【正文】 以往的純數(shù)字電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)工作量大、靈活性差、系統(tǒng)可靠性差。單片機(jī)將微處理器（CPU）、存儲(chǔ)器（ROM 和 RAM 等）、輸出/輸入口（I/O）、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)等集成在一塊集成電路芯片上，稱之為單片微型計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱單片機(jī)（MCU）。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)。其主要特點(diǎn)有品種多樣，型號(hào)繁多，性能提高，容量擴(kuò)大，低功耗，軟件應(yīng)用配套，具有系統(tǒng)擴(kuò)展和配置等。目前最常用的是 AVR、MCS5PIC 系列單片機(jī)。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。Atmel公司就將其改為電可改寫的閃速存儲(chǔ)器（Flash），容許改寫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)。但編程時(shí)分頁(yè)比較麻煩，擴(kuò)展能力比較弱?；谠O(shè)計(jì)的需要與資金考慮，選用了AT89C51單片機(jī)作為開(kāi)發(fā)的核心。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。 模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片的選型A/D轉(zhuǎn)換就是模擬—數(shù)字轉(zhuǎn)換，就是把傳感器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為可供單片機(jī)識(shí)別的數(shù)字信號(hào)。（1）積分型（如TLC7135） 積分型AD工作原理是將輸入電壓轉(zhuǎn)換成時(shí)間(脈沖寬度信號(hào))或頻率(脈沖頻率)，然后由定時(shí)器/計(jì)數(shù)器獲得數(shù)字值。初期的單片AD轉(zhuǎn)換器大多采用積分型，現(xiàn)在逐次比較型已逐步成為主流。其電路規(guī)模屬于中等。（3）并行比較型/串并行比較型（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。 串并行比較型AD結(jié)構(gòu)上介于并行型和逐次比較型之間，最典型的是由2個(gè)n/2位的并行型AD轉(zhuǎn)換器配合DA轉(zhuǎn)換器組成，用兩次比較實(shí)行轉(zhuǎn)換，所以稱為 Half flash(半快速)型。這類AD速度比逐次比較型高，電路 規(guī)模比并行型小。分辯率又稱精度，通常以數(shù)字信號(hào)的位數(shù)來(lái)表示。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)。為了保證轉(zhuǎn)換的正確完成，采樣速率 (Sample Rate)必須小于或等于轉(zhuǎn)換速率。常用單位是ksps和Msps，表 示每秒采樣千/百萬(wàn)次（kilo / Million Samples per Second）。芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為32μS，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。通過(guò)DI 數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇。 輸入模塊的選型由于涉及到輸入閥值，所以需要設(shè)計(jì)鍵盤。由于本系統(tǒng)有三個(gè)控制命令，所需按鍵很少，所以本系統(tǒng)選擇獨(dú)立式按鍵。選擇液晶顯示的原因是因?yàn)樵趩纹瑱C(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：（1）顯示質(zhì)量高由于液晶顯示器每一個(gè)點(diǎn)在收到信號(hào)后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器（CRT）那樣需要不斷刷新新亮點(diǎn)。（2）數(shù)字式接口液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機(jī)系統(tǒng)的接口更加簡(jiǎn)單可靠，操作更加方便。（4）功耗低相對(duì)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(dòng)IC上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。3 系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)與搭建 單片機(jī)模塊特點(diǎn)及連接AT89C51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k 字節(jié)Flash 閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32 個(gè)I/O 口線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。空閑方式停止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。 AT89C51管腳排列圖各管腳的功能如下：VCC：供電電壓。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為低八位地址接收。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管腳 備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷0） /INT1（外部中斷1） T0（計(jì)時(shí)器0外部輸入） T1（計(jì)時(shí)器1外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。另外，該引腳被略微拉高。/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。振蕩器特性:XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 AT89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)電路 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的特點(diǎn)與連接ADC0832是8位分辨率，逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。C to +70176。C to +85176。 ADC0832管腳圖芯片接口說(shuō)明：1：片選，低電平有效2：CH0 模擬輸入通道0，或作為IN+/使用3：CH1 模擬輸入通道1，或作為IN+/使用4：但由于DO端與DI端在通信時(shí)并未同時(shí)有效并與單片機(jī)的接口是雙向的，所以電路設(shè)計(jì)時(shí)可以將DO和DI 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當(dāng)要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，須先將CS使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。在第1 個(gè)時(shí)鐘脈沖的下沉之前DI端必須是高電平，表示啟始信號(hào)。當(dāng)此2 位數(shù)據(jù)為“1”、“0”時(shí)，只對(duì)CH0 進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)2 位數(shù)據(jù)為“0”、“0”時(shí)，將CH0作為正輸入端IN+，CH1作為負(fù)輸入端IN進(jìn)行輸入。到第3 個(gè)脈沖的下沉之后DI端的輸入電平就失去輸入作用，此后DO/DI端則開(kāi)始利用數(shù)據(jù)輸出DO進(jìn)行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。直到第11個(gè)脈沖時(shí)發(fā)出最低位數(shù)據(jù)DATA0，一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。隨后輸出8位數(shù)據(jù)，到第19 個(gè)脈沖時(shí)數(shù)據(jù)輸出完成，也標(biāo)志著一次A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)束。作為單通道模擬信號(hào)輸入時(shí)ADC0832的輸入電壓是0~。但值得注意的是，在進(jìn)行IN+與IN的輸入時(shí)，如果IN的電壓大于IN+的電壓則轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)結(jié)果始終為00H。 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊 傳感器信號(hào)采集模塊的特別與連接。MQ3的3管腳相連，作為敏感體電阻的一個(gè)電極。將電極端3接到電源正極，電極端6接電阻。MQ3型氣敏傳感器的敏感部分是由金屬氧化物SnO2的N型半導(dǎo)體微晶燒結(jié)層構(gòu)成。由于這種變化是可逆的，所以能重復(fù)使用。對(duì)酒精氣體濃度的采樣就可以轉(zhuǎn)化為對(duì)電位器分壓的采樣。負(fù)載電阻要根據(jù)MQ3實(shí)際的技術(shù)參數(shù)而選擇阻值合適的電阻。 傳感器信號(hào)采集模塊 輸入模塊的特點(diǎn)與連接獨(dú)立式按鍵是直接用I/O口線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路。各根I/O口線之間不會(huì)相互影響。鍵盤抖動(dòng)的消除：抖動(dòng)的消除大致可以分為硬件消抖和軟件消抖。通常采用電容濾波或者單穩(wěn)延時(shí)電路等。當(dāng)按鍵釋放時(shí)，也經(jīng)過(guò)數(shù)毫秒的延時(shí)，待后沿抖動(dòng)消失后再判斷是否有鍵釋放。 鍵盤輸入模塊 顯示模塊的特點(diǎn)與連接1602LCD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。編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號(hào)14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負(fù)極 1602LCD管腳接口說(shuō)明第1腳：VSS為地電源。第3腳：VL為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度。第5腳：R/W為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。第15腳：背光源正極。根據(jù)以上技術(shù)參數(shù)以及說(shuō)明。只要當(dāng)測(cè)量濃度高于設(shè)定的閥值的時(shí)候，給一個(gè)低電平就可以使發(fā)光二極管發(fā)光，蜂鳴器報(bào)警。所以繼電器的設(shè)計(jì)是為了以后功能的改進(jìn)，不是本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。即可做出整體電路圖。匯編語(yǔ)言的可控性較高級(jí)語(yǔ)言來(lái)說(shuō)更具優(yōu)越性。匯編語(yǔ)言的機(jī)器代碼生成率高，控制性好，但就是移植性不高。還有很多處理器都支持C編輯器，這樣意味著處理器也能很快上手?；贑語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言的優(yōu)缺點(diǎn)，本系統(tǒng)采用C語(yǔ)言進(jìn)行編寫。整個(gè)軟件的編寫采取查詢式編寫的方法。編譯器完成對(duì)程序的編譯、連接等工作，并最終生成可執(zhí)行文件。μVison系列開(kāi)發(fā)工具目前的最高版本是μVison4，支持匯編語(yǔ)言以及C語(yǔ)言，滿足開(kāi)發(fā)需求，方便開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。開(kāi)始初始化比較參數(shù)和定時(shí)器傳感器預(yù)熱循環(huán)檢測(cè)讀出AD數(shù)值，轉(zhuǎn)換處理后將數(shù)據(jù)顯示在液晶上是否濃度超標(biāo)調(diào)節(jié)按鍵是否按下啟動(dòng)繼電器并報(bào)警調(diào)整濃度閥值否否是是 整體流程圖 程序代碼的編寫根據(jù)流程圖以及各模塊的應(yīng)用特點(diǎn)、調(diào)用方式，編寫各部分代碼。將編寫好的代碼運(yùn)行無(wú)錯(cuò)誤之后，便可以燒錄到單片機(jī)中，進(jìn)行下一步的調(diào)試工作了。系統(tǒng)的調(diào)試同樣包括硬件方面和軟件方面。焊接前，對(duì)電阻、電容的值要進(jìn)行測(cè)量、篩選，選擇與電路中參數(shù)值一致的元器件。上方為未超過(guò)設(shè)定閥值時(shí)的工作效果，下方為超過(guò)設(shè)定閥值時(shí)的工作效果。一方面是檢查有沒(méi)有管腳虛焊或者與其他信號(hào)線短路，另一方面是元器件管腳功能的檢查或者因焊接溫度過(guò)高造成的元器件損壞。上電測(cè)試是調(diào)試的關(guān)鍵步驟，首先接通電源之后，測(cè)試各個(gè)電源端口和器件的電源部分是否正常工作，同時(shí)應(yīng)該注意系統(tǒng)中有無(wú)元器件過(guò)熱的現(xiàn)象。如果沒(méi)有問(wèn)題，則可以進(jìn)行功能測(cè)試。為了方便調(diào)試，采用分塊調(diào)試的方法。加電后檢查各元器件管家的電位，一般先檢查Vcc與GND之間的電位。系統(tǒng)軟件調(diào)試時(shí)，也可以分模塊進(jìn)行。上電后，檢查是否可以正常顯示。如果不能，便檢查顯示模塊的代碼問(wèn)題。由于氣體傳感器在預(yù)熱過(guò)程中會(huì)形成一個(gè)高電平，造成測(cè)量的濃度偏高，超過(guò)初始的閥值，所以就可以觀察報(bào)警模塊和繼電器模塊的工作是否正常，正常情況下可以觀察到發(fā)光二極管發(fā)光，蜂鳴器報(bào)警；待系統(tǒng)穩(wěn)定后可以聽(tīng)到繼電器停止工作后的響聲，同時(shí)發(fā)光二極管和蜂鳴器停止工作。和前面一樣，在系統(tǒng)預(yù)熱過(guò)程中觀察即可，看是否測(cè)量濃度在平穩(wěn)下降。 系統(tǒng)整體調(diào)試接通電源是系統(tǒng)穩(wěn)定后，首先要對(duì)初始值進(jìn)行調(diào)試。，分別靠近MQ3氣敏傳感器。交通法規(guī)定的酒駕標(biāo)準(zhǔn)是20mg/100ml，根據(jù)國(guó)際呼吸酒精含量對(duì)照表可知， mg/L，高于這個(gè)含量均為酒駕。序號(hào)呼出氣體mg/L呼出氣體ppm血液中mg/100ml血液中‰BAC15210315420525630735840945105011551260136514701575168017 851890199520100 國(guó)際呼吸酒精含量對(duì)照表至此對(duì)于系統(tǒng)的調(diào)試工作便完成了。依據(jù)方案設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)了基于 AT89C51單片機(jī)的硬件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了氣體信號(hào)采集模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、報(bào)警模塊、液晶顯示模塊和繼電器模塊、輸入模塊等的控制電路功能。而輸入模塊則可以對(duì)于閥值進(jìn)行修改。主要包括酒精傳感器模擬電壓輸出采集處理子程序、顯示子程序、輸入程序、報(bào)警及驅(qū)動(dòng)繼電器驅(qū)動(dòng)等子程序。在整個(gè)程序的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，便可以安裝與汽車上，成為防酒駕智能閉鎖系統(tǒng)。但由于在討論中，無(wú)法消除對(duì)于其他乘車人員的飲酒后的影響，已經(jīng)行車時(shí)安全的考慮，故在此系統(tǒng)中無(wú)法完成。致 謝對(duì)于這個(gè)設(shè)計(jì)的完成，要感謝許多人的幫助。首先我要感謝我的指導(dǎo)教師武夢(mèng)龍老師?？梢哉f(shuō)沒(méi)有武老師的幫助就沒(méi)有這個(gè)設(shè)計(jì)。在這個(gè)的設(shè)計(jì)你們也給予了我很大的幫助，不管是硬件的搭建還是軟件的編寫上都幫了我不少的忙。還有我要感謝我的家人，你們做好了我的后勤工作，讓我可以專心的投入到這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)工作中。最后，我還想要感謝北方工業(yè)大學(xué)，在這個(gè)我度過(guò)了大學(xué)的四年，在這里讓我成長(zhǎng)了很多，學(xué)會(huì)了很多，體驗(yàn)了很多。[4] [J].科技信息,2007（17）：5454[5] C 語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)[J].科技信息，2009（36）：523524[6] 岳睿 .呼吸式酒精傳感器的研究進(jìn)展[J].化學(xué)傳感器，2006（3）：69。Teo A L conversion utilizing the AT89CX051 microcontrollers[J].Microcontroller Data Book，2003[19] T．Someya，J．Small，P． Kim，C．N