【正文】 1）.單片機的概念和特點 現(xiàn)代社會中，盡管PC機的應用已經(jīng)相當普遍，但是，在工控領(lǐng)域，在日益追求小而精、輕而薄的自動化控制器、自動化儀器儀表、家電產(chǎn)品等方面,PC機仍有所不相適宜的地方。而工業(yè)控制、儀器儀表、家電產(chǎn)品等市場廣闊，要求PC機技術(shù)與之相適應。在這種情況下，單片機應運而生了（也稱作微型計算機）。微型計算機的基本機構(gòu)是由中央處理器、儲存器、和I/O設備構(gòu)成的。所謂的單片機是指將微型計算機3個單元的多個分體中的主要功能用1個集成電路芯片來實現(xiàn)，該芯片具有一個微型計算機的基本功能。這種超大規(guī)模集成電路芯片即稱為單片微型計算機，通常簡稱單片機。單片機具有以下特點：(1) 受集成度限制，片內(nèi)存儲容量較小，一般8位單片機的ROM小于8/16K字節(jié)，RAM小于256字節(jié)，但可在外部擴展，通常ROM、RAM可分別擴展至64K字節(jié)。(2) 可靠性好。芯片本身是按工業(yè)測控環(huán)境要求設計的，其抗工業(yè)噪聲干擾優(yōu)于一般通用CPU；程序指令及常數(shù)、表格固化在ROM中不易破壞；許多信號通道均在一個芯片內(nèi)，故可靠性高。(3) 易擴展。片內(nèi)具有計算機正常運行所必需的部件。芯片外部有許多供擴展用的三總線及并行、串行輸入/輸出管腳，很容易構(gòu)成各種規(guī)模的計算機應用系統(tǒng)。(4) 控制功能強。為了滿足工業(yè)控制要求，一般單片機的指令系統(tǒng)中具有極豐富的條件分支轉(zhuǎn)移指令、I/O口的邏輯操作以及位處理功能。一般說來，單片機的邏輯控制功能及運行速度均高于同一檔次的微處理器。(5) 一般單片機內(nèi)無監(jiān)控程序或系統(tǒng)通用管理軟件，只放置有用戶調(diào)試好的應用程序。但近年來也開始出現(xiàn)了在片內(nèi)固化有BASIC解釋程序的單片機[4]。2）. 單片機的發(fā)展與趨勢由于單片機具有以上特點，因此在工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集、智能儀器儀表、智能化設備和各種家用電器等領(lǐng)域得到廣泛的應用。隨著微電子工藝水平的提高，近十年來單片微型計算機有了飛速的發(fā)展。歸納起來，它是沿著兩條路發(fā)展的：216。 改進集成電路制造工藝，提高芯片的工作速度，降低工作電壓和降低功耗：216。 在保留共同的CPU體系結(jié)構(gòu)，最基本的外設裝置（如異步串行口，定時器等）和一套公用的指令系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同的應用領(lǐng)域，把不同的外設裝置集成到芯片內(nèi)，在同一個家族內(nèi)繁衍滋生出各種型號的單片機。近年來，單片機的生產(chǎn)廠家在單片機設計上采用了各種提高可靠性的新技術(shù)，主要表現(xiàn)在一下幾點：(1) EFT(Electrical Fast Transient)技術(shù)(2) 低噪音布線技術(shù)及驅(qū)動技術(shù)(3) 采用低頻時鐘單片機在目前的發(fā)展形勢下，表現(xiàn)出幾大趨勢：l 可靠性及應用水平越來越高，和internet連接已是一種明顯的走向；l 所集成的部件越來越多；l 功耗越來越低；l 和模擬電路結(jié)合越來越多。3）.單片機選擇(1)本系統(tǒng)采用單片機為控制核心。單片機/MCU主要有51基本型和52增強型，而相比之下52型比51型功能更為強大，ROM和RAM存儲空間更大，52還兼容51指令系統(tǒng)。(2)AT89C52介紹AT89C52是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含8K bytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器(PEROM)和256K bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度，非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，與標準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存儲單元，功能強大，AT89C52單片機適合于許多較為復雜控制應用場合。主要性能參數(shù)：l 與MCS51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容l 8K字節(jié)可重擦寫FLASH閃存存儲器l 1000次寫/擦循環(huán)l 時鐘頻率：0Hz—24MHzl 三級加密存儲器l 256字節(jié)內(nèi)部RAMl 32個可編程I/O口線 l 3個16位定時/計數(shù)器 l 6個中斷源l 可編程串行UART通道l 低功耗的空閑和掉電模式 l 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 圖31 引腳圖 單片機最小系統(tǒng)的實現(xiàn)介紹完以上的單片機系統(tǒng)的核心芯片之后，我們采用AT89C52來實現(xiàn)一個單片機系統(tǒng)能運行起來的需求最小的系統(tǒng)，電路圖見圖32：圖32 單片機最小系統(tǒng)圖上圖由晶振電路和復位電路，AT89C52芯片組成，構(gòu)成最小的單片機系統(tǒng)， 下面詳細介紹其中的兩個電路。（1）晶振電路單片機工作的過程中各指令的微操作在時間上有嚴格的次序，這種微操作的時間次序稱作時序，單片機的時鐘信號用來為單片機芯片內(nèi)部各種微操作提供時間基準，89c52的時鐘產(chǎn)生方式有兩種，一種是內(nèi)部時鐘方式，一種是外部時鐘方式。內(nèi)部時鐘方式即在單片機的外部接一個晶振電路與單片機里面的振蕩器組合作用產(chǎn)生時鐘脈沖信號，外部時鐘方式是把外部已有的時鐘信號引入到單片機內(nèi)，此方式常用于多片89C52單片機同時工作，以便于各單片機的同步。對于CHMOS工藝的單片機，外部時鐘要由XTAL1端引入，而XTAL2端應懸空。本系統(tǒng)中為了盡量降低功耗的原則，采用了內(nèi)部時鐘方式。電路圖如圖33：圖33 晶振電路圖在89C52單片機的內(nèi)部有一個震蕩電路，只要在單片機的XTAL1和XTAL2引腳外接石英晶體（簡稱晶振）就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機內(nèi)部產(chǎn)生時鐘脈沖信號，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）復位電路復位的意義：片機開始工作的時候，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備誤動作，導致嚴重事故的發(fā)生；內(nèi)部一些控制寄存器（專用寄存器）內(nèi)容不確定可能導致定時器溢出、程序尚未開始就要中斷及串口亂傳向外設發(fā)送數(shù)據(jù)……..因此，任何單片機在開始工作前，都必須進行一次復位過程，使單片機處于一種確定的狀態(tài)。復位電路原理：當在89C52單片機的RST引腳引入高電平并保持2個機器周期時，單片機內(nèi)部就執(zhí)行復位操作（若該引腳持續(xù)保持高電平，單片機就處于循環(huán)復位狀態(tài)）。實際應用中，復位操作有兩種基本形式：一種是上電復位，另一種是上電與按鍵均有效的復位，上電復位位見圖34，要求接通電源后，單片機自動實現(xiàn)復位操作。常用的上電復位電路如下圖所示。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。圖34 上電復位電路圖RST引腳的高電平只要能保持足夠的時間（2個機器周期），單片機就可以進行復位操作。該電路典型的電阻和電容參數(shù)為：晶振為12MHz時，C1為22uF： ；振為6MHz時，C1為22uF，R1為1.本設計中復位電路采用的是開關(guān)復位電路，開關(guān)S9未按下是上電復位電路，上電復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)按下時是RST端有兩個機器周期以上的高電平從而使AT89C52內(nèi)部復位。開關(guān)按下時是按鍵手動復位電路，RST端通過電阻與VCC電源接通，通過電阻的分壓就可以實現(xiàn)單片機的復位。復位電路圖如圖35： 圖35 復位電路圖 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)從傳感器過來的電壓信號，必須放大，濾波，采集，轉(zhuǎn)換才能被MCU識別和處理。由于假若每一路都設置放大、濾波等器件，那么成本會很大，所以信號的采集一般用多路模擬通路進行選擇。然而選擇多路模擬開關(guān)時必須考慮以下的幾個因素：通道數(shù)量、切換速度、開關(guān)電阻和器件的封裝形式?？傊當?shù)據(jù)采集與硬件的選擇有很大的關(guān)系[4]。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）詳細介紹如下表33：MQ5氣體傳感器的選擇：MQ5氣體傳感器由微型AL2O3陶瓷管、SnO2敏感層,測量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件組成。MQ5氣體傳感器詳細介紹如下表34。(3)測量電路測量電路由CH20/S10甲醛傳感器，MQ5氣體傳感器，ADC0832組成。 甲醛傳感器由甲醛探頭和CH20傳感器組成。當空氣被內(nèi)部的采樣系統(tǒng)吸收后，產(chǎn)生一個與甲醛濃度成正比的電壓信號， 該電壓信號經(jīng)AD0832與AT89C52單片機相連，在顯示器上顯示出甲醛的濃度值，當超過國家規(guī)定的標準時報警。MQ5傳感器通過+熱氣對敏感層加熱，當有煙霧性煤氣接觸單敏感層會產(chǎn)生電壓信號經(jīng)AD0832與AT89C52單片機相連超過國家規(guī)定的標準時報警。表33甲醛傳感器參數(shù)表名稱甲醛傳感器 CH2O/S10:測量范圍0 10 ppm最大負荷50ppm工作壽命空氣中3年輸 出1200177。300nA/ppm420mA(甲醛模塊分辨率 ppm溫度范圍20