北华大学毕业设计（论文）
3天然气泄露报警的硬件部分设计
3.1主控电路设计
3.1.1STC89C52单片机简介
本设计采用STC89C52单片机作为系统的处理器, STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。 具有以下标准功能：8k字节Flash，512字节RAM，32 位I/O 口线，MAX810复位电路，3个16 位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz，6T/12T可选。
它有几个主要组成部分：中央处理器、存储器、并行I/O口、定时器/计数器。STC89C52构成的单片机系统是具有简单的结构、低廉的价格、高效的微控系统，具有较高的性价比。STC89C52的主要性能：首先它是8051单片机的升级版，具有6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择的特点，其指令代码完全兼容传统的8051。在IO口方面，通用I/O口（32个），复位后：P1/P2/P3是准双向口/弱上拉，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不必加上拉电阻，当作为I/O口用时，要加上拉电阻。具有EEPROM功能和看门狗功能，3个16位定时器/计数器（即定时器T0、T1、T2），4路外部中断，下降沿中断或低电平触发电路。 3.1.2 STC89C52单片机的基本结构
STC89C52单片机的基本结构如图3.1所示。
时钟电路 ROM
图3.1基本结构图
并行接口 串行接口 中断系统 RAM 定时计数器 CPU 7
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由图可见，STC89C52单片机主要由以下部分组成：
（1）CPU系统：8位CPU和闪烁存储器；时钟电路；总线控制逻辑。 （2）存储器系统：8KB的程序存储器（ROM/EPROM/Flash）；512字节数据存储器（RAM）。
（3）I/O口和其他动能单元：4个并行I/O口；3个16位定时/计数器；2个全双工串行通信口；中断系统（5个中断源） 3.1.3 STC89C52RC单片机的引脚
图3.2 STC89C52管脚示意图
1.引脚的分类
（1）主电源及时钟引脚：VCC、GND等。
（2）P0端口（P0.0～P0.7，39～32引脚）。P0口是一个漏极开路的8位双向I/O口。作为输出端口，每个引脚能驱动8个TTL负载，对端口P0写入“1”时，可以作为高阻抗输入。在访问外部程序和数据存储器时，P0口也可以提供低8位地址和8位数据的复用总线。此时，P0口内部上拉电阻有效。在Flash ROM编程时，P0端口接收指令字节；而在校验程序时，则输出指令字节。验证时，要求接10K的上拉电阻。
（3）P1端口（P1.0～P1.7，1～8引脚）：P1口是一个内部自带上拉的8位双向I/O口。P1的输出缓冲器可以直接驱动4个TTL的输入。给端口写“1”时，利用内部上拉电阻可以把端口拉高。当把P1口用作输入口来使用时，因为有内部上拉
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电阻，那些被外部拉低的端口就会输出电流。 表3.1 P1.0和P1.1引脚复用功能
引脚号 P1.0 P1.1
（4）P2端口（P2.0～P2.7，21～28引脚）：P2口是一个内部带上拉的8位双向I/O端口。P2的输出缓冲器也可以驱动4个TTL的输入。当给端口写入1时，利用内部的上拉电阻可以把端口拉到高，此时P2口可以被用作输入口。P2作为输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，那些被外部器件拉低的引脚就会输出电流。P2口也可以访问外部存储芯片，访问16位的存储器时，P2送出的是高8位的地址。在访问8位地址的外部芯片存储器时，P2口引脚上的内容（就是专用寄存器的SFR区中的，P2口寄存器的内容），在访问的整个期间都不改变。
(5）P3端口（P3.0～P3.7，10～17引脚）：P3是一个内部带上拉的8位双向I/O端口。P3口的输出缓冲器可直接驱动4个TTL输入。给端口写1时，利用内部的上拉电阻把端口拉高，这时P3口就可以作为输入口。当P3用做输入口使用时，因为内部有上拉电阻，那些被外部器件拉低的引脚就会输入一个电流。
在对Flash ROM编程或程序校验时，P3还接收一些控制信号，P1接收低8位地址。
RST（9引脚）：复位输入。当连续输入两个机器周期以上的高电平时才能有效，用来完成单片机的复位初始化操作。看门狗计时完成后，RST引脚输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可以取消此功能。DISRTO位的默认状态是复位高电平有效。
ALE（30引脚）：地址锁存控制信号的作用在访问外部的存储器时，锁存低8位地址的脉冲。在Flash编程时，在此引脚（PROG）也用做编程输入脉冲在一般情况下，ALE会以晶振频率的1/6的频率出脉冲，可以用来作为外部器件的定时器或
时钟来使用（本设计就用到单片机的ALE管脚通过四分频后为ADC0809提供时钟）。
PSEN（29引脚）：外部程序存储器的选通管脚。当STC89C52执行外部程序存储器的程序代码时，PSEN需要在每个机器周期内需要被激活两次，而访问外部的数据存储器时，错误！未找到引用源。PSEN就不需要被激活。
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功能特性 T2（定时器/计数器2外部计数输入），时钟输出 T2EX（定时器/计数器2捕获/重装触发和方向控制）
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EA/VPP（31引脚）：访问外部程序存储器的控制管脚。为了使从外部程序存储器的0000H到FFFFH读取指令，EA必须接地。注意加密方式1时，EA将内部锁定位RESET。若是执行内部的程序指令，EA需要接VCC。
XTAL1（19引脚）：振荡器反相放大器和时钟发生电路的输入管脚。 XTAL2（18引脚）：振荡器反相放大器的输出端。
振荡器特性: XTAL1和XTAL2分别是反向放大器的输入输出端。该反向放大器可以被配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡都可以被采用。若采用的是外部时钟源驱动器件，XTAL2则不能接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频的触发器，所以说对外部时钟信号的脉宽没有任何要求，但必须要保证脉冲的高低电平所要求的宽度。
P3口除作为一般I/O口外，还有其他一些复用功能，如表3.2所示： 表3.2 P3口管脚
管脚 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7
配置功能 RXD（串行输入端口） TXD（串行输出端口） INT0（外部中断0端口） INT1（外部中断1端口） T0（定时器0的外部输入） T1（定时器1的外部输入） WR（外部数据存储区间的写入端口） RD（外部数据存储区间的读取端口） 3.2电源电路设计
如图3.3，由USB接口提供电源，VCC接5V电压，GND接地构成电源模块。
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图3.3 电源模块
3.3可燃气体信号采集部分
如图3.4，天然气信号采集部分是由气敏传感器MQ-4、AD转换器组成。
图3.4 信号采集部分
3.4 MQ-4气体传感器
MQ-4气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。
MQ-4气体传感器对液化气、甲烷、丙烷、氢气的灵敏度高，对天然气和其它可燃蒸汽的检测也很理想。这种传感器可检测多种可燃性气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。
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