【文章內容簡介】 內部中斷源：定時器0、定時器1溢出中斷、串行口中斷。每個中斷源都有相應的中斷服務程序人口地址。除此之外其還有2級中斷優(yōu)先權／計數器單片機片內共有2個16位的定時器／計數器。簡稱為定時器0（T0）和定時器1（T1），T0和T1分別由兩個8位寄存器構成，其中T0、 T1都是有高低八位構成，即T0由TH0（高8位）和TL0（低8位）構成，T1由TH1（高8位）和TL1（低8位）構成。并且TH0、TL0、THTL1都是SFR中的特殊功能寄存器。 1個全雙工的串行口，具有4種工作方式。可進行串行通信，擴展并行I/O口，甚至與多個單片機相連構成多機系統(tǒng)，從而使單片機的功能更強且應用更廣。 7. P0口、P1口、P2口、P3口在AT89C51中有四個雙向并行I/O端口P0~P3。每個端口都有八條輸入輸出端口線，故共有32條線，而且他們都配有端口鎖存器、輸入緩沖器和輸出驅動器。其作用為用于CPU與外部設備之間進行信息的交換以及信息的傳輸。但由于每個端口的結構各不相同，所以它們在功能和用途上都有較大的差別。 (SFR)共有21個特殊功能寄存器，用于CPU對片內各功能部件進行管理、控制和監(jiān)視。特殊功能寄存器實際上是片內各個功能部件的控制寄存器和狀態(tài)寄存器，這些特殊功能寄存器映射在片內RAM區(qū)80H～FFH的地址區(qū)間內?？偩€的作用是傳送信息的一組公用線?？偩€可分為三種：數據總線、地址總線、控制總線。單片機內的各種單元部件如CPU、存儲器、I/O接口等都是通過總線使其連接到一起的。采用總線結構可以減少信息傳輸線的根數，增強系統(tǒng)靈活性，提高系統(tǒng)可靠性。AT89C51單片機內部總線采用的是單總線結構，即數據總線和地址總線是公用的。片內所有的單元電路全部都掛在總線上，它們之間的信息傳遞和交換都要經過內部總線，并且采用的是分時操作、分時使用的方法，所以，這種分時復用的方法不會引起信息沖突或搶占總線的問題。圖31 89C51片內結構圖目前89C51單片機多采用40只引腳雙列直插封裝（DIP）方式,其結構如圖32所示：圖32 AT89C51引腳圖AT89C51單片機各引腳功能介紹： (1)Vcc(第40引腳)：接十5V電源。(2)Vss(第20引腳)：接地線。(3)XTAL1(第19引腳)：片內振蕩器反相放大器和時鐘發(fā)生器電路的輸入端。使用片內振蕩器時，該引腳連接外部石英晶體和微調電容。(4)XTAL2(第18引腳)：片內振蕩器反相放大器的輸出端。當使用片內振蕩器時該引腳連接外部石英晶體和微調電容。當采用外接時鐘源時，引腳XTAL1接收外部時鐘振蕩器的信號，XTAL2懸空。 (5)RST(第9引腳)：復位信號輸入端，高電平有效。當單片機運行時，在此引腳加上持續(xù)時間大于2個機器周期(24個時鐘振蕩周期)的高電平時，就可以對單片機完成復位操作。在單片機正常工作時，此引腳應為之≤。(6) （第31引腳)為外部程序存儲器訪問允許控制端。當引腳為高電平時，單片機讀片內程序存儲器(4KB的Flash存儲器)，但在PC值超過0FFFH(即超出4KB地址范圍)時，將自動轉向訪問外部程序存儲器中的程序。當引腳為低電平時，對程序存儲器的讀操作只限定在外部程序存儲器，地址為0000H—FFFFH，片內的4KB Flash程序存儲器不起作用。為該引腳的第二功能，為編程電壓輸入端。對于89C51，在對片內Flash固化編程時，加在引腳的編程電壓為+5V或+12V；對AT89LV51，加在引腳的編程電壓為+12V。在編程校驗時，該引腳接Vcc。(7) (第30引腳) ALE為低8位地址鎖存允許信號。在系統(tǒng)擴展時，ALE的負跳沿將PO口發(fā)出的低8位地址鎖存在外接的地址鎖存器中，然后P0口再作為數據端口，以實現P0口的低8位地址和數據的分時傳送。 此外，單片機在運行時，ALE端一直有正脈沖信號輸出，此頻率為時鐘振蕩器頻率的。該正脈沖信號可以作時鐘源或定時信號使用。但是要注意，每當89C51訪問外部RAM時(即執(zhí)行MOVX類指令時)，要丟失一個從ALE脈沖。因此，嚴格來說，用戶不宜用ALE作為精確的時鐘源或定時信號。作為該引腳的第二功能，對單片機片內Flash存儲器編程時，此引腳作為編程脈沖輸入端。(8) (第29引腳)：單片機片外程序存儲器的讀選通信號。在單片機執(zhí)行讀取外部程序存儲器時，此引腳可以作為輸出脈沖的負跳沿讀外部程序存儲器的選通信號。該引腳連線接外部程序存儲器的(輸出允許)端；在訪問外部RAM時， 信號無效。(9)P0口：8位，漏極開路的雙向I/O口。 當89C51擴展外部存儲器及I/O接口芯片時，P0口作為地址總線(低8位)及數據總線的分時復用端口。 P0口也可作為通用的I/O口使用，但此時必需加上拉電阻，這時為準雙向口。當作為普通的I/O口輸入時，應先向端口的輸出鎖存器寫入l。P0口可驅動8個LS型的TTL負載電路。(10)P1口：8位，準雙向I/O口，本身具有內部上拉電阻。 P1口是專為用戶使用的準雙向I/O口，當作為普通的I/O輸入時，和P0口一樣，也應先向端口的輸出鎖存器寫入1。P1口只可驅動4個LS型TTL負載。 (11)P2口：8位，準雙向I/O口，也具有內部上拉電阻。當89C51擴展外部存儲器及I/O口時，P2口可輸出高8位地址。P2口也可作為普通的I/O口使用。當作為普通的I/O輸入時，應先向端口的輸出鎖存器寫入l。P2口可驅動4個LS型TTL負載。(12)P3口：8位，準雙向I/O口，也具有內部上拉電阻。 P3口既可以作為通用的I/O口使用。當作為通用的I/O輸入時，也應先向端口的輸出鎖存器寫入1。P3口可驅動4個LS型TTL負載。P3口還可提供第二功能。其第二功能定義如表31所列:表31 P3口的第二功能定義引腳第二功能說明RXD串行數據輸入口TXD串行數據輸出口外部中斷0輸入外部中斷1輸入T0定時器0外部計數輸入T1定時器1外部計數輸入外部數據存儲器寫選通輸出外部數據存儲器讀選通輸出復位是指單片機的初始化操作，只需給AT89C51的復位引腳RST上加上大于2個機器周期(即24個時鐘振蕩周期)的高電平就可使AT89C51實現復位。復位時，PC初始化為的地址為0000H，使AT89C51單片機從0000H單元開始執(zhí)行各種所要執(zhí)行的程序。除了進入系統(tǒng)的正常初始化之外，其他情況也需要進行初始化，例如當程序運行出錯(如程序跑飛)或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，也需按復位鍵使RST腳為高電平，使AT89C51擺脫“跑飛”或“死鎖”狀態(tài)而重新啟動。AT89C51的復位是由外部的復位電路實現的。復位電路通常有兩種，采用上電自動復位和按鈕復位兩種方式。最簡單的上電自動復位電路如圖33所示。上電自動復位電路是通過外部復位電路的電容充放電來實現的。當電源接通時，只要Vcc的上升時間不超過1ms，就可以實現自動上電復位。當時鐘頻率選用6MHZ時，C取22，R取1。圖33 上電復位電路除了上電復位外，有時還需要按鍵手動復位，如圖34所示。手動復位時，按下復位按鈕，電容C通過1電阻迅速放電，使RST端迅速變?yōu)楦唠娖?，復位按鈕松開后，電容通過R和內部下拉電阻放電，逐漸使RST端恢復為低電平。圖34 手動復位電路單片機工作時必須將其連接為單片機最小系統(tǒng)。所謂單片機最小系統(tǒng)簡單的說就是能讓單片機能夠工作的最小電路，一般其包括：①.電源②.晶振③.復位電路。如下為單片機最小系統(tǒng)的結構圖圖35 AT89C51單片機最小系統(tǒng) 氣敏傳感器人們?yōu)榱藦耐饨绔@取自己想要的信息，必須借助于各種感覺器官。但是僅僅靠人們自身的感覺器官，在研究各種自然現象和各種自然規(guī)律以及人們的生產生活,它們的功能就遠遠不夠了。為解決這一問題，就需要借助于傳感器。因此我們可以這樣講，傳感器是人類五官的延伸，人們又將他稱之為電五官。傳感器的作用早已涉及到諸如工業(yè)生產、宇宙開發(fā)、海洋探測、環(huán)境保護、醫(yī)學診斷、生物工程、甚至文物保護等各種廣泛的領域。可以毫無保留的說，從茫茫無際的太空到浩瀚無邊的海洋，乃至各種復雜的工程系統(tǒng)，幾乎所有的現代化項目，都有各種各樣的傳感器的身影. 氣敏傳感器分類一 半導體氣體傳感器氣體敏感元件，大多是以金屬氧化物半導體為基礎的材料制成的。當被測氣體在該半導體表面被吸附后，引起傳感器的電學特性(例如電導率)發(fā)生變化。目前流行的定性模型是：原子價控制模型、表面電荷層模型.半導體傳感器又可以分為電阻式半導體傳感器和非電阻式半導體傳感器 （一） 電阻式半導體氣體傳感器（氣敏電阻）利用半導體材料表面吸附某種特定的氣體而引起氣敏元件電阻值發(fā)生變化的特性制成的。主要用于檢測各種可燃性氣體。半導體材料多數采用SnO2和ZnO等難以還原的氧化物。工作原理:表面控制型氣體傳感器，當其氣敏材料表面吸附有某種氣體時，半導體和被吸附的氣體之間會有電子的施受反應發(fā)生，造成電子的遷移運動從而形成表面電荷層，最終引起該元器件電阻值的變化。2 體控制型氣敏電阻（1）三氧化二鐵類氣體傳感器 以gFe2O3和a Fe2O3為主的多孔質燒結體控制傳感器，主要用于檢測甲烷（CH4）和丙烷（C3H8）氣體。 （2）鈣鈦礦類氣體傳感器在Al2O3陶瓷基片上成形制作的鎳酸鑭薄膜敏感元件，適用于燃燒控制用氣體傳感器，測定空氣燃料比,其熱穩(wěn)定性相當良好。 3．燃燒控制用氣體傳感器主要用于測定空氣燃料比。半導體類氣體傳感器的電阻值隨溫度變化也較大，在高溫中空氣燃料比的測量要求氣體傳感器在一定溫度范圍內或進行一定的溫度補償使其各種性能保持穩(wěn)定不變。 （二） 非電阻式半導體氣體傳感器1．二極管氣體傳感器如果有氣體吸附在二極管的金屬與半導體的界面，而這種氣體又會對半導體的禁帶寬度或者金屬的功有影響的話，則會導致其整流特性發(fā)生變化。其檢測機理是由于吸附在鈀表面的O2由于H2濃度的增高而得到解吸，從而致使肖特基勢壘降低，在一定的正向偏壓下，二極管的電流會增大。2．MOS二極管氣體傳感器檢測原理：利用MOS二極管的CU特性檢測H2。因為無柵偏置時，鈀在H2中的功函數比在空氣中時低，加柵偏置后，鈀吸附H2導致MOS二極管的CU特性向負偏壓方向平移，其敏感元件的光電特性也可檢測H2。3．MOS場效應晶體管氣體傳感器檢測原理：MOS場效應晶體管漏極電流ID由柵壓控制，將柵極與漏極短路，在源極與漏極之間加電壓，則ID=b(UUT)2式中，UT是ID流過時的最小臨界電壓值；b是常數。由于UT會隨空氣中所含H2濃度的增高而降低，所以可以利用這一特性檢測H2以及容易分解出H2的氣體。其工作溫度：120~150176。C。 半導體氣敏元件的特性參數 （1）氣敏元件的電阻值 把電阻型氣敏元件在常溫潔凈空氣中的電阻值，稱之為氣敏元件(電阻型)的固有電阻值，表示為Ｒａ。一般其固有電阻值在(103～105)Ω范圍內。 測定固有電阻值Ｒａ時, 要求必須在潔凈空氣環(huán)境中進行。由于經濟地理環(huán)境的不同，各地區(qū)空氣中含有的氣體成分差別會很大，即使對于同一個氣敏元件，在溫度相同的條件下，在不同地區(qū)進行測定，其固有電阻值也會有所差別。因此，測量時的環(huán)境必須為潔凈的空氣環(huán)境。 (2)氣敏元件的靈敏度 氣敏元件的靈敏度是表征氣敏元件對于所要測量氣體的敏感程度的一種指標。它可以表示氣體敏感元件的電參量（如電阻型氣敏元件的電阻值）與被測氣體濃度之間的依從關系。表示方法主要有三種: （a）電阻比靈敏度K（b）氣體分離度　RC1為氣敏元件在濃度為C1的被測量氣體中的阻值：　RＣ2為氣敏元件在濃度為C2的被測量氣體中的阻值。通常，濃度C1大于濃度C2。（c）輸出電壓比靈敏度KV=Va/Vg: Va為氣敏元件在潔凈空氣中工作時，負載電阻上所輸出的電壓值；Vg為氣敏元件在規(guī)定濃度的被測氣體中工作時，負載電阻上輸出的電壓值。（3）氣敏元件的分辨率氣敏元件的分辨率表示氣敏元件對被測氣體的識別能力（選擇）以及對其干擾氣體所產生的抑制能力。氣敏元件分辨率S表示為　Va為氣敏元件在潔凈空氣中工作時，負載電阻上的輸出電壓值；Vg為氣敏元件在規(guī)定濃度的被測氣體中工作時，負載電阻上輸出的電壓值　Vgi為氣敏元件在i種氣體濃度為規(guī)定值中工作時，負載電阻上的輸出電壓值。（4）氣敏元件的響應時間氣敏元件的響應時間表示在工作溫度下，氣敏元件對被測氣體的響應速度。一般從氣敏元件與一定濃度的被測氣體接觸時開始計時，直到氣敏元件的阻值達到在此濃度下的穩(wěn)定電阻值的63％時為止，所需最短時間稱為氣敏元件在此濃度下的被測氣體中的響應時間，通常用符號tr表示。（5）氣敏元件的加熱電阻和加熱功率:氣敏元件一般可以工作在200℃以上的高溫。為氣敏元件提供必要工作溫度的加熱電路的電阻(指加熱器的電阻值)稱為加熱電阻，用RH表示。直熱式的加熱電阻值一般小于5Ω；旁熱式的加熱電阻大于20Ω。氣敏元件正常工作所需的加熱電路功率，稱為加熱功率，用ＰＨ表示。一般在(～)W范圍。（6）氣敏元件的恢復時間　表示在工作溫度下,被測氣體由該元件上解吸的速度,一般從氣敏元件脫離被測氣體時開始計時,直到其阻值恢復到在潔凈空氣中阻值的63％時所需時間。 氣敏傳感器是一種檢測特定氣體的傳感器。它主要包括半導體式氣敏傳感器、接觸燃燒式氣敏傳感器和電化學式氣敏傳感器等，其中用的最多的是半導體式氣敏傳感器。它的主要應用有：一氧化碳氣體的檢測、瓦斯氣體的檢測、煤氣的檢測、氟利昂（R1R12）的檢測、呼氣中乙醇的檢測等。 它將氣體種類及其與濃度有關的信息轉換成電化學信號，根據這些電信號的強弱就可以獲得與待測氣體在環(huán)境中的存在情況有關的信息，從而可以進行檢測、監(jiān)控和報警；還可以通過接口電路與計算機組成自動檢測、控制和報警系統(tǒng)。氣敏傳感器就是利用聲表面的波速和頻率會