【文章內(nèi)容簡介】 ， —— RD 低電平有效，輸出，片外存儲器讀選通。 13 RST：復位輸入信號，高電平有效。在振蕩器工 作時，在 RST 上作用兩個機器周期以上的高電平，將器件復位。 EA /VCC：片外程序存儲器訪問允許信號，低電平有效。高電平時選擇片內(nèi)程序存儲器，低電平時程序存儲器全部在片外而不管片內(nèi)是否有程序存儲器。 ALE/PROG：地址鎖存允許信號，輸出。 ALE 以 1/6 的振蕩頻率固定速率輸出，可作為對外輸出的時鐘或用作外部定時脈沖。 單片機最小系統(tǒng)的設計包括電源，晶振和復位電路三個部分。這是使單片機正常工作的必要外圍電路部分。針對不同型號的單片機在最小系統(tǒng)設計上會有一些差別。對于選用的 AT89S51單片機，根據(jù)美國 ATMEL公司提供的技術資料，可以對它的最小系統(tǒng)作恰當?shù)脑O計，如圖 8所示。 對于電源部分，技術資料中性能參數(shù)里給出的標準工作電壓是 ～ 。因此，單片機的引腳 40 對應的 VCC 接到 +5V 電源的正極，引腳 10 對應的 GND 接到 +5V 電源的接地端，為 AT89S51單片機提供正常的工作電壓。 對于晶振部分， AT89S51 單片機中有一個用于構成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳 19對應的 XTAL1 和 18對應的 XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英 晶體或陶瓷諧振器一起構成自激振蕩器。如圖 8所示，石英晶體及電容 C1和 C2 接在放大器的反饋回路中構成并聯(lián)諧振電路。石英晶體的兩端分別接到引腳 XTAL1 和引腳 XTAL2，同時石英晶體的兩端分別接一個電容 C1 和 C2，電容的另一端接地。對于外接電容 C1和 C2的大小雖然沒有十分嚴格的要求，但電容容量的大小還是會對振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度和溫度穩(wěn)定性帶來一定的影響。根據(jù)技術資料的推薦，使用石英晶體推薦電容容量為 30pF177。10pF ，使用陶瓷諧振器推薦電容容量為 40pF177。10pF 。因為電路中接的 是石英晶體，所以設計中接的兩個電容 C1和 C2的容量都為 33pF。 對于復位電路部分， AT89S51 技術資料給出，當振蕩器工作時， RST 引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上的高電平將使單片機復位。復位是單片機的初始化操作，當由于程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為了擺脫困境，可以按復位鍵以重新啟動，所以復位電路的設計很有必要。復位操作有上電自動復位、按鍵電平復位和外部脈沖復位三種方式，本設計選用按鍵電平復位方式。如圖 7所示， 10μF 的電容 C3與 270Ω 的電阻并聯(lián)后再與一個 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。設計中選用的石英晶體大小為 ,但復位鍵按下后，電容和電阻選用的參數(shù)值能夠保證給復位端 RST提供大于 2個機器周期的高電平復位信號。 14 圖 7 AT89S51單片機最小系統(tǒng)設計電路 ADC0809是 CMOS 單片型逐次逼近式 A/D轉換器，內(nèi)部結構如圖 8所示，它由 8路模擬開關、地址鎖存與譯碼器、比較器、 8 位開關樹型 A/D 轉換器、逐次逼近寄存器、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， 也可單獨工作。輸入輸出與 TTL 兼容。 圖 8 ADC0809 內(nèi)部結構 ADC0809芯片有 28 條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖 9所示。下面說明各引腳功 15 能。 圖 9 ADC0809 芯片 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。如 表 1 所示 。 ALE： 地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。 START： A/D轉換啟動信號，輸入，高電平有效。 EOC： A/D轉換結束信號，輸出，當 A/D轉換結束時，此端輸出一個高電平 （ 轉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 A/D轉換結束時，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位。下降沿啟動 A/D 轉換，之后 EOC輸出信號變低，指示轉換正在進行。直到 A/D轉換完成， EOC變?yōu)楦唠娖剑甘?A/D轉換結束，結果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作 16 中斷申請。當 OE輸入高電平 時，輸出三態(tài)門 打開，轉換結果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。 當檢測到酒精氣味時，氣體傳感器的 AB間電阻變小，則 ADC0809的模擬輸入端 IN0的電壓變大。采用查詢方式對輸入模擬信號進行 A/D轉換，然后將數(shù)據(jù)通過三位八段數(shù)碼管顯示。 表 1 ADC0809 通道地址 ADDC ADDB ADDA 選通通道 0 0 0 IN0 0 0 1 IN1 0 1 0 IN2 0 1 1 IN3 1 0 0 IN4 1 0 1 IN5 1 1 0 IN6 1 1 1 IN7 ADC0809芯片內(nèi)部沒有時鐘脈沖源，可以用單片機提供的地址鎖存控制輸入信號 ALE經(jīng) D觸發(fā)器二分頻后，作為 ADC0809的時鐘輸入。 ALE端信號的頻率是單片機時鐘頻率的 1/6。單片機的時鐘頻率是 ，則 ALE 端輸出信號的頻率為 ，再二分頻后為 ，符合 ADC0809對時鐘頻率的要求。由于 ADC0809 具有三態(tài)輸出數(shù)據(jù)瑣存器，其 8位數(shù)據(jù)輸出端可以直接與數(shù)據(jù)總線相連。地址選通端 ADDA， ADDB， ADDC分別與單片機地址總線的低三位 A0， A1， A2 相連，用于選通 IN0IN7 中的某一通道。由于 ALE和 START連在一起， ADC0809在鎖存通道地址的同時啟動 A/D 轉換。在讀取 A/D轉換結果時， OE產(chǎn)生的正脈沖信號用于打開三態(tài)輸出鎖存器。 ADC0809 的 EOC信號與單片機的 ，作為 A/D轉換是否結束的狀態(tài)信號供單片機查詢。 ADC0809與 AT89S51 單片機的接口電路如圖 10所示 [11]。單片機引腳 進過或非門后于模數(shù)轉換芯片的 ALE端和 START 端子用導線相連接，用于對模數(shù)轉換芯片寫入數(shù)據(jù)的寫信號。單片機的 RD端 OE端子用導線相連接，作為單片機讀取模數(shù)轉換數(shù)據(jù)的讀信號。單片機引腳 轉換芯片的 EOC端經(jīng)過或非門后的輸出端用導線相連接，用于單片機對模數(shù)轉換是否結束的查詢，模數(shù)轉換結束后可以查詢到 ，為單片機讀取數(shù)據(jù)作準備。單片機的 ALE端口接到 D觸發(fā)器的時 鐘信號輸入端 CK， D觸發(fā)器的反相輸出端與觸發(fā)信號輸入端用導線相連， D 觸發(fā)器的清零和復位端為低電平有效，分別接高電平， D觸發(fā)器的正向輸出端與模數(shù)轉換芯片的 CLK端子用導線相連接，為模數(shù)轉換芯片提供正常的時鐘信號。把模數(shù)轉換芯片的 A2﹑ A1﹑ A0端分別用導線連接到地址鎖存器的低三位，用于選擇模數(shù)轉換的通道。模數(shù)轉換芯片的 IN0 端子用導線與信號采樣部分的負載電阻端相連，作為要模數(shù)轉換的輸入端。單片機引腳 － 輸出端 D0﹑ D1﹑ D2﹑ D3﹑ D4﹑ D5﹑ D6﹑ D7端，用于讀取模數(shù)轉 換后的數(shù)據(jù)。 地址鎖存 17 芯片 74LS373的輸入端低三位分別與單片機引腳 － ，用于鎖存選擇模數(shù)轉換通道的地址。 圖 10 ADC0809與單片機 AT89S51接口電路 發(fā)光二極管顯示報警電路 發(fā)光二極管集成驅動芯片 LM3914的管腳圖如圖 11所示。 其內(nèi)部的緩沖放大器最大限度的提高了該集成電路的輸入電阻（ 5 腳），電壓輸入信號經(jīng)過緩沖器（增益為零）同時送到 10 個電壓比較器的異相（ ）輸入端。 10 個電壓比較器的同相輸入（ +）端分別接到 10個等值電阻（ 1KΩ ）串聯(lián)回路的 10 個分壓端。因為與 串聯(lián)回路相接的內(nèi)部參考電壓為 ，所以相鄰分壓端之間的電壓差為 。為了驅動 LED1發(fā)光，集成電路 LM3914的 1腳輸出應該為低電平，因此要求電壓比較器異相（ ）端的輸入電壓應大于 。同理，要使 LED2發(fā)光，異相端輸入電壓應大于 *2=；要使 LED10發(fā)光，異相端輸入電壓應大于 *10=。 LM3914 的 9 腳為點，條方式選擇端，當 9 腳與 11 腳相接為點狀顯示；當 9 腳與 3腳相接，則為條狀顯示。本系統(tǒng)采用條狀顯示方式，即將引腳 9和引腳 3都接到電源的正極。 18 圖 11 LM3914 管腳圖 如圖 12所示， LM3914 的 3和 9引腳接電源正極，使發(fā)光二極管成柱狀顯示， 7和 8引腳接一個 2K 的電阻，控制發(fā)光二極管的亮度， 5 引腳為采樣信號的輸入端， 10 到 18引腳和 1 引腳分別接發(fā)光二極管的負極端， 4 和 2 引腳與發(fā)光二極管的正極間接一個10μF 的電容，作為發(fā)光二極管的虛電源，驅動要反光的二極管點亮。 當檢測到酒精氣味時，氣敏傳感器的 AB 間電阻變小， LM3914的 5端電位升高，通過比較放大，驅動發(fā)光二極管依次發(fā)光，從而區(qū)分出酒精含量的高低，直觀的看出所測的酒精濃度達到 了哪個水平值，起到報警的作用。 輸入靈敏度可以通過負載電阻的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)，即對地電阻調(diào)小時靈敏度下降；反之，靈敏度增加。改變 7腳與 8腳之間電阻的阻值可以調(diào)節(jié)發(fā)光二極管的顯示亮度，當阻值增加亮度減弱，反之加強。 圖 12 發(fā)光二極管顯示 19 數(shù)碼管顯示電路 發(fā)光二極管一般是砷化鎵半導體二極管，在發(fā)放光二極管兩端加上正向電壓，則發(fā)光二極管發(fā)光。數(shù)碼管是由若干發(fā)光二極管組合而成的，有共陰極和共陽極兩種結構形。8 段共陰數(shù)碼管由 a﹑ b﹑ c﹑ d﹑ e﹑ f﹑ g、 dg 這 8 個發(fā)光二極管組成。把 8 個發(fā)光二極管的陰極連接在一 起構成共陰極端，接進電路時，共陰極端接地，給要發(fā)光顯示的二極管的陽極端接高電平可使該發(fā)光二極管導通點亮。如圖 13所示。 圖 13 8段共陰數(shù)碼管結構圖 用單片機驅動數(shù)碼管有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示，靜態(tài)顯示就是顯示驅動電路具有輸出鎖存功能，單片機將所要顯示的數(shù)據(jù)送出后就 可以驅動數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù) ，直到下一次顯示數(shù)據(jù)需要更新時再傳送一次新 的 數(shù)據(jù) 就可以了。靜態(tài) 顯示數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用 CPU時間 少 。動態(tài)顯示需要時刻對顯示器件進行數(shù)據(jù)刷新，顯示數(shù)據(jù)有閃爍感，占用的 CPU時間多。這兩種顯示方式各有利弊；靜態(tài)顯示雖然數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用 很少的 CPU 時間，但每個顯示單元都需要單獨的顯示驅動電路，使用的硬件較多；動態(tài)顯示雖然有閃爍感，占用的 CPU時間多，但使用的硬件少，能節(jié)省線路板空間。 設計選用 3個單位 8段共陰數(shù)碼管來顯示輸出的數(shù)據(jù)，因為電路硬件相對較簡單，所以選擇靜態(tài)顯示方法。選用 3個移位寄存器 74LS164驅動數(shù)碼管發(fā)光點亮。電路連接如圖 14 所示。移位寄存器在電路中一是驅動數(shù)碼管點亮，二是對輸入的串行數(shù)據(jù)并行輸出，起到串并轉換的作用。移位寄存器 74LS164 串行數(shù)據(jù)輸入端與前一位的并行輸出最高位相連，第一位移位寄存器的數(shù)據(jù)輸入端與單片 機的數(shù)據(jù)輸出端 連接。單片機引腳 用于給移位寄存器提供移位的時鐘脈沖，該引腳與三個移位寄存器的時鐘輸入端 CLK相連。因為每位數(shù)據(jù)串行輸出先輸出的是低位，所以數(shù)碼管引腳 a、 b、 c、 d、e、 f、 g、 dg應順序與對應位的移位寄存器并行輸出端的 Q Q Q Q Q Q QQ0連接。 20 圖 14 數(shù)碼管顯示電路 系統(tǒng)整體電路圖 信號采樣模塊電路的輸出接到發(fā)光二極管顯示 LM3914 的輸入端，同時也將采樣信號輸出端接至 A/D轉換芯片的輸入端，再加上單片機最小系統(tǒng)電路、單片機與模數(shù)轉換芯 片的連接和單片機與數(shù)碼管顯示的連接，即可作出它的整體電路圖，如圖 15所示。 21 圖 15 整體電路圖 22 3 軟件編程 開發(fā)環(huán)境 選用的開發(fā)平臺為 MedWin單片機集成開發(fā)環(huán)境，只需在 PC機上安裝 MedWin軟件，然后在 MedWin 軟件代碼編輯器編輯程序代碼，經(jīng)匯編，修改，產(chǎn)生代碼，形成輸入輸出口實驗十六進制 .HEX 文件。 打開 Microcontrmller ISP Software，在菜單 options選項中選擇 select device，在彈出的窗口中選擇器件 AT89S51， 并選 Byte Mode 點擊 OK。初始化器件后，將經(jīng)過編譯生成的 .HEX十六進制文件