畢業(yè)論文基于SPCE061A的酒精濃度監(jiān)測(cè).doc

畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)基于SPCE061A的酒精濃度檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)學(xué) 院：電氣與電子工程學(xué)院專 業(yè)：電子信息科學(xué)與技術(shù)姓 名：學(xué) 號(hào)：指導(dǎo)教師：2013 年 6 月摘 要本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同濃度酒精的檢測(cè)和顯示，通過(guò)適當(dāng)改進(jìn)可以用于檢測(cè)酒后駕車(chē)。本文用SPCE061A單片機(jī)與MQ-3型氣體傳感器實(shí)現(xiàn)了對(duì)酒精濃度的測(cè)量，并對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，同時(shí)利用二極管簡(jiǎn)單顯示濃度的高低，在設(shè)計(jì)允許值時(shí)發(fā)出報(bào)警。論文主要研究了（1）硬件方面，MQ-3氣體傳感器技術(shù)參數(shù)的檢測(cè)和將它接入到酒精濃度檢測(cè)模塊中；將模擬電壓信號(hào)放大驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管點(diǎn)亮報(bào)警；將采集到的模擬電壓信號(hào)通過(guò)單片機(jī)控制經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換，得到數(shù)字電壓信號(hào)；用于顯示濃度的數(shù)碼管顯示模塊。（2）軟件方面，主要研究了電壓到濃度的線性轉(zhuǎn)換和最終濃度值的數(shù)碼管顯示。（3）對(duì)設(shè)計(jì)的傳感器進(jìn)行了標(biāo)定。設(shè)計(jì)的傳感器對(duì)酒精氣體反應(yīng)靈敏，能在有效范圍內(nèi)測(cè)量它的濃度值。并且在檢測(cè)低濃度酒精時(shí)誤差較小，最大誤差為8.2%滿足設(shè)計(jì)要求。本文的特色在于標(biāo)準(zhǔn)的確定。對(duì)于流動(dòng)空氣，樣品的穩(wěn)定性和水蒸氣的影響，提出了解決方案和驗(yàn)證方法。對(duì)不同的區(qū)間濃度和電壓轉(zhuǎn)換關(guān)系做線性化處理，簡(jiǎn)化了硬件電路的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的傳感器可以檢測(cè)不同濃度的酒精氣體，改進(jìn)之后對(duì)解決酒后駕車(chē)事故和特殊場(chǎng)合酒精檢測(cè)都可以使用。關(guān)鍵詞：氣體傳感器，模數(shù)轉(zhuǎn)換，單片機(jī)Abstract Differentconcentrationsofalcoholsolutionaredetectedandshowedinthedesign.Thedesigncanbeusedtothedetectionofdrunkdrivingthroughimprovement.Inthisthesis,theconcentrationofalcoholcanbemeasuredanddisplayedbyusingthegassensorbasedonSPCE061AMCUandMQ-3.AtthesametimetheconcentrationisdisplayedbyLED,andthesystemallowtoalarminthecertainvalue. InthethesisMajorresearchesarethreepoints.(1)Inthehardware,detectingthetechnologyparametersMQ-3gassensor,andconnectingittoatestingpartofthealcoholgasconcentration;Analogvoltagesignalamplificationtodrivelight-emittingdiodelighttoalarm;conversingthevoltagesignalthroughtheA/Dconversionatthecontrolofthesingle-chip,obtainingthedigitalvoltagesignal;displayingtheconcentrationinthedigitaltubedisplaymodule.(2)IntheSoftware,linearconversionbetweentheconcentrationofthealcoholandthevoltageandthedigitaldisplayofthefinalconcentrationvalue.(3)Thedesignedsensoriscalibrated.Thedesignofgassensorisresponsivetothealcohol,canmeasureconcentrationintheeffectiverangeofitsconcentration.Andinthelowconcentrationofalcoholinthetesttheerrorissmallwiththemaximumerror8.2%,meetingrequirementsofthedesign. Thecharacteristicsofthethesisaretodeterminethestandard.Thesolutionsandverificationmethodsareproposedabouttheflowofairsamples,thesamplestabilityandwatervapor.Theconversionbetweenvoltageandconcentrationindifferentrangeistreatedaslinearrelationship.Thedesignofsensorcandetectdifferentthealcoholgaswithdifferentconcentration.Itplaysanimportantroletosolvethedrunk-drivingaccidentsandalcoholtestingforspecialoccasionsafterimprovement.KeyWords:Gassensor,A/Dconversion,Single-chipMicrocomputer目 錄摘 要IAbstractII第一章 引言- 1 -1.1 系統(tǒng)研究的目的和意義- 1 -1.2 氣敏傳感器的發(fā)展?fàn)顩r- 1 -1.3本論文主要工作- 2 -第二章 方案設(shè)計(jì)與論證- 3 -2.1 系統(tǒng)總框圖- 3 -2.2 方案論證- 3 -2.2.1 信息采集部分- 3 -2.2.2 驅(qū)動(dòng)控制部分- 4 -2.2.3顯示部分- 5 -2.2.4總體方案選定- 5 -第三章 主控芯片及61板簡(jiǎn)介- 6 -3.1 凌陽(yáng)單片機(jī)SPCE061A簡(jiǎn)介- 6 -3.1.1 性能特點(diǎn)- 6 -3.1.2 SPCE061A芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)- 7 -3.1.3 SPCE061A芯片引腳- 7 -3.1.4 SPCE061A芯片內(nèi)部所設(shè)部件- 8 -3.2 61板簡(jiǎn)介- 11 -3.2.1 61板總體概述- 11 -3.2.2 61板具體接口描述- 12 -3.3 本章小結(jié)- 13 -第四章 主要模塊的選型- 14 -4.1 傳感器的選型- 14 -4.2 液晶顯示器的選型- 14 -4.2.1 MGLS-12032A基本參數(shù)- 16 -4.2.2 MGLS-12032A顯示字符的方法- 16 -4.3 語(yǔ)音壓縮算法選擇- 17 -4.3.1 音頻概述- 17 -4.3.2 數(shù)字音頻的采樣與量化- 17 -4.3.3 數(shù)字音頻的壓縮基礎(chǔ)- 17 -4.3.4 壓縮分類(lèi)及壓縮算法的選擇- 17 -4.4 本章小結(jié)- 18 -第五章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)- 19 -5.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容- 19 -5.2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)- 19 -5.2.1 外部復(fù)位及時(shí)鐘電路- 19 -5.2.2 音頻輸出接口電路- 20 -5.2.3 在線調(diào)試PROBE和EZ_PROBE接口電路- 21 -5.2.4 電源接口電路- 22 -5.2.5 鍵盤(pán)電路- 22 -5.2.6 放大電路- 23 -5.2.7 顯示電路- 25 -5.3 本章小結(jié)- 27 -第六章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)- 28 -6.1主程序設(shè)計(jì)及流程圖- 28 -6.2 各按鍵子程序流程圖及功能介紹- 29 -6.2.1 開(kāi)始按鍵子程序- 29 -6.2.2存儲(chǔ)子程序- 30 -6.2.3 求均值按鍵子程序- 31 -6.2.4 查詢按鍵子程序- 32 -6.3 漢字顯示和播音的實(shí)現(xiàn)- 32 -6.3.1 漢字的顯示- 32 -6.3.2 S480的播音- 32 -6.4 顯示及播音程序中用到主要API函數(shù)介紹- 33 -6.5 顯示程序中所用字模的提取- 34 -6.6 本章小結(jié)- 34 -結(jié) 論- 35 -參考文獻(xiàn)- 36 -附1.1 主程序- 38 -附1.2 鍵盤(pán)程序- 43 -附1.3 部分字模數(shù)據(jù)- 46 -附錄二 系統(tǒng)總電路圖- 53 - 第一章 引言1.1 系統(tǒng)研究的目的和意義隨著經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，人民生活水平的迅速提高，中國(guó)逐漸步入“汽車(chē)社會(huì)”， 越來(lái)越多的人有了自己的私家車(chē)，酒后駕車(chē)行為所造成事故越來(lái)越多，對(duì)社會(huì)的影響也越來(lái)越大，酒精正在成為越來(lái)越兇殘的第一大“殺手”。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，全世界每年就有超過(guò)60萬(wàn)人因車(chē)禍而喪失，400萬(wàn)以上的永久性傷殘，一般受傷者則更是不計(jì)其數(shù)。并且據(jù)有關(guān)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，大約50%到60%的車(chē)禍都是飲酒造成的。當(dāng)酒精在人體血液內(nèi)達(dá)到一定濃度時(shí)，麻痹神經(jīng)，造成大腦反應(yīng)遲緩，肢體不受控制等癥狀。人對(duì)外界的反應(yīng)能力及控制能力就會(huì)下降，處理緊急情況的能力也隨之下降。對(duì)于酒后駕車(chē)者而言，其血液中酒精含量越高，發(fā)生撞車(chē)的幾率越大。酒后駕駛已經(jīng)被列為車(chē)禍致死的主要原因。造成的經(jīng)濟(jì)損失也相當(dāng)驚人。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)人權(quán)的尊重，對(duì)生命的關(guān)愛(ài)，使更多人的生命權(quán)、健康權(quán)及幸福美滿的家庭能得到更好的保護(hù)，需要設(shè)計(jì)一智能儀器能夠檢測(cè)駕駛員體內(nèi)酒精含量。目前全世界絕大多數(shù)國(guó)家都采用呼氣酒精測(cè)試儀對(duì)駕駛?cè)藛T進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，以確定被測(cè)量者體內(nèi)酒精含量的多少，以確保駕駛員的生命財(cái)產(chǎn)安全。酒精檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)與使用有著不可替代的作用，也有著相當(dāng)?shù)那熬昂鸵饬x。1.2 氣敏傳感器的發(fā)展?fàn)顩r目前，應(yīng)用最廣泛的是半導(dǎo)體氣敏元件傳感器，已普及應(yīng)用于氣體泄漏檢測(cè)和監(jiān)控，從工廠企業(yè)到居民家庭，應(yīng)用十分廣泛。一是氣體傳感器向低功耗、多功能、集成化方向發(fā)展，國(guó)外氣體傳感器發(fā)展很快。二是增強(qiáng)可靠性，實(shí)現(xiàn)元件和應(yīng)用電路集成化，多功能化，發(fā)展MEMS技術(shù)，發(fā)展現(xiàn)場(chǎng)適用的變送器和智能型傳感器。氣體傳感器向低功耗、多功能、集成化方向發(fā)展國(guó)外氣體傳感器發(fā)展很快，一方面是由于人們安全意識(shí)增強(qiáng)，對(duì)環(huán)境安全性和生活舒適性要求提高；另一方面是由于傳感器市場(chǎng)增長(zhǎng)受到政府安全法規(guī)的推動(dòng)。因此，國(guó)外氣體傳感器技術(shù)得到了較快發(fā)展，據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)猜測(cè)，美國(guó)1996年2002年氣體傳感器年均增長(zhǎng)率為（2730）。目前，氣體傳感器的發(fā)展趨勢(shì)集中表現(xiàn)為：一是提高靈敏度和工作性能，降低功耗和成本，縮小尺寸，簡(jiǎn)化電路，與應(yīng)用整機(jī)相結(jié)合，這也是氣體傳感器一直追求的目標(biāo)。如日本費(fèi)加羅公司推出了檢測(cè)（0.110）106硫化氫低功耗氣體傳感器，美國(guó)IST提供了壽命達(dá)10年以上的氣體傳感器，美國(guó)FirstAlert公司推出了生物模擬型（光化反應(yīng)型）低功耗CO氣體傳感器等。二是增強(qiáng)可靠性，實(shí)現(xiàn)元件和應(yīng)用電路集成化，多功能化，發(fā)展MEMS技術(shù)，發(fā)展現(xiàn)場(chǎng)適用的變送器和智能型傳感器。1.3本論文主要工作本課題研究的是一種以氣敏傳感器和單片機(jī)為主，監(jiān)測(cè)空氣酒精濃度，并具有聲光報(bào)警功能及LCD顯示功能的空氣酒精濃度監(jiān)測(cè)儀。其可監(jiān)測(cè)出空氣環(huán)境中酒精濃度值，并根據(jù)不同的環(huán)境設(shè)定不同的閾值，對(duì)超過(guò)的閾值進(jìn)行聲光報(bào)警來(lái)提示危害。采用c語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)其軟件功能。該儀器硬件電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、軟件功能完善、靈敏度高、工作性能好，并且具有尺寸小、方便攜帶的優(yōu)點(diǎn)。此外，低功耗、低成本的特點(diǎn)可以使其吸引更多的市場(chǎng)目光。第二章 方案設(shè)計(jì)與論證 2.1 系統(tǒng)總框圖圖2.1 系統(tǒng)總框圖2.2 方案論證2.2.1 信息采集部分方案一采用催化燃燒式氣體傳感器：該類(lèi)型傳感器是利用催化燃燒的熱效應(yīng)原理制成的。在一定溫度條件下，可燃?xì)怏w在檢測(cè)元件載體表面及催化劑的作用下發(fā)生無(wú)焰燃燒，載體溫度就升高，通過(guò)它內(nèi)部的鉑絲電阻也相應(yīng)升高，通過(guò)測(cè)量鉑絲的電阻變化的大小，就知道可燃性氣體的濃度。主要用于可燃性氣體的檢測(cè)，具有輸出信號(hào)線性好，指數(shù)可靠，價(jià)格便宜，不會(huì)與其他非可燃性氣體發(fā)生交叉感染缺點(diǎn)：在可燃性氣體范圍內(nèi)，無(wú)選擇性。暗火工作，有引燃爆炸的危險(xiǎn)。大部分元素有機(jī)蒸汽對(duì)傳感器都有中毒作用。方案二采用半導(dǎo)體氣體傳感器：半導(dǎo)體傳感器已經(jīng)成為當(dāng)今應(yīng)用最普遍、最實(shí)用的一類(lèi)氣體傳感器。它具有成本低廉、制造簡(jiǎn)單、靈敏度高、響應(yīng)速度快、壽命長(zhǎng)、對(duì)濕度敏感低和電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。MQ3酒精濃度檢測(cè)傳感器，具有以下優(yōu)點(diǎn)：對(duì)乙醇蒸氣有很高的靈敏度和良好的選擇性，快速的響應(yīng)恢復(fù)特性，長(zhǎng)期的壽命和可靠地穩(wěn)定性等因此，本設(shè)計(jì)采用半導(dǎo)體氣體傳感器MQ32.2.2 驅(qū)動(dòng)控制部分方案一C8051F040單片機(jī):該款單片機(jī)具有與MCS-51完全兼容的指令內(nèi)核，它采用流水線處理(pipe line)技術(shù)，不再區(qū)分時(shí)鐘周期和機(jī)器周期，能在執(zhí)行指令期間預(yù)處理下一條指令，提高了指令執(zhí)行效率。而且具有內(nèi)部集成AD轉(zhuǎn)換器、集成CAN20控制器等功能，能夠完成多路數(shù)據(jù)的采集、判斷處理、以及數(shù)據(jù)的傳輸?shù)裙δ埽拐麄€(gè)系統(tǒng)由一個(gè)單片機(jī)就控制起來(lái)。但是該單片機(jī)需外接模數(shù)轉(zhuǎn)換器來(lái)滿足數(shù)據(jù)采樣。如果系統(tǒng)增加語(yǔ)音播放功能，還需要外接語(yǔ)音芯片，對(duì)外圍電路來(lái)說(shuō)，比較復(fù)雜，且軟件實(shí)現(xiàn)起來(lái)也比較麻煩。方案二SPCE061A單片機(jī)和現(xiàn)有的大多數(shù)單片機(jī)相比，此單片機(jī)最大的特色就是增加了語(yǔ)音處理功能，是設(shè)計(jì)語(yǔ)音處理系統(tǒng)的理想選擇。測(cè)試過(guò)程中伴有良好的語(yǔ)音提示，測(cè)試完畢后對(duì)結(jié)果進(jìn)行顯示的同時(shí)還可以語(yǔ)音報(bào)出，具有人性化、智能化的特點(diǎn)。另外，它內(nèi)置8路ADC，2路DAC，因此在使用時(shí)便省去了外接模數(shù)轉(zhuǎn)換器多帶來(lái)的麻煩。還有，比較方便的是該芯片內(nèi)置在線仿真、編程接口，可以方便實(shí)現(xiàn)在線調(diào)試，這大大加快了系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和調(diào)試。因此，本設(shè)計(jì)將采用凌陽(yáng)推出的SPCE061A2.2.3顯示部分方案一采用LED顯示：LED指的是發(fā)光二極管，數(shù)碼管顯示電路簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，耗電量低，編程方面也是很易于實(shí)現(xiàn)的，在不少產(chǎn)品中已得到廣泛的采用。但是，顯示的內(nèi)容少，只能顯示數(shù)字和部分字母，對(duì)于漢字和圖形則是無(wú)法進(jìn)行顯示的，在實(shí)際應(yīng)用中是很不便利的。方案二LCD 液晶顯示器是 Liquid Crystal Display 的簡(jiǎn)稱，LCD 的構(gòu)造是在兩片平行的玻璃基板當(dāng)中放置液晶盒，下基板玻璃上設(shè)置TFT（薄膜晶體管），上基板玻璃上設(shè)置彩色濾光片，通過(guò)TFT上的信號(hào)與電壓改變來(lái)控制液晶分子的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，從而達(dá)到控制每個(gè)像素點(diǎn)偏振光出射與否而達(dá)到顯示目的。其體積小，很符合便攜式儀器的要求。雖然其價(jià)格貴，編程比較復(fù)雜，但是它具有顯示內(nèi)容多、清晰度高以及低功耗等優(yōu)點(diǎn)，所以被人們所親睞?，F(xiàn)在LCD已經(jīng)替代CRT成為主流，價(jià)格也已經(jīng)下降了很多，并已充分的普及因此，在這選擇液晶顯示方式2.2.4總體方案選定綜前面所述，本設(shè)計(jì)的中信息采集部分采用氣敏電阻MQ3傳感器；主控模塊采用凌陽(yáng)的16位語(yǔ)音單片機(jī)SPCE061A；顯示模塊采用液晶顯示方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，可以同時(shí)顯示數(shù)字和漢字。這樣在總體上初步實(shí)現(xiàn)一個(gè)對(duì)酒精濃度檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)。第三章 主控芯片及61板簡(jiǎn)介3.1 凌陽(yáng)單片機(jī)SPCE061A簡(jiǎn)介SPCE061A 是繼nSP（Microcontroller and Signal Processor）系列產(chǎn)品SPCE500A等之后凌陽(yáng)科技推出的又一款16位結(jié)構(gòu)的微控制器。與SPCE500A不同的是，在存儲(chǔ)器資源方面考慮到用戶的較少資源的需求以及便于程序調(diào)試等功能，SPCE061A里只內(nèi)嵌32K字的閃存（FLASH）。較高的處理速度使nSP能夠非常容易地、快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)。因此，與SPCE500A相比，以nSP為核心的SPCE061A微控制器是適用于數(shù)字語(yǔ)音識(shí)別應(yīng)用領(lǐng)域產(chǎn)品的一種最經(jīng)濟(jì)的選擇。3.1.1 性能特點(diǎn)（1）16位nSP微處理器（2）工作電壓：內(nèi)核工作電壓（CPU）VDD為2.43.6V，I/O口工作電壓VDDH為2.45.5V（3）CPU時(shí)鐘：0.32MHz49.152MHz（4）可編程音頻處理（5）內(nèi)置2K字SRAM（6）內(nèi)置32K字FLASH（7）系統(tǒng)處于備用狀態(tài)下（時(shí)鐘處于停止?fàn)顟B(tài)），耗電僅為2A3.6V （8）2個(gè)16位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（可自動(dòng)預(yù)置初始計(jì)數(shù)值）（9）2個(gè)10位DAC（數(shù)-模轉(zhuǎn)換）輸出通道（10）鎖相環(huán)晶體振蕩器RC振蕩器，為系統(tǒng)提供時(shí)鐘信號(hào)（11）32位通用可編程輸入/輸出端口（12）14個(gè)中斷源可來(lái)自定時(shí)器A/B，時(shí)基，2個(gè)外部時(shí)鐘源輸入，鍵喚醒（13）出鍵喚醒功能（14）7通道10位電壓模-數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）和單通道聲音模-數(shù)轉(zhuǎn)換器（15）聲音模-數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入通道內(nèi)置麥克風(fēng)放大器和自動(dòng)增益控制（AGC功能）（16）串行設(shè)備接口（17）具有低電壓復(fù)位（LVR）功能和低電壓監(jiān)測(cè)(LVD)功能（18）內(nèi)置在線仿真電路ICE(In-Circuit Emulator)接口（19）具有WatchDog功能3.1.2 SPCE061A芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)核采用公司最新推出的16位微處理器芯片，工作電壓范圍為2.65.5V，系統(tǒng)工作頻率為0.37549.152MHz。3.1.3 SPCE061A芯片引腳SPCE061A共有84個(gè)引腳，在84個(gè)引腳中有空腳15個(gè)，其引腳的排列如圖3-1所示。圖3-1 SPCE061A封裝引腳排列圖3.1.4 SPCE061A芯片內(nèi)部所設(shè)部件1、I/O口nSP內(nèi)有并行和串行兩種方式的I/O口。并行口線路成本較高，但是傳輸速率也很高；與并行口相比，串行口的傳輸速率較低但可以節(jié)省大量的線路成本。部分SPCE061A單片機(jī)端口具有喚醒功能（IOA0IOA6）,即具有輸入電平變化引起CPU中斷功能。在那些用電池供電、追求低能耗的應(yīng)用場(chǎng)合，可以應(yīng)用CPU的睡眠模式即節(jié)電模式（通過(guò)軟件設(shè)置）以降低功耗。通常，每一個(gè)I/O口位會(huì)由3個(gè)向量位來(lái)控制。一個(gè)是方向向量位（_Dir），控制著I/O口位的輸入/輸出方向；第二個(gè)是方式（或稱屬性）向量位（_Attr），控制I/O口位采用什么方式進(jìn)行輸入或輸出；最后一個(gè)則是數(shù)據(jù)向量位（_Data），它一方面用來(lái)進(jìn)行口位數(shù)據(jù)的輸入或輸出，另一方面與_Attr向量位組合在一起可對(duì)口位進(jìn)行復(fù)合功能的設(shè)置。圖3-2 帶上拉電阻、下拉電阻、和懸浮式I/O口輸入口的方式可設(shè)置為內(nèi)部帶上拉電阻、內(nèi)部帶下拉電阻或懸浮式的端口，各種連接如圖3-2所示。若通過(guò)口位的組合設(shè)置還可以使輸入口引入外部中斷源或喚醒源事件，使端口具有中斷或喚醒之特殊功能?？谖粩?shù)據(jù)的讀入一般可直接來(lái)自輸入管腳，亦可來(lái)自輸入緩存器。輸出口的方式也可根據(jù)需要設(shè)為常規(guī)的CMOS端口或NMOS、PMOS開(kāi)漏端口，以及是與寫(xiě)入口位的數(shù)據(jù)同相輸出還是反相輸出。通過(guò)設(shè)置還可使口位具有輸出緩存功能，以避免該口再被設(shè)為輸入端口時(shí)管腳上輸入電平的狀態(tài)會(huì)影響到其輸出的狀態(tài)。串行通訊總線接口，SPCE061A單片機(jī)部分型號(hào)提供兩種方式，一種是串行總線接口（SPI），另一種是凌陽(yáng)公司自定義傳輸格式的同步串行接口（SIO），SPI接口占用三個(gè)端口，即SCK（串行時(shí)鐘線），SDO(串行數(shù)據(jù)輸出口)和SDI（串行數(shù)據(jù)輸入口）。同步串行接口只占用兩種端口，即SCK(串行時(shí)鐘口)和SDA(串行數(shù)據(jù)口)。兩種串行通訊方式用于與其它設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊或者外圍設(shè)備的連接。2、A/D轉(zhuǎn)換模/數(shù)轉(zhuǎn)換器是一種信號(hào)轉(zhuǎn)換接口，可以把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號(hào)以便輸入給計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行各種處理。SPCE061A采用主次逼近式原理實(shí)現(xiàn)模/數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D）。ADC有兩種工作方式：手動(dòng)方式和自動(dòng)方式。它的ADC的結(jié)構(gòu)如圖3-4所示：圖3-3 逐次逼近式ADC結(jié)構(gòu)3、音頻輸出D/ASPCE061A的音頻輸出有兩種方式，一種是音調(diào)輸出方式，另一種則為語(yǔ)音輸出方式，如圖3-5所示。二者的區(qū)別在于其輸出的控制機(jī)理不同。前者是通過(guò)控制Timer溢出所產(chǎn)生的不同頻率來(lái)決定聲波振動(dòng)次數(shù)的多寡，從而決定發(fā)出的聲音音調(diào)的高低，譬如好聽(tīng)的樂(lè)聲；后者則是用與聲音數(shù)據(jù)采樣率相同的速率將聲音數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)/模轉(zhuǎn)換（D/A）通道還原成音頻電壓或電流輸出，其中聲音數(shù)據(jù)采樣率可決定聲音音質(zhì)的好壞，并決定了聲音數(shù)據(jù)所需占據(jù)的存儲(chǔ)空間。4、定時(shí)器與計(jì)數(shù)器SPCE061A通常會(huì)提供了兩個(gè)至三個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；TimerA和TimerB(TimerC)。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)，TimerA的時(shí)鐘源是由兩個(gè)時(shí)鐘源ClkA和ClkB經(jīng)過(guò)一個(gè)邏輯與門(mén)相與而成的，TimerB的時(shí)鐘源較簡(jiǎn)單，只有ClkA。此處的KlkA和ClkB為不同頻率的時(shí)鐘源。一般來(lái)說(shuō)ClkA為高頻時(shí)鐘源，ClkB為低頻時(shí)鐘源。在TimerA中，對(duì)于計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘源來(lái)自兩個(gè)時(shí)鐘源的與信號(hào)。在TimerB中，只有ClkA時(shí)鐘源，即高頻時(shí)鐘源。5、看門(mén)狗計(jì)數(shù)器設(shè)置系統(tǒng)維護(hù)是為了增加整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)的安全性和可靠性。SPCE061A的系統(tǒng)維護(hù)可有多項(xiàng)措施，如:低電壓監(jiān)測(cè)和低電壓復(fù)位，還有一種就是看門(mén)狗計(jì)數(shù)器。SPCE061A的WatchDog的清除時(shí)間周期為0.75s。因?yàn)閃atchDog的溢出復(fù)位信號(hào)WatchDog-Reset是由4Hz時(shí)基信號(hào)經(jīng)4分頻之后產(chǎn)生的，即每4個(gè)4Hz時(shí)基信號(hào)(1s)將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)WatchDog_ Reset信號(hào)，如圖3-6所示。而清除WatchDog的WatchDog-Clear信號(hào)卻可以發(fā)生在4Hz信號(hào)(0.25s)之間的任意一個(gè)時(shí)刻點(diǎn)上。假如WatchDog-Clear信號(hào)發(fā)生在4Hz信號(hào)尾端的0.01 s即第0.25s時(shí)刻，此時(shí)雖然WatchDog被清掉，但由于它發(fā)生在4Hz信號(hào)之后，再經(jīng)3個(gè)4Hz信號(hào)即0.75s，如果一直沒(méi)有WatchDog-Clear信號(hào)，便會(huì)產(chǎn)生出一個(gè)WatchDog_ Reset信號(hào)。3.2 61板簡(jiǎn)介3.2.1 61板總體概述常說(shuō)的“61板”就是SPCE061A EMU BOARD V1.0的簡(jiǎn)稱,是以16位單片機(jī)SPCE061A為核心的精簡(jiǎn)開(kāi)發(fā)仿真實(shí)驗(yàn)板，有一頁(yè)撲克牌大小，是“凌陽(yáng)大學(xué)計(jì)劃”專為電子愛(ài)好者、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)及電子競(jìng)賽而設(shè)計(jì)的。硬件電路包括有電源電路、音頻電路（含MIC輸入部分和DAC音頻輸出部分）、復(fù)位電路等，在學(xué)生掌握了軟件知識(shí)的同時(shí)，又學(xué)習(xí)單片機(jī)硬件設(shè)計(jì)制作，鍛煉動(dòng)手能力，該板子采用電池供電，體積小，方便學(xué)生隨身攜帶。具體能完成以下實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1、單片機(jī)內(nèi)含常用功能: I/O口、中斷、定時(shí)、A/D轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換等。2、綜合實(shí)驗(yàn)：配合學(xué)校要求學(xué)生動(dòng)手環(huán)節(jié)，要求搭配必要的電路來(lái)完成，包括鍵盤(pán)、數(shù)碼管、液晶（LCD）、USB及外擴(kuò)FLASH等模組的實(shí)驗(yàn)。3、語(yǔ)音處理實(shí)驗(yàn)：提供包括三種應(yīng)用于不同場(chǎng)合、不同壓縮比的放音；錄音（DVR）及語(yǔ)音辨識(shí)等實(shí)驗(yàn)，同學(xué)們可以通過(guò)簡(jiǎn)單的操作實(shí)現(xiàn)放音或錄音，了解一般語(yǔ)音處理的功能，大大豐富了同學(xué)們的單片機(jī)知識(shí)，還能提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。另外，SPCE061A具有16*16位的乘法運(yùn)算和內(nèi)積運(yùn)算的DSP功能，這不僅為它進(jìn)行復(fù)雜的語(yǔ)音數(shù)字信號(hào)的壓縮編碼與解碼提供了便利，還可以做數(shù)字濾波器(Digital Filter) 。圖3-4 61板接口圖3.2.2 61板具體接口描述61板將SPCE061A的32個(gè)I/O口全部引出：IOAOIOA15，IOB0IOB15，對(duì)應(yīng)的SPCE061A引腳為：A口，4148、53、5460；B口，51、8176、6864。而且該I/O口是可編程的看，即可以設(shè)置為輸入或輸出：在5V情況下為輸入時(shí)，上拉電阻為150K，下拉電阻為110K；設(shè)置為輸出時(shí)，可以選擇同相輸出或者反向輸出。61板具有強(qiáng)大的語(yǔ)音處理功能，由DAC輸出引腳21或22經(jīng)語(yǔ)音集成放大器SPY0030(功能相當(dāng)于LM386)放大，然后輸出。圖3-4中J4為PROBE的皆苦，我們就是通過(guò)它與PC機(jī)鏈接起來(lái)進(jìn)行調(diào)試、仿真和下載程序的。這樣，就不需要再用仿真器和編程器了。61板的內(nèi)核SPCE061A電壓要求為3.3V,而I/O端口的電壓可以選擇3.3V也可以選擇5V。所以，在板子上具有兩種工作電壓：5V和3.3V。這兩種電平的選擇通過(guò)跳線J5來(lái)選擇。需要注意的是由于SPCE061A最大輸出電流為50mA，所以如果需要外接一些模組時(shí)要先考慮負(fù)載能力。3.3 本章小結(jié)本章主要是對(duì)SPCE061A單片機(jī)和一次為核心的61板做了簡(jiǎn)單的敘述，以便為后續(xù)的硬件和軟件方面的設(shè)計(jì)做好準(zhǔn)備。第四章 主要模塊的選型4.1 傳感器的選型由于本設(shè)計(jì)直接測(cè)量的是呼氣中的酒精濃度，再轉(zhuǎn)換為血液中的酒精含量濃度，故采用氣敏傳感器?？紤]到周?chē)諝庵械臍怏w成分可能影響傳感器測(cè)量的準(zhǔn)確性，所以傳感器只能對(duì)酒精氣體敏感，對(duì)其他氣體不敏感，故選用MQ3 型氣敏傳感器。MQ3有很高的靈敏度、良好的選擇性、長(zhǎng)期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性。傳感器是將外界信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的裝置，其中的電信號(hào)包括數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)，數(shù)字信號(hào)可以通過(guò)電氣隔離直接送給單片機(jī)或微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，模擬信號(hào)則利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將多路被測(cè)量值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，再經(jīng)過(guò)單片機(jī)或微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)控。酒精濃度是由傳感器把非電量轉(zhuǎn)換為電量，傳感器輸出的是0-5 伏的電壓值，所以是模擬信號(hào)。圖4-1 MQ3酒精濃度傳感器電路圖4.2 液晶顯示器的選型基于液晶顯示的高清晰度、低功耗等的特點(diǎn)，它已廣泛受到人們的青睞。國(guó)內(nèi)外的許多廠家都生產(chǎn)的有各自規(guī)格的液晶顯示屏，如深圳鉅漢科技生產(chǎn)的ATM專用液晶顯示模組，查詢機(jī)液晶顯示器，地鐵用液晶顯示器，工業(yè)用顯示器，機(jī)械設(shè)備液晶顯示器，停車(chē)場(chǎng)液晶顯示器等。MGLS-12032A是香港精電公司提供的一款小型的點(diǎn)陣式液晶顯示屏。它采用內(nèi)置的SED1520作為控制驅(qū)動(dòng)器，它具有體積小，重量輕的特點(diǎn)，該模塊的顯示屏一次最多可顯示14個(gè)1616的點(diǎn)陣漢字，是一款便攜式產(chǎn)品的首選顯示器件，另外，它在與單片機(jī)的搭接上也非常簡(jiǎn)單，只占用單片機(jī)的12個(gè)端口，因此只要將其通過(guò)12插針的排線連接到61板即可，這為我們的學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)提供了方便。因此，顯示模塊選用想搞靜電MGLS-12032A是內(nèi)置SED1520控制驅(qū)動(dòng)器的圖形LCD模塊，點(diǎn)陣數(shù)為12032，點(diǎn)大小為0.6mm0.425mm，模塊尺寸為75.0mm54.0mm，視頻尺寸為60mm26.5mm。MGLS-12032A由2片SED1520來(lái)驅(qū)動(dòng)，2片SED1520都只采用了其中的60個(gè)列驅(qū)動(dòng)口，分別驅(qū)動(dòng)LCD的左右半屏。其結(jié)構(gòu)如圖4-2所示。MGLS-12032A內(nèi)部有12032=3840位顯示RAM。顯示RAM 中的每位數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)相應(yīng)LCD屏上一個(gè)像素點(diǎn)的亮、滅狀態(tài)，“1”表示亮，“0”表示滅。在LCD上顯示漢字其實(shí)就是按照漢字的點(diǎn)陣圖向顯示RAM中寫(xiě)0或1，從而在LCD屏上顯示出具體的漢字。LCD：MGLS-12032A12032點(diǎn)SED1520SED1520SED152060 60 VCC GND Vo E1 E2 A0 R/W DB0DB7 圖4-2 MGLS12032A的結(jié)構(gòu)框圖4.2.1 MGLS-12032A基本參數(shù)序號(hào)管腳符號(hào)管教名稱說(shuō)明1GND邏輯電源地2Vcc邏輯電源+53V0工作負(fù)電壓提供對(duì)比調(diào)節(jié)負(fù)電壓4A0數(shù)據(jù)/指令選擇A0=0選擇數(shù)據(jù)通道A0=1選擇指令通道5R/W讀/寫(xiě)選擇信號(hào)R/W=0寫(xiě)操作R/W=1讀操作6E1讀寫(xiě)使能1E1=0禁用E1=1允許7E2讀寫(xiě)使能2E2=0禁用E2=1允許8NC空916DB0DB7三太數(shù)據(jù)總線MGLS-12032A共有16個(gè)管腳，非常容易通過(guò)接口被訪問(wèn)液晶顯示器采用內(nèi)置的SED 1520作為控制驅(qū)動(dòng)器，。模組上的圖形等，且有4級(jí)灰度可調(diào)。4.2.2 MGLS-12032A顯示字符的方法要在液晶顯示塊上顯示一個(gè)字符，需要三個(gè)最基本的控制操作：分別向兩個(gè)SED1520控制器寫(xiě)指令代碼、寫(xiě)顯示數(shù)據(jù)和讀寫(xiě)數(shù)據(jù)。完成這三星操作的前提是相應(yīng)SED1520處于準(zhǔn)備好的狀態(tài)，當(dāng)SED1520處于忙的狀態(tài)時(shí)，除了讀狀態(tài)字之外，其他指令均不起作用，因此在訪問(wèn)SED1520之前，就要先讀取控制器的當(dāng)前狀態(tài)，判斷是否準(zhǔn)備好。MGLS-12032A液晶顯示塊中液晶顯示區(qū)為120*32點(diǎn)陣，每8個(gè)像素行組成一頁(yè)，整個(gè)顯示區(qū)分為4頁(yè)；顯示區(qū)的左半?yún)^(qū)收E1控制器的60個(gè)列驅(qū)動(dòng)器控制，右半?yún)^(qū)受E2控制器的60個(gè)列驅(qū)動(dòng)器控制。當(dāng)字符的輸出的指定位置出現(xiàn)在E1和E2的交界線附近時(shí)，如不進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚淼脑?，字符是無(wú)法被完整顯示的，因此必須加入切換控制區(qū)以及換頁(yè)的自動(dòng)處理，得到完整顯示的字符的輸出。4.3 語(yǔ)音壓縮算法選擇4.3.1 音頻概述音頻是個(gè)專業(yè)術(shù)語(yǔ)，人類(lèi)可以聽(tīng)到的所有聲音都稱之為音頻。聲音先被錄制下來(lái)以后，無(wú)論是說(shuō)話聲、歌聲、樂(lè)器都可以通過(guò)相關(guān)軟件處理，或是將其制作成CD，它的聲音沒(méi)有改變，這是因?yàn)镃D本來(lái)就是音頻文件的一種類(lèi)型。而音頻只是儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)里的聲音。如果由計(jì)算機(jī)再加上相應(yīng)的音頻卡就是我們經(jīng)常說(shuō)的聲卡，我們可以把所有的聲音錄制下來(lái)，聲音的聲學(xué)特性如音的高低等都可以用計(jì)算機(jī)硬盤(pán)文件的方式儲(chǔ)存下來(lái)。反過(guò)來(lái)，我們也可以把儲(chǔ)存下來(lái)的音頻文件用一定的音頻程序播放，還原以前錄下的聲音。4.3.2 數(shù)字音頻的采樣與量化將模擬的聲音波形數(shù)字元化（離散化），以便利數(shù)字計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理的過(guò)程，主要包括采樣和量化兩個(gè)方面。只有經(jīng)過(guò)了這樣一個(gè)過(guò)程，單片機(jī)才能對(duì)于語(yǔ)音進(jìn)行不同的處理。數(shù)字音頻的質(zhì)量取決于：采樣頻率和量化位數(shù)這兩個(gè)重要參數(shù)。此外，聲道的數(shù)目、相應(yīng)的音頻設(shè)備也是影響音頻質(zhì)量的原因。4.3.3 數(shù)字音頻的壓縮基礎(chǔ)語(yǔ)音壓縮編碼中的數(shù)據(jù)量是指：數(shù)據(jù)量=（采樣頻率量化位數(shù)）/8（字節(jié)數(shù)）聲道數(shù)目。壓縮編碼的目的：通過(guò)對(duì)資料的壓縮，達(dá)到高效率存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換資料的結(jié)果，即在保證一定聲音質(zhì)量的條件下，以最小的資料率來(lái)表達(dá)和傳送聲音信息。壓縮編碼的必要性：實(shí)際應(yīng)用中，未經(jīng)過(guò)壓縮編碼的音頻資料量很大，進(jìn)行傳輸或存儲(chǔ)時(shí)不現(xiàn)實(shí)的。所以要通過(guò)對(duì)信息趨勢(shì)的預(yù)測(cè)和冗余信息處理，進(jìn)行資料的壓縮，這樣就可以使我們用較少的資源建立更多的信息。4.3.4 壓縮分類(lèi)及壓縮算法的選擇凌陽(yáng)音頻壓縮算法根據(jù)不同的壓縮比分為以下幾種：SACM-A2000： 壓縮比為8:1， 8:1.25， 8:1.5SACM-S480： 壓縮比為80:3，80:4.5SACM-S240： 壓縮比為80:1.5它們按音量的排序?yàn)椋篈2000S480S240SACM_A2000壓縮算法壓縮比較?。?:1）所以具有高質(zhì)量、高碼率的特點(diǎn)適用于高保真音樂(lè)和語(yǔ)音。SACM_S240壓縮算法的壓縮比較大80:1.5，價(jià)格低，適用于對(duì)保真度要求不高的場(chǎng)合，如玩具類(lèi)產(chǎn)品的批量生產(chǎn)，編碼率僅為2.4Kbps。SACM_S480壓縮算法壓縮比較大80：3，存儲(chǔ)容量大，音質(zhì)介于A2000和S240之間，適用于語(yǔ)音播放，如“文曲星”詞庫(kù)。綜上所述：綜合在壓縮比例和音質(zhì)上的考慮，本設(shè)計(jì)選用了SACM_S480壓縮算法，它既可以保證較高的語(yǔ)音清晰度，又能保證語(yǔ)音文件不會(huì)占用過(guò)大的存儲(chǔ)空間。4.4 本章小結(jié)本章主要在信息采集器件、顯示器件和語(yǔ)音壓縮算法的選擇上做了必要的闡述，通過(guò)本章論述和說(shuō)明最終確立出了這三大主要模塊的實(shí)現(xiàn)方法：傳感器采用MQ3酒精傳感器、顯示器件選用MGLS-12032A液晶顯示模塊、語(yǔ)音壓縮算法采用SACM-S480壓縮算法。第五章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)5.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容基于凌陽(yáng)單片機(jī)SPCE061A所設(shè)計(jì)的酒精濃度檢測(cè)儀在信息的整體流程上可以主要分為信號(hào)的采集放大、信息的控制與處理、處理結(jié)果的顯示和語(yǔ)音播報(bào)等模塊。而本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)充分利用了凌陽(yáng)公司為大學(xué)生所提供的61板，因此，主控模塊和語(yǔ)音播報(bào)模塊便得到了相應(yīng)的解決。在此基礎(chǔ)上本系統(tǒng)在硬件上的主要設(shè)計(jì)終點(diǎn)便放在了信號(hào)的采集放大，液晶顯示模塊和外擴(kuò)的鍵盤(pán)電路的設(shè)計(jì)上。5.2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)5.2.1 外部復(fù)位及時(shí)鐘電路通過(guò)某種方式使單片機(jī)內(nèi)存及各寄存器的值變?yōu)槌跏贾档牟僮鞣Q為復(fù)位，復(fù)位是對(duì)61板內(nèi)部的硬件初始化，61板本身具有上電復(fù)位功能，即通電就自動(dòng)復(fù)位，另外，還具有外部復(fù)位電路，即在引腳6上外加一個(gè)低電平就可令其復(fù)位。SPCE061A復(fù)位電路如圖5-1所示。在SPCE061A單片機(jī)RES_B（第6腳）端加上一個(gè)低電平就可令其復(fù)位。圖5-1 復(fù)位電路原理圖如圖5-1所示為SPCE061A時(shí)鐘電路的接線圖。因阻容振蕩的電路時(shí)鐘不如外接晶振準(zhǔn)確，故采用了外接晶振的方式。其頻率采用的是32768Hz。圖5-2 時(shí)鐘電路原理圖32768Hz實(shí)時(shí)時(shí)鐘通常用于鐘表、實(shí)時(shí)時(shí)鐘延時(shí)以及其他與時(shí)間相關(guān)產(chǎn)品。SPCE061A通過(guò)對(duì)32768Hz實(shí)時(shí)時(shí)鐘源分頻，提供了多種實(shí)時(shí)時(shí)鐘中斷源。5.2.2 音頻輸出接口電路凌陽(yáng)的SPCE061A是16位單片機(jī)，具有DSP功能，有很強(qiáng)的信息處理能力，最高時(shí)鐘可達(dá)到49M，具備運(yùn)算速度高的優(yōu)勢(shì)等等，這為語(yǔ)音的播放、錄放、合成及辨識(shí)提供了條件。另外SPCE061A單片機(jī)具有32K閃存，事先把所需要的語(yǔ)音信號(hào)錄制好，整個(gè)語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)凌陽(yáng)SACM_S480壓縮算法壓縮只占有很小的存儲(chǔ)空間，對(duì)凌陽(yáng)SPCE061A單片機(jī)的存儲(chǔ)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)綽綽有余。凌陽(yáng)SPCE061A單片機(jī)自帶雙通道DAC音頻輸出、自動(dòng)增益（AGC）控制。圖5-3中J3是語(yǔ)音輸出接口，一個(gè)2pin的插針外接喇叭，當(dāng)測(cè)量的結(jié)果比較穩(wěn)定時(shí)，語(yǔ)音播報(bào)電路開(kāi)始播報(bào)測(cè)量結(jié)果。由DAC輸出引腳21或22經(jīng)語(yǔ)音集成放大器SPY0030A放大，然后輸出。SPY0030是凌陽(yáng)的一款芯片，功能相當(dāng)于LM386，但是比LM386音質(zhì)好，它可以工作在2.46.0V范圍內(nèi)，最大輸出功率可達(dá)700mW(LM386必須工作在4V以上，而且功率只有100mW)。圖5-3 語(yǔ)音輸出接口5.2.3 在線調(diào)試PROBE和EZ_PROBE接口電路圖3-7中J4為PROBE的接口，該接口有5pin，我們就是通過(guò)它將PROBE與PC機(jī)連接起來(lái)進(jìn)行調(diào)試、仿真和下載程序的，這樣，就不需要再用仿真器和編程器了。圖5-4中J11是EZ_PROBE的接口，我們采用一根下載線一端連接PC機(jī)的25pin并口，另外一端接61板的5pinEZ_PROBE接口便可實(shí)現(xiàn)程序的下載。IEC基本運(yùn)作方式是通過(guò)控制clock及通過(guò)ICE喂入指令方式，來(lái)控制CPU的運(yùn)行及緩存器資料和內(nèi)存資料的存取，因此必須透過(guò)控制緩存器值得設(shè)定來(lái)控制目前CPU的動(dòng)作。每個(gè)相連接的不同ICE模塊都擁有自己獨(dú)特的3-bitID，當(dāng)PC在傳送control信號(hào)時(shí)都會(huì)先傳送該3-bitID，只有ICE本身的ID和control信號(hào)的ID相同時(shí)才會(huì)執(zhí)行該命令或回傳資料。61板上的74HC244主要在我們選用下載線的時(shí)候起作用，主要起緩存的作用和完成SDA是作為數(shù)據(jù)回送還是數(shù)據(jù)下傳的選擇。圖5-4 在線調(diào)試與編程下載原理圖5.2.4 電源接口電路圖3-7中J10是電源接口，61板的內(nèi)核SPCE061A電壓要求為3.3V，而I/O端口的電壓可以選擇3.3V也可以選擇5V。所以，在板子上具有兩種工作電壓：5V和3.3V。對(duì)應(yīng)的引腳中15、36和7必須為3.3V，對(duì)于I/O端口的電壓51、52、75可以為3.3V也可以是5V，這兩種電平的選擇通過(guò)跳線J5來(lái)選擇。圖5-5中的VDDH3給SPCE061A的I/O供電，VDD_P為PLL鎖相環(huán)供電，VDD為數(shù)字電源，VDD為數(shù)字電源，VDD_A為模擬電源，VSS是數(shù)字地，AVSS1是模擬地，AVSS2接音頻輸出的地，電源部分電路原理圖如圖5-5所示：圖5-5 電源電路原理圖其中的前后兩組電容用來(lái)去耦濾波，使其供給芯片的電源更加干凈平滑。兩個(gè)二極管，是為防止誤將電源接反造成不必要損失而設(shè)置的，在操作過(guò)程中千萬(wàn)不要將電源接反，因?yàn)榉聪螂妷撼^(guò)一定的值，二極管將會(huì)被損壞，達(dá)不到保護(hù)的目的。后面的零電阻及其電源、地分成不同的幾路是為減少電磁干擾設(shè)置的。5.2.5 鍵盤(pán)電路鍵盤(pán)輸入電路如圖5-6所示，當(dāng)有按鍵按下時(shí)，SPCE061A通過(guò)鍵盤(pán)掃描程序便可讀出相應(yīng)的鍵值并作出相應(yīng)的操作。在本系統(tǒng)中，除了61板自身所帶的復(fù)位按鍵外，又?jǐn)U展了五個(gè)按鍵，它們的功能分別是：開(kāi)始按鍵、存儲(chǔ)按鍵、求平均值按鍵、上查按鍵和下查按鍵，它們分別對(duì)應(yīng)S2、S3、S4、S5、S6。圖5-6 鍵盤(pán)電路原理圖系統(tǒng)之所以將鍵盤(pán)模塊搭接在IOA口上，是因?yàn)椋喝敉ㄟ^(guò)口位的組合對(duì)IOA進(jìn)行設(shè)置，可使輸入口引入外部中斷源或喚醒源事件，使端口具有中斷或喚醒之特殊功能，這樣，使系統(tǒng)在無(wú)輸入的情況下處于低功耗狀態(tài)，這正符合了便攜式系統(tǒng)對(duì)低功耗電路的要求。5.2.6 放大電路1、電流/電壓轉(zhuǎn)換電路及放大電路的分析（1）電流/電壓轉(zhuǎn)換電路電流/電壓轉(zhuǎn)換電路能將輸入的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸出，又成為互阻放大器。通常利用反向輸入的放大器構(gòu)成，如圖5-7所示：圖5-7 電壓轉(zhuǎn)換參照?qǐng)D由于 U+=U-=0 （5-1）所以 Is = Ir （5-2） U0=-IsR=-KIs （5-3）式（5-3）中K=R為變換系數(shù)，輸出電壓U0與負(fù)載電阻R1無(wú)關(guān)，在電路參數(shù)一定時(shí)，U0與輸入電流Is成正比，故可將其視為電流/電壓轉(zhuǎn)換電路。（2）放大電路圖5-8 電壓串聯(lián)負(fù)反饋如圖5-8的連接方法是以同向比例運(yùn)算電路。輸入信號(hào)Ui從同向輸入端輸入，Rf是電路引入了一個(gè)電壓串聯(lián)負(fù)反饋。根據(jù)： ，可得 （5-4） （5-5） （5-6）于是 （5-7）所以此電路的電壓放大倍數(shù)為： （5-8）式（5-8）說(shuō)明輸出電壓與輸入電壓的大小成正比且相位相同，電路實(shí)現(xiàn)了同向比例運(yùn)放。Auf只取決于電阻Rf和R1的比值，與集成電路的內(nèi)部參數(shù)無(wú)關(guān)，故比例運(yùn)放的精度和穩(wěn)定性只取決于這兩個(gè)電阻的穩(wěn)定程度。由于引入了深度電壓串聯(lián)負(fù)反饋，因此電路的輸入阻抗很高。對(duì)于理想運(yùn)放，輸入電阻為無(wú)窮。同樣輸出電阻為零。在同向比例的實(shí)際運(yùn)用電路中，為了保持兩個(gè)輸入端處于平衡狀態(tài)，也常常使使2、電路的具體設(shè)計(jì)（1）電流/電壓轉(zhuǎn)換電路采用電流/電壓轉(zhuǎn)換電路可以將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓值。在此我們采用1K的電阻，這樣，傳感器所輸出的電流信號(hào)經(jīng)電流/電壓轉(zhuǎn)換電路后所輸出的電壓信號(hào)約為0至200mv。（2）電壓放大電路在凌陽(yáng)單片機(jī)的VRT(35腳)上加一3.0V的參比電壓，這樣可以使單片機(jī)的端口電壓量程置為0到3.0V。根據(jù)電流/電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出電壓可知，若采用10倍的放大電路，可將此電壓放大到02000mv的范圍內(nèi)波動(dòng)，這樣基本滿足了SPCE061A模數(shù)轉(zhuǎn)換的要求。圖5-9 電壓放大電路5.2.7 顯示電路本設(shè)計(jì)采用了內(nèi)置MGLS-12032A點(diǎn)陣式圖形液晶顯示模塊，液晶顯示示器(LCD)以其重量輕、體積小、電壓低、功耗小、顯示內(nèi)容豐富等優(yōu)點(diǎn)，逐漸在儀器儀表、工業(yè)控制等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用isl。其功能強(qiáng)，使用方便，能直接與單片機(jī)接口，可方便地實(shí)現(xiàn)顯示字符、數(shù)字、漢字、圖形等功能。其連接驅(qū)動(dòng)電路如圖5-10所示。圖5-10 顯示電路圖5-10中的MAX1677是電壓轉(zhuǎn)換芯片，輸入為3V, 輸出兩路電壓，分別為+5和一10,M