【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 池型酒精傳感器的消耗電流小，并且通電初期的穩(wěn)定時(shí)間短，其電路部分僅需要電池就可以滿足供電需要，比半導(dǎo)體傳感器的精度高、靈敏度高、性能穩(wěn)定、抗干擾性強(qiáng)，適宜用在檢驗(yàn)人體呼出氣體的酒精含量中。 單片機(jī)的選型隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，可以將CPU、ROM、RAM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器以及輸入/輸出（I/O）接口電路主要計(jì)算機(jī)部件集成在一塊集成電路芯片上。這樣所組成的芯片級(jí)的微型計(jì)算機(jī)稱為單片微型計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱單片微機(jī)或單片機(jī)。目前，單片機(jī)發(fā)展趨勢(shì)將是進(jìn)一步向著CMOS（金屬柵氧化物）化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價(jià)格、和外電路內(nèi)裝化等幾個(gè)方面發(fā)展[18]。主要應(yīng)用領(lǐng)域包括:智能化家用電器、辦公自動(dòng)化設(shè)備、商業(yè)營(yíng)銷(xiāo)設(shè)備、工業(yè)自動(dòng)化控制、智能化儀表、智能化通信產(chǎn)品、汽車(chē)電子產(chǎn)品、航空航天系統(tǒng)和高防軍事、尖端武器等領(lǐng)域。單片機(jī)的應(yīng)用從根本上改變了控制系統(tǒng)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。以前采用硬件電路實(shí)現(xiàn)的大部分控制功能，單片機(jī)可以通過(guò)軟件方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)從工業(yè)測(cè)控對(duì)象、環(huán)境、接口特點(diǎn)等出發(fā)，向著增強(qiáng)控制功能、提高工業(yè)環(huán)境下的可靠性、靈活方便的構(gòu)成應(yīng)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)界面接口的方向發(fā)展。單片機(jī)的種類(lèi)繁多，主要有以下幾種:ATMEL公司的AVR單片機(jī)、Motorola單片機(jī)、Microchip單片機(jī)、8051單片機(jī)、MDT20XX系列單片機(jī)、EM78系列OTP單片機(jī)、Scenix單片機(jī)、EPSON單片機(jī)、東芝單片機(jī)等。這些單片機(jī)性能不同，應(yīng)用的環(huán)境和范圍也不同。目前最常用的是 AVR、MCS5PIC 系列單片機(jī)。51系列單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)之一是它從內(nèi)部的硬件到軟件有一套完整的按位操作的系統(tǒng)，稱作位處理器，能夠進(jìn)行的位傳送、置位、清零、測(cè)試、邏輯運(yùn)算等，功能完備。51系列的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是乘法和除法指令，給編程帶來(lái)方便[7Intel公司51系列的典型產(chǎn)品是8051，片內(nèi)有4K字節(jié)的一次性程序存儲(chǔ)器（OTP）。Atmel公司就將其改為電可改寫(xiě)的閃速存儲(chǔ)器（Flash），容許改寫(xiě)1000次以上，這給編程和調(diào)試帶來(lái)極大的便利，其產(chǎn)品AT89C5AT89C52……等成為了當(dāng)今最流行的八位單片機(jī)。 PIC 系列單片機(jī)采用 Harvard 雙總線結(jié)構(gòu)，運(yùn)行速度快，指令流水線結(jié)構(gòu)，程序存儲(chǔ)器的訪問(wèn)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的訪問(wèn)并行處理。但編程時(shí)分頁(yè)比較麻煩，擴(kuò)展能力比較弱。AVR是集合了PIC和51的優(yōu)勢(shì)的，指令周期比PIC還要快，性價(jià)比比PIC要高，F(xiàn)LASH在線編程比PIC方便，學(xué)AVR會(huì)感到它的結(jié)構(gòu)跟PIC差不多，很多相似的，就是用C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)置位麻煩一點(diǎn)，位操作不如PIC和51方便，工業(yè)級(jí)也用的不廣，多用于儀器、通信上?；诒驹O(shè)計(jì)要求的性價(jià)比以及所實(shí)現(xiàn)功能，選用Atmel公司的AT89C52單片機(jī)。[19]A/D轉(zhuǎn)換就是模數(shù)轉(zhuǎn)換，顧名思義，就是把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。 下面簡(jiǎn)要介紹常用的幾種類(lèi)型的基本原理及特點(diǎn)：積分型、逐次逼近型、并行比較型/串并行型?！　?）雙積分型（如TLC7107） 　 在雙積分AD轉(zhuǎn)換器中，總是先把輸入模擬電壓uI，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的時(shí)間間隔t，在用t去控制送入計(jì)數(shù)器的頻率固定的CP脈沖的個(gè)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換。主要優(yōu)點(diǎn)是性能比較穩(wěn)定，轉(zhuǎn)換精度較高，抗干擾能力強(qiáng)，電路較簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是工作速率低，對(duì)轉(zhuǎn)換精度要求較高的地方不適合用。 　　2）逐次比較型（如ADC0808/ADC0809）　　逐次比較型A/D由一個(gè)比較器、D/A轉(zhuǎn)換器、參考電源、逐次漸近寄存器與控制邏輯電路及時(shí)鐘信號(hào)等幾部分組成，從MSB開(kāi)始，順序地對(duì)每一位將輸入電壓與內(nèi)置D/A轉(zhuǎn)換器輸出進(jìn)行比較，經(jīng)n次比較一直到最低位為止而輸出數(shù)字。其電路規(guī)模屬于中等。其優(yōu)點(diǎn)是分辨率較高、誤差較低、轉(zhuǎn)換速度較快、是目前應(yīng)用比較廣泛的一種A/D轉(zhuǎn)換器。 　　3）并行比較型（如TLC5510） 　　并行比較型AD采用多個(gè)比較器，僅作一次比較而實(shí)行轉(zhuǎn)換，又稱FLash(快速)型。由于轉(zhuǎn)換速率極高，n位的轉(zhuǎn)換需要2n1個(gè)比較器，因此電路規(guī)模也極大，價(jià)格也高，只適用于視頻AD轉(zhuǎn)換器等速度特別高的領(lǐng)域。 　　AD轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)　　1）分辯率(Resolution) 指數(shù)字量變化一個(gè)最小量時(shí)模擬信號(hào)的變化量，定義為滿刻度與2n的比值。分辯率又稱精度，通常以數(shù)字信號(hào)的位數(shù)來(lái)表示。 　　2） 轉(zhuǎn)換速率(Conversion Rate)是指完成一次從模擬轉(zhuǎn)換到數(shù)字的AD轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間的倒數(shù)。積分型AD的轉(zhuǎn)換時(shí)間是毫秒級(jí)屬低速AD，逐次比 較型AD是微秒級(jí)屬中速AD，全并行/串并行型AD可達(dá)到納秒級(jí)。 0809是一款8通道復(fù)用的8位AD轉(zhuǎn)換器，數(shù)據(jù)獲取的關(guān)鍵部分是它的8位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。這個(gè)部分主要是由3部分組成：256R的階梯網(wǎng)絡(luò)，連續(xù)逼近的電阻，和比較器。連續(xù)逼近電阻（SAR）通過(guò)8次迭代去大約逼近輸入電壓，只要輸出是幾位，那么就需要幾次迭代。SAR通過(guò)8組開(kāi)關(guān)組和比較器完成獲取輸入電壓對(duì)應(yīng)參考電壓的數(shù)字信號(hào)?；诒敬卧O(shè)計(jì)的要求，選用ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) AT89系列微控制器的硬件結(jié)構(gòu)特點(diǎn) AT89 系列單片機(jī)是 ATMEL公司的8 位Flash單片機(jī)系列 這個(gè)系列單片機(jī)的最大特點(diǎn)是在片內(nèi)含有Flash存儲(chǔ)器 因此, 在應(yīng)用中有著十分廣泛的前途, 特別是在便攜式 省電及特殊信息保存的儀器和系統(tǒng)中顯得更為有用 AT89 系列單片機(jī)是以 8051 核構(gòu)成的, 所以, 它和8051 系列單片機(jī)是兼容的系列 這個(gè)系列對(duì)于以 8051 為基礎(chǔ)的系統(tǒng)來(lái)說(shuō), 是十分容易進(jìn)行取代和組成的 故而對(duì)于熟悉 8051 的用戶來(lái)說(shuō), 用ATMEL公司的 89系列單片機(jī)進(jìn)行取代8051 的系統(tǒng)設(shè)計(jì)是輕而易舉的事。89 系列單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)： (1)內(nèi)部含 Flash 存儲(chǔ)器 在系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中可以十分容易進(jìn)行程序的修改 這就大大縮短了系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)周期 同時(shí) 在系統(tǒng)工作過(guò)程中能有效地保存一些數(shù)據(jù)信息 即使外界電源損壞也不會(huì)影響到信息的保存。 (2)和 80C51插座兼容 89 系列單片機(jī)的引腳是和80C51 的引腳一樣的 所以 當(dāng)用 89系列單片機(jī)取代80C51 時(shí) 可以直接進(jìn)行代換 這時(shí) 不管采用40引腳或是44 引腳的產(chǎn)品 只要用相同引腳的89系列單片機(jī)取代 80C51 的單片機(jī)即可。 (3)靜態(tài)時(shí)鐘方式 89 系列單片機(jī)采用靜態(tài)時(shí)鐘方式 所以可以節(jié)省電能 這對(duì)于降低便攜式產(chǎn)品的功耗十分有用。 (4)錯(cuò)誤編程亦無(wú)廢品產(chǎn)生 一般的 OTP 產(chǎn)品 一旦錯(cuò)誤編程就成了廢品 而 89 系列單片機(jī)內(nèi)部采用了 Flash 存儲(chǔ)器 所以 錯(cuò)誤編程之后仍可以重新編程 直到正確為止 故不存在廢品。 (5)可進(jìn)行反復(fù)系統(tǒng)試驗(yàn) 用89 系列單片機(jī)設(shè)計(jì)的系統(tǒng) 可以反復(fù)進(jìn)行系統(tǒng)試驗(yàn) 每次試驗(yàn)可以編入不同的程序 這樣可以保證用戶的系統(tǒng)設(shè)計(jì)達(dá)到最優(yōu) 而且 隨用戶的需要和發(fā)展 還可以進(jìn)行修改 使系統(tǒng)不斷能追隨用戶的最新要求。 89系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 89系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和80C51 相近 主要含有如下一些部件： (1)8031 CPU (6)片內(nèi)RAM (2)振蕩電路 (7)并行 I O 接口 (3)總線控制部件 (8)定時(shí)器 (4)中斷控制部件 (9)串行 I O 接口 (5)片內(nèi) Flash 存儲(chǔ)器 (10)片內(nèi) EEPROM 在89 系列單片機(jī)中 AT89C1051 的 Flash 存儲(chǔ)器容量最小 只有1 K 而 AT89S55 的Flash 存儲(chǔ)器容量最大有20K 在這個(gè)系列中 結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的是 AT89C1051 它內(nèi)部不含串行接口。最復(fù)雜的是 AT89S8252 它內(nèi)部不但含標(biāo)準(zhǔn)的串行接口 還含有一個(gè)串行外圍接口 SPI Watchdog 定時(shí)器 雙數(shù)據(jù)指針 EEPROM電源下降的中斷恢復(fù)等功能和部件。 AT89C52的主要技術(shù)性能特點(diǎn)AT89C52是一個(gè)低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品引腳，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲(chǔ)單元，AT89C52單片機(jī)適合于許多較為復(fù)雜的控制場(chǎng)合應(yīng)用。AT89C52具有的功能特性：面向控制的8位CPU，與MCS51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容；14個(gè)片內(nèi)震蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路，震蕩頻率為0~24MHz；片內(nèi)8KB可反復(fù)擦寫(xiě)（大于1000次）Flash ROM 程序存儲(chǔ)器；256 B的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；具有可尋址64 KB 的片外程序存儲(chǔ)器和片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的控制電路；3個(gè)16位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；4個(gè)并行I/O接口，共32條可單獨(dú)編程的I/O 線。6個(gè)中斷源，2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)；1個(gè)全雙工的異步串行口；27個(gè)特殊功能寄存器；具有低功耗空閑和掉電模式。AT89C52單片機(jī)各引腳功能如下： PDIP封裝的AT89C52引腳圖P0口 P0口（~，即39~32）：P0口是雙向8位三態(tài)I/O接口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用接口。在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，可分時(shí)作低8位地址線和8位數(shù)據(jù)線；在Flash ROM編程時(shí)，P0口接收（輸入）指令字節(jié)，而在驗(yàn)證程序時(shí)，P0口輸出指令字節(jié)。P0口能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL門(mén)電路。P1口P1口（~，即1~8腳）：P1 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè)TTL 邏輯門(mén)電路。對(duì)端口寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流(IIL)。P2 口　　P2口（~，即21~28腳）：P2 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè)TTL 邏輯門(mén)電路。對(duì)端口P2 寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流(IIL)。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX @DPTR 指令）時(shí)，P2 口送出高8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問(wèn)8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行MOVX @RI 指令）時(shí)，P2 口輸出P2 鎖存器的內(nèi)容。Flash 編程或校驗(yàn)時(shí)，P2亦接收高位地址和一些控制信號(hào)。 P3 口　　P3口（~，即10~17腳）：P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口。P3 口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè)TTL 邏輯門(mén)電路。對(duì)P3 口寫(xiě)入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時(shí)，被外部拉低的P3 口將用上拉電阻輸出電流（IIL）。 　　P3 口除了作為一般的I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能 　　P3 口還接收一些用于Flash 閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。 RST　　復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 ALE/PROG　　當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8 位字節(jié)。一般情況下，ALE 仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6 輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ALE 脈沖。對(duì)Flash 存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過(guò)