【文章內(nèi)容簡介】 HTL1 00HTH1 00HSCON 00HSBUF 不定PCON 0***0000B 復位后，程序計數(shù)器PC的值是0000H說明：AT89S51單片機的程序起始位置是在內(nèi)存的0000H，也就是說程序的第一條指令必須存入內(nèi)存的0000H單元，程序才可能在復位后，直接運行。只要VCC上升時間不超過1ms，通過在VCC和RST引腳之間一個10uF電容，RST和VSS（即地）之間加一個10kΩ的電阻，就可以實現(xiàn)自動上電復位，即打開電源就可以自動復位。也可以進行手動復位，VCC和RST引腳之間接一個按鍵，即可以實現(xiàn)手動復位。復位電路可以參考圖32：圖32 單片機復位電路 2）程序執(zhí)行方式 程序執(zhí)行方式是單片機的基本工作方式。所執(zhí)行的程序可以放在內(nèi)部ROM、外部ROM或者同時放在內(nèi)外ROM中。若程序全部放在外部ROM中（如對8031），則應使EA=0；否則，可令EA=1。由于復位后PC=0000H,所以程序的執(zhí)行總是從地址0000H開始的。但真正的程序一般不可能從0000H開始存放，因此，需要在0000H單元開始存放一條轉移指令，從而使程序跳轉到真正的程序入口地址。3）單步執(zhí)行方式 單步執(zhí)行方式是使程序的執(zhí)行處在外加脈沖（通常用一個按鍵產(chǎn)生）的控制下，一條指令一條指令地執(zhí)行，即按一次鍵，執(zhí)行一條指令。序返回至少要在執(zhí)行一條指令后才能重新進入中斷。將外加脈沖加到INT0輸入，平時為低電平。通過編程規(guī)定INT0信號是低電平有效，因此不來脈沖時總是處于響應中斷的狀態(tài)。在中斷服務程序中要安排這樣的指令：JNB ；若INT0=0，不往下執(zhí)行JB ；若INT0=1，不往下執(zhí)行RETI； 返回主程序執(zhí)行一條指令4）掉電和節(jié)電方式 在掉電方式下，單片機的耗電降至最小。當電源恢復時，VPD應該保持足夠長的時間（約10ms），以保證振蕩器的起振和達到穩(wěn)定，然后重新開始正常工作。在掉電方式下，CPU暫時不工作，但也隨時準備恢復工作。 此模塊主要由鍵盤、報警器[11]組成(相關的電路設計下一章將會有詳細的介紹)。氣體濃度經(jīng)過鍵盤設置后送單片機記錄，在采集到的氣體濃度過大，超過安全值時單片機驅動蜂鳴器工作，提供報警服務。 第四章 硬件電路設計與分析 系統(tǒng)電源的設計直流穩(wěn)壓電源主要由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路所組成，以前電子設備中的穩(wěn)壓器大都由分立元器件構成，現(xiàn)在研制成功了各種集成穩(wěn)壓器。下面簡單介紹本設計使用到的電源器件：三端固定式集成穩(wěn)壓器。 三端固定式集成穩(wěn)壓器三端固定式集成穩(wěn)壓器有78XX/79XX系列，它是固定輸出電壓式穩(wěn)壓器，片內(nèi)有過流保護和過熱保護功能，外接兩只電容就可以簡單構成穩(wěn)壓電路，如圖41所示。當輸入電壓Vi、輸出電流Io或溫度變化時，輸出電壓Vo可保持不變；另外當輸出短路，可使輸出電流Io現(xiàn)在為一定值；若集成穩(wěn)壓器過熱，則穩(wěn)壓器停止工作，也避免穩(wěn)壓器遭到損壞。圖中C1用以抑制過電壓，抵消因輸入線過長產(chǎn)生的電感效應并消除自激振蕩；C2用以改善負載的瞬態(tài)響應，即瞬時增減負載電流時不致引起輸出電壓有較大的波動。C1，C2一般選用滌綸電容，容量為 μ F 或者幾個μ F。安裝時，兩電容應直接與三端集成穩(wěn)壓器的引腳根部相連。78XX系列為正電壓輸出，79XX為負電壓輸出，各自有100mA、。78XX系列和79XX系列的管腳配置不同，在接線的時候要特別注意。如上圖所示，三端穩(wěn)壓器的三端是輸入端Vi、輸出端VO和公共端COM，使用公共端通常接地。它的內(nèi)部有效電路由調(diào)整管、保護電路、控制電路和誤差放大器等組成，VoCOM間電壓與基準電壓進行比較，工作時經(jīng)常保持一致，當輸入電壓Vi或輸出電流Io變化時，使輸出Vo保持穩(wěn)定。三端穩(wěn)壓器[12]為了使電路能穩(wěn)定工作，在輸入端和輸出端分別接入電容。輸入端穩(wěn)定電容是當穩(wěn)壓器輸入阻抗降低時，防止發(fā)生震蕩，～1uF的陶瓷電容,在應用中一般要在輸入端前加一個電解電容，即平滑電容。當平滑電容距離穩(wěn)壓器很近時，可以省掉陶瓷電容。輸出端電容也是穩(wěn)定電容，對于降低輸出紋波、輸出噪聲及負載電流變化的影響有很好的效果，～1uF的陶瓷電容就可以了。 電源電路的設計根據(jù)以上所介紹的參數(shù)，本系統(tǒng)所用+5V電源采用7805穩(wěn)壓管，將由變壓器送出來的9V交流電壓變成5V直流電壓。本電路使用整流全橋對9V交流電壓進行整流，然后經(jīng)過濾波電路送入7805穩(wěn)壓管，從而得到穩(wěn)定的+5V直流電壓。電路圖如圖42所示：本電路工作時，先將插頭接到220V市電上，由開關接通電源，此時，紅色發(fā)光二極管工作顯示電源接通狀態(tài)。圖42 系統(tǒng)+5V電源電路設計 信號采集放大電路的設計1)靈敏度特性氣敏元件的靈敏度特性,但它們都遵循共同規(guī)律,即氣敏元件阻值與檢測氣體濃度成對數(shù)關系變化：logRc=+n (41) 式中n與氣體檢測靈敏度有關，除了隨材料和氣體種類不同而變化外，還會由于測量溫度和添加劑的不同而發(fā)生大幅度變化。m為氣體的分離度，隨氣體濃度變化而變化。2)溫濕度特性半導體氣敏元件敏感原理是基于敏感體表面的吸附反應,所以易受環(huán)境溫度、,所以在需要較高精度和可靠性的應用中,，一般僅作溫度補償即可取得較好效果。3)加熱特性半導體氣敏元件需要在加熱狀態(tài)下工作,加熱溫度影響器件的性能,加熱功率變化,元件電阻及靈敏度也相應的有所變化，所以傳感器的工作電源應使用穩(wěn)壓電源。4)初期恢復特性:氣敏元件在不通電狀態(tài)下存放后,再通電時并不能立即投入正常工作,其電阻值會有一段急劇變化過程,。初期恢復時間與元件種類、存放時間和存放環(huán)境狀態(tài)有關；一般不通電存放時間長,初期恢復時間亦長，但一般都在5分鐘以內(nèi)。由于這種影響使得氣體檢漏儀或報警器在通電初期即使沒有檢測氣體,也會觸發(fā)報警,在設計報警器電路時,可采取適當措施,設法消除這種誤動作現(xiàn)象或避免這種影響.5)長期工作穩(wěn)定性半導體氣敏元件的敏感層是用非常穩(wěn)定的金屬氧化物制成的，因此它具有優(yōu)秀的長期穩(wěn)定性，在正常使用條件下，其使用壽命可達3年以上。 信號采集放大電路的設計根據(jù)QMN5的性能參數(shù)以及以上所述參數(shù)，可知將信號采集放大的關鍵是將QMN5的可變阻值轉變?yōu)殡妷狠敵觥Ｒ虼吮驹O計使用了LM358運算放大器。信號采集放大電路如下圖44所示：圖44 信號采集放大電路 A/D轉換電路的設計 ADC0809的介紹由于AT89S51內(nèi)部沒有A/D轉換，我們在把相應的濃度模擬信號轉換為能夠被單片機所識別的數(shù)字信號的時候，需要用到芯片ADC0809進行模數(shù)轉換，再經(jīng)過單片機用軟件產(chǎn)生進行其它輸出。 1）8路8位A／D轉換器，即分辨率8位。 2）具有轉換起、停控制端。下圖為ADC0809的內(nèi)部結構原理圖（圖45）： 圖45 ADC0809的內(nèi)部結構 圖46 ADC0809的引腳圖下面來介紹一下ADC0809的引腳功能，ADC0809的引腳圖如圖46：ADC0809的引腳功能：（1）IN0～IN7：8路模擬輸出端。A、B、C的狀態(tài)字決定在A/D轉換時用哪個模擬輸入端輸入。（2）ALE（22腳）：地址鎖存器允許信號輸入端。當它為高電平時，地址信號進入地址鎖存器中（3）CLOCK（10腳）：外部時鐘輸入端。時鐘頻率典型值為640KHZ，允許范圍為10KHZ到1280KHZ。時鐘頻率低時，A/D轉換速度也降低。（4）START（6腳）：A/D轉換信號輸入端。有效信號為一正脈沖。在脈沖上升沿，A/D轉換器內(nèi)部寄存器均被清零在下降沿開始A/D轉換。（5）EOC（7腳）：A/D轉換結束信號。在START信號上升沿之后的0～2us+8個時鐘周期時間內(nèi)，EOC變?yōu)榈碗娖?。當A/D轉換結束后，EOC立即輸出一個（正）階躍信號，可用來作為A/D轉換結束的查詢信號或中斷的請求信號。（6）OE（9腳）：輸出允許信號。當OE輸入高電平信號時，三態(tài)輸出鎖存器將A/D轉換結果輸出。（7）D0～D7：數(shù)字量輸出端。D0為最低有效位（LSB），D7為最高有效位（MSB）。（8）116腳REF（+）、REF（）：正負基準電壓輸入端?；鶞孰妷旱闹行闹担╒REF（+）+VREF（））/2應接近于VCC/2，其偏差值不應該超過 。正負基準電壓的典型值分別為+5V和0V。（9）VCC（11腳）、GND（13腳）：電源電壓輸入端。ADC0809的工作過程是：首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復位。下降沿啟動 A/D轉換，之后EOC輸出信號變低，指示轉換正在進行。直到A/D轉換完成，EOC變?yōu)楦唠娖剑甘続／D轉換結束，結果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。當OE輸入高電平 時，輸出三態(tài)門打開，轉換結果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。 電路具體設計方法，使用INT0中斷調(diào)用P1口傳輸數(shù)據(jù)。ADDC接地， 分別控制ADDB和ADDA選擇通道IN0～IN3。A/D轉換電路如圖47所示：圖47 A/D轉換電路 存儲器電路的設計本設計采用EEPROM存儲器[10]。EEPROM即電可擦除可編程只讀存儲器,又能保存調(diào)好的程序,但是與RAM相比EEPROM寫操作的速度很慢,另外它的壽命也是有限的.通過參數(shù)比較，本設計采用X2816C型號的EEPROM，它是2K8BitEEPROM。該器件采用先進的NMOS工藝制造，能以字節(jié)為單位進行擦除和改寫，而不是像EPROM那樣整體擦除，也不需要把芯片從系統(tǒng)中撥下來用編程器編程。該器件使用簡單，操作方便，采用5V單電源供電，能同時支持字節(jié)寫和頁寫等多種操作方式，讀寫速度快。A0～A10共11根地址線正好可尋址2K的存儲空間。地址信號經(jīng)過地址譯碼器譯碼，選中要操作的存儲器單元。CE、OE、WE作為控制線，其不同的狀