【正文】 高，中國逐漸步入“汽車社會”，酒后駕駛行為所造成事故越來越多，對社會的影響也越來越大，酒精正在成為越來越兇殘的“馬路殺手”。此外，由交通事 故造成的經(jīng)濟損失也相當驚人。在全國各地加強查處酒后駕駛的力度，以減少由酒后駕駛造成的惡性交通事故。 本文研究設(shè)計了一種用于公共場所具有檢測及超限報警功能的酒精濃度智能測試儀。系統(tǒng)將傳感器輸出信號通過A/D 轉(zhuǎn)換電路調(diào)理后，經(jīng)由單片機進行數(shù)據(jù)處理，最后由 LCD 顯示酒精濃度值。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報 告用紙 第 2 頁 共 57 頁 1. 緒論 酒精濃度檢測儀開發(fā) 背景 酒精的重要作用，是逐漸使得腦部及神經(jīng)系統(tǒng)反應(yīng)遲鈍 —— 這也是許多人喜歡適量飲酒的主要原因。即使是少量的酒精，也沒有刺激振奮的作用，這跟許多人的想法正好相反。 根據(jù) WHO 數(shù)據(jù)，全球 2021 年的人均純酒精消費量為 ，其中歐洲地區(qū)人均達，美洲地區(qū)人均為 。在人均國民生產(chǎn)總值（ GDP）低于 7000 美元的低收入國家，酒精消費量與人均 GDP 相關(guān)， GDP 越高酒精消費量越高。據(jù)統(tǒng)計，駕駛員酒后開車，其發(fā)生交通事故的比率為沒有飲酒情況下的 16 倍。 酒后駕駛讓人付出了慘痛的代價，為了避免類似事故的發(fā)生，酒精濃度檢測儀隨之產(chǎn)生。但由于價格和使用方便的原因，目前（截止 2021 年 8 月）常用的只有燃料電池型（電化學(xué)型）和半導(dǎo)體型兩種。燃料電池酒精傳感器 采用貴金屬白金作為電極，在燃燒室內(nèi)充滿特種催化劑，使進入燃燒室內(nèi)的酒精充分燃燒轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，也就是在兩個電極上產(chǎn)生電壓，電能消耗在外接負載上，此電壓與進入燃燒室內(nèi)氣體的酒精濃度成正比。但是由于燃料電池酒精傳感器的結(jié)構(gòu)要求非常精密，制造難度相當大，目前（ 2021 年）只有美國、英國、德國等少數(shù)幾個國家能夠生產(chǎn)，加上材料成本高，因此價格相當昂貴，是半導(dǎo)體酒精傳感器的幾十倍。 本系統(tǒng)采用單片機為控制核心，以實現(xiàn)便攜式酒精濃度檢測儀的基本控制功能。 2. 方案器件 簡介 硬件設(shè)計部分主要包括： MCU、 A/D、時鐘芯片、 LCD、外圍擴展數(shù)據(jù) RAM 等芯片的選擇，以下做一些器件的比較。單片機 /MCU 主要有 51 基本型和 52增強型，而相比之下 52 型比 51 型功能更為強大， ROM 和 RAM 存儲空間更大， 52 還兼容 51 指令系統(tǒng)。 STC89C52 有 40個引腳， 32 個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時內(nèi)含 2個外中斷口， 3 個 16 位可編程定時計數(shù)器 ,2 個全雙工串行通信口， 2個讀寫口線，片內(nèi)振蕩器及時鐘 電路， 89C5X 可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。空閑方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時 /計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。其將通用的微處理器和 Flash 存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的 Flash 存儲器可有效地降低開發(fā)本。 STC89C52 單片機單片機引腳功能（如圖 ）： ?Vcc：電源電壓 ?GND：地 圖 單片機引腳圖 ?P0 口： P0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 I/O 口，也即地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報 告用紙 第 4 頁 共 57 頁 在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低 8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問器件激活內(nèi)部上拉電阻。 ?P1 口： P1是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P1的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（ IIL）。 Flash 編程和程序校驗期間， P1 接收低 8 位地址。對端口 P2寫“ 1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，同時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流（ IIL）。在訪問 8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行 MOVRI 指令）時， P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。 ?P3 口： P3口是 一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口。對 P3口寫入‘ 1’時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。 P3 口作為一般的 I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表 22所示： 此外， P3 口還接收 一些用于 Flash 閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。當振蕩器工作時， RST 引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復(fù)位。一般情況下， ALE 仍以時鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。 引腳號 功能特性P 1 . 0 T2 （定時 / 計數(shù)器 2 外部計數(shù)脈沖輸入），時鐘輸出P 1 . 1 T 2 E X （定時 / 計數(shù) 2 捕獲 / 重裝載觸發(fā)和方向控制）桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報 告用紙 第 5 頁 共 57 頁 表 22 P3口第二功能 端口引腳 第二功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行 輸出口） （外中斷 0） （外中斷 1） T0（定時 /計數(shù)器 0） T1（定時 /計數(shù)器 1） （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） (外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通 ) 對 Flash 存儲器編程器件，改引腳還用于輸入編程脈沖（ ）。該位置復(fù)位后，只 有一條 MOVX 和 MOVC 指令才能將 ALE 激活。 ? ：程序儲存允許（ ）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當 89C5X 單片機由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次 有效，即輸出兩個脈沖。 ? /VPP：外部訪問允許。需要注意的是：如果加密位 LB1 被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存 端狀態(tài)。 Flash 存儲器編程時，該引腳加上＋ 12V 的編程允許電源 Vpp,當然這必須是該器件是使用 12V編程電壓 Vpp。 ?XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。由于逐次逼近式 A/D轉(zhuǎn)換具有速度，分辨率高等優(yōu)點，而且 采用這種方法的 ADC 芯片成本低，所以我們采用逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器。逐次逼近型是將采樣信號和已知電壓不斷進行比較，一個時鐘周期完成 1 位轉(zhuǎn)換，依次類推 ,轉(zhuǎn)換完成后，輸出二進制數(shù)。優(yōu)點是分辨率低于 12位時，價格較低，采樣速率也很好。 ADC0832 具有以下特點： ? 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 電源供電時輸入電壓在 0~5V 之間； ? 工作頻率為 250KHZ，轉(zhuǎn)換時間為 32μ S； ? 一般功耗僅為 15mW； ? 8P、 14P— DIP（雙列直插）、 PICC 多種封裝； ? 商用級芯片溫寬為 0度 to +70 度，工業(yè)級芯片溫寬為 ?40 度 to +85 度 ；芯片接口說明： ? CS_ 片選使能，低電平芯片使能。 ? CH1 模擬輸入通道 1，或作為 IN+/使用。 ? DI 數(shù)據(jù)信號輸入，選擇通道控制。 ? CLK 芯片時鐘輸入。 ADC0809 是采樣分辨率為 8 位的、以逐次逼近原理進行模 — 數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。 主要特點： DC0809 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 13． 22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 D／ A轉(zhuǎn)換器、逐次逼近， ADC0809芯片有 28條引腳，采用雙列直插式封裝，下面說明各引腳功能： IN0～ IN7： 8 路模擬量輸入端。 ?ADDA、 ADDB、 ADDC： 3位地址輸入線，用于選通 8路模擬輸入中的一路 ?ALE：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。 ?EOC： A／ D 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當 A／ D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一個高電平（轉(zhuǎn)桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報 告用紙 第 7 頁 共 57 頁 換期間一直為低電平）。當 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。要求時鐘頻率不高于 640KHZ。 ?Vcc：電源，單一＋ 5V。 時鐘芯片 的 簡介 DS1302 是 DALLAS 公司推出的涓流充電時鐘芯片 ,內(nèi)含有一個實時時鐘 /日歷和 31 字節(jié)靜態(tài) RAM,通過簡單的串行接口與單片機進行通信實時時鐘 /日歷電路 .提供秒分時日日期 .月年的信息 ,每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動調(diào)整時鐘操作可通過 AM/PM 指示決定采用 24 或 12 小時格式 .DS1302 與單片機之間能簡單地采用同步串行的方式進行通信 ,僅需用到三個口線 :1 RES 復(fù)位 ,2 I/O 數(shù)據(jù)線 ,3 SCLK 串行時鐘 .時鐘 /RAM 的讀 /寫數(shù)據(jù)以一個字節(jié)或多達 31 個字節(jié)的字符組方式通信 .DS1302 工作時功耗很 低 ,保持數(shù)據(jù)和時鐘信息時功率小于 是由 DS1202 改進而來 ,增加了以下的特性 .雙電源管腳用于主電源和備份電源供應(yīng) Vcc1,為可編程涓流充電電源附加七個字節(jié)存儲器 .它廣泛應(yīng)用于電話傳真便攜式儀器以及電池供電的儀器儀表等產(chǎn)品領(lǐng)域 . 8 位暫存數(shù)據(jù)存儲 RAM。 工作電壓： ~； 工作電流 時 ,小于 300nA。 8 腳 DIP 封裝或可選的 8 腳 SOIC 封裝 根據(jù)表面裝配 。 與 TTL 兼容 Vcc=5V。 圖 DS1302引腳圖 圖 DS1302 的引腳排列 ,其中 Vcc1 為后備電源， VCC2 為主電源。 DS1302 由 Vcc1 或 Vcc2 兩者中的較大者供電。當 Vcc2 小于 Vcc1 時， DS1302 由 Vcc1供電。 RST是復(fù)位 /片選線，通過 把 RST 輸入驅(qū)動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送。當 RST 為高電平時，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對 DS1302 進行操作。上電運行時，在 Vcc≥ 之前， RST 必須保持低電平。 I/O 為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端 (雙向 )。 根據(jù)上述介紹和這 次設(shè)計的要求，我選擇使用 DS1302 作為這次設(shè)計的時鐘芯片（如圖 ）?？梢燥@示 8 4行 16 16點陣的漢字 . 也可完成圖形顯示 .低電壓低功耗是其又一顯著特點。 LCD1602 字符型液晶顯示器其用法： ?單 5V電源電壓，低功耗、長壽命、高可靠性 ?內(nèi)置 192 種字符 (160 個 5 7點陣字符和 32 個 5 10 點陣字符 ) ?具有 64 個字節(jié)的自定義字符 RAM，可自定義 8個 5 8 點陣字符或 4 個 5 11 點陣字符 ?顯示方式： STN、半透、正顯 ?驅(qū)動方式： 1/16 并口， 1/5 串口 ?背光方式：底部 LED ?通訊方式： 4位或 8 位并口可選 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報 告用紙 第 9 頁 共 57 頁 ?標準的接口特征：適配 MC51 和 M6800 系統(tǒng) MPU 的操作時序 LCD1602 液晶顯示屏的主要技術(shù)參數(shù)如下表所示：（表 23） 表 23 LCD1602液晶主要參數(shù) 顯示容量 16 2個字符 芯片工作電壓 ~ 工作電流 () 模塊最佳工作電壓 字符尺寸 (mm) 3 總體 方案設(shè)計 在這次的整體設(shè)計中主要涉及下面幾個方面（如圖 ）： 圖 整體方案結(jié)構(gòu)圖 下面介紹各個模塊使用的器件： STC89C52 單片機 STC89C52 是的低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機，片內(nèi)含 8K bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器 (PEROM)和 256K bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器，器件采用高密度，非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，與標準 MCS51 指令系統(tǒng)及 8051 產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 FLASH 存儲單元，功能強大， STC89C52 單片機適合于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場合。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在 0~5V之間。獨立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。 AT24C02 存儲器 在本設(shè)計中使用的是 24C02 存儲芯片 ，是電可擦除的 PROM， 8個引腳功能及兩線串行接口。串行 E2PROM 是基于 I2CBUS 的存儲器件，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，在儀器儀表及工業(yè)自動化控制中得到大量的應(yīng)用。所以說一些同樣功能型號的電子器件在兼容性上往往會帶來意想不到的問題，值得引起注意 。 LCD1602 液晶顯示屏外形尺寸 LCD1602 液晶顯示屏分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為 HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應(yīng)用中并無差別，兩者尺寸差別如圖 所示： 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報 告用紙 第 11 頁 共 57 頁 圖 LCD1602尺寸圖