【文章內(nèi)容簡介】 位（地）。 DI 數(shù)據(jù)信號輸入，選擇通道控制。 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 基于單片機的酒精濃度測試系統(tǒng)設(shè)計 9 DO 數(shù)據(jù)輸出 CLK 芯片時鐘輸入。 Vcc/REF 電源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用） ADC0832 是一個擁有 8位分辨率的數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，分辨率根據(jù)其使用要求最多可達 256 級。模擬電 壓的輸入范圍在 05V，這是由于內(nèi)部的電源輸入和參考電壓復(fù)用造成的 [6]。轉(zhuǎn)換時間僅為 32μ ，而其中改變通道功能的選擇的是 DI輸入端口。 小結(jié) 本章主要是介紹總體的方案設(shè)計和后面需要使用到的相關(guān)模塊和芯片，這其中包括了輸入輸出的控制和顯示端口。相關(guān)的設(shè)計都是圍繞它們的功能來實現(xiàn)的，每一個模塊都有一個具體的功能，這些功能都相互連接才能達到設(shè)計目的。設(shè)計成模塊就是為了方便調(diào)整和修改，在調(diào)試過程中可以比較方便的檢測出問題的所在。 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 基于單片機的酒精濃度測試系統(tǒng)設(shè)計 10 3 硬件設(shè)計 單片機最小系統(tǒng) 單片機最小系統(tǒng)由晶振電路和復(fù)位電路構(gòu)成。如圖 圖 單片機最小系統(tǒng) 一個功能完整的單片機如果要工作起來必定需要定時功能，在單片機系統(tǒng)中這是由時鐘和定時電路來組成的。 單片機必須在時鐘信號的作用下以節(jié)拍方式工作， 所以需要一個電路來提供準(zhǔn)確的時鐘信號 [7]。 時鐘信號是由振蕩電路來提供的，一般的振蕩電路則需要電容和電感來組成。但片中 C1 和 C2 就是振蕩電路中的電容，它們的 取值范圍 根據(jù) 晶振的種類及頻率 來確定 。 XTAL XTAL2 則是單片機的時鐘信號的輸入輸出口，由它們與電容連接，但是此時的振蕩電路還不夠完整，需要在兩個電容之間加上晶振來組成振蕩器，這樣就完成了振蕩電路。通過振蕩電路就可以形成時鐘信號。 時鐘的產(chǎn)生有以下兩種方式： 方式一：內(nèi)部方式 這是一般簡單實用單片機最實用的時鐘產(chǎn)生方式，在 XTAL1 和 XTAL2 引腳上串重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 基于單片機的酒精濃度測試系統(tǒng)設(shè)計 11 連上一個晶振，再和兩個電容并聯(lián)后接地，組成并聯(lián)諧振電路 [8]。電容的選擇根據(jù)需要的振幅來決定，晶振則一般為 12MHZ。通過這樣單片機內(nèi)部產(chǎn)生一個和外部晶振一樣的振蕩，這個振蕩的產(chǎn)生標(biāo)志著振蕩電路的完 成。 方式二：外部時鐘方式 如果采用外部時鐘方式，此時要把 XTAL1 接到外部始終提供電路， XTAL2 接地。這種情況一般是當(dāng)整個單片機系統(tǒng)已經(jīng)有時鐘源或則在多機系統(tǒng)中取得時鐘上的同步。 本方案采用內(nèi)部時鐘方式。如下圖 圖 晶振電路 復(fù)位電路 復(fù)位電路是為了保證在開始和需要重置時使整個單片機系統(tǒng)重新啟動的裝置。復(fù)位后不管是 CPU 還是各部件都處于確定的初始狀態(tài)，它們會再次從這個初始狀態(tài)工作。 51 單片機的復(fù)位信號是從 RST 處得到的， RST 端信號進入施密特觸發(fā)器最終獲得這個信號。一般來說 如果在 RST 引腳得到一個高電平，并且這個高電平維持的時間在兩個機器周期以上，那么 CPU 就會相應(yīng)這個指令，對單片機進行系統(tǒng)復(fù)位 [9]。單片機系統(tǒng)的復(fù)位方式有：手動按鈕復(fù)位和上電復(fù)位。 復(fù)位電路如圖 圖 復(fù)位電路 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 基于單片機的酒精濃度測試系統(tǒng)設(shè)計 12 手動按鈕復(fù)位 手動復(fù)位不同于上電復(fù)位，但是原理都是使 RST 得到高電平，所以應(yīng)該在這上面即一個高電平。為了方便控制，一般要在其中增加一個按鈕來控制平常的正常工作。 上電復(fù)位 上電復(fù)位時使 RESET 處于高電平，而且保持高電平一段時間。因為這一點接地，所以在接地的作用下這一點會慢慢由高點平變 為低電平。而且由于 RESET 變?yōu)榈停詥纹瑱C復(fù)位。一般來說這個一段時間為 2個機器周期。 數(shù)據(jù)采集設(shè)計 本設(shè)計的數(shù)據(jù)的采集由 MQ3 酒精傳感器完成，傳感器得到的數(shù)據(jù)是電子信號，必須通過放大，濾波，采集，轉(zhuǎn)換才能被 MCU 識別和處理。所以數(shù)據(jù)采集由 MQ3 酒精傳感器和 ADC0832 完成，最后將數(shù)據(jù)傳給 MCU。 MQ3 酒精傳感器 MQ3 是現(xiàn)在使用的酒精傳感器，它是一個電阻傳感器，檢測的酒精濃度是以電信號傳送出去的。在本設(shè)計中主要需要將該儀器通上 5V 電源，并在 GND 接地， OUT用來輸出測試 濃度。 MQ3 作為一款酒精傳感器是有自己的特點的，首先是測試氣體是比較靈敏的，而且在響應(yīng)方面具有快速反應(yīng)性。并且由于它比較簡單的結(jié)構(gòu)，它的使用期限和穩(wěn)定性是可以得到保證的。 在使用過程中最主要的是需要通過它檢測的電壓得到酒精的濃度，這其中有一個關(guān)系，電壓每升高 1V時，相應(yīng)的氣體濃度就會升高 200ppm。這是編程過程中最需要注意的一個環(huán)節(jié)。 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0832 一共有 8端口，與單片機連接的則一般只有 4個端口，為 CS、 CLK、 DO、DI。 在很多情況下 DO端與 DI 端并不是同時有效的，在 DO 端使用的時候 DI 端一般是待機狀態(tài)，所以將上述兩個端口可以接在一起，共用一根數(shù)據(jù)線。 CS 表示使能端，當(dāng)需要芯片工作時不要把它置為低電平，因為這個時候芯片禁用 [10]。在芯片禁用時，CLK 和 DO/DI 并沒有工作任務(wù)，此時他們不管接高電平還是接低電平都無所謂。反之重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 基于單片機的酒精濃度測試系統(tǒng)設(shè)計 13 芯片要工作時， CS 必須要給低電平，直到工作結(jié)束。由于 Proteus 仿真軟件沒有 MQ3酒精傳感器，因此用滑動變阻器代替電信號作為輸入。如下圖 圖 A/D 轉(zhuǎn)換器 按鍵設(shè)計 按鍵設(shè)置主要分為獨立式和行列式（矩陣式）兩種。 獨立 式鍵盤顧名思義就是每個按鍵都是獨立的，這個獨立指的是相互不影響連接到單片機的 I/O 口，而單片機的 I/O 口不需要使用外部中斷之內(nèi)的編程，只需要輸入口即可讀取按鍵。這種獨立式鍵盤可以連接上拉電阻或者是下拉電阻，這并不影響數(shù)據(jù)的讀取，只需要判讀輸入口的電平。由于獨立式鍵盤簡單的結(jié)構(gòu)，所以對于單片機的編程就變得簡單了。但是由于每一個按鍵都必須接上一個 I/O 口，在按鍵較少的情況下還是能夠使用足夠的 I/O 口，但是如果一旦按鍵變得比較多的話，單片機就不會有足夠的 I/O 口來供按鍵使用，所以一般這是就會使用行列式結(jié) 構(gòu)。 行列式鍵盤則不像獨立式鍵盤那樣直接與單片機的 I/O 口相接，顧名思義行列式即行列要相交的地方而不相同，接的不是 I/O 口而是上一個按鍵，按鍵和按鍵相連。假設(shè)我們只有 A+B個 I/O 口，如果使用獨立式鍵盤則也只有 A+B 個按鍵，而我們把 A 個 I/O 接上 A個按鍵當(dāng)作行線，而另為 B個 I/O 口接上 B 個按鈕當(dāng)作列線，一共則可以得到 A B個按鍵 [11]，可以大大增減按鍵數(shù)量。 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 基于單片機的酒精濃度測試系統(tǒng)設(shè)計 14 由于本方案只有兩個按鍵來控制設(shè)定值的增減，所以選用簡單的獨立式鍵盤結(jié)構(gòu)。如下圖 圖 按鍵設(shè)置 液晶顯示設(shè)計 本方案 使用 LCD1602 來顯示數(shù)據(jù)，因為 LCD1602 與 51單片機相連有以下幾個優(yōu)點： (1)顯示質(zhì)量高 由于液晶顯示器每一個點在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不象陰極射線管顯示器（ CRT）那樣需要不斷刷新亮點。因此，液晶顯示器畫質(zhì)高而且絕對不會閃爍，把眼睛疲勞降到最低。 (2)數(shù)字式接口 液晶顯示器都是數(shù)字式的，不像陰極射線管彩顯采用模擬接口。也就是說，使用液晶顯示器，顯卡再也不需要像往常那樣把數(shù)字信號轉(zhuǎn)化成模擬信號再行輸出了。理論上，這會使色彩和定位都更加準(zhǔn)確完美。 (3)體積小、重量輕 傳統(tǒng)的陰極射線管顯示器，后面總是拖著一個笨重的射線管。液晶顯示器突破了這一限制，給人一種全新的感覺。傳統(tǒng)顯示器是通過電子槍發(fā)射電子束到屏幕，因而顯像管的管頸不能做得很短，當(dāng)屏幕增加時也必然增大整個顯示器的體積。而液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達到顯示目的，即使屏幕加大，它的體積也不會成正比的增加，而且在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多 [12]。 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 基于單片機的酒精濃度測試系統(tǒng)設(shè)計 15 (4)功耗低 傳統(tǒng)的顯示器內(nèi)部由許多電路組成，這些電路驅(qū)動著陰極射線顯像管工作時，需要消耗 很大的功率，而且隨著體積的不斷增大，其內(nèi)部電路消耗的功率肯定也會隨之增大。相比而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動 IC 上，因而耗電量比傳統(tǒng)顯示器也要小得多 [13]。 這次的功能僅僅是通過 LCD1602 來顯示單片機發(fā)送的數(shù)據(jù)，所以將 D0D7直接接到 P0 口，用來接收數(shù)據(jù)如圖 圖 LCD1602 與單片機的連接 VSS 與 VEE 和 VDD 接高電平， RS作為命令 /數(shù)據(jù)端口接上 。 RS 的兩個狀態(tài)為選擇命令和選擇數(shù)據(jù)，低為選擇命令，高為選擇數(shù)據(jù)。讀 /寫端 RW 則接 ，它也是兩個狀態(tài) ，為低時向 LCD1602 寫入命令或數(shù)據(jù)；為高時，從 LCD1602 讀取狀態(tài)或數(shù)據(jù) [14]。 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 基于單片機的酒精濃度測試系統(tǒng)設(shè)計 16 這兩個端口由單片機控制讀寫和數(shù)據(jù)的接收，由于本方案 LCD1602 顯示數(shù)據(jù)，所以只用到了讀的功能。使能端 E則是控制 LCD1602 是否運行接 ，如果是高電平，LCD1602 則激活啟動，當(dāng)為低電平時則保持待機狀態(tài)。 D0— D7，并行數(shù)據(jù)輸入 /輸出引腳，用來接收的 P0的 8個 I/O 口 [15]。因為接 P0口， P0 口在單片機中作為輸出口時，輸出能力較弱，應(yīng)該接 — 10K 的上拉電阻。如圖 圖 P0 口的上拉電阻 報警設(shè)計 當(dāng)酒精濃度到了設(shè)定的值就需要發(fā)出警報提醒檢測人員超出了檢測設(shè)定值，來方便的判定是否酒后酒后駕車，所以可以使用 LED 燈加上一個蜂鳴器來完成聲光報警。在單片機電路中由于單片機的輸出能力較弱驅(qū)動蜂鳴器可能會出現(xiàn)聲音較小或不出聲的情況，所以需要增設(shè)一個三極管放大電路，使輸出增強。而聲光報警電路最好使用并聯(lián)方式，以防一條電路損壞倒是報警系統(tǒng)完全不能工作，而并聯(lián)凡是即使一條電路損壞于另一條電路并不影響。如圖 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 基于單片機的酒精濃度測試系統(tǒng)設(shè)計 17 圖 聲光報警電路 小結(jié) 這一章具體完成了每一個功能的設(shè)計，以及在仿真中如何達到的。通過對需要進行的功能的思考，不斷完善電路的設(shè)計。在仿真中對鍵盤的控制是比較好實現(xiàn)的，因為本設(shè)計的鍵盤是獨立式的，僅僅控制酒精濃度設(shè)定值的增減，但是編程中卻必須結(jié)合 MQ3酒精濃度傳感器的相應(yīng)比例，當(dāng) 1V 電壓減少時，就有 200ppm 的降低來設(shè)計，不能不根據(jù)實際情況來編寫程序。 LCD1602 的控制就需要根據(jù)顯示的數(shù)據(jù)需求來完成，這一點可以根據(jù)查 LCD的指令功能表來完成。需要注意的是雖然設(shè)計中的聲光報警電路十分簡單，但是在仿真時就能發(fā)現(xiàn)其實報警輸出的低電平 信號并不是不變的，而是在變化，這樣就會造成蜂鳴器的間隙性啟動。所以在這其中很多問題都能在仿真中發(fā)現(xiàn)，并且想辦法解決。 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 基于單片機的酒精濃度測試系統(tǒng)設(shè)計 18 4 軟件設(shè)計 軟件介紹 Keil 軟件是我常用的單片機編程軟件，它不但可以進行匯編的編程也可以進行 C的編程。由于在學(xué)校學(xué)習(xí)的基本上是 C 語言的使用，所以 Keil 的編程對于我比較有優(yōu)勢。而且 Keil 自帶豐富的數(shù)據(jù)庫，很多頭文件是可以在這里面找到的