【正文】 。在全國(guó)各地加強(qiáng)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(jì)了一種用于公共場(chǎng)所具有檢測(cè)及超限報(bào)警功能的酒精濃度智能測(cè)試儀。系統(tǒng)將傳感器輸出信號(hào)通過(guò)A/D 轉(zhuǎn)換電路調(diào)理后，經(jīng)由單片機(jī)進(jìn)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(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 2 頁(yè) 共 57 頁(yè) 1. 緒論 酒精濃度檢測(cè)儀開(kāi)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(méi)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 2022 年的人均純酒精消費(fèi)量為 ，其中歐洲地區(qū)人均達(dá)，美洲地區(qū)人均為 。在人均國(guó)民生產(chǎn)總值（ GDP）低于 7000美元的低收入國(guó)家，酒精消費(fèi)量與人均 GDP相關(guān)， GDP越高酒精消費(fèi)量越高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，駕駛員酒后開(kāi)車，其發(fā)生交通事故的比率為沒(méi)有飲酒情況下的 16 倍。 酒后駕駛讓人付出了慘痛的代價(jià)，為了避免類似事故的發(fā)生，酒精濃度檢測(cè)儀隨之產(chǎn)生。但由于價(jià)格和使用方便的原因，目前（截止 2022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(jìn)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(gè)電極上產(chǎn)生電壓，電能消耗在外接負(fù)載上，此電壓與進(jìn)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(dāng)大，目前（ 2022年）只有美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)等少數(shù)幾個(gè)國(guó)家能夠生產(chǎn)，加上材料成本高，因此價(jià)格相當(dāng)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(jī)為控制核心，以實(shí)現(xiàn)便攜式酒精濃度檢測(cè)儀的基本控制功能。 2. 方案器件 簡(jiǎn)介 硬件設(shè)計(jì)部分主要包括： MCU、 A/D、時(shí)鐘芯片、 LCD、外圍擴(kuò)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(jī) /MCU 主要有 51基本型和 52 增強(qiáng)型，而相比之下 52 型比 51 型功能更為強(qiáng)大， ROM 和 RAM 存儲(chǔ)空間更大， 52 還兼容 51 指令系統(tǒng)。 STC89C52有 40個(gè)引腳， 32個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含 2個(gè)外中斷口， 3個(gè) 16位 可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ,2個(gè)全雙工串行通信口， 2個(gè)讀寫口線，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路， 89C5X 可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程?？臻e方式停止 CPU的工作，但允許 RAM，定時(shí) /計(jì)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(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的 Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開(kāi)發(fā)本。 STC89C52單片機(jī)單片機(jī)引腳功能（如圖 ）： ?Vcc：電源電壓 ?GND：地 圖 單片機(jī)引腳圖 ?P0 口： P0 口是一組 8 位漏極開(kāi)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(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 4 頁(yè) 共 57 頁(yè) 在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組 口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低 8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問(wèn)器件激活內(nèi)部上拉電阻。 ?P1 口： 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 邏輯門電路。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）。 Flash編程和程序校驗(yàn)期間， P1接收低 8位地址。對(duì)端口 P2 寫“ 1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，同時(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) 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行 MOVRI 指令）時(shí)， 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(duì) P3 口寫入‘ 1’時(shí)，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(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。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。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。 引腳號(hào) 功能特性P 1 . 0 T2 （定時(shí) / 計(jì)數(shù)器 2 外部計(jì)數(shù)脈沖輸入），時(shí)鐘輸出P 1 . 1 T 2 E X （定時(shí) / 計(jì)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(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 5 頁(yè) 共 57 頁(yè) 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(shí) /計(jì)數(shù)器 0） T1（定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1） （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） (外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 ) 對(duì) Flash存儲(chǔ)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(chǔ)存允許（ ）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng) 89C5X單片機(jī)由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次 有效，即輸出兩個(gè)脈沖。 ? /VPP：外部訪問(wèn)允許。需要注意的是：如果加密位 LB1 被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存 端狀態(tài)。 Flash 存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上＋ 12V 的編程允許電源 Vpp,當(dāng)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(diǎn)，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(hào)和已知電壓不斷進(jìn)行比較，一個(gè)時(shí)鐘周期完成 1 位轉(zhuǎn)換，依次類推 ,轉(zhuǎn)換完成后，輸出二進(jìn)制數(shù)。優(yōu)點(diǎn)是分辨率低于 12位時(shí)，價(jià)格較低，采樣速率也很好。 ADC0832 具有以下特點(diǎn)： ? 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 32μ S； ? 一般功耗僅為 15mW； ? 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(shuō)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(hào)輸入，選擇通道控制。 ? CLK 芯片時(shí)鐘輸入。 ADC0809 是采樣分辨率為 8 位的、以逐次逼近原理進(jìn)行模 — 數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。 主要特點(diǎn)： 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(kāi)關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、 8位開(kāi)關(guān)樹(shù)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(shuō)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(hào)，輸入，高電平有效。 ?EOC： A／ D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，當(dāng) A／ D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 7 頁(yè) 共 57 頁(yè) 換期間一直為低電平）。當(dāng) A／ D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開(kāi)輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。要求時(shí)鐘頻率不高于 640KHZ。 ?Vcc：電 源，單一＋ 5V。 時(shí)鐘芯片 的 簡(jiǎn)介 DS1302 是 DALLAS 公司推出的涓流充電時(shí)鐘芯片 ,內(nèi)含有一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘 /日歷和 31 字節(jié)靜態(tài) RAM,通過(guò)簡(jiǎn)單的串行接口與單片機(jī)進(jìn)行通信實(shí)時(shí)時(shí)鐘 /日歷電路 .提供秒分時(shí)日日期 .月年的信息 ,每月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動(dòng)調(diào)整時(shí)鐘操作可通過(guò) AM/PM 指示決定采用 24 或 12 小時(shí)格式 .DS1302 與單片機(jī)之間能簡(jiǎn)單地采用同步串行的方式進(jìn)行通信 ,僅需用到三個(gè)口線 :1 RES 復(fù)位 ,2 I/O 數(shù)據(jù)線 ,3 SCLK 串行時(shí)鐘 .時(shí)鐘 /RAM 的讀 /寫數(shù)據(jù)以 一個(gè)字節(jié)或多達(dá) 31 個(gè)字節(jié)的字符組方式通信 .DS1302 工作時(shí)功耗很低 ,保持?jǐn)?shù)據(jù)和時(shí)鐘信息時(shí)功率小于 是由 DS1202 改進(jìn)而來(lái) ,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(gè)字節(jié)存儲(chǔ)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(chǔ) RAM。 工作電壓： ~； 工作電流 時(shí) ,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 示出 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(dāng) Vcc2小于 Vcc1時(shí)， DS1302由 Vcc1供電。 RST是復(fù)位 /片選線，通過(guò)把 RST輸入驅(qū)動(dòng)置高電平來(lái)啟動(dòng)所有的數(shù)據(jù)傳送。當(dāng) RST 為高電平時(shí)，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對(duì) DS1302 進(jìn)行操作。上電運(yùn)行時(shí)，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(jì)的要求，我選擇使用 DS1302作為這次設(shè)計(jì)的時(shí)鐘芯片（如圖 ）?？梢燥@示 8 4行 16 16點(diǎn)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(diǎn)。 LCD1602字符型液晶顯示器其用法： ?單 5V電源電壓，低功耗、長(zhǎng)壽命、高可靠性 ?內(nèi)置 192種字符 (160 個(gè) 5 7點(diǎn)陣字符和 32個(gè) 5 10點(diǎn)陣字符 ) ?具有 64個(gè)字節(jié)的自定義字符 RAM，可自定義 8個(gè) 5 8點(diǎn)陣字符或 4個(gè) 5 11點(diǎn)陣字符 ?顯示方式： STN、半透、正顯 ?驅(qū) 動(dòng)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(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 9 頁(yè) 共 57 頁(yè) ?標(biāo)準(zhǔn)的接口特征：適配 MC51和 M6800系統(tǒng) MPU的操作時(shí)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(gè)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(jì) 在這次的整體設(shè)計(jì)中主要涉及下面幾個(gè)方面（如圖 ）： 圖 整體方案結(jié)構(gòu)圖 下面介紹各個(gè)模塊使用的器件： STC89C52 單片機(jī) STC89C52是的低電壓，高性能 CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含 8K bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器 (PEROM)和 256K bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，器件采用高密度，非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn) 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(chǔ)單元，功能強(qiáng)大， STC89C52 單片機(jī)適合于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場(chǎng)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(dú)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(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。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。所以說(shuō)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(lái)意想不到的問(wèn)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(wú)差別，兩者尺寸差別如圖 ： 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 11 頁(yè) 共 57 頁(yè) 圖 LCD1602尺寸圖 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下表 （ 24） 所示： 表 24 LCD1602的 16 管腳功能 引腳號(hào) 引腳名 電平 輸入 /輸出 引腳說(shuō)明 1 VSS 電源地 2 VDD 電源正極 (+5V) 3 VL 液晶顯示