【正文】 在XTALXTAL2引腳上外接定時元件，內(nèi)部的振蕩電路便產(chǎn)生自激振蕩。本設(shè)計采用最常用的內(nèi)部時鐘方式，即用外接晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。電容值無嚴格要求，但電容取值對振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小、振蕩電路起振速度有少許影響，CC2可在20PF到100PF之間取值，但在60PF到70PF時振蕩器有較高的頻率穩(wěn)定性。所以本設(shè)計中，振蕩晶體選擇12MHZ，電容選擇65PF。在設(shè)計印刷電路板時，晶體和電容應(yīng)盡可能靠近單片機芯片安裝，以減少寄生電容，更好的保證振蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。為了提高溫度穩(wěn)定性，應(yīng)采用NPO電容。 復(fù)位電路AT89C51的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實現(xiàn)的。復(fù)位引腳RST通過一個斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，在每個機器周期的S5P2，斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號[4]。復(fù)位電路通常采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。最簡單的上電自動復(fù)位電路中上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實現(xiàn)的。只要VCC的上升時間不超過1MS，就可以實現(xiàn)自動上電復(fù)位。時鐘頻率用6MHZ時C取22μF，R取10KΩ。除了上電復(fù)位外，有時還需要按鍵手動復(fù)位。本設(shè)計就是用的按鍵手動復(fù)位。按鍵手動復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平復(fù)位是通過RST端經(jīng)電阻與電源VCC接通而實現(xiàn)的。時鐘頻率選用6MHZ時，C取22μF，R1取200Ω，R2取10KΩ。 最小應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計AT89C51是片內(nèi)有ROM/EPROM的單片機，因此，這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡單﹑可靠。用AT89C51單片機構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時，只要將單片機接上時鐘電路和復(fù)位電路即可，如圖21. AT89C51單片機最小系統(tǒng)所示。由于集成度的限制，最小應(yīng)用系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元[4]。其應(yīng)用特點：（1）有可供用戶使用的大量I/O口線。（2）內(nèi)部存儲器容量有限。（3）應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)具有特殊性。 AT89C51單片機最小系統(tǒng)7805集成穩(wěn)壓器典型應(yīng)用電路圖如圖 所示：電容C1用于抵消輸入線較長時的電感效應(yīng)，防止電路產(chǎn)生自激振蕩，容量取值一般小于1μF；電容C0用于消除輸出電壓中的高頻噪聲，其容值可大于或小于1μF。但若C0容值較大，一旦7805輸入端斷開，C0將從7805的輸出端向其放電，極易導(dǎo)致7805的損壞，為此在集成穩(wěn)壓器的輸入端和輸出端之間跨接一個二極管，可起到正向?qū)ǎ浑妷旱谋Ｗo作用。其中輸入電源可以用612V直流電源，滿足便攜的要求。 5V電源電路圖氣體傳感器是一種把氣體中的特定成分檢測出來，并將其轉(zhuǎn)化為電信號的器件。通常根據(jù)氣敏特性來分類，主要分為：半導(dǎo)體氣敏傳感器、固體電解質(zhì)氣敏傳感器、接觸燃燒式氣敏傳感器、電化學(xué)式氣敏傳感器、光學(xué)式氣敏傳感器、高分子氣敏傳感器、導(dǎo)熱式傳感器等，下面是幾種目前技術(shù)成熟、應(yīng)用廣泛的氣敏傳感器[5]。(1)半導(dǎo)體氣敏傳感器半導(dǎo)體氣敏傳感器應(yīng)用最為廣泛，它主要是以氧化物半導(dǎo)體作為基本材料，使氣體吸附在該半導(dǎo)體表面，利用由此而產(chǎn)生的電導(dǎo)率變化現(xiàn)象而制作的器件。然而，半導(dǎo)體電導(dǎo)率變化的機理，即氣敏機理是非常復(fù)雜的，事實上在某些方面尚無定論，一般認為下列六個因素會對其產(chǎn)生影響。①氣敏材料不是單晶體。②為了改善元件的選擇性和靈敏度，一般往金屬氧化物中添加催化劑，為提高元件強度還需要添加粘合劑。③利用的是物質(zhì)的表面。④元件在較高的溫度下（一般100－400℃）。⑤被測氣體種類繁多，它們各有不同的特性。⑥吸附過程本身比較復(fù)雜，既有物理型吸附，又有化學(xué)型吸附等。人們通過長期的基礎(chǔ)研究，將這些非常復(fù)雜的因素影響的氣敏現(xiàn)象，歸納成四種模式，即整體原子價控制理論、能級生成理論、表面電荷層理論、接觸粒界位壘理論，分別從不同角度來解釋不同類型半導(dǎo)體傳感器的工作原理。最常見的SNOZNO半導(dǎo)體傳感器的氣敏機理就是用能級生成理論來解釋的。該元件由涂一層半導(dǎo)體的圓筒狀陶瓷骨構(gòu)成，半導(dǎo)體有P型、N型之分，這取決于加入的金屬成分。由于還原性氣體時候容易給出電子，使得N型半導(dǎo)體中電子數(shù)目增大，載流子增加，電阻降低；當(dāng)它遇到氧化性氣體（如O2）時，由于氧化性氣體容易奪取電子，使得N型半導(dǎo)體中電子數(shù)目減少，載流子減少，電阻增大【7】。P型半導(dǎo)體傳感器中多數(shù)載流子是空穴，遇到還原性氣體時，由于還原性氣體容易給出電子，中和了部分空穴，載流子減少，電阻增大；當(dāng)它遇到氧化性氣體時，由于氧化性氣體容易奪取電子，使得空穴數(shù)目增加，載流子增加，電阻減少。(2)固體電解質(zhì)氣體傳感器固體電解質(zhì)氣體傳感器是一種以離子導(dǎo)體為電解質(zhì)的化學(xué)電池。從70年代開始，由于固體電解質(zhì)氣體傳感器導(dǎo)電率高，靈敏度和選擇性好，獲得了迅速的發(fā)展，現(xiàn)在幾乎在環(huán)保、節(jié)能、礦業(yè)、汽車工業(yè)等各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，其產(chǎn)量和應(yīng)用僅次于金屬氧化物半導(dǎo)體氣敏傳感器。該種傳感器主要分為以下三類：一類：材料中吸附由待測氣體派生的離子與電解質(zhì)中的移動離子相同的傳感器，例如氧傳感器等；二類：材料中吸附由待測氣體派生的離子與電解質(zhì)中的移動離子不相同的傳感器，例如用于測量氧氣的由固體電解質(zhì)SRF2H和PT電極組成的氣體傳感器；三類：材料中吸附由待測氣體派生的離子與電解質(zhì)中的移動離子以及材料中的固定離子都不相同的傳感器。目前開發(fā)的高質(zhì)量固體傳感器絕大多數(shù)屬于第三類。(3)接觸燃燒式氣敏傳感器接觸燃燒式氣敏傳感器的基本原理是在一根鉑絲上涂上高阻的燃燒催化劑，另一根鉑絲上以惰性氣體密封，組成阻值相等的一對元件，常稱為黑元件、白元件，有時也用其它金屬絲代替鉑絲。由這一對元件和外加的兩個固定電阻組成橋式檢測電路，在一定的橋流下，黑白元件保持在300－500℃的高溫狀態(tài)，當(dāng)可燃性氣體一旦與黑白元件接觸，就會發(fā)生無煙燃燒反應(yīng)，使鉑絲上溫度升高，電阻增大，原來平衡的電橋失去平衡，輸出一個電信號，這一電信號與可燃性氣體的濃度成線性關(guān)系，可以很容易地求出對應(yīng)的氣體濃度值，電路中白元件起環(huán)境溫度補償作用。這種元件成本低廉，性能穩(wěn)定，壽命長，便于推廣使用，但是它要消耗一定的被檢氣體。日本三菱株式會社生產(chǎn)的在線監(jiān)測儀就是用這種傳感器檢測可燃氣體的，北京電科院研制的變壓器油中溶解氫氣在線監(jiān)測儀也用了這種傳感器。(4)電化學(xué)式氣敏傳感器電化學(xué)式氣敏傳感器可以分為原電池式、定電位電解式、電量式、離子電極式四種類型。原電池式氣體傳感器通過檢測電流來檢測氣體的濃度，市場上銷售的檢測缺氧的儀器幾乎都配有這種傳感器，今年來，又開發(fā)惡劣檢測酸性氣體和毒性氣體的原電池式傳感器。定電位式傳感器是通過測量電解時流過的電流來檢測氣體的濃度，和原電池式不同的是，它需要由外界施加特定的電壓，它除了能檢測CO、NO、NOOSO2等氣體以外，還能檢測血液中氧濃度。電量式氣體傳感器是通過被測氣體與電解質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)生的電流來檢測氣體的濃度。離子電極式氣體傳感器出現(xiàn)的較早，通過測量離子極化電流來檢測氣體的濃度。電化學(xué)式氣體傳感器主要的優(yōu)點是檢測氣體的靈敏度高，選擇性好。(5)光學(xué)式氣體傳感器光學(xué)式氣體傳感器主要是以紅外線吸收式氣體分析儀為主，由于不同氣體的紅外吸收峰不同，通過測量和分析紅外吸收峰來檢測氣體。目前的最新動向是研制開發(fā)流體切換式、流程直接測定式和傅立葉變換式在線紅外分析儀。該傳感器具有高抗振能力和抗污染能力，與計算機相結(jié)合，能連續(xù)測試分析氣體，具有自動校正、自動運行的功能。光學(xué)式氣體傳感器還包括化學(xué)發(fā)光式、光纖熒光式和光纖波導(dǎo)式傳感器，其主要優(yōu)點是靈敏度高，可靠性好。(6)高分子氣敏傳感器近年來，國外在高分子氣敏材料的研究和開發(fā)上有了很大的進展。高分子氣敏材料由于具有易于操作性，工藝簡單，常溫選擇性好，價格低廉，易于與微結(jié)構(gòu)傳感器和聲表面波器件相結(jié)合，在毒性氣體和食品保鮮度等方面檢測具有重要作用。(7)導(dǎo)熱式傳感器導(dǎo)熱式傳感器的檢測電路與接觸燃燒式基本相同，將測量元件（鉑或其它金屬電阻線圈）和補償元件(以惰性氣體密封)接在橋式檢測電路中，基本工作原理是，將鉑電阻通電流加熱使之保持一定的溫度，當(dāng)待測氣體流過傳感器時，由于向待測氣體傳送熱量會造成溫度降低，不同種類，不同濃度氣體的熱導(dǎo)系統(tǒng)不同，引起的溫度變化也不同；溫度變化引起電阻值的變化，使原來平衡的電橋失去平衡，輸出一個電信號，這一信號與被測氣體的濃度有很好的線性關(guān)系。熱導(dǎo)系數(shù)是氣體的固有物理特性，所以該傳感器不會消耗被測氣體，而且不容易被氧化物腐蝕而使氣敏性能變差，具有良好的穩(wěn)定性。測量范圍大，可以測高達100％的濃度。這種傳感器的氣敏條件是待測氣體與環(huán)境氣體（空氣）的熱導(dǎo)系數(shù)有很大的差別，一些和空氣熱導(dǎo)系數(shù)相近的氣體（CO、NO2等）就無法測量。常規(guī)色譜儀中所用的熱導(dǎo)池監(jiān)測器（TCD）的氣敏原理與這種傳感器類似。，是選擇傳感器的重要依據(jù)。 各種氣敏傳感器可檢測氣體的種類傳感器種類H2COCO2CH4C2H4,C2H2,C2H6半導(dǎo)體能能能能能接觸燃燒能不太好不能能能電化學(xué)能能能不能不能導(dǎo)熱能能能能能 各種氣敏傳感器性能比較半導(dǎo)體 接觸燃燒式 電化學(xué)式 導(dǎo)熱式靈敏度非常好好非常好差測量精度好非常好好好選擇性好不太好好差響應(yīng)速度非常好好不太好好長期穩(wěn)定性好好差好維修性非常好好差好經(jīng)濟性非常好非常好好好本課題選用的是MQ3型氣敏傳感器。其有很高的靈敏度、良好的選擇性、長期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性。MQ3型氣敏傳感器由微型A12 O3 陶瓷管和SNO2 敏感層、測量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼的腔體內(nèi)，加熱器為氣敏元件的工作提供了必要的工作條件。傳感器的標(biāo)準回路有兩部分組成。其一為加熱回路，其二為信號輸出回路，它可以準確反映傳感器表面電阻值的變化 傳感器的表面電阻RS的變化，是通過與其串聯(lián)的負載電阻RL上的有效電壓信號URL 輸出面獲得的 二者之間的關(guān)系表述為：RS／RL=(UC—URL)／URL，其中UC為回路電壓為10V。加熱電壓UH為5V。上述這些參數(shù)使得傳感器輸出電壓為05V。，傳感器阻值變化率與酒精濃度、。為了使測量的精度達到最高，誤差最小，需要找到合適的溫度，一般在測量前需將傳感器預(yù)熱5分鐘[6]。 氣敏傳感器的結(jié)構(gòu)圖與符號圖 、外界溫度之間的關(guān)系，它是由塑料底座、電極引線、氣敏元件、加熱器、雙層不銹鋼網(wǎng)（防爆用）組成，一般情況下，它的引線是6個，其中兩個A及兩個B各自相連后成為氣敏元件的引線，H兩端為加熱器引線，H接加熱電壓5V，A或者B接回路電壓5V，它們之間為氣敏電阻；，圖中給出了不同氣體不同濃度時RS/R0值的變化規(guī)律。其中R0為元件在潔凈空氣中的電阻值，RS為元件在不同氣體，不同濃度下的電阻值。 AD轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計ADCO809芯片為八通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可以將八個通道輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)換為8位二進制數(shù)，該芯片采用28引腳雙列直插式封裝。ADC0809芯片引腳如圖52所示。IN0~IN7為模擬量輸入通道。ADDC、ADDB、ADDA為地址線，用于對模擬通道進行選擇，在與單片機的連接關(guān)系中，、[7]。CLOCK為時鐘信號，ADC0809的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號由外界提供，在電路連接中，由單片機輸出的信號ALE經(jīng)過D觸發(fā)器74LS74構(gòu)成的分頻器，送給ADC0809時鐘輸入端CLOCK。START為轉(zhuǎn)換啟動信號。START上跳沿時，所有內(nèi)部寄存器清0。START下跳沿時，開始進行A/D轉(zhuǎn)換。在A/D轉(zhuǎn)換期間，START應(yīng)保持低電平。MSB2L~LSB28為數(shù)據(jù)輸出線，三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機的數(shù)據(jù)線直接相連。EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號。當(dāng)EOC=0時，正在進行轉(zhuǎn)換。當(dāng)EOC=1時，轉(zhuǎn)換結(jié)束。該狀態(tài)信號既可作為查詢的狀態(tài)標(biāo)志，又可以作為中斷請求信號使用。OUTPUT ENABLE為輸出允許信號，用 ADC0809引腳圖于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。當(dāng)OUTPUT ENABLE=0時，輸出數(shù)據(jù)線呈高電阻。當(dāng)OUTPUT ENABLE=1時，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。八路模擬信號通道選擇C、B、再經(jīng)過74LS373鎖存器的輸出。，經(jīng)或非門后送給轉(zhuǎn)換啟動信號START和地址鎖存信號ALE，另一方面同讀控制信號RD一 起，經(jīng)或非門后送給轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出允許信號OUTPUT ENABLE，因此啟動A/D轉(zhuǎn)換需完成寫操作，轉(zhuǎn)化結(jié)束取轉(zhuǎn)換結(jié)果時需完成讀操作。 數(shù)據(jù)采集硬件連接8279對鍵盤部分提供一種掃描工作方式，能對64個按鍵鍵盤陣列不斷掃描，自動消抖，自動識別出閉合的鍵并得到鍵號，能對雙鍵或N鍵同時按下進行處理。顯示部分為顯示器提供了按掃描方式工作的顯示接口，可以顯示多達16位的字符或數(shù)字。傳感器輸出的信號經(jīng)ADCO809和單片機采集、處理后輸出的信號為BCD碼形式，它經(jīng)過8279及顯示電路處理后送人LCD顯示。此外，酒精濃度監(jiān)測儀的閾值濃度的設(shè)置是由鍵盤輸人的，因此需有一個鍵盤/顯示器接口電路。鍵盤有兩種工作方式:編碼式鍵盤和非編碼式鍵盤。當(dāng)鍵盤中某一個按鍵被按下時，鍵盤編碼器會自動產(chǎn)生相對應(yīng)的按鍵代碼，并輸出一選通脈沖信號與CPU進行信息聯(lián)絡(luò)。編碼式鍵盤使用很方便，目前已有數(shù)種大規(guī)模集成電路鍵盤編碼器出售，例MM5740AA芯片就是一種專用于64鍵打字機的鍵盤編碼器，其輸出為ASCⅡ碼。非編碼鍵盤不含編碼器，當(dāng)某鍵被按下時，鍵盤只能送出一個簡單的閉合信號，對應(yīng)的按鍵代碼的確定必須借助于軟件來完成。顯然，非編碼鍵盤的軟件是比較復(fù)雜的，并且要占用較多的CPU時間，這是非編碼鍵盤的不足之處。但非編碼鍵盤可以任意組