酒精浓度检测仪的设计(3)

2.2.3数模转换器

实现A/D转换的基本方法很多，有计数法、逐次逼近法、双斜积分法和并行转换法。由于逐次逼近式A/D转换具有速度，分辨率高等优点，而且采用这种方法的ADC芯片成本低，所以我们采用逐次逼近式A/D转换器。逐次逼近型ADC包括1个比较器、一个模数转换器、1个逐次逼近寄存器（SAR）和1个逻辑控制单元[5]。逐次逼近型是将采样信号和已知电压不断进行比较，一个时钟周期完成1位转换，依次类推,转换完成后，输出二进制数。这类型ADC的分辨率和采样速率是相互牵制的。优点是分辨率低于12位时，价格较低，采样速率也很好。

ADC0832模数转换器具有8位分辨率、双通道A/D转换、输入输出电平与TTL/CMOS相兼容、5V电源供电时输入电压在0～5V之间、工作频率为250KHZ 、转换时间为32 微秒、一般功耗仅为15MW等优点，适合本系统的应用，所以我们采用ADC0832为模数转换器件。

ADC0832 具有以下特点： ? 8位分辨率；

? 双通道A/D转换；

? 输入输出电平与TTL/CMOS相兼容； ? 5V电源供电时输入电压在0~5V之间； ? 工作频率为250KHZ，转换时间为32μS； ? 一般功耗仅为15mW； ? 8P、14P—DIP（双列直插）、PICC 多种封装；

? 商用级芯片温宽为0度 to +70度，工业级芯片温宽为?40度 to +85度；芯片接口说明：

? CS_ 片选使能，低电平芯片使能。

? CH0 模拟输入通道0，或作为IN+/-使用。 ? CH1 模拟输入通道1，或作为IN+/-使用。 ? GND 芯片参考0 电位（地）。

? DI 数据信号输入，选择通道控制。 ? DO 数据信号输出，转换数据输出。 ? CLK 芯片时钟输入。

? Vcc/REF 电源输入及参考电压输入（复用）。

2.2.4 AT24C02存储器

在本设计中使用的是24C02存储芯片，是电可擦除的PROM，8个引脚功能及两线串行接口。电压允许范围1.8V~5V。串行E2PROM是基于I2C-BUS 的存储器件，遵循二线制协议，由于其具有接口方便，体积小，数据掉电不丢失等特点，在仪器仪表及工业自动化控制中得到大量的应用。在一般单片机系统中，24C02 数据受到干扰的情况是很少的，基本的读写功能外，还对地址功能以及WP引脚保护功能进行了全面的检测，发现一种ATMEL（激光印字）以及XICOR牌号的24C02具有全面的符合I2C总线协议的功能，而有些牌号24C02

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要么没有WP引脚保护功能，要么没有器件地址功能（即2 片24C02不能共用一个I2C总线），有些甚至两种功能均无。所以说一些同样功能型号的电子器件在兼容性上往往会带来意想不到的问题，值得引起注意。

2.2.5 LCD显示

液晶显示模块与计算机的接口电路有两种方式。它与单片机的接口方法分为直接访问方式和间接控制方式。

直接访问方式是把液晶模块作为存储器或I/O设备直接接在单片机的总线上，单片机以访问存储器或I/O设备的方式操作液晶显示模块的工作。间接控制方式则不使用单片机的数据系统，而是利用它的I／0口来实现与显示模块的联系。即将液晶显示模块的数据线与单片机的P0口连接作为数据总线，另外三根时序控制信号线通常利用单片机的P2口中未被使用的I／O口来控制。这种访问方式不占用存储器空间，它的接口电路与时序无关，其时序完全靠软件编程实现[7]。

LCD1602字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，目前常用16×1，16×2，20×2和40×2行等的液晶显示模块，模块组件内部主要由LCD显示屏、控制器、列驱动器和偏压产生电路构成。

1602液晶显示屏采用标准的16脚接口，其中各接口的功能如下表（2-1）所示：

表2-1 LCD1602的16管脚功能 引脚号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 引脚名 VSS VDD VL RS R/W E D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 BLA BLK 电平 0/1 0/1 1→0 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 0/1 +VCC 接地 输入/输出 输入 输入 输入 输入/输出 输入/输出 输入/输出 输入/输出 输入/输出 输入/输出 输入/输出 输入/输出 引脚说明 电源地 电源正极(+5V) 液晶显示偏压信号 数据/命令选择端，0：输入指令，1：输入数据 读/写选择端，0：向LCD写入指令或数据，1：从LCD读取信息 使能信号，1时读取信息，1→0(下降沿)执行指令 数据总线(最低位) 数据总线 数据总线 数据总线 数据总线 数据总线 数据总线 数据总线(最高位) LCD背光电源正极 LCD背光电源负极

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2.3本章小结

本章对本文设计的主要部件进行介绍，了解了相关部件的组成以及基本结构基本工作原理，让我们对每个模块清楚其工作方式，工作步骤，以及工作原理。各个元器件的作用功能后对本设计的分析，需要哪些元器件，具体到什么型号，下面是对各个元器件的选择，在元器件选择生起到指导作用，以及更好的发挥各个部件的功能作用。

根据对元器件的选择基本了解到本设计以单片机为核心，由酒精浓度测试仪对待测气体（液体）进行检测，转换成输出电压信号，以单片机STC89C51为核心的控制、信号采集处理、声光报警电路以及显示、键盘、PC接口电路。测试仪进行气体检测的基本步骤是单片机采集酒精传感器的响应信号，并且进行转换，储存在数据储存器中，然后单片机通过特定的算法进行气体浓度的识别，并且将结果输出到LCD显示屏幕上。

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第3章 硬件设计

基于单片机酒精浓度检测仪的硬件设计部分。首先，我们必须了解它的硬件设计原理。其次，需要弄清楚它的总体构成及具体的外围电路。最后，根据其原理框图和具体的外围电路得到完整的硬件总电路图。

3.1硬件设计原理

由酒精传感器对待测气体（液体）进行检测，转换成输出电压信号，仪单片机为核心的控制、信号采集处理、声光报警电路以及显示、键盘、PC接口电路。测试仪进行气体检测的基本步骤是单片机采集酒精传感器的响应信号，并且进行转换，储存在数据储存器中，然后单片机通过特定的算法进行气体浓度的识别，同时将分析的值与设定值进行对比，对超出设定值进行报警，并且将结果输出到LED显示屏幕上。

本系统由酒精传感器，数模转换器，单片机，键盘，声音报警以及LCD显示等部分组成，在这次的整体设计中详细涉及下面几个方面,其原理框图如：图3.1:

图3.1 单片机与LCD、键盘及声音报警电路的电路连接图

3.2硬件设计的外围电路

3.2.1晶振电路

单片机工作的过程中各指令的微操作在时间上有严格的次序，这种微操作的时间次序称作时序，单片机的时钟信号用来为单片机芯片内部各种微操作提供时间基准，89c51的时钟产生方式有两种，一种是内部时钟方式，一种是外部时钟方式。内部时钟方式即在单片机的外部接一个晶振电路与单片机里面的振荡器组合作用产生时钟脉冲信号，外部时钟方式是把外部已有的时钟信号引

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入到单片机内，此方式常用于多片89C51单片机同时工作，以便于各单片机的同步，一般要求外部信号高电平的持续时间大于20ns.且为频率低于12MHz的方波。对于CHMOS工艺的单片机，外部时钟要由XTAL1端引入，而XTAL2端应悬空[8]。

本系统中为了尽量降低功耗的原则，采用了内部时钟方式。

图3.2晶振电路图

在89C51单片机的内部有一个震荡电路，只要在单片机的XTAL1和XTAL2引脚外接石英晶体（简称晶振）就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号，图中电容器C1和C2稳定频率和快速起振，电容值在5—30pF，典型值是22pF，晶振CYS选择的是12MHz。

3.2.2复位电路

单片机开始工作的时候，必须处于一种确定的状态，否则，不知哪是第一条程序和如何开始运行程序。端口线电平和输入输出状态不确定可能使外围设备误动作，导致严重事故的发生；内部一些控制寄存器（专用寄存器）内容不确定可能导致定时器溢出、程序尚未开始就要中断及串口乱传向外设发送数据。因此，任何单片机在开始工作前，都必须进行一次复位过程，使单片机处于一种确定的状态[9]。

当在89C51单片机的RST引脚引入高电平并保持2个机器周期时，单片机内部就执行复位操作（若该引脚持续保持高电平，单片机就处于循环复位状态）。

实际应用中，复位操作有两种基本形式：一种是上电复位，另一种是上电与按键均有效的复位，上电复位，要求接通电源后，单片机自动实现复位操作。常用的上电复位，上电瞬间RST引脚获得高电平，随着电容C1的充电，RST引脚的高电平将逐渐下降。

本设计中复位电路采用的是开关复位电路，开关S9未按下是上电复位电路，上电复位电路在上电的瞬间，由于电容上的电压不能突变，电容处于充电（导通）状态，故RST脚的电压与VCC相同。随着电容的充电，RST脚上的电压才慢慢下降。选择合理的充电常数，就能保证在开关按下时是RST端有两个机器周期以上的高电平从而使STC89C51内部复位。开关按下时是按键手动

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