【正文】 換信息。 AT89C51 單片機(jī)內(nèi)部總線是單總線結(jié)構(gòu)，即數(shù)據(jù)總線和地址總線是公用的。 總線是用于傳送信息的公共途徑。 AT89C51 的中斷系統(tǒng)主要由中斷源、中斷允許控制器 IE、中斷優(yōu)先級控制器IP、定時控制器 TCON（中斷標(biāo)志寄存器）等構(gòu)成， IE、 IP、 TOCN 均為 SFR 特殊功能寄存器。當(dāng)定時或計數(shù)溢出時還可以申請中斷。 AT89C51 內(nèi)部有兩個 16 位可編程定時器 /計數(shù)器。 I/O 端口 AT89C51 有一個全雙工的可編程串行 I/O 端口，它利用了 P3 口的第二功能，即將 引腳作為串行數(shù)據(jù)的發(fā)送線 TXD，將 引腳作為串行數(shù)據(jù)的接收線RXD。每個并行 I/O 端口內(nèi)部都有一個 8位數(shù)據(jù)輸出鎖存器（即特殊功能寄存器 SFR 中的 P0~P3），一個輸出驅(qū)動器和一個 8位輸入緩沖器。 AT89C51 單片機(jī)對外部電路進(jìn)行控制或交換信息都是通過 I/O 端口 進(jìn)行的。它們的邏輯空間是分開的，并有各自的尋址機(jī)構(gòu)和尋址方式。 專用寄存器組主要用來指示當(dāng)前要執(zhí)行指令的內(nèi)存地址，存放特定的操作數(shù)，指示指令運(yùn)行的狀態(tài)等。 定時控制邏輯中定時部件用來產(chǎn)生脈沖序列和多種節(jié)拍脈沖。當(dāng)遇到轉(zhuǎn)移指令或子程序調(diào)用指令時， PC 內(nèi)容會被指定的地址取代，實現(xiàn)程序轉(zhuǎn)移?？刂破髦饕沙绦蛴嫈?shù)器 PC、指令寄存器 IR、指令譯碼器 ID 和定時控制邏輯電路等構(gòu)成。若要改變 RS RS0 的狀態(tài)，可用位操作指令或數(shù)據(jù)傳送指令。 RS1和 RS0的四種狀態(tài)組合就是用來確定四組工作寄存器的實際物理地址的。 ③用戶標(biāo)志位 F0：是用戶定義的一個狀態(tài)標(biāo)志位，根據(jù)需要可以用軟件來使它置位或清除。若有則 CY=1，若沒有則 CY=0。 （ 3）暫存寄存器（ TMP TMP2）：用來存放參與算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的另一個操作數(shù)，它對用戶不開放。 （ 1）算術(shù)邏輯單元（ ALU）： AT89C51 中的 ALU 由加法器和一個布爾處理器組成（圖中未具體畫出）。為了更詳細(xì)地了解 AT89C51 內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，現(xiàn)將其分成中央處理器（ CPU）、存儲器、 I/O 端口、定時器 /計數(shù)器、中斷系統(tǒng)和內(nèi)部總線六部分加以介紹。其封裝形式有兩種：雙列直插封裝（ DIP）形式和方形封裝形式，如圖 所示。掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)容。 5個中斷源 三級加密程序存儲器 與 MCS51 產(chǎn)品指令系統(tǒng)兼容 V1隨氣體濃度變化，其關(guān)系為： V1= F（ c）≈ VH RL Cm∕ 10n 其中： C為氣體濃度； m 、 n — 由傳感器及氣體決定的常數(shù)，且 m1； VH— 工作電壓； VD— 燈絲加熱電壓。它適合檢測天然氣，煤氣，液化石油氣，氫氣，一氧化碳，烷類氣體，烯類氣體，汽油，煤油，柴油，乙炔，氨類蒸汽，醚蒸汽及煙 霧等。 以氧化物半導(dǎo)體為基質(zhì)材料的氣敏元件，已發(fā)展為包括燒結(jié)型、厚模型、薄膜型、集成型等多種氣敏元件。 單片機(jī)系統(tǒng)中常用的 SRAM 芯片的典型型號有： 6116（ 2K 8）， 6264（ 8K 8），它們都用單一 +5V 電源供電，雙列直插封裝， 6116 為 24 引腳封裝， 6264 為 28 引腳封裝，本設(shè)計采用 6264。 靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器擴(kuò)展的選擇方案 AT89C51 單片機(jī)內(nèi)部有 128 個字節(jié) RAM。 譯碼器的選擇方案 譯碼法就是使用譯碼器 對 AT89C51 的高位地址進(jìn)行譯碼，譯碼器的譯碼輸出作為存儲器芯片的片選信號。本設(shè)計需要 6位共陰極 LED 顯示，所以采用動態(tài)顯示方式，通過擴(kuò)展 I/O 接口芯片 8255A 來實現(xiàn) 6位 LED 顯示接口電路。AD574A 片內(nèi)配有三態(tài)輸出緩沖電路，因 而可直接與各種典型的 8 位或 16 位的微處理器連接，而無須附加邏輯接口電路，且能與 CMOS 及 TTL 電平兼容。 AT89C51 單片機(jī)與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) MCS51系列單片機(jī)的指令組和引腳是兼容的，因而可以替代 MCS51 系列單片機(jī)使用。 CPU 的選擇 本設(shè)計采用美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的 8 位 高性能單片機(jī) AT89C51。 OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，低電平有效。 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 電子信息系 11 表 22 74L373功能表 圖 74LS373引腳 其引腳的功能如下： D7— D0： 8位數(shù)據(jù)輸入線。 74LS373 用于鎖存由 AT89C51P0輸出的多路開關(guān)選 通信號。但是，其選擇性和穩(wěn)定性存在一定問題，溫度、濕度對其特性都有較大的影響。又由于 Rn ≥ Rs ，故晶體電阻以晶間電阻 Rn 等效。當(dāng)濃度超限時蜂鳴報警，以便工作人員采取措施以防損失。本設(shè)計需要 6位共陰極 LED 顯示，所以采用動態(tài)顯示方式，通過擴(kuò)展 I/O 接口芯片 8255A 來實現(xiàn) 6位 LED 顯示接口電路。AD574A 片內(nèi)配有三態(tài)輸出緩沖電路，因而可直接與各種典型的 8 位或 16 位的微處理 器連接，而無須附加邏輯接口電路，且能與 CMOS 及 TTL 電平兼容。運(yùn)算放大電路采用斬波穩(wěn)零運(yùn)算放大器 ICL7650，其特點(diǎn)是超低失調(diào)和超低漂移，高增益、高輸入阻抗，其放大倍數(shù)在 100 倍以內(nèi)。 AT89C51 單片機(jī)的主要技術(shù)優(yōu)勢是內(nèi)部含有可編程 Flash 存儲器，用戶可以很方便地進(jìn)行程序的擦寫操作，在嵌入式控制領(lǐng)域中被廣泛的應(yīng)用。圖 ： 其中： 1 為氣敏 傳感器及測量電路 ?；谲浖姆椒ㄒ话愣伎梢杂糜?SCADA 系統(tǒng)提供的平臺上，這類方法逐步成為目前泄漏檢測和定位方乏的主流。這類方法的普遍缺點(diǎn)是不能連續(xù)檢測管道（聲波法出外），而實際管道發(fā)生泄漏是無法預(yù)知的，在每時刻管道的每一點(diǎn)都需要進(jìn)行監(jiān)測，所以它們一般不作為主要管道的檢測手段。 空氣采樣法精度高、定位準(zhǔn)確，但是無法實現(xiàn)連續(xù)檢測，而且設(shè)備昂貴，所以一般只作為輔助手段來使用。 從空氣中采樣，用儀器進(jìn)行檢測，當(dāng)空氣中泄漏氣體的濃度超過一定限度時就進(jìn)行報警，這就是空氣采樣法的基本原理。 長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 電子信息系 4 早期的管道大多采用人工分段巡視的方法。 天然氣的使用給人們的生活帶來了極大的方便 ,但作為天然氣的生產(chǎn)和存貯部門 ,對安全生產(chǎn)提出了嚴(yán)格的 要求 .本裝置是對 2 個貯氣罐 ,而每個罐有 8 個點(diǎn)需要對其泄漏的濃度進(jìn)行在線巡測顯示 ,并且當(dāng)濃度超限時報警 ,提醒工作人員采取措施 . 氣體泄漏巡環(huán)檢測和定位的主要方法 管道泄漏檢測技術(shù)從不同的側(cè)重點(diǎn)出發(fā)可以有不同的分類方法：從測量方式可分為外部監(jiān)測法和內(nèi)部監(jiān)測法；從監(jiān)測是管 道的運(yùn)行狀態(tài)來看可分為靜態(tài)方法和動態(tài)方法；從采用的技術(shù)來看可以分為基于硬件的方法和基于軟件的方法。 本次 設(shè)計就是選用性能 /價格比較高的 AT89C51 作為微控制器的核心，氣敏傳感器為檢測元件的濃度巡測系統(tǒng)。簡單應(yīng)用系統(tǒng)是指它在家用電器或儀器儀表中的應(yīng)用，其特點(diǎn)是沒有人機(jī)對話，功能、程序和運(yùn)行參數(shù)均可固化在 ROM 中；常規(guī)應(yīng)用系統(tǒng)常用于過程控制，通常配有一個鍵盤和若干 I/O 端口，用以實現(xiàn)對被控對象進(jìn)行監(jiān)視和控制；高級應(yīng)用系統(tǒng)是指單片機(jī)在分布式計算機(jī)系統(tǒng)或計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。 現(xiàn)代工業(yè)自動化不斷的發(fā)展，單片機(jī)廣泛用于工業(yè)控制中。 目前，我國許多工礦企業(yè)，絕大多數(shù)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)測還是采用分散的模擬或數(shù)字儀表來進(jìn)行計量與監(jiān)測。如日本費(fèi)加羅公司推出了檢測（ 0 1～ 10） 10－ 6 硫化氫低功耗氣體傳感器，美國 IST 提供了壽命達(dá) 10 年以上的氣體傳感器，美國 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。美國國際傳感器技術(shù)（ IST）公司應(yīng)用一種 MegaCas傳感器和微程序控制單元，可檢測 100 種以上毒性氣體和可燃性氣體，通過其 氣體檢索 功能掃描，能很快確定是哪一種氣長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 電子信息系 2 體。報警器 種類也相當(dāng)繁多，有用于一般家庭、集體住宅、飲食餐店、醫(yī)院、學(xué)校、工廠的各種氣體報警器和系統(tǒng)，有單體分離型報警器、外部報警系統(tǒng)、集中監(jiān)視系統(tǒng)、遮斷連動系統(tǒng)、防止中毒報警防護(hù)系統(tǒng)等。因此，在石油天然氣以及其他燃?xì)鈾z測中有著重要的地位。由于管道設(shè)備的老化、地理、氣候條件的影響以及人為的破壞，經(jīng)常會造成泄漏事故的發(fā)生。人類在利用天然氣的過程中也嘗到了它的苦頭。氣體濃度檢測是一種常見的檢測氣體泄漏的方法，具有高效、經(jīng)濟(jì)、 便于管理等多項優(yōu)點(diǎn)。美國目前已有 6 個州立法，規(guī)定家庭、公寓等都要安裝 CO報警器。美國工業(yè)科學(xué)公司（ ISC）一臺攜帶式氣體監(jiān)控儀可實現(xiàn) 4 種氣體監(jiān)測，采用了統(tǒng)一的軟件，只需要換氣體傳感器，即可實現(xiàn)對特定氣體監(jiān)測。 目前，氣體傳感器的發(fā)展趨勢集中表現(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)。 國內(nèi)現(xiàn)狀與差距 ： 總的看來，我國氣敏元件傳感器及其應(yīng)用于天然氣巡檢的技術(shù)有了較快進(jìn)展，但與國外先進(jìn)水平仍有較大的差距，主要是產(chǎn)品制造技術(shù)、產(chǎn)業(yè)化及應(yīng)用等方面的差距，與日本比較仍要落后 10 年。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，特別是單片微型計算機(jī)的出現(xiàn)，對被測對象采用功能強(qiáng)、體積小、價格低的濃度在線巡測顯示裝置成為現(xiàn)實。 從應(yīng)用規(guī)模上分，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)可以分為簡單應(yīng)用系統(tǒng)、常規(guī)應(yīng)用系統(tǒng) 和長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 電子信息系 3 高級應(yīng)用系統(tǒng)三類。從而能夠大大提高產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量。 ； RL=2K ；精度可達(dá)萬分之一；檢測范圍是 50020210PPM。根據(jù)其原理可以分為以下幾種。人工巡視法的缺點(diǎn)是在于依賴檢測者的經(jīng)驗，檢測速度慢，無法連續(xù)檢測，目前已基于被其他方法所取代。其最大優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，可燃?xì)怏w監(jiān)測器是一類監(jiān)測可燃?xì)怏w的獨(dú)立傳感器，它通過催化氧化 原理產(chǎn)生與可燃?xì)怏w濃度超過預(yù)設(shè)定值時，由繼電器驅(qū)動信號進(jìn)行報警。通過檢測泄漏聲波信號，尋找信號的最大點(diǎn)即可進(jìn)行泄漏定位。 SCADA 系統(tǒng)實時采集管道流量、壓力等參數(shù) ，并且使用各種算法進(jìn)行實時分析處理，以此來進(jìn)行泄漏監(jiān)測和定位。本設(shè)計有信號采集系統(tǒng)、 A/D 轉(zhuǎn)換裝置， CPU 控制單元、顯示單元、報警裝置等幾部分組成。 圖 本設(shè)計采用美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的 8 位高性能單片機(jī) AT89C51，它與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MCS51系列單片機(jī)的指令組和引腳 是兼容的，因而可以替代 MCS51系列單片機(jī)使用。CD4051 為單端 8 通道低價格模擬開關(guān)，性能穩(wěn)定，它與地址鎖存器 74LS373 和譯碼器 74LS138 組成采集電路用于對 16 個檢測點(diǎn)進(jìn)行信號采集。它的轉(zhuǎn)換速度最大為 35us，轉(zhuǎn)換精度≤ %，是目前我國市場應(yīng)用最廣泛、價格適中的 A/D 轉(zhuǎn)換器。 LED 顯示器有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種顯示方式。 本設(shè)計信號調(diào)理部分在軟件部分實現(xiàn)，在設(shè)計中報警部分選了個使用而又簡單 的蜂鳴報警程序。 SnO2 是由許多晶粒組成的 N 型多晶體，其內(nèi)部的電阻值可以等效為三種：晶粒與晶粒之間的 晶間電阻 Rn 、單個晶粒的表面電阻 Rs 和單個晶粒的體電阻 Rb ，三類等效電阻串聯(lián)連接；其中體電阻不受吸附氣體的影響，而表面電阻 Rs 和晶間電阻 Rn 的阻值則隨吸附氣體的濃度而變化。 電阻式氣敏傳感器具有靈敏度高、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。 工作原理 ICL7650 利用動態(tài)校零技術(shù)消除了 CMOS 器件固有的失調(diào)和漂移 . 從而擺脫了傳統(tǒng)斬波穩(wěn)零電路的束縛 ,克服了傳統(tǒng)斬波穩(wěn)零放大器的這些缺點(diǎn) .ICL7650 的工作原理如圖 23 所示 ,.圖中 MAIN 是主放大器 (CMOS 運(yùn)算放大器 ),NULL 是調(diào)零放大器 (CMOS 高增益運(yùn)算放大器 ). 電路通過電子開關(guān)的轉(zhuǎn)換來進(jìn)行兩個階段工作 . 第一是在內(nèi)部時鐘 (OSC) 的上半周期 .電子開關(guān) A 和 B 導(dǎo)通 .,A 和 C 斷開 . 電路處于誤差檢測和寄存階段 .第二是在內(nèi)部時鐘的下半周期 ,電子開關(guān) A和 C 導(dǎo)通 ,A 和 B斷開 .電路處于動態(tài)校零和放大階段 .由于 ICL7650 中的 NULL 運(yùn)算放大器的增益AIN 一般設(shè)計在 100dB 左右 .因此 ,即使 主運(yùn)放 MAIN 的失調(diào)電壓 VOSN 達(dá)到 100mV 整個電路的失調(diào)電壓也僅為 1μv .由于以上兩個階段不斷交替進(jìn)行 . 電容 CN和 CM 將各自所寄存的上一階段結(jié)果送入運(yùn)放 MAIN,NULL 的調(diào)零端 .這使得圖 所示電路長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 )