【文章內(nèi)容簡介】 。對于選用的AT89S51單片機(jī)，根據(jù)美國ATMEL公司提供的技術(shù)資料，可以對它的最小系統(tǒng)作恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計，如圖8所示。對于電源部分，～。因此，單片機(jī)的引腳40對應(yīng)的VCC接到+5V電源的正極，引腳10對應(yīng)的GND接到+5V電源的接地端，為AT89S51單片機(jī)提供正常的工作電壓。對于晶振部分，AT89S51單片機(jī)中有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳19對應(yīng)的XTAL1和18對應(yīng)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(gòu)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(gòu)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(yán)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(shù)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(shè)計中接的兩個電容C1和C2的容量都為33pF。對于復(fù)位電路部分，AT89S51技術(shù)資料給出，當(dāng)振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機(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(fù)位鍵以重新啟動，所以復(fù)位電路的設(shè)計很有必要。復(fù)位操作有上電自動復(fù)位、按鍵電平復(fù)位和外部脈沖復(fù)位三種方式，本設(shè)計選用按鍵電平復(fù)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。,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個機(jī)器周期的高電平復(fù)位信號。圖7 AT89S51單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計電路ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖8所示，它由8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關(guān)樹型A/D轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)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?！　DDA、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(zhuǎn)換啟動信號，輸入，高電平有效。 　　EOC：A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一個高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。 　　OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)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(zhǔn)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(fù)位。下降沿啟動 A/D轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到A/D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖剑甘続/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。當(dāng)OE輸入高電平 時，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。當(dāng)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(jìn)行A/D轉(zhuǎn)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 0IN00 0 1IN10 1 0IN20 1 1IN31 0 0IN41 0 1IN51 1 0IN61 1 1IN7ADC0809芯片內(nèi)部沒有時鐘脈沖源，可以用單片機(jī)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(jī)時鐘頻率的1/6。，，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(jī)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(zhuǎn)換。在讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果時，OE產(chǎn)生的正脈沖信號用于打開三態(tài)輸出鎖存器。，作為A/D轉(zhuǎn)換是否結(jié)束的狀態(tài)信號供單片機(jī)查詢。ADC0809與AT89S51單片機(jī)的接口電路如圖10所示[11]。，用于對模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片寫入數(shù)據(jù)的寫信號。，作為單片機(jī)讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀信號。，用于單片機(jī)對模數(shù)轉(zhuǎn)換是否結(jié)束的查詢，為單片機(jī)讀取數(shù)據(jù)作準(zhǔn)備。單片機(jī)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(dǎo)線相連，D觸發(fā)器的清零和復(fù)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(zhuǎn)換芯片的CLK端子用導(dǎo)線相連接，為模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片提供正常的時鐘信號。把模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的A2﹑A1﹑A0端分別用導(dǎo)線連接到地址鎖存器的低三位，用于選擇模數(shù)轉(zhuǎn)換的通道。模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的IN0端子用導(dǎo)線與信號采樣部分的負(fù)載電阻端相連，作為要模數(shù)轉(zhuǎn)換的輸入端。－﹑D1﹑D2﹑D3﹑D4﹑D5﹑D6﹑D7端，用于讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。－，用于鎖存選擇模數(shù)轉(zhuǎn)換通道的地址。圖10 ADC0809與單片機(jī)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(qū)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。為了驅(qū)動LED1發(fā)光，集成電路LM3914的1腳輸出應(yīng)該為低電平，因此要求電壓比較器異相（）。同理，要使LED2發(fā)光，*2=；要使LED10發(fā)光，*10=。LM3914的9腳為點，條方式選擇端，當(dāng)9腳與11腳相接為點狀顯示；當(dāng)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。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(fù)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(qū)動要反光的二極管點亮。當(dāng)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(qū)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(dá)到了哪個水平值，起到報警的作用。輸入靈敏度可以通過負(fù)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(dāng)阻值增加亮度減弱，反之加強(qiáng)。圖12 發(fā)光二極管顯示 數(shù)碼管顯示電路發(fā)光二極管一般是砷化鎵半導(dǎo)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(jié)構(gòu)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(gòu)成共陰極端，接進(jìn)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(dǎo)通點亮。如圖13所示。圖13 8段共陰數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖用單片機(jī)驅(qū)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(qū)動電路具有輸出鎖存功能，單片機(jī)將所要顯示的數(shù)據(jù)送出后就可以驅(qū)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(jìn)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(qū)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(shè)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(qū)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(qū)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(zhuǎn)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。，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(yīng)順序與對應(yīng)位的移位寄存器并行輸出端的QQQQQQQQ0連接。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(zhuǎn)換芯片的輸入端，再加上單片機(jī)最小系統(tǒng)電路、單片機(jī)與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的連接和單片機(jī)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。圖15 整體電路圖3 軟件編程 開發(fā)環(huán)境選用的開發(fā)平臺為MedWin單片機(jī)集成開發(fā)環(huán)境，只需在PC機(jī)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。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。對于8051系列單片機(jī)，現(xiàn)有四種語言支持，即匯編、PL/M、C和BASIC。本設(shè)計軟件編程部分選用匯編語言來寫程序代碼。 程序流程當(dāng)檢測到酒精氣味時，氣體傳感器MQ3兩個電極端AB間電阻將變小，對應(yīng)與氣體傳感器負(fù)載電阻的分壓將變大。因為ADC0809的模擬輸入端IN0與負(fù)載電阻的一端用導(dǎo)線連在了一起。所以單片機(jī)在啟動測試模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片之前要選擇通道0，寫入模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，然后啟動對通道IN0端輸入的采集電壓信號作模數(shù)轉(zhuǎn)換，等待轉(zhuǎn)換的結(jié)束。利用單片機(jī)豐富的I/O口可以采用查詢方式來檢測模數(shù)轉(zhuǎn)換是否結(jié)束，，可以開始讀取數(shù)據(jù)了。單片機(jī)通過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)存儲器單元中，經(jīng)過單片機(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。程序流程圖如圖16所示。單片機(jī)選擇A/D通道地址A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束？=1?數(shù)碼管顯示NY單片機(jī)初始化開始單片機(jī)讀取數(shù)據(jù)并作處理圖16 程序流程圖 程序代碼編寫系統(tǒng)電源線接通或者系統(tǒng)復(fù)位后，程序從主程序入口進(jìn)入運行。因為在程序中每次對模數(shù)轉(zhuǎn)換后讀取的數(shù)據(jù)，需要相應(yīng)的存儲空間，同時對讀取的數(shù)據(jù)作適當(dāng)處理后也要送到特定的存儲空間存儲起來，以供后面的數(shù)碼管顯示用。當(dāng)然，在程序運行的過程當(dāng)中，還要用到工作寄存器，因為工作寄存器都是臨時存儲數(shù)據(jù)，不需要保存作為以后處理要用到的數(shù)據(jù)，所以工作寄存器的初始化這部分可以省去。于是，對于程序的初始化程序代碼可以相應(yīng)寫出。START:MOV R7,60HMOV R0,20HCLR ALOOP:MOV @R0,AINC R0DJNZ R7,LOOP初始化程序從數(shù)據(jù)存儲器地址為20H單元開始，到80H單元全部清零。即每次的初始化將上次存儲的數(shù)據(jù)全部清除，用于存放當(dāng)前要存儲的數(shù)據(jù)。對模擬電壓信號的數(shù)字轉(zhuǎn)換由模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0809加單片機(jī)AT89S51控制來完成。模擬電壓的輸入端接