【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 這一章比較具體的說(shuō)明了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的內(nèi)容，通過(guò)模塊化的設(shè)計(jì)思想，把一個(gè)復(fù)雜的單片機(jī)系統(tǒng)按照功能劃分成一個(gè)個(gè)單獨(dú)的電路模型，分別進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后在集成到一起。這種方法對(duì)于設(shè)計(jì)復(fù)雜的單片機(jī)系統(tǒng)很有效。大大提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)的效率與質(zhì)量[11]。在本次設(shè)計(jì)中，需要一個(gè)比較大的電壓源和一個(gè)5V的單片機(jī)供電源，為了實(shí)現(xiàn)便攜式，設(shè)用一個(gè)9V的電壓源，一般6節(jié)電池和一個(gè)9V的電池都可以提供，因而需要一個(gè)電壓轉(zhuǎn)換吧9V轉(zhuǎn)換成5V。該電路是由基準(zhǔn)電壓、電壓放大和電流放大等3個(gè)環(huán)節(jié)組成。其中，基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生，按圖中電路連接，當(dāng)通過(guò)R0的電流在0．5~10 mA時(shí)可獲得穩(wěn)定的2．5 V基準(zhǔn)輸出。輸出電壓的具體數(shù)值由運(yùn)算放大器UA確定，采用同相放大器的優(yōu)越性在于其輸入阻抗極大，可很好地將TL431輸出的2．5 V電壓與后級(jí)電路隔離，使其不受負(fù)載變化的影響；運(yùn)放與電阻R3和R2組成比例放大環(huán)節(jié)，可對(duì)基準(zhǔn)電壓按要求進(jìn)行比例放大輸出，但輸出電壓最大不能超過(guò)運(yùn)放的電源電壓。 采集到的信號(hào)都會(huì)很弱，首先將信號(hào)經(jīng)過(guò)二階有源濾波電路以后，經(jīng)過(guò)3級(jí)放大電路，同相和反相放大電路構(gòu)成一級(jí)和二級(jí)，互相抵消了零度漂移和失調(diào)，后面的差動(dòng)放大電路構(gòu)成第三極，將差分出入轉(zhuǎn)換為單端輸出。正常情況下ADC0832 與單片機(jī)的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線，分別是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端與DI端在通信時(shí)并未同時(shí)有效并與單片機(jī)的接口是雙向的，所以電路設(shè)計(jì)時(shí)可以將DO和DI 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當(dāng)ADC0832未工作時(shí)其CS輸入端應(yīng)為高電平，此時(shí)芯片禁用，CLK 和DO/DI 的電平可任意。當(dāng)要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，須先將CS使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束[12]。此時(shí)芯片開(kāi)始轉(zhuǎn)換工作，同時(shí)由處理器向芯片時(shí)鐘輸入端CLK 輸入時(shí)鐘脈沖，DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號(hào)。在第1 個(gè)時(shí)鐘脈沖的下沉之前DI端必須是高電平，表示啟始信號(hào)。在第3個(gè)脈沖下沉之前DI端應(yīng)輸入2 本系統(tǒng)應(yīng)用有人機(jī)對(duì)話功能，該功能即能隨時(shí)發(fā)出各種控制命令和數(shù)據(jù)輸入以及和LCD連接顯示運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行結(jié)果。鍵盤(pán)分為：獨(dú)立式和矩陣式兩類，每一類按其編碼方法又可以分為編碼和非編碼兩種。由于本系統(tǒng)只有+、 、設(shè)置、確認(rèn)4個(gè)控制命令，所需按鍵較少，所以本系統(tǒng)選擇獨(dú)立式按鍵。獨(dú)立式按鍵是直接用I/O口線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路。每個(gè)獨(dú)立式按鍵占有一根I/O口線。各根I/O口線之間不會(huì)相互影響鍵盤(pán)抖動(dòng)的消除：抖動(dòng)的消除大致可以分為硬件削抖和軟件削抖[14]。①硬件削抖是采用硬件電路的方法對(duì)鍵盤(pán)的按下抖動(dòng)及釋放抖動(dòng)進(jìn)行削抖，經(jīng)過(guò)削抖電路后使按鍵的電平信號(hào)只有兩種穩(wěn)定狀態(tài)。②軟件削抖的基本原理是當(dāng)檢測(cè)出鍵盤(pán)閉合時(shí)，先執(zhí)行一個(gè)延時(shí)子程序產(chǎn)生數(shù)毫秒的延時(shí)，待接通時(shí)的前沿抖動(dòng)消失后再判別是否有健按下。當(dāng)按鍵釋放時(shí)，也要經(jīng)過(guò)數(shù)毫秒延時(shí)，待后沿抖動(dòng)消失后再判別鍵是否釋放。③由于應(yīng)用硬件削抖還需要外加器件，成本相對(duì)較高，所以本系統(tǒng)選擇軟件延時(shí)削抖的方法。基于STC85C51單片機(jī)具有4KB的程序存儲(chǔ)器（ROM），256B的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），由于考慮到本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)所需的容量，現(xiàn)在需要擴(kuò)充存儲(chǔ)器的容量。在應(yīng)用中要保存一些參數(shù)和狀態(tài)，據(jù)了解基于EEPROM的存儲(chǔ)芯片是一種很好的選擇[15]。我們選定了AT24C02存儲(chǔ)器。：三．本章小結(jié)本章主要介紹了硬件設(shè)計(jì)的原理及具體外圍電路。二者緊密聯(lián)系，不可分割。我們只有了解了基于單片機(jī)的酒精濃度檢測(cè)儀原理之后，我們才可能聯(lián)想設(shè)計(jì)出它的原理框圖，從而確定它是由主控芯片、電源輸入部分、鍵盤(pán)輸入部分、復(fù)位部分、晶振部分、顯示部分、報(bào)警部分等組成大的。然后，設(shè)計(jì)各個(gè)具體部分的電路以實(shí)現(xiàn)其對(duì)應(yīng)的功能[16]。最后，將具體的外圍電路和STC89C51單片機(jī)的對(duì)應(yīng)引腳連接起來(lái)，以完成本設(shè)計(jì)第四章 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)對(duì)于單片機(jī)的開(kāi)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(xiě)語(yǔ)言比較常見(jiàn)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(xiě)的程序比用匯編編寫(xiě)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(xiě)的模塊程序易于移植?；贑語(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(xiě)方法[17]。軟件編寫(xiě)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(xiě)各個(gè)子程序。整個(gè)軟件程序的編寫(xiě)采用查詢式方式編寫(xiě)的。程序編寫(xiě)包括主程序，液晶顯示程序，存儲(chǔ)程序，AD轉(zhuǎn)換程序和時(shí)鐘程序。詳情見(jiàn)附錄一．主程序主程序?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，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。功能子函數(shù)的調(diào)用。首先開(kāi)啟啟動(dòng)按鈕，啟動(dòng)單片機(jī)和顯示器，同時(shí)對(duì)單片機(jī)內(nèi)部進(jìn)行初始化，緊接著初始化顯示屏，初始化完畢后顯示開(kāi)機(jī)畫(huà)面顯示主菜單，然后對(duì)鍵盤(pán)的讀入。開(kāi)始初始化CPU初始LCD屏顯示開(kāi)機(jī)畫(huà)面顯示主菜單讀鍵結(jié)束 主程序流程圖二．A/D轉(zhuǎn)換模塊程序流程圖⑴模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的主要功能就是將經(jīng)放大器放大的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為MCU能夠處理的數(shù)字信號(hào)，并傳送給MCU。A/D芯片的數(shù)據(jù)CS口，。工作時(shí)序如下所示： ADC0832有8只引腳，CH0和CH1為模擬輸入端，CS為片選引腳，只有CS置低才能對(duì)ADC0832進(jìn)行配置和啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。CLK為ADC0832的時(shí)鐘輸入端。CS在整個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程中都必須為低，當(dāng)CS為低時(shí)，在數(shù)據(jù)輸入端DI（數(shù)據(jù)輸入端）加一個(gè)高電平，接著在CLK上加一個(gè)時(shí)鐘，DI上的邏輯1就會(huì)使ADC0832的DI脫離高阻態(tài)，然后通道配置數(shù)據(jù)伴隨著時(shí)鐘通過(guò)DI端移入多路器，當(dāng)最后一位數(shù)據(jù)移入多路器時(shí)，DI變?yōu)楦咦钁B(tài)，在這以前DO（數(shù)據(jù)輸出端）都為高阻態(tài)。在經(jīng)過(guò)一個(gè)時(shí)鐘，DO脫離高阻態(tài)，從而啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。接著從處理器接收時(shí)鐘信號(hào)，每經(jīng)過(guò)一個(gè)時(shí)鐘，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)就會(huì)從高位到低位依次從DO移出，經(jīng)過(guò)8個(gè)時(shí)鐘后，數(shù)據(jù)又以從低位到高位的形式從DO移出（也是每個(gè)時(shí)鐘移一位）。當(dāng)最后一位數(shù)據(jù)移出時(shí)轉(zhuǎn)換完成。當(dāng)CS從低變?yōu)楦邥r(shí)，ADC0832內(nèi)部所有寄存器清零。如想要進(jìn)行下一次轉(zhuǎn)換，CS必須做一個(gè)從高到低的跳變，后跟著地此配置數(shù)據(jù)重復(fù)上面的過(guò)程。⑵開(kāi)始使能芯片輸入通道控制字讀取2字節(jié)數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)據(jù)校正送入指定寄存器結(jié)束圖 三．按鍵程序流程圖⑴按鍵時(shí)顯現(xiàn)人機(jī)對(duì)話的一個(gè)控制按鈕，通過(guò)按鍵的操作，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)送操作指令，后經(jīng)與MCU串行通信，然后在液晶上顯示。⑵按鍵查詢式的流程圖見(jiàn)下圖（）: ,由于P1口具有上拉電阻，所以不在需要加上拉電阻進(jìn)行電壓的放大。開(kāi)始 結(jié)束圖 四．液晶顯示程序流程圖LCD模塊在本系統(tǒng)中主要起著開(kāi)界面漢字顯示，以及各控制效果的顯示。采用直接訪問(wèn)方式。：開(kāi)始結(jié)束圖 在 LCD1602 液晶上顯示相應(yīng)的讀寫(xiě)數(shù)據(jù)。在液晶上顯示的格式如下：C02ADDRESS:0X01WR:010READ:010五．本章小結(jié)本章主要介紹了軟件設(shè)計(jì)的主程序流程圖、A/D轉(zhuǎn)換模塊程序流程圖、按鍵程序流程圖。液晶顯示程序流程圖，我們只有充分理解了各個(gè)流程圖以后，才能運(yùn)用匯編語(yǔ)言完成本設(shè)計(jì)的軟件系統(tǒng)編程。最終，完成此次設(shè)計(jì)。第五章 本設(shè)計(jì)總結(jié)與展望由于檢測(cè)儀向更迅速更快捷發(fā)展，方便攜帶等要求發(fā)展。傳統(tǒng)的機(jī)械檢測(cè)儀或酒精計(jì)一般靈敏度和準(zhǔn)確度也比較低或者檢測(cè)方法難。工廠企業(yè)到居民家庭，酒精泄露的檢測(cè)，食品加工，釀酒等需要監(jiān)控空氣中酒精濃度的場(chǎng)合監(jiān)控以及對(duì)酒后駕車的檢測(cè)，對(duì)居民的人身和財(cái)產(chǎn)安全都十分重要且必不可少的，現(xiàn)如今，由于人們安全意識(shí)增強(qiáng)，對(duì)環(huán)境安全性和生活適性 要求提高。人們對(duì)檢測(cè)的精度高，準(zhǔn)確度高，攜帶方便等等要求。再加上氣體傳感器向低功耗、多功能、集成化方向的發(fā)展，單片機(jī)具有受集成限制，片內(nèi)儲(chǔ)存量較小，可靠性好，擴(kuò)展簡(jiǎn)單，控制功能強(qiáng)等特點(diǎn)，因此，基于單片機(jī)的酒精濃度檢測(cè)儀的研究和開(kāi)發(fā)生產(chǎn)具有十分廣泛的現(xiàn)實(shí)市場(chǎng)和潛在的市場(chǎng)需求。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[19]。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。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)行模塊化劃分，然后逐一去攻破。最后把所有模塊進(jìn)行優(yōu)化整合，便得到了一個(gè)完整的系統(tǒng)。基于這樣的思路，完成了便攜式酒精濃度檢測(cè)儀的基本設(shè)計(jì)[20]。軟件是用C語(yǔ)言相編寫(xiě)的，具有很好的編寫(xiě)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(xiě)的思路就是模塊化的思想，將系統(tǒng)的各個(gè)功能進(jìn)行劃分，然后對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)的主要模塊為傳感檢測(cè)、A/D轉(zhuǎn)換、液晶顯示和時(shí)鐘設(shè)置。此本設(shè)計(jì)采用傳感器檢測(cè)酒精濃度時(shí)輸出的模擬信號(hào)，經(jīng)AD0832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)[23]，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。參考文獻(xiàn)[1]　[M] 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