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1、 昆 明 学 院 2015 届毕业论文（设计）论文（设计）题目 基于单片机的防酒后驾驶控制系统 子课题题目 姓 名 杨 承 明 学 号 201104170125 所属院系 自动控制与机械工程学院 专业年级 电气工程及其自动化2011级3班 指导教师 张 立 明 2015 年 05 月摘要 21世纪以来，伴随着科技日新月异的发展，人民生活水平不断提高，人均收入稳步增加，汽车己经融入到每个家庭中，成为人们日常生活的好助手。同时，也给人类带来了交通事故频发等交通安全隐患，如酒后驾驶、无照驾驶、违规驾驶等，严重威胁着人类生命和财产安全。随着我国公路运输业的发展，同其他国家相比，我国的道路交通安全形式更
2、为严峻，特别是由酒后驾车导致的交通事故发生率比较高。因此，从主动安全角度出发，禁止酒后驾驶人员启动汽车引擎，成为在车辆发生事故之前排除隐患的重要研究课题。 本文在研究国内外防止酒后驾驶技术的基础上，针对酒后驾车导致交通事故频发的事实，设计一种基于单片机的智能防酒后驾驶控制系统。该系统由酒精传感器、数据采集及信号放大、ADC0809模数转换器、AT89S52单片机控制器、语音报警、LED显示、继电器以及电机等构成。主要研究了对不同的区间浓度和电压转换关系做线性化处理。将采集到的模拟电压信号经A/D模数转换器转换成数字信号，送入单片机，通过单片机进行判断计算输出控制信号；当司机体内酒精浓度超标时，
3、该系统能够自动切断汽车的启动系统电源，同时发出声光报警，并通过数码管实时显示酒精浓度，实现了自动控制功能。本次设计主要完成以下几个方面的工作： （1）根据该系统的实际目的和系统装置所使用的特定环境，选择燃料电池型酒精传感器作为检测驾驶员呼出气体酒精含量的工具； 采用合适的仪表放大器、单片机、显示模块、报警模块、继电器驱动模块设计硬件系统； （2）在 Keil uvision3基础上编写完成系统的软件设计，并进行编译调试；（3）在proteus环境下对系统进行仿真（4）整合调试软硬件，并调试检验。 关键词： 酒后驾驶；AT89S52单片机；自动控制系统；气体传感器Abstract Since t
4、he 21 st century, with the development of science and technology,peoples living standards continue to improve, and income have increased steadily,the car has been gone into every family, and become a good helperof daily life. Driving outside, we can save the precious time. but also high frequency of
5、 traffic accidents and other safety problems, such as drunk driving, which seriously threaten to human life and property. With the development of Chinas road transport industry, compared with other countries, Chinas road security is more serious, particularly the incidence of traffic accidents cause
6、d by drunk driving is relatively so high. Therefore, to prohibit actively drunk-drivers from starting engine become necessary before the event of vehicle accident. Based on preventing drink-driving technologies from home and abroad and microprocessor control unit, this paper designs an anti-drunk-dr
7、iving system to prevent traffic accidents from occurring to the greatest extent. The designed system is constructed with alcohol sensor,data acquisition and signal amplification,ADC0809 converter,the AT89S52 MCU controller,speech warming system,the LED,relay and the motor ,etc.The conversion between
8、 voltage and concentration in different range is treated as linear relationship. Conversing the voltage signal through the A/D conversion at the control of the single-chip, obtaining the digital voltage signal;displaying the concentration in the digital tube display module. When the alcohol testing
9、result exceeds the safe limit,power supply of the starting system will be cut to stop the car from start up.The main content of this thesis is as following: (1) Select the fuel cell-type alcohol sensor testing the alcohol concentration in drivers breath according to system devices actual purpose and
10、 specific environment the system used in. (2) Design the hardware systems, including appropriate instrumentation amplifier、 single-chip、LED display module、alarm module and relay driver module. Complete the software system under the Keil uvision3 .(3)TO emulate the system under the Proteus.(4) Integr
11、ate the software into the hardware that has been designed and actual test itsKey Words: drunk driving; automatic control system;AT89S52 single-chip Microcomputer;Gas sensor目录摘要1Abstract2第1章 绪论31.1 选题的背景及意义41.1.1 选题的背景41.1.2 选题的意义51.2国内外发展现状61.2.1国外研究现状61.2.2国内研究现状61.3 研究内容7第2章 总体方案设计72.1设计思路72.2系统设计
12、方案82.2.1 酒精传感器的选型92.2.2 单片机的选型102.2.3模数转换芯片的选型1911第3章 系统硬件设计123.1 AT89系列微控制器的硬件结构特点123.1.1 AT89C52的主要技术性能特点143.2 模数转换芯片ADC0809的性能特点173.3 信号采集放大电路设计193.4 数码管显示电路设计203.5 报警电路设计223.6 继电器驱动电路设计223.8时钟电路设计233.9复位电路设计243.10 74LS74双D触发器25第4章 系统软件设计254.1主程序模块的设计254.2 源程序设计27第五章 系统软硬件调试275.1 51系列单片机软件开发及调试工具
13、275.2硬件系统仿真工具275.3仿真电路图及仿真结果285.4硬件电路连接及程序下载、系统软硬件合成调试29第六章 结论29参考资料30附录31致 谢33第1章 绪论1.1 选题的背景及意义1.1.1 选题的背景 改革开放以来，我国国民经济快速发展，人民生活水品日益提高，私家车也越来越多，以此同时，交通事故发生率也不断上升，由于我国经济发展是跨越式的，难免有些地方出现了脱节，就比如全民素质不高，很多人有钱买了车，而不懂得交通法律法规，有些就算知道也还是触犯，就使得交通事故的发生屡禁不止，很多人没有驾驶证也开车，最可怕的是喝了酒还开车，这就给人们的生活和生命安全带来了很大的伤害，随着社会经济
14、愈来发达和民众享受高生活质量的迫切需求，使轿车数量在不断增加。根据国家统计局关于中华人民共和国2014年国民经济和社会发展统计公报表明，年末全国民用汽车保有量达到15447万辆（包括三轮汽车和低速货车972万辆），比上年末增长12.4%，其中私人汽车保有量12584万辆，增长15.5%。民用轿车保有量8307万辆，增长16.6%，其中私人轿车7590万辆，增长18.4%1。中国社会科学院发布的中国汽车社会发展报告2012-2013报告预计，10年左右每百户汽车拥有量将达到或接近60。中国经济和汽车产业的快速发展，势必会使中国汽车保有量和人均保有量保持快速增长，中国将成为下一个汽车大国。汽车在人
15、们的生活中是不可或缺的交通工具，同时随着汽车人均持有量的增加，然而却面临着很严峻的道路交通伤害问题，根据世界卫生组织的调查，酒后驾车是引起交通事故的主要原因。目前全球汽车保有量约为10亿辆，中国占据了其中的10%，中国的汽车保有量已经超过日本，成为仅低于美国（2010年2.4亿辆）的世界第二大汽车保有国2。交通事故死亡率居世界第一，截至2009年，交通事故数量和死亡人数相当惊人（如表1所示）3。表1 2005-2009 期间全国交通事故起数和死亡人数年份交通事故起数（起）死亡人数（人）2005450254987382006378781894552007327209814692008265565
16、73990200923835167759根据调查显示，在中国每年发生交通事故数万起，因为酒后驾驶引发死亡事故的比例高达50%以上4。针对酒后驾驶带来的严重后果，道路交通安全法第九十一条规定：饮酒后驾驶机动车的，处暂扣六个月机动车驾驶证，并处一千元以上二千元以下罚款。因饮酒后驾驶机动车被处罚，再次饮酒后驾驶机动车的，处十日以下拘留，并处一千元以上二千元以下罚款，吊销机动车驾驶证。醉酒驾驶机动车的，由公安机关交通管理部门约束至酒醒，吊销机动车驾驶证，依法追究刑事责任;五年内不得重新取得机动车驾驶证；饮酒后驾驶营运机动车的，处十五日拘留，并处五千元罚款，吊销机动车驾驶证，五年内不得重新取得机动车驾驶
17、证；醉酒驾驶营运机动车的，由公安机关交通管理部门约束至酒醒，吊销机动车驾驶证，依法追究刑事责任；十年内不得重新取得机动车驾驶证，重新取得机动车驾驶证后，不得驾驶营运机动车；饮酒后或者醉酒驾驶机动车发生重大交通事故，构成犯罪的，依法追究刑事责任，并由公安机关交通管理部门吊销机动车驾驶证，终生不得重新取得机动车驾驶证5。1.1.2 选题的意义 根据选题背景各项数据显示，酒后驾驶是导致交通事故发生的罪魁祸首。尽管大多数人认为，酒后驾车导致的交通事故永远也不会发生在自己身上，但据统计，每个人一生因为喝酒而发生的交通事故几率大约为30%左右，在我国，很多人的素质不高，有些地方的道路基础设施又很差，所以酒
18、后驾车发生事故的概率可能会更高。很显然，饮酒与驾驶是多么可怕的结合，正因为酒后驾驶导致一幕幕悲剧的发生，使得一个个美好的家庭支离破碎。而我国对酒后驾车的处罚也不是很严重，所以对于很多人来说根本不足以引起驾驶员的重视，因此酒后驾车者还是比较多。酒精在人体血液达到一定浓度时，注意力和警觉性降低、反应变得迟缓、协调能力削弱、肌肉力量减小，做出合理决策或判断的能力降低，增加了忧虑和沮丧情绪，逐渐失去耐心。而对于汽车驾驶员的影响，主要表现为：判断错误或协调能力降低做出的错误反应比饮酒前增加了70.4%，增加道路交通伤害发生的几率；酒精对驾驶员视觉和触觉功能造成损害，对于交通中的标志、红绿灯、标线的颜色难
19、以分辨，增加发生事故的概率;驶员饮酒后常常伴随其他危险的驾驶行为，例如驾驶超速有关，未系安全带等6。针对这种现象，很有必要研究一种专门协助司机安全驾驶的辅助工具，能够适时提醒司机安全驾驶，避免因盲目自信而导致交通事故，发生悲剧，即防酒后驾驶的智能闭锁装置。 1.2国内外发展现状1.2.1国外研究现状在国外，许多国家先后研发出了用于汽车的不同酒后酒精测试系统。1957 年 1 月 23 日，世界上第一台醉酒呼吸分析仪在瑞典首次投入使用，它可以当场直接测试，它能检测出司机呼出气体中的酒精含量，并将这一结果显示于仪器的显示屏上，交警据此判断该司机是否酒后驾驶。在2002年，英国布里斯托尔大学的生理学
20、家霍尔瓦特设计了一种装有监察系统的高智能座驾，系统记录司机眼球活动情况和方向盘的转动，然后对比方向盘转动数据和驾驶员瞳孔移动数据，比对后确定司机是否头脑清醒，其原理是根据司机审视行车方向长短，判定司机的醉酒程度7 。目前，世界上很多国家例如：英国、澳大利亚、比利时、法国、荷兰、新西兰、西班牙、瑞典等欧洲国家，普遍采用的办法是在交通事故现场，交警随身携带呼气式酒精测试仪，对司机呼出气体中的酒精含量进行快速检测，根据检测结果进行事故处理并给予驾驶员一定的惩罚。2007年，瑞典的萨博汽车公司推出了酒精检测功能的钥匙组件“Alcokey ,在汽车遥控器内部嵌入小型酒精检测器，钥匙匕设置吹气口，驾驶员必
21、须通过向钥匙的底部呼气检测酒精后才能发动汽车，当检验出酒精含量未超过标准时，钥匙亮起绿色指示灯，可正常启动发动机，而酒精含量超过标准时，发动机将自动锁闭8。日产的反酒后驾驶控制系统命名为 Carwings 的车载蓝牙综合安全系统，该套系统主要是把酒精测试声纳安置在变档器上，可以通过对眨眼情况探测分析出司机清醒状态的面部识别系统，以及对驾驶情形进行探测分析，系统可以做出感应。典绅宝主要方法是利用带有酒精检测功能的钥匙组件“Alcokey”，当司机按下遥控车钥匙时，该探测器就开始工作，司机必须向测酒钥匙底部呼气，当检测到呼气酒精含量超标时，无法向车辆控制组件发出解除警报信号，从而使汽车无法启动。沃
22、尔沃的车载酒精检测系统，是把该检测系统的结果通过无线传感技术传给汽车的电子控制系统单元，当酒精含量超过系统中的设定值的上线，该系统将阻止启动动机。1.2.2国内研究现状我国在防酒后驾驶方面的研究比较少，香港一家公司发明了名为“i-KEY，的车钥匙，它将感应器、远程信息处理等技术整合在车钥匙上。在车钥匙中有一条锁棒，打开开关，绿灯亮后对气孔吹气约两秒，若呼出气体内的酒精含量低于设定值，立即打开锁，车钥匙便能顺利插入钥匙孔，可正常发动汽车;反之，红灯亮且未打开锁，汽车无法启动。深圳市一家公司生产的呼气式酒精锁，整合酒精测试仪、GPS定位追踪及汽车发动的车载装置，能够阻止驾驶者酒后开车，和对车辆进行
23、实时查询和管理。此酒精锁安装于车内，启动前驾驶者必需进行酒精呼气测试，经仪器侧试认定没有饮酒后，控制汽车点火装置才能打开。而且还需要在行驶过程中不定时的随机抽测，从而达到解除驾驶者酒后驾车的危险。无论国外或者国内对于预防酒后驾车都做了很多的研究，也研发出了针对性的产品，但是这些产品或多或少都存有一定的缺陷，还未在汽车市场上得到广泛应用。防酒后驾驶技术的发展，紧紧跟随着汽车工业和电子产业的未来趋势，朝着小型化，集成化，智能化方向发展。1.3 研究内容本课题主要研究一种能自动防止司机酒后驾驶的智能闭锁系统，本研究主要采用中档芯片AT89C52作为该智能闭锁系统的核心，通过呼气式酒精传感器测试司机呼
24、出气体的酒精含量，并且能够通过液晶显示器显示该酒精含量值，当司机体内血液酒精含量超过安全驾驶标准时，能够报警，提示司机不要驾车，并通过继电器切断汽车引擎的电源，使汽车无法启动。本研究主要包括以下几个方面的内容： （1）设计智能闭锁系统的功能、结构组成以及控制系统中的功能模块； （2）认真学习 AT89C52芯片的特性和功能，设计自动控制系统的硬件电路。以AT89C52为核心，功能模块划分为酒精传感器酒精浓度信号采集放大电路、AT89C52 微控制器接口电路、报警电路、酒精浓度显示电路、继电器接口电路等 ；（3）软件编程。按照软件实现的功能，分为酒精传感器模拟输出电压线性化处理、气体浓度显示、报
25、警、继电器驱动子程序等； （4）硬软件结合调试。 第2章 总体方案设计2.1设计思路本研究设计的基于单片机的酒后驾驶智能闭锁系统，采用燃料电池型酒精传感器，通过该酒精传感器检测驾驶员呼出气体的酒精含量，AT89C52单片机判断是否超过安全驾驶标准，通过硬件系统处理，能够显示该酒精浓度，使驾驶员能够清楚的看到已经饮酒过度，所以需要选择一种显示仪器来显示驾驶员呼出气体酒精浓度值，基于这种要求，本次设计选用LED显示模块。为了能够警示驾驶员不要酒后驾驶，本系统中需要设计一种语音报警系统，能够在驾驶员欲酒后驾驶时，发出“请注意安全，不要酒后驾驶”的语音提示，选用了语音报警模块。该智能闭锁系统的最主要功
26、能是为了当检测到司机呼出气体内酒精浓度超标时，能够自动切断汽车电源引擎，所以需要一种执行机构能够自动的切断汽车引擎电源，本次设计选用继电器来达到这个目的，通过继电器的动作来控制汽车引擎电源是否开启。通过选用本方案中的元件，该智能闭锁系统能够通过快速检测驾驶员呼出气体的酒精浓度是否超标，通过单片机的放大、采集处理检测驾驶员呼出气体酒精含量是否超标，当检测到驾驶员饮酒过度时，能够显示酒精浓度值和报警提示不要酒后驾车，并快速切断汽车引擎电源，停止启动发动机。2.2系统设计方案基于设计思路，设计了基于单片机的防酒后驾驶闭锁系统的框图，如下图所示：AT89C52单片机ADC0809LED显示警告提示 数
27、字量酒精传感器放大器 控制转换 汽车引擎电源驱动继电器电源供电 系统硬件原理框图下面对该系统做下简单的介绍：本系统主要由电源模块、酒精传感器、AT89系列单片机、模数转换模块、LED显示模块、报警模块、继电器驱动模块等组成，通过采集酒精，酒精传感器输出电压信号，放大后经过ADC0809模数转换和AT89C52单片机处理，当检测到酒精浓度超过标定值时， LED显示传感器的输出电压值，报警模块报警并同时驱动继电器动作，切断汽车引擎电源。液晶显示模块功能显示是电子控制领域不可缺少的部件，由于液晶显示器件LCD具有体积小、重量轻、低电压等特点，成为一种比较理想的显示器。它包括段位式LCD、字符式LCD
28、和点阵式LCD，其中段位式LCD和字符式LCD只是字符和数字的简单显示，而点阵式LCD还可以显示各种图像、曲线及汉字等，用途更为广泛9。本次液晶显示模块它的主要功能是当驾驶员通过酒精传感器检测呼出气体酒精含量时，能够显示酒精传感器的输出电压值和驾驶员呼出气体的酒精浓度值。语音报警模块功能语音报警具有灯光报警不可比拟的优点，主要表现在语音给人快速、直观、准确的信息，而且语音给人非常亲切的感觉。因此作为报警输出的结果表达方式，大大缩短了人机交互界面的距离。语音模块由带有数字录放芯片组成，它具有专利技术的模拟处理存储方式，使录放音质极佳，且断电后语音内容不会丢失。继电器驱动模块继电器是组成继电保护装
29、置的基本元件，当其输入量的变化达到要求时，其电气输出中被控量将发生预定阶跃变化。虽然电子产业的发展日新月异，但是在工业和汽车应用中，为了控制大电流负载，由于继电器的低成本和优异的抗故障能力，使它适用于工业和汽车环境中10。本系统中采用双刀双掷的电磁继电器，当单片机检测到司机呼出气体酒精浓度超标时，能够切断汽车引擎电源，使汽车无法启动。2.2.1 酒精传感器的选型随着科学的发展，酒精传感器的种类越来越多，目前来说对气体中酒精含量进行检测的设备主要有以下几种类型：燃料电池型（电化学型）、半导体型、红外线型、气体色谱分析型、比色型11、12。下面主要介绍半导体型和燃料电池型酒精传感器。半导体型采用氧
30、化锡半导体作为传感器，这类半导体器件具有气敏特性，当接触的气体中其敏感的气体浓度增加，它对外呈现的电阻值就降低，半导体型呼气式酒精测试仪就是利用这个原理做成的。这种半导体在不同工作温度时，对不同气体敏感程度是不同的，因此对于半导体型呼气酒精测试仪中一般都采用加热元件，把传感器加热到一定的温度，在该温度下，该传感器对酒精具有最高的灵敏度13。但是由于半导体型酒精传感器感度低、不能精确计量、稳定性和重复性差、以及功耗大，所以国外很少用其现场,实时检测司机是否酒后驾车。燃料电池型酒精传感器采用贵金属白金作为电极，在燃料室内充满了特种催化剂，它能使进入燃料室内的酒精充分燃烧转变为电能，也就是在两个电极
31、上产生电压，电能消耗在外接负载上，此电压与进入燃料室内的气体的酒精浓度成正比。燃料电池型酒精传感器属于电化学类型，燃料电池是当前世界上广泛研究的环保型能源，它可以直接把可燃气体转变成电能，而不产生污染14、15、16，作为酒精传感器只是燃料电池的一个分支。燃料电池型酒精传感器的特点：测量精度高，可测范围宽。由于它只对酒精气体反应，所以任何其他非酒精气体测量时给结果带来的干扰都很小。另外，由于它对酒精气体极其敏感，只要把环境温度控制在规定的范围内，即使酒精浓度很低也能在其两极产生微弱的电压输出。由于燃料电池型酒精传感器具有稳定性好、精度高、抗干扰性好的明显优点17，可用来检测机动车驾驶人员是否饮
32、酒和其它严禁酒后作业人员的现场检测，也可用在其它场所乙醇蒸汽的检测。 目前普遍使用的酒精传感器为半导体型和燃料电池型，这两种酒精传感器易于制造成便捷型呼气式酒精测试器，适用于现场使用。国内普遍使用半导体型酒精测试仪，因为它的主要优点是价格低廉，只是燃料电池型的几分之一，但是它的性能远比燃料电池的要差，所以它通常用在要求不高的场合，如自我检测或一般性定性检测。但是对于应用在汽车领域，主要用来精确测量人体呼出气体酒精含量的检测，应该需要完全符合GA307-2001标准的燃料电池型酒精传感器，确保对人体呼出酒精气体进行实时、精确定量检测。基于本次设计要求和使用环境、成本等方面的考虑，本次课题选用燃料
33、电池型酒精传感器。 燃料电池型酒精传感器的消耗电流小，并且通电初期的稳定时间短，其电路部分仅需要电池就可以满足供电需要，比半导体传感器的精度高、灵敏度高、性能稳定、抗干扰性强，适宜用在检验人体呼出气体的酒精含量中。2.2.2 单片机的选型随着大规模集成电路技术的发展，可以将CPU、ROM、RAM、定时/计数器以及输入/输出（I/O）接口电路主要计算机部件集成在一块集成电路芯片上。这样所组成的芯片级的微型计算机称为单片微型计算机，简称单片微机或单片机。目前，单片机发展趋势将是进一步向着CMOS（金属栅氧化物）化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格、和外电路内装化等几个方面发展18。主要应用领
34、域包括:智能化家用电器、办公自动化设备、商业营销设备、工业自动化控制、智能化仪表、智能化通信产品、汽车电子产品、航空航天系统和高防军事、尖端武器等领域。单片机的应用从根本上改变了控制系统传统的设计思想和设计方法。以前采用硬件电路实现的大部分控制功能，单片机可以通过软件方法来实现。单片机从工业测控对象、环境、接口特点等出发，向着增强控制功能、提高工业环境下的可靠性、灵活方便的构成应用计算机系统界面接口的方向发展。单片机的种类繁多，主要有以下几种:ATMEL公司的AVR单片机、Motorola单片机、Microchip单片机、8051单片机、MDT20XX系列单片机、EM78系列OTP单片机、Sc
35、enix单片机、EPSON单片机、东芝单片机等。这些单片机性能不同，应用的环境和范围也不同。目前最常用的是 AVR、MCS-51、PIC 系列单片机。51系列单片机的优点之一是它从内部的硬件到软件有一套完整的按位操作的系统，称作位处理器，能够进行的位传送、置位、清零、测试、逻辑运算等，功能完备。51系列的另外一个优点是乘法和除法指令，给编程带来方便7Intel公司51系列的典型产品是8051，片内有4K字节的一次性程序存储器（OTP）。Atmel公司就将其改为电可改写的闪速存储器（Flash），容许改写1000次以上，这给编程和调试带来极大的便利，其产品AT89C51、AT89C52等成为了当
36、今最流行的八位单片机。 PIC 系列单片机采用 Harvard 双总线结构，运行速度快，指令流水线结构，程序存储器的访问和数据存储器的访问并行处理。但编程时分页比较麻烦，扩展能力比较弱。AVR是集合了PIC和51的优势的，指令周期比PIC还要快，性价比比PIC要高，FLASH在线编程比PIC方便，学AVR会感到它的结构跟PIC差不多，很多相似的，就是用C语言开发置位麻烦一点，位操作不如PIC和51方便，工业级也用的不广，多用于仪器、通信上。基于本设计要求的性价比以及所实现功能，选用Atmel公司的AT89C52单片机。2.2.3模数转换芯片的选型19A/D转换就是模数转换，顾名思义，就是把模拟
37、信号转换成数字信号。 下面简要介绍常用的几种类型的基本原理及特点：积分型、逐次逼近型、并行比较型/串并行型。1）双积分型（如TLC7107） 在双积分AD转换器中，总是先把输入模拟电压uI，转换成相应的时间间隔t，在用t去控制送入计数器的频率固定的CP脉冲的个数，从而实现AD转换。主要优点是性能比较稳定，转换精度较高，抗干扰能力强，电路较简单；缺点是工作速率低，对转换精度要求较高的地方不适合用。 2）逐次比较型（如ADC0808/ADC0809）逐次比较型A/D由一个比较器、D/A转换器、参考电源、逐次渐近寄存器与控制逻辑电路及时钟信号等几部分组成，从MSB开始，顺序地对每一位将输入电压与内置
38、D/A转换器输出进行比较，经n次比较一直到最低位为止而输出数字。其电路规模属于中等。其优点是分辨率较高、误差较低、转换速度较快、是目前应用比较广泛的一种A/D转换器。 3）并行比较型（如TLC5510） 并行比较型AD采用多个比较器，仅作一次比较而实行转换，又称FLash(快速)型。由于转换速率极高，n位的转换需要2n-1个比较器，因此电路规模也极大，价格也高，只适用于视频AD转换器等速度特别高的领域。 AD转换器的主要技术指标1）分辩率(Resolution) 指数字量变化一个最小量时模拟信号的变化量，定义为满刻度与2n的比值。分辩率又称精度，通常以数字信号的位数来表示。 2） 转换速率(C
39、onversion Rate)是指完成一次从模拟转换到数字的AD转换所需的时间的倒数。积分型AD的转换时间是毫秒级属低速AD，逐次比 较型AD是微秒级属中速AD，全并行/串并行型AD可达到纳秒级。 0809是一款8通道复用的8位AD转换器，数据获取的关键部分是它的8位模/数转换器。这个部分主要是由3部分组成：256R的阶梯网络，连续逼近的电阻，和比较器。连续逼近电阻（SAR）通过8次迭代去大约逼近输入电压，只要输出是几位，那么就需要几次迭代。SAR通过8组开关组和比较器完成获取输入电压对应参考电压的数字信号。基于本次设计的要求，选用ADC0809模数转换芯片。第3章 系统硬件设计3.1 AT8
40、9系列微控制器的硬件结构特点 AT89 系列单片机是 ATMEL公司的8 位Flash单片机系列 这个系列单片机的最大特点是在片内含有Flash存储器 因此, 在应用中有着十分广泛的前途, 特别是在便携式 省电及特殊信息保存的仪器和系统中显得更为有用 AT89 系列单片机是以 8051 核构成的, 所以, 它和8051 系列单片机是兼容的系列 这个系列对于以 8051 为基础的系统来说, 是十分容易进行取代和组成的 故而对于熟悉 8051 的用户来说, 用ATMEL公司的 89系列单片机进行取代8051 的系统设计是轻而易举的事。89 系列单片机的优点： (1)内部含 Flash 存储器 在系
41、统的开发过程中可以十分容易进行程序的修改 这就大大缩短了系统的开发周期 同时 在系统工作过程中能有效地保存一些数据信息 即使外界电源损坏也不会影响到信息的保存。 (2)和 80C51插座兼容 89 系列单片机的引脚是和80C51 的引脚一样的 所以 当用 89系列单片机取代80C51 时 可以直接进行代换 这时 不管采用40引脚或是44 引脚的产品 只要用相同引脚的89系列单片机取代 80C51 的单片机即可。 (3)静态时钟方式 89 系列单片机采用静态时钟方式 所以可以节省电能 这对于降低便携式产品的功耗十分有用。 (4)错误编程亦无废品产生 一般的 OTP 产品 一旦错误编程就成了废品
42、而 89 系列单片机内部采用了 Flash 存储器 所以 错误编程之后仍可以重新编程 直到正确为止 故不存在废品。 (5)可进行反复系统试验 用89 系列单片机设计的系统 可以反复进行系统试验 每次试验可以编入不同的程序 这样可以保证用户的系统设计达到最优 而且 随用户的需要和发展 还可以进行修改 使系统不断能追随用户的最新要求。 89系列单片机的内部结构 89系列单片机的内部结构和80C51 相近 主要含有如下一些部件： (1)8031 CPU (6)片内RAM (2)振荡电路 (7)并行 I O 接口 (3)总线控制部件 (8)定时器 (4)中断控制部件 (9)串行 I O 接口 (5)片
43、内 Flash 存储器 (10)片内 EEPROM 在89 系列单片机中 AT89C1051 的 Flash 存储器容量最小 只有1 K 而 AT89S55 的Flash 存储器容量最大有20K 在这个系列中 结构最简单的是 AT89C1051 它内部不含串行接口;最复杂的是 AT89S8252 它内部不但含标准的串行接口 还含有一个串行外围接口 SPI Watchdog 定时器 双数据指针 EEPROM电源下降的中断恢复等功能和部件。3.1.1 AT89C52的主要技术性能特点AT89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和
44、256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统及8052产品引脚，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，AT89C52单片机适合于许多较为复杂的控制场合应用。AT89C52具有的功能特性：面向控制的8位CPU，与MCS-51产品指令和引脚完全兼容；14个片内震荡器和时钟产生电路，震荡频率为024MHz；片内8KB可反复擦写（大于1000次）Flash ROM 程序存储器；256 B的片内数据存储器；具有可寻址64 KB 的片外程序存储器和片外数据存储的控制电路；3个16位可编程定时器/计数器
45、；4个并行I/O接口，共32条可单独编程的I/O 线。6个中断源，2个中断优先级；1个全双工的异步串行口；27个特殊功能寄存器；具有低功耗空闲和掉电模式。AT89C52单片机各引脚功能如下： PDIP封装的AT89C52引脚图P0口 P0口（P0.0P0.7共8条引脚，即3932）：P0口是双向8位三态I/O接口，也即地址/数据总线复用接口。在访问外部存储器或程序存储器时，可分时作低8位地址线和8位数据线；在Flash ROM编程时，P0口接收（输入）指令字节，而在验证程序时，P0口输出指令字节。P0口能驱动8个TTL门电路。P1口P1口（P1.0P1.7共8个引脚，即18脚）：P1 是一个带
46、内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL 逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。P2 口P2口（P2.0P2.7共8条引脚，即2128脚）：P2 是一个带有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL 逻辑门电路。对端口P2 写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。在访问外部程序存储器或16 位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR 指令）时，P2 口送出高8 位地址数据。在访问8 位地址的外部数据存储器（如执行MOVX RI 指令）时，P2 口输出P2 锁存器的内容。Flash 编程或校验
