【正文】 1）.單片機(jī)的概念和特點(diǎn) 現(xiàn)代社會(huì)中，盡管PC機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)普遍，但是，在工控領(lǐng)域，在日益追求小而精、輕而薄的自動(dòng)化控制器、自動(dòng)化儀器儀表、家電產(chǎn)品等方面,PC機(jī)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(chǎng)廣闊，要求PC機(jī)技術(shù)與之相適應(yīng)。在這種情況下，單片機(jī)應(yīng)運(yùn)而生了（也稱作微型計(jì)算機(jī)）。微型計(jì)算機(jī)的基本機(jī)構(gòu)是由中央處理器、儲(chǔ)存器、和I/O設(shè)備構(gòu)成的。所謂的單片機(jī)是指將微型計(jì)算機(jī)3個(gè)單元的多個(gè)分體中的主要功能用1個(gè)集成電路芯片來實(shí)現(xiàn)，該芯片具有一個(gè)微型計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)，通常簡(jiǎn)稱單片機(jī)。單片機(jī)具有以下特點(diǎn)：(1) 受集成度限制，片內(nèi)存儲(chǔ)容量較小，一般8位單片機(jī)的ROM小于8/16K字節(jié)，RAM小于256字節(jié)，但可在外部擴(kuò)展，通常ROM、RAM可分別擴(kuò)展至64K字節(jié)。(2) 可靠性好。芯片本身是按工業(yè)測(cè)控環(huán)境要求設(shè)計(jì)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(hào)通道均在一個(gè)芯片內(nèi)，故可靠性高。(3) 易擴(kuò)展。片內(nèi)具有計(jì)算機(jī)正常運(yùn)行所必需的部件。芯片外部有許多供擴(kuò)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(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。(4) 控制功能強(qiáng)。為了滿足工業(yè)控制要求，一般單片機(jī)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(jī)的邏輯控制功能及運(yùn)行速度均高于同一檔次的微處理器。(5) 一般單片機(jī)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(yīng)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(jī)[4]。2）. 單片機(jī)的發(fā)展與趨勢(shì)由于單片機(jī)具有以上特點(diǎn)，因此在工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集、智能儀器儀表、智能化設(shè)備和各種家用電器等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。隨著微電子工藝水平的提高，近十年來單片微型計(jì)算機(jī)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(jìn)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(shè)裝置（如異步串行口，定時(shí)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(yīng)用領(lǐng)域，把不同的外設(shè)裝置集成到芯片內(nèi)，在同一個(gè)家族內(nèi)繁衍滋生出各種型號(hào)的單片機(jī)。近年來，單片機(jī)的生產(chǎn)廠家在單片機(jī)設(shè)計(jì)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(diǎn)：(1) EFT(Electrical Fast Transient)技術(shù)(2) 低噪音布線技術(shù)及驅(qū)動(dòng)技術(shù)(3) 采用低頻時(shí)鐘單片機(jī)在目前的發(fā)展形勢(shì)下，表現(xiàn)出幾大趨勢(shì)：l 可靠性及應(yīng)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(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)。(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)：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(chǔ)器l 1000次寫/擦循環(huán)l 時(shí)鐘頻率：0Hz—24MHzl 三級(jí)加密存儲(chǔ)器l 256字節(jié)內(nèi)部RAMl 32個(gè)可編程I/O口線 l 3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器 l 6個(gè)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(shí)鐘電路 圖31 引腳圖 單片機(jī)最小系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)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32：圖32 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。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。電路圖如圖33：圖33 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)位電路復(fù)位的意義：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)。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)位位見圖34，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。圖34 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： ；振為6MHz時(shí)，C1為22uF，R1為1.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。復(fù)位電路圖如圖35： 圖35 復(fù)位電路圖 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)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[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(xì)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(cè)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(xì)介紹如下表34。(3)測(cè)量電路測(cè)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(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。MQ5傳感器通過+熱氣對(duì)敏感層加熱，當(dāng)有煙霧性煤氣接觸單敏感層會(huì)產(chǎn)生電壓信號(hào)經(jīng)AD0832與AT89C52單片機(jī)相連超過國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)報(bào)警。表33甲醛傳感器參數(shù)表名稱甲醛傳感器 CH2O/S10:測(cè)量范圍0 10 ppm最大負(fù)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