【正文】 模轉(zhuǎn)換器 (簡(jiǎn)稱 d/a 轉(zhuǎn)換器或 dac,digital to analog converter)； a/d 轉(zhuǎn)換器和 d/a 轉(zhuǎn)換器已成為信息系統(tǒng)中不 可缺俚慕涌詰緶貳？ br為確保系統(tǒng)處理結(jié)果的精 確度， a/d 轉(zhuǎn)換器和 d/a 轉(zhuǎn)換器必須具有足夠的轉(zhuǎn)換精度；如果要實(shí)現(xiàn)快速變化信 號(hào)的實(shí)時(shí)控制與檢測(cè)， a/d 與 d/a 轉(zhuǎn)換器還要求具有較高的轉(zhuǎn)換速度。轉(zhuǎn)換精度與 轉(zhuǎn)換速度是衡量 a/d 與 d/a 轉(zhuǎn)換器的重要技術(shù)指標(biāo)。隨著集成技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)已 研制和生產(chǎn)出許多單片的和混合集成型的 a/d 和 d/a 轉(zhuǎn)換器，它們具有愈來(lái)愈先 進(jìn)的技術(shù)指標(biāo) 本例選用 ADC0809 轉(zhuǎn)換器， ADC0809 是帶有 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器、 8 路多路開(kāi)關(guān)以 及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的 CMOS 組件。它是逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器，可以和單 片機(jī)直接接口。 （ 1） ADC0809 的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) ，如圖 2 所示： 3 淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 圖 2 A/DC0809 的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) 由上圖可知， ADC0809 由一個(gè) 8 路模擬開(kāi)關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開(kāi)關(guān)可選通 8 個(gè)模擬通道，允許 8 路 模擬量分時(shí)輸入，共用 A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存 A/D 轉(zhuǎn)換完 的數(shù)字量，當(dāng) OE 端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。則 ADC0809 對(duì)輸入模擬量要求：信號(hào)單極性，電壓范圍是 0－ 5V，若信號(hào)太小，必須 進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過(guò)程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快 ，則 需在輸入前增加采樣保持電路。 A/D 轉(zhuǎn)換器是把數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的線性電路器 件，已做成集成芯片。由于實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的原理和電路結(jié)構(gòu)及工藝技術(shù)有所不同， 因而出現(xiàn)各種各樣的 A/D 轉(zhuǎn)換器。目前，國(guó)外市場(chǎng)已有上百種產(chǎn)品出售，他們?cè)? 轉(zhuǎn)換速度。轉(zhuǎn)換精度。分辨率以及使用價(jià)值上都各具特色。 （ 2） A/D 轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)： 衡量一個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換器的性能的主要參數(shù)有： 是指 A/D 轉(zhuǎn)換器能夠轉(zhuǎn)換的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)，位數(shù)多分辨率也就越高。 指數(shù)字量輸 入到完成轉(zhuǎn)換，輸出達(dá)到最終值并穩(wěn)定為止所需的時(shí)間。電流型 轉(zhuǎn)換較快，一般在幾 ns 到幾百 ns 之間。電壓型 A/D 轉(zhuǎn)換較慢，取決于運(yùn)算放大 器的響應(yīng)時(shí)間。 4 控制系統(tǒng)的組成及原理 指 A/D 轉(zhuǎn)換器實(shí)際輸出電壓與理論值之間的誤差，一般采用數(shù)字量的最低有 效位作為衡量單位。 當(dāng)數(shù)字量變化時(shí)， A/D 轉(zhuǎn)換器輸出的模擬量按比例關(guān)系變化的程度。理想的轉(zhuǎn)換器 是線性的，但是實(shí)際上是有誤差的，模擬輸出偏離理想輸出的最大值稱為線性誤 差。 5 淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 3 章 面漆線溫度控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 電源電路 直流穩(wěn)壓電源由變壓器、單相橋式整流電路、三端集成穩(wěn)壓器等組成。 220V 市電經(jīng)過(guò)變壓器降壓后得到 15V 交流電壓，該電壓經(jīng)過(guò)單相橋式整流后 獲得近 18V 的直流電壓，為了不使電路中產(chǎn)生電路突發(fā)的情況，還要經(jīng)過(guò)濾波電 路，把電容和負(fù)載電阻并聯(lián)以便吸收脈動(dòng)電壓，并使輸出電壓保持平穩(wěn)。為了不 受市電波動(dòng)的影響，提高系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，我們采用相應(yīng)的穩(wěn)壓塊來(lái)獲得控制 電路所需的電壓等級(jí)，具體電路如圖 3 所示。 +12V 220V 15V 15V C1 C2 7812 7912 C3 C4 7805 C5 +5V 12V 圖 3 直流穩(wěn)壓電源電路 8051 單片機(jī)的時(shí)鐘電路和復(fù)位電路 時(shí)鐘電路 單片機(jī)內(nèi)有一高增益反相放大器，構(gòu)成自激振蕩電路，振蕩頻率取 6MHz，外 接 6MHz 晶振，兩個(gè)電容 C C2 取 20pF，起便于起振的作用，如圖 4 所示。 X1 C1 20PF 6Hz C2 20PF GND X2 8051 復(fù)位電路 圖 4 時(shí)鐘電路 采用上電復(fù)位電路， R、 C 構(gòu)成復(fù)位電路，在上電瞬間，產(chǎn) 生一個(gè)脈沖， AT8051 6 面漆線溫度控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 將復(fù)位。為保證可靠電容，脈沖寬度應(yīng)大于兩個(gè)機(jī)器周期，這取決于 R、 C 時(shí)間 常數(shù)。如圖 5 取電容 C=10Uf,電阻 R=10K。 +5V Vcc 溫度檢測(cè)電路 R 1KΩ C 22uF 80C51 RST/Vpd Vss 圖 5 上電復(fù)位電路 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，常需要將檢測(cè)到得連續(xù)變化的模擬量如電壓、溫度壓 力、流 量、速度等轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，才能輸入到單片機(jī)中進(jìn)行處理。然后再將處 理結(jié)果的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量輸出，實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的控制。將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù) 字量的過(guò)程稱為 A/D 轉(zhuǎn)換。 隨著單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，有許多新一代的單片機(jī)已經(jīng)在片內(nèi)集成了多路 A/D 轉(zhuǎn)換通道，大大簡(jiǎn)化了連接電路和編程工作，但這類(lèi) CPU 芯片大多較貴。所以本 例主要使用芯片內(nèi)無(wú) A/D 轉(zhuǎn)換電路的 80C51 系列單片機(jī)于 A/D 芯片的接口技術(shù)。 本例溫度傳感器選用 AD590。 AD590 屬半導(dǎo)體集成電路溫度傳感器，測(cè)溫范 圍 55℃ ～ +150℃ ，在其二端加上一定工作電壓，其輸出電流與溫度變化成線性 關(guān)系， 1uA/℃ ，誤差有幾種等級(jí)： 177。1℃ 、 177?！?、 177?！?,本設(shè)計(jì)選取 177。 ℃ 品種。 OP07 為高精度運(yùn)算放大器， AD590 電流流經(jīng) R RP3 轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)， R RP6 為運(yùn)放負(fù)反饋電阻，組成反相比例放大器，將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成 0～ 5V 的 電壓信號(hào)， ADC0809 再將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，輸入 CPU。圖 6 為溫度檢測(cè)和 A/D 轉(zhuǎn)換電路圖。 計(jì)算和調(diào)試方法：考慮到計(jì)算調(diào)試和編程方便，取 00H～ FFH 對(duì) 應(yīng) 0～ 5V 和 0～ 64℃ ，即每對(duì)應(yīng) 1℃ ，數(shù)字量為 04H，模擬電壓量約為 ℃ ，調(diào)試時(shí)， 當(dāng)溫度為 0℃ 時(shí)，調(diào)節(jié) RP3，使 OP07 輸出電壓為 0V， 0809A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量為 00H；當(dāng)溫度為 64℃ 時(shí)，調(diào)節(jié) RP6，使輸出為 5V， 0809A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量為 FFH。 7 淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 并行 A/D（ ADC0809）是 8 通道 8 位 CMOS 逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器，是目前國(guó)內(nèi)應(yīng) 用最廣泛的 8 位通用并行 A/D 芯片。 主要性能指標(biāo)有： （ 1） 分辨率為 8 位。 （ 2） 單電源 +5V 供電，參考電壓由外部提供，典型值為 +5V。 （ 3） 具有鎖存控制的 8 路模擬選通開(kāi)關(guān)。 （ 4） 具有可所存三態(tài)輸出，輸出電平與 TTL 電平兼容。 （ 5） 功耗為 15mW。 （ 6） 轉(zhuǎn)換時(shí)間取決于芯片的時(shí)鐘， （ 7） 是芯片時(shí)鐘周期的 64 倍。時(shí)鐘的頻率范圍為 10～ 1280kHz。 P0 8 D0～ D7 Q0～ Q7 UREF（ +） R2 RP2 +5V 8031 ALE WR 74373 G ≥1 O ADC0809 CLK D0～ D7 START IN0 ALE 68K 10KΩ +12v O 22kΩ RP3 — OP07 + O R1 15KΩ RP1 AD590 O RD ≥1 O OE UREF（ — ） O R3 5v INT0 O 1 EOC A B C 12v 10kΩ 電爐控制電路 圖 6 溫度檢測(cè)和 A/D 轉(zhuǎn)換電路圖 由 、 、 分別控制 3電爐，控制電路相同。在用單片 機(jī)對(duì)交流強(qiáng)電回路進(jìn)行控制的實(shí)際應(yīng)用中，一般都是使用晶閘管，用單片機(jī)進(jìn)行 控制。由于晶閘管所在的主電路是交流強(qiáng)電回路，電壓較高，電流較大，不宜用 單片機(jī)直接控制，可用光耦合器將單片機(jī)控制信號(hào)與晶閘管觸發(fā)電路進(jìn)行隔離驅(qū) 動(dòng) 。 、 、 輸出的控制信號(hào)控制 1KW 電加熱器的通斷，輸出低電平時(shí)， 雙向晶閘管導(dǎo)通，經(jīng) U U U6 光耦，自動(dòng)過(guò)零觸發(fā)可控硅導(dǎo)通，接通 1KW 電 加熱器電源。為了減少晶閘管控制時(shí)的誤觸發(fā)，提高抗干擾性能，在晶閘管的陰 極和門(mén)極之間增加了 R R3 R32，為了防止負(fù)載在通斷時(shí)產(chǎn)生的過(guò)電壓沖擊 8 0.01uF 100uF 面漆線溫度控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 損壞電路，電路中利用了 R3 R3 R35 和 電容串聯(lián)電路來(lái)吸取。圖 7 為 電爐控制電路。 R26 +5V R23 330 U4 330 R27 330 V1 R28 100 C6 220V 鍵盤(pán)電路 鍵盤(pán)的選擇 圖 7 電爐控制電路 1000W 鍵盤(pán) 于 CPU 的連接方式可分為獨(dú)立式按鍵和矩陣式按鍵。 本設(shè)計(jì)選用獨(dú)立式鍵盤(pán)，獨(dú)立式按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵占用一根 I/O 口線， 每根 I/O 口線上的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其它 I/O 口線上的按鍵工作狀態(tài)。如圖 7 所示。 獨(dú)立式按鍵電路配件靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但每個(gè)按鍵必須占用一根 I/O 端 線，在按鍵量較多時(shí)，端線耗費(fèi)較多，且電路結(jié)構(gòu)繁雜。故這種形式適用于按鍵 數(shù)量較少的場(chǎng)所。 矩陣式鍵盤(pán)又稱行列式鍵盤(pán)， I/O 端線分為行線和列線，按鍵跨接在行線和 列線上。按鍵按下時(shí)，行線和列線連通 。 無(wú)論是按鍵式還是矩陣式鍵盤(pán)，于 80C51I/O 口直接連接和擴(kuò)展 I/O 口連接， 與 I/O 連接又可分為與并行擴(kuò)展 I/O 口連接和與串行擴(kuò)展 I/O 口連接。 口作為按鍵的輸入信號(hào)，鍵按下，就執(zhí)行該鍵的功能。如圖 8 所 示： +5V R3 R4 R5 R6 S1 S2 S3 S4 GND 10K 10K 10K 10K 圖 8 鍵盤(pán)電路 9 淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 鍵盤(pán)掃描控制方式 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，對(duì)鍵盤(pán)的處理工作僅是 CPU 工作內(nèi)容的一部分， CPU 還要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、顯示和其他輸入輸出工作，因此鍵盤(pán)處理工作既不能占用 CPU 太多時(shí)間，又要對(duì)鍵盤(pán)操作能