【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 模數(shù)轉(zhuǎn)換器具有 8 位分辨率、雙通道 A/D 轉(zhuǎn)換、輸入輸出電平與 TTL/CMOS 相兼容、 5V 電源供電時(shí)輸入電壓在 0～ 5V 之間、工作頻率為250KHZ、轉(zhuǎn)換時(shí)間為 32 微秒、一般功耗僅為 15MW 等優(yōu)點(diǎn) ， 適合本系統(tǒng)的應(yīng)用 ，所以我們采用 ADC0832 為模數(shù)轉(zhuǎn)換器 [5]。 ADC0832 具有以下特點(diǎn) ： (1) 8 位分辨率 (2) 雙 向 通道 A/D 轉(zhuǎn)換 (3) 輸入 電平與 輸出電平與 TTL/CMOS 相兼容 (4) 5V 電源供電時(shí)輸入電壓在 0~5V 之間 北京信息科技大學(xué) 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 6 (5) 工作頻率 是 250KHZ， 轉(zhuǎn)換時(shí)間 是 32μS (6) 一般功耗僅為 15mW (7) 8P、 14P— DIP(雙列直插 )、 PICC 多種封裝 商用級(jí)芯片溫寬為 0 度 to +70 度 ,工業(yè)級(jí)芯片溫寬為 40 度 to +85 度 ； 芯片接口說明 ： (8) CS_ 片選使能 ， 低電平芯片使能 (9) CH0 模擬輸入通道 0， 或作為 IN+/使用 (10) CH1 模擬輸入通道 1， 或作為 IN+/使用 (11) GND 芯片參考 0 電位 (地 ) (12) DI 數(shù)據(jù)信號(hào)輸入 ， 選擇通道控制 (13) DO 數(shù)據(jù)信號(hào)輸出 ， 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出 (14) CLK 芯片時(shí)鐘輸入 (15) Vcc/REF 電源輸入及參考電壓輸入 (復(fù)用 ) AT24C02 存儲(chǔ)器 在本設(shè)計(jì)中使用 的是 24C02 存儲(chǔ)芯片 ， 是電可擦除的 PROM， 8 個(gè)引腳功能及兩線串行接口 ， 電壓允許范圍 ~5V。 串行 E2PROM 是基于 I2CBUS 的存儲(chǔ)器件 ， 遵循二線制協(xié)議 ， 由于其具有接口方便 ， 體積小 ， 數(shù)據(jù)掉電不丟失等特點(diǎn) ， 在儀器儀表及工業(yè)自動(dòng)化控制中得到大量的應(yīng)用 。 在一般單片機(jī)系統(tǒng)中 ， 24C02 數(shù)據(jù)受到干擾的情況是很少的 ， 基本的讀寫功能外 ， 還對(duì)地址功能以及 WP 引腳保護(hù)功能進(jìn)行了全面的檢測(cè) [6]。 發(fā)現(xiàn)一種 ATMEL(激光印字 )以及 XICOR 牌號(hào)的 24C02 具有全面的符合 I2C 總線協(xié)議的功能 ， 而有些牌號(hào) 24C02 要么沒有 WP 引腳保護(hù)功能 ， 要么沒有器件地址功能 (即 2 片 24C02 不能共用一個(gè) I2C 總線 )有些甚至兩種功能均無 ， 所以說一些同樣功能型號(hào)的電子器件在兼容性上往往會(huì)帶來意想不到的問題 ， 值得引起注意 。 LCD 顯示模塊 液晶顯示模塊與計(jì)算機(jī)的接口電路有兩種方式 ， 它與單片機(jī)的接口方法分為直接 訪問方式和 間接 控制方式 。 直接訪問方式是把液晶模塊 當(dāng)作 存儲(chǔ)器或 I/O 設(shè)北京信息科技大學(xué) 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 7 備直接接在單片機(jī)的總線上 ， 單片機(jī)以訪問存儲(chǔ)器或 I/O 設(shè)備的方式操作液晶顯示模塊的工作 。 間接控制方式 只是 利用它的 I/O 口來實(shí)現(xiàn)與顯示模塊的聯(lián) 系 ，而不使用單片機(jī)的數(shù)據(jù)系統(tǒng) 。 這種訪問方式 既 不占用存儲(chǔ)器空間 ， 接口電路 又 與時(shí)序 無關(guān)，其時(shí)序徹底地靠軟件編程實(shí)現(xiàn) [7]。 表 21 LCD1602 接口 功能表 引腳號(hào) 引腳名 電平 輸入輸出 引腳說明 1 VSS 電源地 2 VDD 電源正極（ +5V） 3 VL 液晶顯示偏壓信號(hào) 4 RS 0/1 輸入 數(shù)據(jù) /命令選擇端， 0：輸入指令， 1：輸入數(shù)據(jù) 5 R/W 0/1 輸入 讀 /寫選擇端， 0：想 LCD寫入指令或數(shù)據(jù)， 1：從LCD 讀取信息 6 E 1→ 0 輸入 使 能信號(hào)， 1 時(shí)讀取信息， 1→ 0（下降沿）執(zhí)行指令 7 D0 0/1 輸入 /輸出 數(shù)據(jù)總線（最低位） 8 D1 0/1 輸入 /輸出 數(shù)據(jù)總線 9 D2 0/1 輸入 /輸出 數(shù)據(jù)總線 10 D3 0/1 輸入 /輸出 數(shù)據(jù)總線 11 D4 0/1 輸入 /輸出 數(shù)據(jù)總線 12 D5 0/1 輸入 /輸出 數(shù)據(jù)總線 13 D6 0/1 輸入 /輸出 數(shù)據(jù)總線 14 D7 0/1 輸入 /輸出 數(shù)據(jù)總線（最高位） 15 BLA +VCC LCD 背光電源正極 16 BLK 接地 LCD 背光電源負(fù)極 北京信息科技大學(xué) 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 8 LCD1602 字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等點(diǎn)陣式 LCD， 目前常用 161 ， 162 ， 202 和 402 行等的液晶顯示模塊 ， 模塊組件內(nèi)部主要由 LCD 顯示屏、控制器、列驅(qū)動(dòng)器和偏壓產(chǎn)生電路構(gòu)成 。 1602 液晶顯示屏采用標(biāo)準(zhǔn)的 16 腳接口 ， 其中各接口的功能如 上 表 21 所示 ： 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)酒精濃度檢測(cè)儀的硬件設(shè)計(jì)部分 ， 首先 ， 我們必須了解它的硬件設(shè)計(jì)原理其次 ， 需要弄清楚它的總體構(gòu)成及具體的外圍電路最后 ， 根據(jù)其原理框圖和具體的 外圍電路得到完整的硬件總電路圖 。 硬件設(shè)計(jì)原理 由酒精傳感器對(duì)待測(cè)氣體 (液體 )進(jìn)行檢測(cè) ， 轉(zhuǎn)換成輸出電壓信號(hào) ，以 單片機(jī)為核心的控制、信號(hào)采集處理、聲光報(bào)警電路以及顯示、鍵盤、 PC 接口電路 。 測(cè)試儀進(jìn)行氣體檢測(cè)的基本步驟是單片機(jī) 先 采集酒精傳感器的響應(yīng)信號(hào) ，然后 進(jìn)行轉(zhuǎn)換 ， 儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)儲(chǔ)存器中 ，最后 單片機(jī)通過特定的算法進(jìn)行氣體濃度的識(shí)別 ， 同時(shí)將分析的值與設(shè)定值進(jìn)行對(duì)比 ， 對(duì)超出設(shè)定值進(jìn)行報(bào)警 ， 并且將結(jié)果輸出到 LED顯示屏幕上 [8]。 本系統(tǒng)由酒精傳感器 ， 數(shù)模轉(zhuǎn)換器 ， 單片機(jī) ， 鍵盤 ， 聲音報(bào)警以及 LCD 顯示等部分組成 ， 在這次的整體設(shè)計(jì)中詳細(xì)涉及下面幾個(gè)方面 ， 其原理框圖如圖 31所示 ： 傳 感 器信 號(hào) 調(diào) 制A / D單 片 機(jī)液 晶 顯 示 器按 鍵外 部 存 儲(chǔ) 器 圖 31 系統(tǒng)總體流程圖 北京信息科技大學(xué) 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 9 硬件設(shè)計(jì)外圍電路 晶振電路、復(fù)位電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)工作的過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)用來為單片機(jī)芯片內(nèi)部各種微操作提供時(shí)間基準(zhǔn) 。 89C51 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 89C51 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 [9]。 對(duì)于CHMOS 工藝的單片機(jī) ， 外部時(shí)鐘要由 XTAL1 端引入 ， 而 XTAL2 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 。 晶振電路和復(fù)位電路 如下圖 32 所示 ： 圖 32 晶振電路與復(fù)位電路 單片機(jī)開始工作的時(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始運(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 操北京信息科技大學(xué) 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 10 作失誤， 導(dǎo)致嚴(yán)重事故的發(fā)生 ， 內(nèi)部一些控制寄存器 (專用寄存器 )內(nèi)容不確定可能導(dǎo)致定時(shí)器溢出、程序尚未開始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)在開始工作前 ， 都必須進(jìn)行一次復(fù)位過程 ， 使單片機(jī)處于一種確定的狀態(tài) 。 當(dāng)在 89C51 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 (若該引腳持續(xù)保持高電平 ， 單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài) )。 實(shí)際應(yīng)用中 ， 復(fù)位操作有兩種基本形式 ： 一種是上電復(fù)位 ， 另一種是上電與按鍵均有效的復(fù)位 。 上電復(fù)位 ， 要求接通電源 后 ， 單片機(jī)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作常用的上電復(fù)位 ， 上電瞬間 RST 引腳獲得高電平 ， 隨著電容 C1 的充電 ， RST 引腳的高電平將逐漸下降 [10]。 本設(shè)計(jì)中復(fù)位電路采用的是開關(guān)復(fù)位電路 ， 開關(guān) S9 未按下是上電復(fù)位電路 ，上電復(fù)位電路在上電的瞬間 ， 由于電容上的電壓不能突變 ， 電容處于充電 (導(dǎo)通 )狀態(tài) ， 故 RST 腳的電壓與 VCC 相同 。 隨著電容的充電 ， RST 腳上的電壓才慢慢下降 。 選擇合理的充電常數(shù) ， 就能保證在開關(guān)按下時(shí)是 RST 端有兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平從而使 STC89C51 內(nèi)部復(fù)位 。 開關(guān)按下時(shí)是按鍵手動(dòng)復(fù)位電路 ， RST端通過電阻 與 VCC 電源接通 ， 通過電阻的分壓就可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的復(fù)位 。如圖 33所示 ： 接 地R 5 1 kR 4 1 0 k R 3 1 0 k按 鍵 開 關(guān)V c c電 容 圖 33 復(fù)位電路 RST 引腳的高電平只要能保持足夠的時(shí)間（ 2 個(gè)機(jī)器周期），單片機(jī)就可以復(fù)位