【正文】 勢(shì)： 廣西工學(xué)院電子信息與控制工程系測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 a)可靠性及應(yīng)用水平越來越高，和 inter 連接已是一種明顯的走向； b)所集成的部件越來越多； c)功耗越來越低； d)和模擬電路 結(jié)合越來越多。 （ 3） 單片機(jī)選擇 ① 本系統(tǒng)采用單片機(jī)為控制核心。 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) 。 基于本系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容的需要 ， 綜合考慮后，我們選擇單片機(jī) ATME公司的 AT89C52為控制核心；主要基于考慮 AT89C52是一個(gè)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 Flash只讀程序存儲(chǔ)器和 256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM） 、 6 個(gè)中斷源； 時(shí)鐘頻率 024MHz； 器件采用高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)， 并 兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51指令系統(tǒng) ， 功能強(qiáng)大 。 ② AT89C52介紹 AT89C52 是美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn)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 ATMEL 公司的高密度，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 8052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， AT89C52單片機(jī)適合于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場(chǎng)合。 主要性能參數(shù)： ? 與 MCS51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容 ? 8K字節(jié)可重擦寫 FLASH閃存存儲(chǔ)器 ? 1000次寫 /擦循環(huán) ? 時(shí)鐘頻率： 0Hz— 24MHz ? 三級(jí)加密存儲(chǔ)器 ? 256字節(jié)內(nèi)部 RAM ? 32個(gè)可編程 I/O口線 ? 3個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器 ? 6個(gè)中斷源 ? 可編程串行 UART通道 圖 22 引腳圖 廣西工學(xué)院電子信息與控制工程系測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 ? 低功耗的空閑和掉電模式 ? 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 AT89C52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 ， 引腳圖見 22。 AT89C52可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。同時(shí)， AT89C52可降至 0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？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。掉電方式保存 RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。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)器可有效地降低開發(fā)本 。 AT89C52有PDIP、 PQFP/TQFP及 PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 AT89C52引腳功能： a)Vcc：電源電壓 。 b)GND：地 。 c)P0口： P0口是一組 8位漏極開路型雙向 I/O口，也即地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng) 8個(gè) TTL邏輯門電路，對(duì)端口P0寫 “1” 時(shí)，可作為高阻抗輸入端用。 在訪問外部數(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，在訪問器件激活內(nèi)部上拉電阻。 在 Flash 編程時(shí)， P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。 d)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。對(duì)端口寫 “1” ，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(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）。 與 AT89C51 不同之處是， 和 還可分別作為定時(shí) /計(jì)數(shù)器 2 的外部計(jì)數(shù)輸入（ ）和輸入 ()，參見表 21。 Flash 編程和程序校驗(yàn)期間， P1 接收低 8 位地址。表 21 為 和 的第二功能 廣西工學(xué)院電子信息與控制工程系測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 表 21 e)P2口： P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P2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。對(duì)端口 P2寫 “1” ，通過內(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）。 在訪問外部程序存儲(chǔ)器或 16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行 MOV@DPTR指令）時(shí)， P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行 MOV@RI指令）時(shí)， P2口輸出 P2鎖存器的內(nèi)容。 Flash編程或校驗(yàn)時(shí)， P2亦接收高位地址和一些控制信號(hào)。 f)P3口： P3口時(shí)一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口。 P3 口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4個(gè) TTL邏輯門電路。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。此時(shí)，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流（ IIL）。 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)。 g)RST：復(fù)位輸入。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。 ALE/ ：當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， ALE(地址鎖存允許 )輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。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。要注意的是：每 當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè) ALE脈沖。 引腳號(hào) 功能特性 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 T2EX（定時(shí) \計(jì)數(shù) 2捕獲 \重裝載觸發(fā)和方向控制） 廣西工學(xué)院電子信息與控制工程系測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 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（ ）。 如有必要，可通過對(duì)特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH單元的 D0位復(fù)位，可禁止 ALE操作。該位置復(fù)位后，只有一條 MOVX和 MOVC指令才能將 ALE激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置 ALE禁止位無效。 h) ：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)AT89C52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。在次期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過兩次 信號(hào)。 i) /VPP：外部訪問允許。欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000HFFFH）， 端必須保持低電平（接地）。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)。如 端為高電平（接 Vcc 端）， CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。 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。 j)XTAL1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 k)XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。 廣西工學(xué)院電子信息與控制工程系測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 介紹完以上的單片機(jī)系統(tǒng)的核心芯片之后，我們采用 AT89C52來實(shí)現(xiàn)一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)能運(yùn)行起來的需求最小的系統(tǒng)，電路圖 見圖 23： 圖 23單片機(jī)最小系統(tǒng)圖 上圖由晶振電路和復(fù)位電路， AT89C52 芯片組成，構(gòu)成最小的單片機(jī)系統(tǒng)， 下面詳細(xì)介紹其中的兩個(gè)電路 。 （ 1）晶振電路 單片機(jī)工作的過程中各指令 的微操作在時(shí)間上有嚴(yán)格的次序，這種微操作的時(shí)間次序稱作時(shí)序，單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)用來為單片機(jī)芯片內(nèi)部各種微操作提供時(shí)間基準(zhǔn)， 89c52的時(shí)鐘產(chǎn)生方式有兩種，一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，一種是外部時(shí)鐘方式。內(nèi)部時(shí)鐘方式即在單片機(jī)的外部接一個(gè)晶振電路與單片機(jī)里面的振蕩器組合作用產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)，外部時(shí)鐘方式是把外部已有的時(shí)鐘信號(hào)引入到單片機(jī)內(nèi)，此方式常用于多片 89C52單片機(jī)同時(shí)工作，以便于各單片機(jī)的同步，一般要求外部信號(hào)高電平的持續(xù)時(shí)間大于 12MHz的方波。對(duì)于 CHMOS工藝的單片機(jī)，外部時(shí)鐘要由 XTAL1端引入，而 XTAL2端應(yīng)懸空。 本系統(tǒng)中為了盡量降低功耗的原則，采用了內(nèi)部時(shí)鐘方式。 電路圖見圖 24： 廣西工學(xué)院電子信息與控制工程系測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 圖 24晶振電路圖 在 89C52單片機(jī)的內(nèi)部有一個(gè)震蕩電路， 只要在單片機(jī)的 XTAL1 和 XTAL2引腳外接石英晶體（簡(jiǎn)稱晶振）就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)，圖中電容器 C1 和 C2穩(wěn)定頻率和快速起振，電容值在 5— 30pF，典型值是22pF，晶振 CYS選擇的是 12MHz。 （ 2）復(fù)位電路 ① 復(fù)位的意義 單片機(jī)開始工作的時(shí)候，必須 處于一種確定的狀態(tài)，否則，不知哪是第一條程序和如 何開始運(yùn)行程序。 端口線電平和輸入輸出狀態(tài)不確定可能使外圍設(shè)備誤動(dòng)作，導(dǎo)致嚴(yán)重事故的發(fā)生；內(nèi)部一些控制寄存器（專用寄存器）內(nèi)容不確定可能導(dǎo)致定時(shí)器溢出、程序尚未開始就要中斷及串口亂傳向外設(shè)發(fā)送數(shù)據(jù) ?? 因此，任何單片機(jī)在開始工作前，都必須進(jìn)行一次復(fù)位過程，使單片機(jī)處于一種確定的狀態(tài)。 ② 復(fù)位電路原理 當(dāng)在 89C52單片機(jī)的 RST引腳引入高電平并保持 2個(gè)機(jī)器周期時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作（若該引腳持續(xù)保持高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)）。 實(shí)際應(yīng)用中，復(fù)位操作有兩種基本形式：一種是上電復(fù)位，另一種是上電與按鍵均有效的復(fù)位，上電復(fù)位 見圖 35， 要求接通電源后，單片機(jī)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。常用的上電復(fù)位電路如 下 圖所示。上電瞬間 RST 引腳獲得高電平，隨著電容 C1的充電， RST引腳的高電平將逐漸下降。 廣西工學(xué)院電子信息與控制工程系測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 圖 25上電復(fù)位電路圖 RST引腳的高電平只要能保持足夠的時(shí)間（ 2個(gè)機(jī)器周期），單片機(jī)就可以進(jìn)行復(fù)位操作。該電路典型的電阻和電容參數(shù)為：晶振為 12MHz 時(shí)， C1 為 22uF：R1為 ?K ； 振 為 6MHz時(shí)， C1為 22uF， R1為 1 ?K 。 本設(shè)計(jì)中復(fù)位電路采用的是開關(guān)復(fù)位電路，開關(guān) S9未按下是上電復(fù)位電路，上電復(fù)位電路在上電的瞬間，由于電容上的電壓不能突變，電容處于充電（導(dǎo)通）狀態(tài)，故 RST腳的電壓與 VCC相同。隨著電容的充電， RST腳上的電壓才慢慢下降。選擇合理的充電常數(shù)，就能保證在開關(guān)按下時(shí)是 RST端有兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平從而使 AT89C52 內(nèi)部復(fù)位。開關(guān)按下時(shí)是按鍵手動(dòng)復(fù)位電路， RST端通過電阻與 VCC電源接通，通過電阻的分壓就可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的復(fù)位。電路圖 見圖26： 廣西工學(xué)院電子信息與控制工程系測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 圖 26復(fù)位電路圖 (1)從傳感器過來的電壓信號(hào)，必須放大，濾波，采集，轉(zhuǎn)換才能被 MCU 識(shí)別和 處理。由于假若每一路都設(shè)置放大、濾波等 器件，那么成本會(huì)很大，所以信號(hào)的采集一般用多路模擬通路進(jìn)行選擇。 然而選擇多路模擬開關(guān)時(shí)必須考慮以下的幾個(gè)因素：通道數(shù)量、切換速度、開關(guān)電阻和器件的封裝形式?？傊?dāng)?shù)據(jù)采集與硬件的選擇有很大的關(guān)系。 （ 2） 甲醛傳感器的選擇 甲醛傳感器由甲醛探頭 CH20 傳感器組成。 甲醛傳感器 /甲醛模塊（ CH2O 傳感器）詳細(xì)介紹 如下 表 23： (3)測(cè)量電路 測(cè)量電路由 CH20/S10甲醛傳感器， ADC0832 組成。 甲醛傳感器由甲醛探頭和 CH20 傳感器組成。當(dāng)空氣被內(nèi)部的采樣系統(tǒng)吸收后，產(chǎn)生一個(gè)與甲醛濃度成正比的電壓信號(hào)， 該電壓信號(hào)經(jīng) AD0832與 AT89C52單片機(jī)相連，在顯示器上顯示出甲醛的濃度值，當(dāng)超過國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)報(bào)警。 廣西工學(xué)院電子信息與控制工程系測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 表 23 傳感器參數(shù)表