【正文】 單元或固定用途單元，包括通用寄存器組長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 電子信息系 22 和專用寄存器組。 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。 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。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。 CPU 就是根據(jù) PC 中的地址到 ROM 中去讀取程序指令碼和數(shù)據(jù)，并送給指令寄存器 IR 進(jìn)行分析?？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。 ⑥奇偶標(biāo)志位 P：用于指示運算結(jié)果中 1 的個數(shù)的奇偶性，若累加器 A 中的 1的個數(shù)為奇數(shù)，則 P=1；若 1 的個數(shù)為偶數(shù)，則 P=0。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。 表 34 RS1 RS0關(guān)系表 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 21 RS1 RS0 工作寄存器組號 R0~R7 的物理地址 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 2 3 00H~07H 08H~0FH 16H~17H 18H~1FH 單片機上電復(fù)位后， RS RS0 的狀態(tài)為 00。 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。編程時用與存放數(shù)據(jù)或地址。 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。 ②輔助進(jìn)位位 AC：表示累加器在加減運算時低 4 位（ A3）有無向高 4 位（ A4）進(jìn)位或借位。若有則 CY=1，若沒有則 CY=0。 PSW 中各位狀態(tài)常量是操作過程中自動相成的，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。 （ 3）暫存寄存器（ TMP TMP2）：用來存放參與算術(shù)運算和邏輯運算的另一個操作數(shù)，它對用戶不開放。它是運算器的核心部件。 （ 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）。 1．運算器 運算器用來完成算術(shù)運算和邏輯運算功能，它是 AT89C51 內(nèi)部處理各種信息的長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 電子信息系 20 主要部件。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。圖 33是 AT89C51 單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。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。 AT89C51 有 40 條引腳，與其他 51 系列單片機引腳是兼容的。掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)容。低功耗空閑和掉電式能圖 特性概述： AT89C51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 4K字節(jié) Flash 閃存存儲器， 128 字節(jié)內(nèi)部 RAM， 32 個 I/O 口線，兩個 16 位定時 /計數(shù)器，一個 5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路同時， AT89C51 可降至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。 5個中斷源 32 個可編程 I/O 口線 三級加密程序存儲器 1000 次擦寫中期 與 MCS51 產(chǎn)品指令系統(tǒng)兼容 片內(nèi)含4K bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（ PEROM）和 128 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(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存儲單元，功能強大 AT89C51 單片機可為您提供許多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 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。 用于可燃性氣體的檢測（ CH C4H H2 等）； 2 靈敏度高； 響應(yīng)速度快； 輸出信號大； 壽命長，工作穩(wěn)定可靠。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。 在本次設(shè)計中，從檢測對象來看，天然氣的主要成份是 CH4 ，所以選用 QMN10氣敏傳感器。 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?？衫么龣z測氣體的物理吸附作用，如濕度傳感器利用吸附水的傳導(dǎo)作用引起表面電導(dǎo)率變化，獲得電信號；或是由吸附水引起電容變化，由靜電電容的變化取得電信號；利用待測氣體的化學(xué)吸附與反應(yīng)引起表面附近的電子或空穴濃度變化而使表面電導(dǎo)率變化，這類敏感元件有 Zn、SnO2 等，用于檢測可燃?xì)狻?CO N2類等 。 單片機系統(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。在此系統(tǒng)中，外擴的數(shù) 據(jù)存儲器都采用靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器。 靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器擴展的選擇方案 AT89C51 單片機內(nèi)部有 128 個字節(jié) RAM。譯碼電路可以使用現(xiàn)成的譯碼器芯片。 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。 壓電式蜂鳴器，約需 10MA 的驅(qū)動電流，可以使用 TTL 系列集成電路 7406 或7407 低電平驅(qū)動，也可以使用一個晶體管三級管驅(qū)動。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，通過擴展 I/O 接口芯片 8255A 來實現(xiàn) 6位 LED 顯示接口電路。 顯示電路選擇 濃度顯示部分采用 LED 顯示，自動顯示 16 個采樣點的濃度信息。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。 AD574A 是美國模擬器件公司（ Analog Devices）生產(chǎn)的 12 位逐次逼近型快速 A/D 轉(zhuǎn)換器。 AT89C51 單片機與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) MCS51系列單片機的指令組和引腳是兼容的，因而可以替代 MCS51 系列單片機使用。片內(nèi)含 4K bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（ EPROM）和 128 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(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 存儲單元，功能強大 AT89C51 單片機可為您提供許多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 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 AT89C51。當(dāng)該信號為高電平時，輸出線為高阻態(tài)。 OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，低電平有效。 LE：數(shù)據(jù)輸入鎖存選通信號，高電平有效。 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。 其中 INH 為禁止端，當(dāng) INH 為高電平時，八個通道全部禁止；當(dāng) INH 為低電平時，由 A、 B、 C決定選通的通道， COM 為公共端，真值表如表 21 所示。 74LS373 用于鎖存由 AT89C51P0輸出的多路開關(guān)選 通信號。 ICL7650 采用 14 腳雙列直插式和 8腳金屬殼兩種封裝形式 .圖 14腳雙 列直插式封裝的引腳排列圖 . 引腳的功能說明 圖 ICL7650 引腳排列圖 圖 工作原理圖 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 9 引腳的功能說明 CEXTB : 外接電容 ； CEXTA : 外接電容； I N : 反相輸入端； + I N : 同相輸入端； V : 負(fù)電源端； CRETN : CEXTA 和 CEXTB 的公共端； OUT CLAMP : 箝位端 ； OUTPU : 輸出 端； V +:正電源端； INT CLKOUT :時鐘輸出端 ； NT/EXT: 時鐘控制端； EXT CLKIN : 時鐘輸入端 可通過該端選擇使用內(nèi)部時鐘或外部時鐘 .當(dāng)選擇外部時鐘時 .該端接負(fù)電源端 V ,并在時鐘輸入端 (EXT CLKIN)引入外部時鐘信號 .當(dāng)該端開路或接 V+ 時 .電路將使用內(nèi)部時鐘去控制其它電路的工作 。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。結(jié)果加強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，電阻也減小；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。又由于 Rn ≥ Rs ，故晶體電阻以晶間電阻 Rn 等效。 電阻式氣敏傳感器的敏感元件多采用半導(dǎo)體材料如 SnO2 ，當(dāng)這種半導(dǎo)體材料表面吸附某些氣體時，其電導(dǎo)率將隨氣體濃度的變化而發(fā)生變化。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。 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 7 第 2 章 方案論證 系統(tǒng)的配置方案：根據(jù)被測信號的路數(shù)以及信號變化快慢等的不同，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 Xn 關(guān) 口 圖 ADC多路框圖 前向通道為由傳感器，放大測量電路以及 AD574 組成，后向通道由 825鍵盤組成，最后由 LED 顯示，存儲器用 6264，作為 89C51 的外擴存儲器。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，通過擴展 I/O 接口芯片 8255A 來實現(xiàn) 6位 LED 顯示接口電路。 濃度顯示部分采用 LED 顯示，自動顯示 16 個采樣點的濃度信息。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。 AD574A 是美國模擬器件公司（ Analog Devices）生產(chǎn)的 12 位逐次逼近型快速 A/D 轉(zhuǎn)換器。運算放大電路采用斬波穩(wěn)零運算放大器 ICL7650，其特點是超低失調(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)。多路開關(guān)的作用主要是用于切換信號，如1 （2CH≠（2DH）？ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 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 6 在某一時刻接通某一路，讓該路信號輸入而讓其他路斷開，達(dá)到切換信號的目的。 AT89C51 單片機的主要技術(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。 由圖可知，當(dāng)某點有漏氣時，便將氣敏傳感器采集的信號經(jīng)測量電路、多路選擇開關(guān)分時輸至信號放大器，再經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量送至微機進(jìn)行處理，其結(jié)果由 LED 顯示，超過一定限度由報警裝置報警，提醒