同時(shí)工作，以便于各單片機(jī)的同步，一般要求外部信號(hào)高電平的持續(xù)時(shí)間大于20ns.且為頻率低于12MHz的方波。對(duì)于CHMOS工藝的單片機(jī)，外部時(shí)鐘要由*TAL1端引入，而*TAL2端應(yīng)懸空。本系統(tǒng)中為了盡量降低功耗的原則，采用了內(nèi)部時(shí)鐘方式。在STC89C52單片機(jī)的內(nèi)部有一個(gè)震蕩電路，只要在單片機(jī)的*TAL1和*TAL2引腳外接石英晶體〔簡(jiǎn)稱晶振〕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)，圖中電容器C1和C2穩(wěn)定頻率和快速起振，電容值在5—30pF，典型值是22pF，晶振CYS選擇的是12MHz。STC89C52單片機(jī)中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳19對(duì)應(yīng)的*TAL1和18對(duì)應(yīng)的*TAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反響元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器。如圖3.7所示，石英晶體及電容C1和C2接在放大器的反響回路中構(gòu)成并聯(lián)諧振電路。石英晶體的兩端分別接到引腳*TAL1和引腳*TAL2，同時(shí)石英晶體的兩端分別接一個(gè)電容C1和C2，電容的另一端接地。對(duì)于外接電容C1和C2的大小雖然沒(méi)有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小還是會(huì)對(duì)振蕩頻率的上下、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度和溫度穩(wěn)定性帶來(lái)一定的影響。根據(jù)技術(shù)資料的推薦，使用石英晶體推薦電容容量為30pF±10pF，使用陶瓷諧振器推薦電容容量為40pF±10pF。因?yàn)殡娐分薪拥氖鞘⒕w，所以設(shè)計(jì)中接的兩個(gè)電容C1和C2的容量都為30pF。3.3.2復(fù)位電路單片機(jī)開場(chǎng)工作的時(shí)候，必須處于一種確定的狀態(tài)，否則，不知哪是第一條程序和如何開場(chǎng)運(yùn)行程序。端口線電平和輸入輸出狀態(tài)不確定可能使外圍設(shè)備誤動(dòng)作，導(dǎo)致嚴(yán)重事故的發(fā)生；內(nèi)部一些控制存放器〔專用存放器〕內(nèi)容不確定可能導(dǎo)致定時(shí)器溢出、程序尚未開場(chǎng)就要中斷及串口亂傳向外設(shè)發(fā)送數(shù)據(jù)……..因此，任何單片機(jī)在開場(chǎng)工作前，都必須進(jìn)展一次復(fù)位過(guò)程，使單片機(jī)處于一種確定的狀態(tài)。當(dāng)在STC89C52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〔假設(shè)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)〕。對(duì)于復(fù)位電路局部，STC89C52技術(shù)資料給出，當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為了擺脫困境，可以按復(fù)位鍵以重新啟動(dòng)，所以復(fù)位電路的設(shè)計(jì)很有必要。復(fù)位操作有上電自動(dòng)復(fù)位、按鍵電平復(fù)位和外部脈沖復(fù)位三種方式，本設(shè)計(jì)選用按鍵電平復(fù)位方式。如圖3.7所示，10μF的電容C3與一個(gè)10KΩ的電阻串聯(lián)，電容的正極端接到電源的正極，電容的另一端接至引腳RST。設(shè)計(jì)中選用的石英晶體大小為11.0952MHz,但復(fù)位鍵按下后，電容和電阻選用的參數(shù)值能夠保證給復(fù)位端RST提供大于2個(gè)機(jī)器周期的高電平復(fù)位信號(hào)。3.4時(shí)鐘模塊時(shí)鐘芯片的工作原理DS1302是DALLAS公司推出的涓流充電時(shí)鐘芯片,內(nèi)含有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)RAM,通過(guò)簡(jiǎn)單的串行接口與單片機(jī)進(jìn)展通信實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷電路.提供秒分時(shí)日日期.月年的信息,每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動(dòng)調(diào)整時(shí)鐘操作可通過(guò)AM/PM指示決定采用24或12小時(shí)格式.DS1302與單片機(jī)之間能簡(jiǎn)單地采用同步串行的方式進(jìn)展通信,僅需用到三個(gè)口線:RES復(fù)位,I/O數(shù)據(jù)線,SCLK串行時(shí)鐘.時(shí)鐘/RAM的讀/寫數(shù)據(jù)以一個(gè)字節(jié)或多達(dá)31個(gè)字節(jié)的字符組方式通信.DS1302工作時(shí)功耗很低,保持?jǐn)?shù)據(jù)和時(shí)鐘信息時(shí)功率小于1mW.DS1302是由DS1202改良而來(lái),增加了以下的特性.雙電源管腳用于主電源和備份電源供給Vcc1,為可編程涓流充電電源附加七個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)器.它廣泛應(yīng)用于便攜式儀器以及電池供電的儀器儀表等產(chǎn)品領(lǐng)域。在DS1302的引腳排列,其中Vcc1為后備電源，Vcc2為主電源。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。DS1302由Vcc1或Vcc2兩者中的較大者供電。當(dāng)Vcc2大于Vcc1＋0.2V時(shí)，Vcc2給DS1302供電。當(dāng)Vcc2小于Vcc1時(shí)，DS1302由Vcc1供電。*1和*2是振蕩源，外接32.768kHz晶振。RST是復(fù)位/片選線，通過(guò)把RST輸入驅(qū)動(dòng)置高電平來(lái)啟動(dòng)所有的數(shù)據(jù)傳送。RST輸入有兩種功能：首先，RST接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位存放器；其次，RST提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當(dāng)RST為高電平時(shí)，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對(duì)DS1302進(jìn)展操作。如果在傳送過(guò)程中RST置為低電平，則會(huì)終止此次數(shù)據(jù)傳送，I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運(yùn)行時(shí)，在Vcc≥2.5V之前，RST必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時(shí)，才能將RST置為高電平。I/O為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端(雙向)。SCLK始終是輸入端。時(shí)鐘芯片接口電路因?yàn)榇讼到y(tǒng)需要記錄測(cè)量發(fā)生的時(shí)間，所以需要時(shí)鐘芯片來(lái)記錄不同人在不同時(shí)間的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，因此我們?cè)谙到y(tǒng)中參加了時(shí)鐘芯片。對(duì)時(shí)鐘芯片的要求首先是低功耗，其次是編程簡(jiǎn)單，縮短程序開發(fā)時(shí)間，實(shí)際上也就縮短了系統(tǒng)用于實(shí)際生產(chǎn)所用的開發(fā)周期以及本錢。在本系統(tǒng)，我們選擇了DS1302時(shí)鐘芯片，時(shí)鐘電路如圖3.6所示。圖3.6時(shí)鐘電路圖⑴我們時(shí)鐘電路選擇的芯片是DS1302，其內(nèi)含一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷和31字節(jié)靜態(tài)RAM，可以通過(guò)串行接口與單片機(jī)通信。而通信時(shí)，僅需要3個(gè)口線：〔1〕RES〔復(fù)位〕，〔2〕I/O數(shù)據(jù)線，〔3〕SCLK〔串行時(shí)鐘〕。時(shí)鐘/RAM的讀/寫數(shù)據(jù)以一字節(jié)或多達(dá)31字節(jié)的字符組方式通信。其工作時(shí)功耗很低，廣泛應(yīng)用于，，便攜式儀器等產(chǎn)品領(lǐng)域。存放器名命令字取值范圍各位內(nèi)容寫操作讀操作76543～0秒存放器80H81H00～59CH10SECSEC分存放器82H83H00～59010MINMIN時(shí)存放器84H85H01～1200～231/24010/〔A/P〕HRHR日存放器86H87H01～28，29、30、310010DATEDATE月存放器88H89H01～1200010MMONTH周存放器8AH8BH01～070000DAY年存放器8CH8DH01～9910YEARYEAR寫保護(hù)存放器8EH8FHWP0000慢充電存放器90H91HTCSTCSTCSTCSDSDSRSRS時(shí)鐘突發(fā)存放器BEHBFH表3-3時(shí)鐘控制字對(duì)照表⑵DS1302主要性能有：時(shí)實(shí)時(shí)鐘能計(jì)算2100年之前的秒、分、時(shí)、日、日期、星期、月、年的能力，還有閏年的調(diào)整能力；讀/寫時(shí)鐘或RAM數(shù)據(jù)時(shí)，有單字節(jié)和多字節(jié)傳送兩種方式；與DS1202/TTL兼容。⑶DS1302引腳概述：*1,*2：振蕩源，外接32。768KHZ晶振；SCLK：串行時(shí)鐘輸入端。⑷日歷、時(shí)鐘存放器與控制字對(duì)照表、日歷、時(shí)鐘存放器命令字、取值范圍以及各位內(nèi)容對(duì)照表。見表3-3。3.5語(yǔ)音模塊3.5.1語(yǔ)音芯片ISD1420工作原理語(yǔ)音芯片ISD1420是語(yǔ)音處理集成電路，ISD1420芯片型號(hào)的最后2位數(shù)字表示語(yǔ)音錄放時(shí)間的長(zhǎng)度。這種芯片錄放音時(shí)間最長(zhǎng)為20s；外圍元件簡(jiǎn)單，僅需少量阻容元件、麥克風(fēng)即可組成一完整錄放系統(tǒng)；模擬信息存儲(chǔ)重放音質(zhì)極好，并有一定混響效果；待機(jī)時(shí)低功耗〔僅0.5μA〕，典型放音電流15mA，可擴(kuò)大級(jí)聯(lián)；可持續(xù)放音，也可分段放音，最小分段20s/160段=0.125s/段，可分段數(shù)160段；錄放次數(shù)達(dá)10萬(wàn)次；斷電信息存儲(chǔ)，無(wú)需備用電池，信息可保100年；操作簡(jiǎn)單，無(wú)需專用編程器及語(yǔ)音開發(fā)器；高優(yōu)先級(jí)錄音，低電平或負(fù)邊沿觸發(fā)放音，單電源供電，典型電壓+5V。ISD1420系列語(yǔ)音集成電路由內(nèi)部時(shí)鐘電路、自動(dòng)增益控制電路、前置放大電路濾波器、差動(dòng)功率放大器、電源電路、存儲(chǔ)器EEPROM、地址譯碼電路、存儲(chǔ)控制電路等組成，其內(nèi)部物理構(gòu)造如圖3.10所示。錄音過(guò)程中，ISD1420在進(jìn)展存儲(chǔ)操作之前，要分幾個(gè)階段對(duì)信號(hào)進(jìn)展調(diào)整。首先要輸入信號(hào)放大到存儲(chǔ)電路動(dòng)態(tài)范圍的最正確電平，這個(gè)階段由前置放大器、放大器和自動(dòng)增益控制局部來(lái)完成。前置放大器通過(guò)隔直流電容與麥克風(fēng)連接，隔直流電容用來(lái)去掉交流小信號(hào)中的直流成份(大約2mV~20mV)。信號(hào)的放大分兩步完成，先經(jīng)過(guò)輸入前置放大器，然后經(jīng)過(guò)固定增益放大器。完成信號(hào)的通路要在模擬輸出端(ANAOUT)和模擬輸入端(ANAIN)兩個(gè)管腳之間連接一個(gè)電容器。自動(dòng)增益控制電路動(dòng)態(tài)的監(jiān)控放大器輸出的信號(hào)電平并發(fā)送增益控制電壓到前置放大器。前置放大器增益自動(dòng)調(diào)節(jié)以便維持進(jìn)入濾波器的信號(hào)為最正確電平，這樣錄音的信號(hào)能得到最高電平又使削波減至最小?？梢酝ㄟ^(guò)選擇連接到AGC管腳的電阻和電容值來(lái)調(diào)節(jié)描述自動(dòng)增益電路特性的兩個(gè)時(shí)間常量，即響應(yīng)時(shí)間和釋放時(shí)間。下一個(gè)階段的信號(hào)調(diào)整是由輸入濾波器完成的。由于模擬信號(hào)的存儲(chǔ)仍然是采用取樣技術(shù)，因此還需要一個(gè)抗混淆濾波器以去掉(或至少減到可忽略不計(jì)的程度)取樣頻率1/2以上的輸入頻率分量。這樣就滿足了所有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)都遵循的奈奎斯特取樣定律。語(yǔ)音的質(zhì)量要想優(yōu)于的音質(zhì)，取樣頻率要用8KHz。低通濾波器的高頻頻限選在3.4KHz，可滿足奈奎斯特取樣定律，而且仍有足夠?qū)挼念l帶以得到高音質(zhì)的語(yǔ)音。濾波器是一個(gè)連續(xù)時(shí)間五極點(diǎn)低通濾波器，在3.4kHZ每個(gè)倍頻程衰減40dB。信號(hào)的調(diào)整完成后，將輸入波形通過(guò)模擬收發(fā)器寫入模擬存儲(chǔ)陣列中。由8KHz樣時(shí)鐘取樣，并且經(jīng)過(guò)電平移位而產(chǎn)生不揮發(fā)寫入過(guò)程所需要的高電壓，同時(shí)補(bǔ)償與Fowler-Nordheim隧道效應(yīng)相關(guān)的一些實(shí)際因素。取樣時(shí)鐘也用于存儲(chǔ)陣列的地址譯碼，以便輸入信號(hào)順序的寫入存儲(chǔ)陣列。放音時(shí)，錄入的模擬電壓在取樣時(shí)鐘的控制下順序地從存儲(chǔ)陣列中讀出，恢復(fù)成原來(lái)的取樣波形。輸出通道上的平滑濾波器去掉取樣頻率分量并恢復(fù)原始波形，平滑濾波器的輸出通過(guò)一個(gè)模擬多路開關(guān)連接到輸出功率放大器，兩個(gè)輸出管腳直接驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器。3.5.2ISD1420外圍接口電路圖3.7是ISD1420及其外圍電路圖。因是單端使用，故在輸出端和喇叭間接耦合電容。錄音采用事先錄音方式，按鍵K按下時(shí)錄音開場(chǎng)，RECLED引腳端口被置為低電平，此時(shí)發(fā)光二極管LED被點(diǎn)亮，提示錄音開場(chǎng)，當(dāng)錄音完畢時(shí)，LED熄滅。錄音內(nèi)容為"車來(lái)了，請(qǐng)遠(yuǎn)離車道〞，從MIC1直接輸入，經(jīng)MIC和MICREF引腳輸入芯片內(nèi)部的放大器放大，放大后的輸出信號(hào)從模擬輸出端ANAOUT輸出，再經(jīng)0.1uf電容耦合至模擬輸入端ANAIN再一次放大，經(jīng)放大音頻信號(hào)從SP+輸出推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)音。ISD1420語(yǔ)音芯片A2～A7接單片機(jī)接低電平，/PLAYL接單片機(jī)P3.5口，低電平有效，控制放音時(shí)間。一旦開場(chǎng)放音，延時(shí)10s后停頓，等待下次/PLAYL為"0〞時(shí)再次放音。圖3.7ISD1420及其外圍電路圖3.6鍵盤顯示模塊HD7279是一片具串行接口的，可同時(shí)驅(qū)動(dòng)8位共陰式數(shù)碼管的智能顯示驅(qū)動(dòng)芯片，該芯片同時(shí)還可以連接多達(dá)64鍵的鍵盤矩陣，單片即可完成LED顯示，鍵盤接口的全部功能。本設(shè)計(jì)沒(méi)有用到鍵盤功能，所以只要數(shù)碼管顯示功能，則7279數(shù)碼管顯示電路如圖3.8所示。圖3.87279數(shù)碼管顯示電路圖HD7279的引腳圖如圖3.8所示，它共有28個(gè)引腳。RC引腳用于連接HD7279A的外接振蕩元件，其典型值為R=1.5K,C=15pF。RESET為復(fù)位端。該端由低電平變成高電平并保持25ms即復(fù)位完畢。通常，該端接+5V即可。DIG0～DIG7分別為8個(gè)LED管的位驅(qū)動(dòng)輸出端。SA～SG分別為L(zhǎng)ED數(shù)碼管的A段~G段的輸出端。DP為小數(shù)點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)輸出端。HD7279A片內(nèi)具有驅(qū)動(dòng)電路，它可以直接驅(qū)動(dòng)1英吋及以下的LED數(shù)碼管，使外圍電路變得簡(jiǎn)單可靠。HD7279與微處理器僅需4條接口線，其中CS為片選信號(hào)〔低電平有效〕。當(dāng)微處理器訪問(wèn)HD7279〔讀鍵號(hào)或?qū)懼噶睢硶r(shí)，應(yīng)將片選端置為低電平。DATA為串行數(shù)據(jù)端，當(dāng)向HD7279發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，DATA為輸入端；當(dāng)HD7279輸出鍵盤代碼時(shí)，DATA為輸出端。CLK為數(shù)據(jù)串行傳送的同步時(shí)鐘輸入端，時(shí)鐘的上升沿表示數(shù)據(jù)有效。KEY為按鍵信號(hào)輸出端，在無(wú)鍵按下時(shí)為高電平；而有鍵按下時(shí)此引腳變?yōu)榈碗娖讲⑶乙恢北３值芥I釋放為止。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1編譯語(yǔ)言的選擇對(duì)于單片機(jī)的開發(fā)應(yīng)用中，逐漸引入了高級(jí)語(yǔ)言，C語(yǔ)言就是其中的一種。匯編語(yǔ)言的可控性較高級(jí)語(yǔ)言來(lái)說(shuō)更具優(yōu)越性。程序編寫語(yǔ)言比擬常見的有C語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言。匯編語(yǔ)言的機(jī)器代碼生成效率高，控制性好，但就是移植性不高。C語(yǔ)言編寫的程序比用匯編編寫的程序更符合人們的思考習(xí)慣。還有很多處理器都支持C編譯器，這樣意味著處理器也能很快上手。且具有良好的模塊化、容易閱讀、維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，且編寫的模塊程序易于移植。基于C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言的優(yōu)缺點(diǎn)，本系統(tǒng)采用C語(yǔ)言編寫方法。軟件編寫的主體思路是將系統(tǒng)按功能模塊化劃分，然后根據(jù)模塊要實(shí)現(xiàn)的功能寫各個(gè)子程序。整個(gè)軟件程序的編寫采用查詢式方式編寫的。4.2軟件功能分析系統(tǒng)程序主要完成A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)碼顯示、語(yǔ)音報(bào)警、時(shí)鐘等功能。。軟件對(duì)酒敏傳感器的測(cè)量信號(hào)進(jìn)展A/D轉(zhuǎn)換,將測(cè)量數(shù)值與規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展比擬后判斷飲酒程度,對(duì)不同的酒精濃度調(diào)用相應(yīng)的顯示、報(bào)警程序。系統(tǒng)初始話后，當(dāng)酒精傳感器MQ3對(duì)氣體酒精進(jìn)展采集，然后當(dāng)檢測(cè)到酒精氣味時(shí)，氣體傳感器MQ-3兩個(gè)電極端A-B間電阻將變小，對(duì)應(yīng)與氣體傳感器負(fù)載電阻的分壓將變大。因?yàn)锳DC0804的模擬輸入端VIN〔+〕與負(fù)載電阻的一端用導(dǎo)線連在了一起。所以單片機(jī)在啟動(dòng)測(cè)試模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片之前要選擇通道0，寫入模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，并將用作查詢的單片機(jī)引腳P3.3置位，然后啟動(dòng)對(duì)通道IN0端輸入的采集電壓信號(hào)作模數(shù)轉(zhuǎn)換，等待轉(zhuǎn)換的完畢。利用單片機(jī)豐富的I/O口可以采用查詢方式來(lái)檢測(cè)模數(shù)轉(zhuǎn)換是否完畢，當(dāng)單片機(jī)引腳P3.3為1時(shí)轉(zhuǎn)換未完畢等待，當(dāng)查詢到P3.3為0時(shí)表示模數(shù)轉(zhuǎn)換已經(jīng)完畢，可以開場(chǎng)讀取數(shù)據(jù)了。單片機(jī)通過(guò)I/O口與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的數(shù)據(jù)輸出口相連讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。讀取后的數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單元中，經(jīng)過(guò)單片機(jī)作相應(yīng)的處理，即要將該電壓值轉(zhuǎn)換為酒精濃度值，然后處理后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成三位十進(jìn)制BCD碼用數(shù)碼管顯示。4.3主程序模塊主程序?qū)崿F(xiàn)的功能：與硬件相結(jié)合實(shí)現(xiàn)便攜式酒精濃度檢測(cè)儀的各個(gè)功能。主要是檢測(cè)與顯示，時(shí)間調(diào)整與顯示，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，功能子函數(shù)的調(diào)用。首先進(jìn)展的是酒精濃度采集，當(dāng)傳感器檢測(cè)到有酒精的時(shí)候，傳感器A、B兩腳之間的電阻減小，對(duì)應(yīng)與氣體傳感器負(fù)載的電阻分壓變大，將這一變化的數(shù)值送入模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊中，之后通過(guò)軟件編寫對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)展處理，再將這一變化值成功的通過(guò)HD7279驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示。判定濃度是否超標(biāo)，一旦被測(cè)濃度超過(guò)了這一數(shù)值，啟動(dòng)ISD1420將之前錄進(jìn)去的聲音通過(guò)揚(yáng)聲放大器放出，延時(shí)一定時(shí)間后在數(shù)碼管上顯示測(cè)試時(shí)的時(shí)間。主程序流程圖如圖4.1所示。開場(chǎng)開場(chǎng)單片機(jī)初始化單片機(jī)初始化按鍵按下否？N按鍵按下否？顯示測(cè)試時(shí)的時(shí)間單片機(jī)啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換Y顯示測(cè)試時(shí)的時(shí)間單片機(jī)啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換延時(shí)5s檢測(cè)A/D轉(zhuǎn)換是否完畢？N延時(shí)5s檢測(cè)A/D轉(zhuǎn)換是否完畢？啟動(dòng)語(yǔ)音報(bào)警啟動(dòng)語(yǔ)音報(bào)警Y進(jìn)展數(shù)據(jù)處理Y進(jìn)展數(shù)據(jù)處理判斷濃度是否超標(biāo)？判斷濃度是否超標(biāo)？N數(shù)碼管顯示濃度值數(shù)碼管顯示濃度值圖4.1主程序流程圖4.4A/D轉(zhuǎn)換模塊在此以典型的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0804為例，進(jìn)展電路設(shè)計(jì)，ADC0804的數(shù)據(jù)寬度為8位，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間最快為100ms，轉(zhuǎn)換時(shí)鐘信號(hào)可以由內(nèi)部施密特電路和外接RC電路構(gòu)成的震蕩器產(chǎn)生，也可以直接由外部輸入，其頻率范圍：100KHz~1460KHz。在本設(shè)計(jì)中ADC0804的時(shí)鐘為最大輸入頻率，控制信號(hào)時(shí)序如圖4.2所示。圖4.2ADC0804控制信號(hào)時(shí)序圖由ADC0804的時(shí)序可知，轉(zhuǎn)換過(guò)程由一個(gè)寫信號(hào)啟動(dòng)，轉(zhuǎn)換完成后，輸出INTR信號(hào)，此時(shí)可以讀取數(shù)據(jù)。之后即可進(jìn)入下一個(gè)轉(zhuǎn)換周期。由ADC0804的轉(zhuǎn)換時(shí)間可知，其最大采集頻率為10KHz，只要用戶設(shè)置的采樣頻率不超過(guò)這個(gè)數(shù)值，ADC0804就可以正常的工作。因此設(shè)計(jì)時(shí)要注意兩點(diǎn)：寫信號(hào)的頻率要低于ADC0804的最大轉(zhuǎn)換頻率；在寫信號(hào)之后至少要有100ms的時(shí)延，才能輸出讀信號(hào)。在數(shù)模轉(zhuǎn)換中，A/D采樣程序首先便將CS、WR置低啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，然后延時(shí)0.1ms，再將CS、RD置低即可讀取A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)；在此系統(tǒng)中，為了提高采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度，我們?cè)诖顺绦蛑羞x擇了連續(xù)取10次A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果，然后取其平均值。流程圖如圖4.3所示。開場(chǎng)dianya/100，得到百位數(shù)開場(chǎng)dianya/100，得到百位數(shù)啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，并延時(shí)100usdianya%100/10即得到了十位數(shù)啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，并延時(shí)100usdianya%100/10即得到了十位數(shù)dianya/10，得到個(gè)位數(shù)轉(zhuǎn)換完畢否？Ndianya/10，得到個(gè)位數(shù)轉(zhuǎn)換完畢否？Y返回返回讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果dianya讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果dianya圖4.3A/D轉(zhuǎn)換流程圖4.5時(shí)鐘模塊⑴DS1302模塊主要是用于設(shè)置時(shí)間和與MCU通信經(jīng)數(shù)碼管顯示時(shí)間?！?〕時(shí)鐘模塊操作流程圖如下：顯示所讀數(shù)據(jù)地址增加讀出此地址的數(shù)據(jù)寫芯片地址地址增加向該地址輸入數(shù)據(jù)寫芯片地址使DS1302不具備寫保護(hù)開場(chǎng)變量初始化顯示所讀數(shù)據(jù)地址增加讀出此地址的數(shù)據(jù)寫芯片地址地址增加向該地址輸入數(shù)據(jù)寫芯片地址使DS1302不具備寫保護(hù)開場(chǎng)變量初始化返回返回圖4.4DS1302程序流程圖時(shí)鐘芯片的RST接P1.0,SCLK接P3.4,I/O口接P1.7，我使用的是串行接口通信進(jìn)展數(shù)據(jù)的改變和控制。DS1302時(shí)序如圖4.5所示。圖4.5DS1302讀/寫時(shí)序圖如圖4.4DS1302程序流程圖上所示在控制指令字輸入后的下一個(gè)SCLK時(shí)鐘的上升沿時(shí)，數(shù)據(jù)被寫入DS1302，數(shù)據(jù)輸入從低位即位0開場(chǎng)。同樣，在緊跟8位的控制指令字后的下一個(gè)SCLK脈沖的下降沿讀出DS1302的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時(shí)從低位0位到高位7。數(shù)據(jù)輸入是在輸入寫命令字的8個(gè)SCLK周期之后，在接下來(lái)的8個(gè)SCLK周期中的每個(gè)脈沖的上升沿輸入數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)從0位開場(chǎng)。如果有額外的SCLK周期，它們將被忽略。數(shù)據(jù)輸出是在輸出命令字的8個(gè)SCLK周期之后，在接下來(lái)的8個(gè)SCLK周期中的每個(gè)脈沖的下降沿輸出數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)從0位開場(chǎng)。需要注意的是，第一個(gè)數(shù)據(jù)位在命令字節(jié)的最后一位之后的第一個(gè)下降沿被輸出。只要RST保持高電平，如果有額外的SCLK周期，將重新發(fā)送數(shù)據(jù)字節(jié)，即多字節(jié)傳送。此外，DS1302還有年份存放器、控制存放器、充電存放器、時(shí)鐘突發(fā)存放器及與RAM相關(guān)的存放器等。時(shí)鐘突發(fā)存放器可一次性順序讀寫除充電存放器外的所有存放器內(nèi)容。DS1302與RAM相關(guān)的存放器分為兩類：一類是單個(gè)RAM單元，共31個(gè)，每個(gè)單元組態(tài)為一個(gè)8位的字節(jié)，其命令控制字為C0H～FDH，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作；另一類為突發(fā)方式下的RAM存放器，此方式下可一次性讀寫所有的RAM的31個(gè)字節(jié)，命令控制字為FEH(寫)、FFH(讀)。4.6語(yǔ)音模塊通過(guò)硬件電路原理圖可知，單片機(jī)AT89S51的P3口直接與ISD1420連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)ISD1420的多種控制與操作，其語(yǔ)音接口地址為P3口。P3.5置低電平為放音，P3.5置高電平為錄音。當(dāng)p3.5為1時(shí)，開場(chǎng)錄音，設(shè)計(jì)錄音的時(shí)間長(zhǎng)短。當(dāng)酒精濃度超過(guò)設(shè)定的數(shù)值時(shí)，即P3.5置0.這時(shí)候開場(chǎng)放音。當(dāng)完整的錄音放完時(shí)，編一段延時(shí)程序進(jìn)展延時(shí)，然后在進(jìn)展放音。即A0-A7全部接低電平。而放音的接口PLAYL與單片機(jī)的P3.5相連。其程序流程圖如圖4.6所示。開場(chǎng)開場(chǎng)按鍵開場(chǎng)錄音按鍵開場(chǎng)錄音將A0-A7全部置低電平，P3.5置高電平將A0-A7全部置低電平，P3.5置高電平判斷濃度值是否超標(biāo)"N判斷濃度值是否超標(biāo)"YP3.5變?yōu)榈碗娖絇3.5變?yōu)榈碗娖介_場(chǎng)放音開場(chǎng)放音返回返回圖4.6語(yǔ)音報(bào)警程序流程圖4.7顯示模塊HD7279A是一片具串行接口的，可同時(shí)驅(qū)動(dòng)8位共陰式數(shù)碼管的智能顯示驅(qū)動(dòng)芯片，該芯片同時(shí)還可以連接多達(dá)64鍵的鍵盤矩陣，單片即可完成LED顯示，鍵盤接口的全部功能。HD7279A的指令構(gòu)造類型：(1)、不帶數(shù)據(jù)的純指令，指令的寬度為8個(gè)BIT。即微處理器需發(fā)送8個(gè)CLK脈沖。(2)、帶有數(shù)據(jù)的指令，寬度為16個(gè)BIT，即微處理器需發(fā)送16個(gè)CLK脈沖。(3)、讀取鍵盤數(shù)據(jù)指令，寬度為16個(gè)BIT，前8個(gè)為微處理器發(fā)送到HD7279A的指令，后8個(gè)BIT為HD7279A返回的鍵盤代碼。執(zhí)行此指令時(shí)，HD7279A的DATA端在第9個(gè)CLK脈沖的上升沿變?yōu)檩敵鰻顟B(tài)，并與第16個(gè)脈沖的下降沿恢復(fù)為輸入狀態(tài)，等待接收下一個(gè)指令。(1).純指令T1=50us;T2=8us;T3=8us圖4.7純指令時(shí)序圖(2).帶數(shù)據(jù)指令T4=25us圖4.8帶數(shù)據(jù)指令時(shí)序圖.讀鍵盤指令T5=25us;T6=8us;T7=8us圖4.9讀鍵盤指令時(shí)序圖在進(jìn)展軟件編程時(shí)，我們先將硬件管腳與單片機(jī)相連，具體連接為，DATA口與單片機(jī)的P1.2相連，CS口與單片機(jī)的P1.4相連，CLK口與單片機(jī)的P1.5相連，KEY口與單片機(jī)的P1.3相連。其程序流程圖如圖4.10所示：顯示將數(shù)據(jù)送入7279芯片中譯碼將單片機(jī)要顯示的數(shù)字分成單獨(dú)的10進(jìn)制數(shù)芯片的初始化顯示將數(shù)據(jù)送入7279芯片中譯碼將單片機(jī)要顯示的數(shù)字分成單獨(dú)的10進(jìn)制數(shù)芯片的初始化返回返回圖4.10顯示程序流程圖第五章系統(tǒng)調(diào)試與測(cè)試在前面幾章中，我們?cè)敿?xì)討論了酒精濃度測(cè)試儀的硬件和軟件設(shè)計(jì)，但是要系統(tǒng)真正的運(yùn)行起來(lái)到達(dá)預(yù)期的指標(biāo)和功能，就必須對(duì)系統(tǒng)進(jìn)展調(diào)試。系統(tǒng)的調(diào)試包括系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)。5.1系統(tǒng)硬件調(diào)試先做出PCB板，焊接前應(yīng)對(duì)整個(gè)電路板進(jìn)展檢查。首先，用萬(wàn)用表對(duì)印制的電路板線路進(jìn)展檢查，該過(guò)程是在焊接元器件之前的必要工作，主要是檢查印制的電路板線路是否有斷路的情況，如果檢查沒(méi)有問(wèn)題，則可以對(duì)元器件進(jìn)展焊接。焊接前對(duì)電阻、電容的量值要進(jìn)展測(cè)量、篩選，選擇與電路中參數(shù)值一致的元器件，在選擇芯片時(shí)，要注意芯片與設(shè)計(jì)要求的型號(hào)、規(guī)格和安裝是否一致。在焊接時(shí)，應(yīng)將印制的電路板認(rèn)真對(duì)照原理圖，查看元器件的引腳焊接是否正確。電路板焊接完成后，需要對(duì)每個(gè)元器件的引腳逐個(gè)進(jìn)展檢查，一方面是檢查有沒(méi)有引腳虛焊或與其他信號(hào)線短路，另一方面是對(duì)器件引腳功能的再檢查，查看設(shè)計(jì)是否正確。檢查電路焊接沒(méi)有問(wèn)題后，則可以進(jìn)展上電測(cè)試。上電測(cè)試是調(diào)試的關(guān)鍵局部，按照系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的模塊化思想，應(yīng)該分模塊測(cè)試系統(tǒng)。首先還是應(yīng)該測(cè)試電源局部，系統(tǒng)上電以后，測(cè)試各個(gè)電源端口和器件的電源局部是否工作正常，同時(shí)應(yīng)注意系統(tǒng)中有無(wú)器件過(guò)熱情況，如果有的話，可能是相應(yīng)的器件損壞或電路中有短路，需要認(rèn)真檢查之后再加電。如果沒(méi)有問(wèn)題，則可以進(jìn)展功能的檢測(cè)。在調(diào)試的時(shí)候有以下問(wèn)題及解決方法：由于本圖是由PCB板焊的，在畫PCB圖中，有些電源線和接地線沒(méi)有畫出來(lái)，造成有些功能不能實(shí)現(xiàn)。由語(yǔ)音模塊的電源沒(méi)接，使得語(yǔ)音模塊的發(fā)光二極管不會(huì)亮，從而不能實(shí)現(xiàn)錄放音功能。還有時(shí)鐘沒(méi)有接地，時(shí)鐘效果也沒(méi)出來(lái)。經(jīng)仔細(xì)檢查，找到少焊的電源線和接地線。焊好后實(shí)現(xiàn)了應(yīng)有的功能。在選擇元器件的時(shí)候，由于酒精傳感器模塊的分壓電阻的大小沒(méi)有選的適當(dāng)，使得在酒精測(cè)試時(shí)候酒精傳感器反響不太靈敏。經(jīng)過(guò)屢次嘗試換分壓電阻，使得酒精傳感器靈敏度大大提高。在軟件調(diào)試的時(shí)候，數(shù)碼管出現(xiàn)數(shù)字都是"FFFF〞，之后沒(méi)有變化。經(jīng)過(guò)屢次查看，可能時(shí)鐘模塊的時(shí)鐘晶振大小不符合。之后把12MHZ晶振換成32MHZ晶振.重新運(yùn)行，從"0000〞開場(chǎng)按時(shí)鐘程序要求變化了。5.2系統(tǒng)軟件調(diào)試翻開MedWin軟件，將寫好的調(diào)試程序代碼在計(jì)算機(jī)上輸入、匯編、修改、產(chǎn)生代碼，形成輸入輸出口實(shí)驗(yàn).HE*文件。翻開MicrocontrmllerISPSoftware軟件，在菜單options選項(xiàng)中選擇selectdevice，在彈出的窗口中選擇器件AT89S51，并選ByteMode點(diǎn)擊OK。初始化器件后，將經(jīng)過(guò)編譯生成的,HE*十六進(jìn)制文件下載到單片機(jī)。電路連接好，并將調(diào)試程序代碼〔注釋電壓到酒精濃度轉(zhuǎn)換關(guān)系代碼〕燒寫到AT89S51單片機(jī)上后，接上+5V電源開場(chǎng)調(diào)試。先進(jìn)展每一個(gè)模塊程序的調(diào)試，看看單一的模塊程序能不能實(shí)現(xiàn)出來(lái)，如果不能實(shí)現(xiàn)出來(lái)，就進(jìn)展程序和電路圖的檢查，查出問(wèn)題所在，從而進(jìn)展修改。當(dāng)每一個(gè)模塊程序的調(diào)試能實(shí)現(xiàn)出來(lái)，在把整個(gè)程序?qū)?，進(jìn)展整體調(diào)試。在調(diào)試中，對(duì)酒精濃度數(shù)據(jù)采集，不能循環(huán)采集數(shù)據(jù)。每測(cè)一次，能對(duì)酒精濃度是否超標(biāo)進(jìn)展檢查，超標(biāo)的話語(yǔ)音模塊會(huì)進(jìn)展報(bào)警。然而再也不能進(jìn)展下次數(shù)據(jù)采集檢查，必須重啟電源才能進(jìn)展下一次檢查。經(jīng)對(duì)程序的檢查，看出沒(méi)有數(shù)據(jù)采集的循環(huán)局部，對(duì)程序修改后，能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)連續(xù)檢查功能了?？偨Y(jié)目前，隨著人們的生活水平的提高，私家車的數(shù)量也越來(lái)越多，從而引發(fā)的交通是事故也急劇增加，其中大局部是由于酒后駕車。所以設(shè)計(jì)具有民用價(jià)值的便攜式酒精濃度檢測(cè)儀的研制受到了人們的高度重視。設(shè)計(jì)能夠滿足生活需要，攜帶方便的便攜式酒精濃度檢測(cè)儀迫在眉睫。針對(duì)目前的現(xiàn)狀，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵守體積小，質(zhì)量輕，性價(jià)比高的原則。便攜式酒精濃度檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)主要分為硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。根據(jù)設(shè)計(jì)前對(duì)該系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)功能的要求，綜合考慮我們采用STC89C51單片機(jī)為控制核心。MQ-3傳感器屬于金屬半導(dǎo)體電阻式傳感器，靈敏度高，響應(yīng)速度快，可重復(fù)性使用。當(dāng)傳感器的敏感局部吸附有酒精分子時(shí)，外表的導(dǎo)電電子比例就會(huì)發(fā)生變化，從而其外表電阻會(huì)隨著被測(cè)酒精氣體濃度的不同而發(fā)生相應(yīng)的變化，且這種變化是可逆的，可重復(fù)使用。MQ-3接上一定阻值的負(fù)載電阻，即可構(gòu)成對(duì)酒精氣體濃度的檢測(cè)局部。負(fù)載電阻的分壓值即對(duì)應(yīng)著一個(gè)酒精氣體的濃度值，只需對(duì)該分壓值采樣，就可得到要測(cè)酒精氣體濃度值的信號(hào)。將該信號(hào)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)由單片機(jī)作相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理，得到3位BCD碼并將3位送送數(shù)碼管顯示。對(duì)超標(biāo)酒精濃度進(jìn)展語(yǔ)音報(bào)。軟件是用C語(yǔ)言相編寫的，具有很好的編寫語(yǔ)言的優(yōu)點(diǎn)，具有很好的可控性、模塊化和移植性。編寫的思路就是模塊化的思想，將系統(tǒng)的各個(gè)功能進(jìn)展劃分，然后對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)展設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)的主要模塊為傳感檢測(cè)、A/D轉(zhuǎn)換、語(yǔ)音報(bào)警、數(shù)碼管顯示和時(shí)鐘設(shè)置。首先要了解系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能；其次根據(jù)功能去選擇相應(yīng)的硬件資源；再次將一個(gè)大的系統(tǒng)進(jìn)展模塊化劃分，然后逐一去攻破。最后把所有模塊進(jìn)展優(yōu)化整合，便得到了一個(gè)完整的系統(tǒng)?；谶@樣的思路，完成了便攜式酒精濃度檢測(cè)儀的根本設(shè)計(jì)。同時(shí)由于本設(shè)計(jì)是采用在proteus上進(jìn)展仿真，在keil軟件上進(jìn)展編程，最后二者聯(lián)調(diào)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)任務(wù)，但在仿真是無(wú)法實(shí)現(xiàn)酒精濃度的測(cè)試，因此本設(shè)計(jì)采用滑動(dòng)變阻器模擬傳感器檢測(cè)酒精濃度時(shí)輸出的模擬信號(hào)，經(jīng)ADC0804轉(zhuǎn)換輸入單片機(jī)，從而從液晶顯示上顯示出來(lái)。通過(guò)對(duì)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我學(xué)習(xí)了很多在大學(xué)遺漏的知識(shí)，讓我在以后的工作中，更加的得心應(yīng)手。這不僅僅是一次簡(jiǎn)單的畢業(yè)考察，而是對(duì)我們四年大學(xué)所學(xué)得知識(shí)的總結(jié)參考文獻(xiàn)[1]王幸之.AT89系列單片機(jī)原理與接口技術(shù)[M].：航空航天大學(xué)，2004[2]*學(xué)堅(jiān)，周斌.微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用[M].：清華大學(xué)，2006[3]*愛萍,*曉春.基于AT89S51的多功能紅外遙控器設(shè)計(jì).儀表技術(shù)與傳感器，2021(8).第7期:P13～P15[4].DesignandConstructionofaMicrocontrollerBasedTranscranialMagneticStimulator，M.Burunkaya；2021[5]紀(jì)宗南.單片機(jī)外圍器件使用手冊(cè)—輸入通道器件分冊(cè)[M].：航空航天大學(xué)，2005[6]*義,陳俊.用AT89C52和TLC1543實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J].電子世界,2004(12),第3期:P24～P