【正文】 內(nèi)部都有一個(gè) 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(gè)輸出驅(qū)動(dòng)器和一個(gè) 8位輸入緩沖器。 AT89C51 內(nèi)部有兩個(gè) 16 位可編程定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器。 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(jí)控制器IP、定時(shí)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。 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。在訪問(wèn)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(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。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)來(lái)低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（ I）。 AT89C51 單片機(jī)的電源線有以下兩種： （ 1） VCC ： +5V 電源線 （ 2） VSS ：接地線 （ 1） RST：復(fù)位輸入。欲使 CPU 僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為 0000H—— FFFFH）， EA 端必須得保持低電平（接地）。 X T A 2G N DX T A 1G N DX T A 1X T A 2外 部 震 蕩信 號(hào) 輸 入外 部 震 蕩 電 路內(nèi) 部 震 蕩 電 路 圖 時(shí)鐘電路圖 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 電子信息系 27 外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容 C C2 接在放大器的反饋回路中構(gòu) 成并聯(lián)振蕩電路，對(duì)外電容 C C2 雖然沒(méi)有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，我們推薦電容使用 30pF+/10pF，而如使用陶瓷諧振器建議選擇 40pF+/10F。復(fù)位后， PC 程序計(jì)數(shù)器的內(nèi)容為 0000H。轉(zhuǎn)換速度最大為 35us，轉(zhuǎn)換精度≤ %，是目前我國(guó)市場(chǎng)應(yīng)用最廣泛、價(jià)格適中的 A/D 轉(zhuǎn)換器。 10V 的模擬輸入。 （ 7） 低功耗：典型功耗為 390mW。因此當(dāng)采用兩次讀數(shù) 12 位數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng) 遵循左對(duì)齊原則。 REF IN（ 10）：內(nèi)部解碼網(wǎng)絡(luò)所需參考電壓輸入端。轉(zhuǎn)換開(kāi)始時(shí)， STS 達(dá)到高電平轉(zhuǎn)換過(guò)程中保持高電平。 12/8=1，對(duì)應(yīng) 12 位并行輸出； 12/8=0 則對(duì)應(yīng) 8位雙字節(jié)輸出。經(jīng)過(guò)一次轉(zhuǎn)換周期 Tc（典型值為 25us）后 STS 跳回低電平表示 A/D 轉(zhuǎn)換完畢，可以從數(shù)據(jù)輸出端讀取新的數(shù)據(jù)。通常， A口、 B 口作為數(shù)據(jù)輸入 /輸出端口， C 口作為控制 /狀態(tài)信息端口， C 口內(nèi)部又分為兩個(gè) 4 位端口，每個(gè)端口有一個(gè) 4 位鎖存器，分別與 A 口和B 口配合使用，作為控制信號(hào)輸出或狀態(tài)信息輸出端口。當(dāng) CS為低電平時(shí)，該 8255A 被選中， D7~D0 可以與 CPU交換信息，否則， D7~D0 處于高阻態(tài)； ，輸入、低電平有效。當(dāng) 8255A 工作在方式 0 時(shí)，PC7~PC0 為兩組并行 I/O 數(shù)據(jù)線。工作方式控制字用于規(guī)定端口的工作方式，用 3 位 (D2~D0)對(duì) B 組的工作方式進(jìn)行設(shè)定，用 4 位 (D6~D3)對(duì) A 組的工作方式進(jìn)行設(shè)定。狀態(tài)字格式如圖 所示。如果控制字的最高位 (D7)是 1，表示是工作方式控制字；如果最高位 (D7)是 0，表示是按位置數(shù)控制字。 2. 并行 I/O 端口信號(hào) B. PB7~PB0 端口 B 的并行 I/O 數(shù)據(jù)線，雙向。當(dāng) RESET 端出現(xiàn)一高電平后， 8255A 將復(fù)位到初始狀態(tài)； B. D7~D0 數(shù)據(jù)總線，雙向、三態(tài)。 8255A 內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括三個(gè)并行數(shù)據(jù)輸入 /輸出端口，兩個(gè)工作方式控制電路，一個(gè)讀 /寫(xiě)控 制電路和 8 位總線緩沖器。當(dāng) R/C=1 時(shí)，數(shù)據(jù)輸出現(xiàn)被轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)， R/C=0 時(shí)，即啟動(dòng)一次 A/D 轉(zhuǎn)換。 A0=0 時(shí)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，則按完整的 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換方式工作，如果按 A0=1啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，則按 8位 A/D 轉(zhuǎn)換方式工作。 DB0~DB11（ 16~27）：數(shù)字量輸出。 15V。 A0（引腳 4） ： 字節(jié)選擇控制線。由于轉(zhuǎn)換精度高，所提供電源必須有良好的穩(wěn)定性，并加以充分濾波，以防止高頻噪聲的干擾。 （ 3） AD574A 有兩個(gè)模擬輸入端，分別用于不同的電壓范圍： 10VIN適用于177。內(nèi)部中斷源有三個(gè)，兩個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（ T0， T1）中斷源和一個(gè)串行口中斷源， T0 和 T1 的中斷申請(qǐng)是在它們計(jì)數(shù)從全“ 1”變?yōu)槿?0”溢出時(shí)自動(dòng)向中斷系統(tǒng)提出的，串行口中斷源的中斷申請(qǐng)是在串行口每發(fā)送或接收完一個(gè) 8位二進(jìn)制數(shù)后自動(dòng)向中斷系統(tǒng)提出的。復(fù)位的作用是使中央處理器 CPU 以及其他功能部件都恢復(fù)到一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作。 時(shí)鐘振蕩器 AT89C51 中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL1 和 XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。在此期間，當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，這兩次有效的 PSEN 信號(hào)不出現(xiàn)。作輸入口使用時(shí)，被外部拉 P3 口將用上拉電阻輸出電流（ I）。 口 P2口： P2 口是一個(gè)帶內(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(mén)電路。 口 P0口： P0 口是一組 8位漏極開(kāi)路型雙向 I/O 口，也即地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。單片機(jī)內(nèi)的 CPU、存儲(chǔ)器、 I/O 接口等單元部件都是通過(guò)總線連接到一起的。中斷系統(tǒng)是指能夠處理上述中斷過(guò)程所需要的部分電路。這樣， CPU 內(nèi)部 的 8位并行二進(jìn)制數(shù)必須變成一位一位的串行數(shù)據(jù)才能通過(guò) TXD 發(fā)送出去。 I/O 端口 AT89C51 有四個(gè) 8位并行 I/O 端口，分別命名為 P0口、 P1 口、 P2 口和 P3 口，它們都是 8位準(zhǔn)雙向口，每次可以并行輸入或輸出 8位二進(jìn)制信息。其他專用寄存器將在后面的相關(guān)章節(jié) 中介紹。 指令寄存器 IR用于存放 CPU 根據(jù) PC 地址從 ROM 中讀出指令操作碼。 ⑥奇偶標(biāo)志位 P：用于指示運(yùn)算結(jié)果中 1 的個(gè)數(shù)的奇偶性，若累加器 A 中的 1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)，則 P=1；若 1 的個(gè)數(shù)為偶數(shù)，則 P=0。編程時(shí)用與存放數(shù)據(jù)或地址。 PSW 中各位狀態(tài)常量是操作過(guò)程中自動(dòng)相成的，但也可以由用戶根據(jù)需要由位操作指令加以改變， PSW 各位定義如表 33所示。 1．運(yùn)算器 運(yùn)算器用來(lái)完成算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算功能，它是 AT89C51 內(nèi)部處理各種信息的長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 電子信息系 20 主要部件。 AT89C51 有 40 條引腳，與其他 51 系列單片機(jī)引腳是兼容的。 32 個(gè)可編程 I/O 口線 片內(nèi)含4K bytes 的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器（ PEROM）和 128 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（ CPU）和 Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大 AT89C51 單片機(jī)可為您提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 在本次設(shè)計(jì)中，從檢測(cè)對(duì)象來(lái)看，天然氣的主要成份是 CH4 ，所以選用 QMN10氣敏傳感器。在此系統(tǒng)中，外擴(kuò)的數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)器都采用靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 壓電式蜂鳴器，約需 10MA 的驅(qū)動(dòng)電流，可以使用 TTL 系列集成電路 7406 或7407 低電平驅(qū)動(dòng)，也可以使用一個(gè)晶體管三級(jí)管驅(qū)動(dòng)。 AD574A 是美國(guó)模擬器件公司（ Analog Devices）生產(chǎn)的 12 位逐次逼近型快速 A/D 轉(zhuǎn)換器。當(dāng)該信號(hào)為高電平時(shí)，輸出線為高阻態(tài)。 其中 INH 為禁止端，當(dāng) INH 為高電平時(shí)，八個(gè)通道全部禁止；當(dāng) INH 為低電平時(shí)，由 A、 B、 C決定選通的通道， COM 為公共端，真值表如表 21 所示。結(jié)果加強(qiáng)了自由電子形成電流的能力，因而元件材料的電 導(dǎo)率提高、電阻率減小，電阻也減??；與此相反，若 N 型半導(dǎo)體元件吸附氧化性氣體（如 O2 ），這些吸附態(tài)的氧化性氣體從晶粒表面俘獲電子，增大了材料表面的電子勢(shì)壘，結(jié)果使導(dǎo)帶電子數(shù)目減少，材料導(dǎo)電率降低、電阻率升高，電阻也增加。 長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 電子信息系 7 第 2 章 方案論證 系統(tǒng)的配置方案：根據(jù)被測(cè)信號(hào)的路數(shù)以及信號(hào)變化快慢等的不同，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由多種配置方案，多路數(shù)據(jù)采集采用無(wú)采集保持器的多通道共享 ADC 多路框圖 ,如圖 ： X1 X2 多 ADC 接 CPU ?? 路 開(kāi) Xn 關(guān) 口 圖 ADC多路框圖 前向通道為由傳感器，放大測(cè)量電路以及 AD574 組成，后向通道由 825鍵盤(pán)組成，最后由 LED 顯示，存儲(chǔ)器用 6264，作為 89C51 的外擴(kuò)存儲(chǔ)器。 AD574A 是美國(guó)模擬器件公司（ Analog Devices）生產(chǎn)的 12 位逐次逼近型快速 A/D 轉(zhuǎn)換器。 由圖可知，當(dāng)某點(diǎn)有漏氣時(shí)，便將氣敏傳感器采集的信號(hào)經(jīng)測(cè)量電路、多路選擇開(kāi)關(guān)分時(shí)輸至信號(hào)放大器，再經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量送至微機(jī)進(jìn)行處理，其結(jié)果由 LED 顯示，超過(guò)一定限度由報(bào)警裝置報(bào)警，提醒工作人員采取措施。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和 SCADA 系統(tǒng)在管線上的應(yīng)用，泄漏檢測(cè)技術(shù)已成為 SCADA 系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。 火焰電離檢測(cè)器（ FID）通過(guò)計(jì)算烴類氣體在電場(chǎng)中灼燒產(chǎn)生的帶電碳原子數(shù)目來(lái)計(jì)算該氣體的濃度。 基于硬件的方法 : 這類方法主要依靠的是人工巡視或者各種基于光 學(xué)、聲學(xué)、化學(xué)等原理的儀器設(shè)備對(duì)管壁和管道周圍環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)以實(shí)現(xiàn)泄漏檢測(cè)。 采用單片機(jī)來(lái)對(duì)它們進(jìn)行控制，不僅具有控制方便、簡(jiǎn)單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度的提高被控對(duì)象的技術(shù)指標(biāo)?；趩纹瑱C(jī)的智能氣體巡檢裝置，是我國(guó)許多大，中型工礦企業(yè)步入生產(chǎn)自動(dòng)化管理時(shí)必然要提出來(lái)研制的設(shè)備。因此，國(guó)外氣體傳感器技術(shù)得到了較快發(fā)展，據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)，美國(guó) 1996 年 — 2021年氣體傳感器年均增長(zhǎng)率為（ 27～ 30）％。僅以用于安全保護(hù)家用燃?xì)庑孤﹫?bào)警器為例，日本早在 1980 年 1 月開(kāi)始實(shí)行安裝城市煤氣、液化石油氣報(bào)警器法規(guī)， 1986 年 5月日本通產(chǎn)省又實(shí)施了安全器具普及促進(jìn)基本方針。長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 電子信息系 1 第 1 章 緒 論 氣體甲烷濃度測(cè)試系統(tǒng)研究 目的和意義 天然氣（主要成分甲烷）是大自然給予我們的巨大財(cái)富，它已日漸成為人們生產(chǎn)、生活中不可缺少的能源。 氣體巡檢在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀 在應(yīng)用方面，目前最廣泛的是基于單片機(jī)的可燃性氣體的巡檢，本設(shè)計(jì)所應(yīng)用的是 QMN10 型氣敏元件傳感器，已普及應(yīng)用于氣體泄漏檢測(cè)和監(jiān)控，從工廠企業(yè)到居民家庭，應(yīng)用十分廣泛。 國(guó)外氣體傳感器發(fā)展很快，一方面是由于人們安全意識(shí)增強(qiáng)，對(duì)環(huán)境安全性和生活舒適性要求提高；另一方面是由于傳感器市場(chǎng)增長(zhǎng)受到政府安全法規(guī)的推動(dòng)。常用的儀表如流量計(jì)，功率計(jì)，壓力表，溫度計(jì)，電壓表，等等，值班工人必須 24 小時(shí)不斷來(lái)回地巡視，記錄這些儀表的數(shù)值，這種人工巡視，記錄的管理方式，不僅勞動(dòng)量 大，有時(shí)還不精確。在這類應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)通常用以做前置機(jī)，后臺(tái)機(jī)是一臺(tái)系統(tǒng)機(jī)或網(wǎng)絡(luò)工作站。本文使用基于硬件和軟件編程的分類方法對(duì)輸氣管道的泄漏檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行分類評(píng)述。檢測(cè)器主要有火焰電離 檢測(cè)器和可燃?xì)怏w監(jiān)測(cè)器。 基于軟件的方法： 這種方法主要依靠的是檢測(cè)泄漏引起的壓力、流量等參數(shù)的變化，利用特定的算法來(lái)進(jìn)行泄漏檢測(cè)和定位。2 為多路開(kāi)關(guān)； 3 為放大電路； 4 為控制電路； 5 為 A/D 轉(zhuǎn)換； 6為接口電路； 7為 CPU； 8 位顯示電路； 9 為報(bào)警電路。 本次設(shè)計(jì)中采用逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器 AD574A。 另外，控制系統(tǒng)濃度采樣周期是 1S，采用中值濾波方法去控制現(xiàn)場(chǎng)對(duì)采樣值的干擾。 晶粒與晶粒相互接觸的表面（即晶界）存在著勢(shì)壘，當(dāng)其表面吸附還原性氣長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 電子信息系 8 體時(shí)，還原性氣體（如 CO 或 H2 ）就與晶粒所吸附的氧發(fā)生反應(yīng)，把其電子給予半導(dǎo)體，進(jìn)入到 N型半導(dǎo)體內(nèi)的電子，束縛其少數(shù)載流子的空穴，是空穴與電子的復(fù)合率降低。低位開(kāi)關(guān)片內(nèi)的譯碼信號(hào)，高位經(jīng)譯碼器 74LS138 作為開(kāi)關(guān)選通信號(hào)。當(dāng)該信號(hào)為低電平時(shí)，三態(tài)門(mén)打開(kāi)，鎖存器中數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)輸出線。 OE LE D Q L L L H H H L X H L X X H L QD HZ D 0D