图2-4 AT89C51的引脚排列图
AT89C51单片机提供以下标准功能：4k 字节Flash 闪速存储器，128字节内部RAM，32 个I／O 口线，两个16位定时／计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时／计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。 时钟源 震荡与 定时电路 CPU 系 统 总 线 总线控制 串行端口 128B SFR 128B RAM 4KB ROM 两个16位定时0计数器 T0 T1 并行端口 外部 内 部 中断 中断信号 信号 控制信号 P0 P1 P2 P3 TXD RXD 图2-5 AT89C51单片机的基本组成图
（2）AT89C51的内存空间
1、内部程序存储器（FLASH）4K 字节。 2、外部程序存储器（ROM）64K 字节。 3、内部数据存储器（RAM）256 字节。 4、外部数据存储器（RAM）64K 字节。
表3-2 程序存储器的6个特殊地址
0000H 0003H 000BH 0013H 001BH 0023H 上电或复位入口地址
外部中断0入口地址 定时器T0中断入口地址 外部中断1入口地址 定时器T1中断入口地址 串口中断入口地址
在上述事件发生时，PC指针获得固定的地址，然后CPU执行PC指针所指地址单元内的程序。
图2-6 AT89C51的存储器结构
3 系统的硬件电路
3.1 系统电源电路
任何电子设备都需要稳定的直流电源供电，直流稳压电源是将交流电压转换成稳定的直流电压的设备。一般直流稳压电源是由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成。其组成方框图如图3-1所示。
交流电源 交 流 变 整流电路 滤波电路 稳压电路 负载
压器 图3-1直流稳压电源组成方框图
电源变压器的作用是，改变电网的交流电压的大小，将220V、50Hz的市电进行降压，使变压器的副边输出的交流电压符合设计要求。然后利用二极管的单向导通性，将交流电压变换为单方向的脉冲直流电压，再利用电容储能元件组成的滤波电路，将脉动大的直流电压处理成平滑的脉动小的直流电压，即将整流电路输出的脉动直流电压中的交流成分滤掉，只留下比较平滑的直流电压，最后利用集成稳压器W7805，让电源电路的输出电压稳定为5V，以此作为系统各个部分电路的电源。以下是本设计所采用的电源电路图。
12VIC6240R15VOUTINGNDW780532５ＶJ121CON2～220 V18～9VBRIDGET43C41000uFDzC50.33uFC60.1uF
图3-2系统电源电路图
3.2 AT89C51的时钟电路和复位电路
（1）时钟电路：
AT89C51单片机芯片内部设有一个由反向放大器构成的振荡器，XTAL1和XTAL2分别为振荡电路的输入端和输出端，时钟可由内部或外部生成，在XTAL1和XTAL2引脚上外接晶体振荡器Y，内部振荡电路就会产生自激振荡。系统采用的定时元件为石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶振频率选择12MHZ，C1、C2的电容值取30pF，电容的大小起频率微调的作用。时钟电路如图3-3。
X130pFC2C1X230pFS15VY12MHz手动复位R13470Ω+C322uFRESETR141KΩ
图3-3 时钟电路和复位电路图
（2）复位电路：
单片机有多种复位电路，本系统采用自动复位（上电复位）与手动复位方式，电路如图3-3。当上电时，C3充电，电源经过电容器C3 加到RESET引脚，使单片机复位；在正常工作时，按下复位键时单片机复位。 3.3信号采集及前置放大电路
在许多检测技术的应用场合，传感器输出的信号比较弱，而且其中还包括了工频、静电和电磁耦合等共模干扰，对这种信号的放大就需要放大电路具有很好的共模抑制比以及高增益、低噪声和高输入阻抗。只有传感器输出的信号经过前置放大电路对其进行的放大、滤波、电平调整，才能满足单片机对输入信号的要求。
图3-4 LM324四运放引脚图和结构图
设计中采用LM324作为电路的运算放大器。LM324是价格便宜的带差动输入功能的高增益四运算放大器。LM324的静态功耗小、价格低廉，可在较宽电压范围内的单电源或双电源下工作，其电源电流很小且与电源电压无关，四个运放一致性好；其输入偏流电阻是温度补偿的，也不需外接频率补偿，可做到输出电平与数字电路兼容。
如图3-5所示，IC2A作为电压跟随器，通过滑动变阻器Rp2产生的参考电压Vref接入IC2B的反相输入端，从传感器输出的信号经过运算放大器LM324的同相输入端，为保证电路引入负反馈，在IC2B中，输出电压Vo通过电阻R22接到反相输入端，由此组成差分比例运算电路。该电路的反馈组态为电压串联负反馈。
5VR2IC2A:1Rp21320KLM324R221MVrefR181M1MR1965IC2B:1LM3247IN0AKGRp120KIN1IN2R161KR175.1KR205.1KR211M
图3-5 信号采集及前置放大电路图
设计中采用的信号放大电路有以下几个特点：
(1) 由于电路不存在“虚地”现象，所以其两个输入端都有较高的共模输入电压，这对放大电路的稳定性和运算的精度都有影响。
(2)电电路中IC2A构成了的“电压跟随器”可以减少电路模块间由于阻抗引起的干扰。用来匹配阻抗用的，防止滑动变阻器输出电压受到影响。
(3)由于引入了深度电压串联负反馈，因此电路的输入阻抗很高，输出阻抗很低。高输入阻抗就可以减少放大电路对前端电路的影响，同时低输出阻抗也可以提高自身的抗干扰性，这显然有利于电路中其他模块的设计。
由于放大电路还增加入了参考电压，引入了零点调节功能，这样可以更方便地调整由于不同传感器导致的零点变化问题。它利用通过滑动变阻器Rp2产生的参考电压Vref和传感器的输出电压分别输入到运算放大电路的两个输入端，由此得到的输出电压Uo与两个输入端之差成正比而实现差分比例电路。所以调节滑动变阻器Rp2，就可以直接改变放大电路的参考电压值，使报警系统可以在可燃烟雾气体的不同浓度下工作，即用气敏传感器实现对不同烟雾浓度的测量。
3.4 A/D转换电路
ADC0809是一种逐次逼近式8路模拟输入、8位数字量输出的A/D转换器。ADC0809的转换速度较快，完成一次的转换时间为100μs左右，可对0-5V的模拟信号进行转换。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用一个A/D转换器进行转换，这是一种经济的多路数据采集方法。如图3-6所示，ADC0809的主要引脚功能如下。
(1)IN0～IN7是8路模拟信号输入端。
D0～ D7是8位数字量输出端。
(2)A,B,C分别是ALE控制8路模拟通道切换，A,B,C分别与三根地址线或数字线相连，三者编码对应8个通道地址口。C,B,A=000～111分别对应IN0～IN7通道地址。
(3)OE,START,CLK,EOC为控制信号端，OE为输出允许端，START为启动信号端，CLOCK为时钟信号输入端, EOC为转换结束信号端。
(4)Vref(+)和Vref(-)为参考电压输入端。
ADC0809虽然有8路模拟通道可以同时输入8路模拟信号，但每个瞬间只能转换一路，各路之间的切换由软件变换通道地址实现。地址锁存与译码电路完成对 A、B、C 3个地址位进行锁存和译码，其译码输出用于通道选择，其转换结果通过三态输出锁存器存放、输出，因此可以直接与系统数据总线相连。