【正文】 放 A2 的作用是把絕對(duì)溫標(biāo)轉(zhuǎn)換成攝氏溫標(biāo)，給 A2 的同相輸入端輸入一個(gè)恒定的電壓（如 1． 235V），然后將此電壓放大到 2． 73V。這樣， A1 與 A2 輸出端之間的電壓即為轉(zhuǎn)換成的攝氏溫標(biāo) ， 運(yùn)放 A3 反相并放大５倍輸送給 A/D 轉(zhuǎn)換器 。 圖 將 AD590 放入 0℃ 的冰水混合溶液中， A1同相輸入端的電壓應(yīng)為 2． 73V，同樣使 A2 的輸出電壓也為 2． 73V，因此 A1與 A2 兩輸出端之間的電壓： － ＝ 0V 即對(duì)應(yīng)于 0℃ 。 、放大電路 741 放大器為運(yùn)算放大器中最常被使用的一種，擁有反相向與非反相兩輸入端，由輸入端輸 入欲被放大的電流或電壓信號(hào)，經(jīng)放大后由輸出端輸出。放大器作動(dòng)時(shí)的最大特點(diǎn)為需要一對(duì)同樣大小的正負(fù)電源，其值由 177。12Vdc 至 177。18Vdc 不等， 這里 使用 177。 12Vdc 的電壓。 741 運(yùn)算放大器的接腳配置如圖 第三章 硬件設(shè)計(jì)原理 7 圖 741 運(yùn)算放大器使用時(shí)需于 4 腳位供應(yīng)一對(duì)同等大小的正負(fù)電源電壓＋ Vcc 與－Vcc，一旦于 3 腳位即兩輸入端間有電壓差存在，壓差即會(huì)被放大于輸出端，唯 Op 放大器具有一特色，其輸出電壓值決不會(huì)大于正電源電壓＋ Vcc 或小于負(fù)電源電壓－ Vcc，輸入電壓差經(jīng)放大后若大于外接電源電壓＋ Vcc 至－ Vcc 之范圍，其值會(huì)等于＋ Vcc 或－ Vcc，故一般運(yùn)算放大器輸出電壓均具有如圖 之特性曲線，輸出電壓于到達(dá)＋ Vcc 和－ Vcc后會(huì)呈現(xiàn)飽和現(xiàn)象。 圖 A/D 轉(zhuǎn)換電路單元 ADC0804 芯片介紹 圖 ： ADC0804 規(guī)格及引腳分配圖 本設(shè)計(jì)采用的 A/D 芯片為 ADC0804，它是 CMOS 8 位單通道逐次漸近型的模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器，其規(guī)格及引腳圖如圖 3 所示，根據(jù)手冊(cè)我們可以得到各個(gè)引腳的大致功能如下： /CS：芯片片選信號(hào)，低電平有效，即 /CS=0,該芯片才能正常工作，在外接多個(gè) ADC0804第三章 硬件設(shè)計(jì)原理 芯片時(shí)，該信號(hào)可以作為選擇地址使用，通過(guò)不同的地址信號(hào)使能不同的 ADC0804 芯片，從而可以實(shí) 現(xiàn)多個(gè) ADC 通道的分時(shí)復(fù)用。 /WR:啟動(dòng) ADC0804 進(jìn)行 ADC 采樣，該信號(hào)低電平有效，即 /WR 信號(hào)由高電平變成低電平時(shí)，觸發(fā)一次 ADC 轉(zhuǎn)換。 /RD:低電平有效，即 /RD=0 時(shí)，可以通過(guò)數(shù)據(jù)端口 DB0～ DB7 讀出本次的采樣結(jié)果。 UIN（ +）和 UIN（ ）：模擬電壓輸入端，模擬電壓輸入接 UIN（ +）端， UIN（ ）端接地。雙邊輸入時(shí) UIN（ +）、 UIN（ ）分別接模擬電壓信號(hào)的正端和負(fù)端。當(dāng)輸入的模擬電壓信號(hào)存在“零點(diǎn)漂移電壓”時(shí)，可在 UIN（ ）接一等值的零點(diǎn)補(bǔ)償電壓，變換時(shí)將自動(dòng)從 UIN（ +）中減去 這一電壓。 VREF/2：參考電壓接入引腳，該引腳可外接電壓也可懸空，若外界電壓，則 ADC 的參考電壓為該外界電壓的兩倍，如不外接，則 Vref 與 Vcc 共用電源電壓，此時(shí) ADC的參考電壓即為電源電壓 Vcc 的值。 CLKR和 CLKIN：外接 RC 電路產(chǎn)生模數(shù)轉(zhuǎn)換器所需的時(shí)鐘信號(hào)，時(shí)鐘頻率 CLK = 1/，一般要求頻率范圍 100KHz～ 。 AGND 和 DGND：分別接模擬地和數(shù)字地。 /INT:中斷請(qǐng)求信號(hào)輸出引腳，該引腳低電平有效，當(dāng)一次 A/D 轉(zhuǎn)換完成后， 將引起 /INT=0，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，該 引腳應(yīng)與微處理器的外部中斷輸入引腳相連（如 51單片機(jī)的 INT0,INT1 腳），當(dāng)產(chǎn)生 /INT 信號(hào)有效時(shí)，還需等待 /RD=0 才能正確讀出A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果，若 ADC0804 單獨(dú)使用，則可以將 /INT 引腳懸空。 DB0~DB7：輸出 A/D 轉(zhuǎn)換后的 8 位二進(jìn)制結(jié)果。 ADC0804 模擬轉(zhuǎn)數(shù)字對(duì)照表 十六進(jìn)制 二進(jìn)制 高四位 低四位 相對(duì)電壓值 () 分別與滿刻度的比率 高四位 低四位 F 1111 15/16 15/256 E 1110 14/16 14/256 D 1101 13/16 13/256 C 1100 12/16 12/256 B 1011 11/16 11/256 A 1010 10/16 10/256 9 1001 9/16 9/256 南昌工程學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì) 8 1000 8/16 8/256 7 0111 7/16 7/256 6 0110 6/16 6/256 5 0101 5/16 5/256 4 0100 4/16 4/256 3 0011 3/16 3/256 2 0010 2/16 2/256 1 0001 1/16 1/256 0 0000 0/16 0/256 0 0 表 根據(jù)以上對(duì)照表，可以得出以下結(jié)論 如果 :輸入模擬量 VIN=4V,由上表可知 +=4V 數(shù)字為 11001000=C8H 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC0804 的工作分為三個(gè)過(guò)程： ①，復(fù)位中斷觸發(fā)信號(hào) 信號(hào) 表明 ADC0804 轉(zhuǎn)換已經(jīng)結(jié)束，它提示單片機(jī)隨時(shí)可以讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，是 ADC0804的一個(gè)輸出信號(hào)。一般情況下，啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換前應(yīng)該復(fù)位這個(gè) 信號(hào)，以等待新的轉(zhuǎn)換完成后 ADC0804 發(fā)出新的 信號(hào)，這樣才可以讀到新的轉(zhuǎn)換結(jié)果。 復(fù)位 信號(hào)的時(shí)序如圖 2中的 A，在實(shí)現(xiàn)片選 （ ＝ 0）的前提 下，使用一個(gè)讀信號(hào) 的下降沿就可以復(fù)位 信號(hào)。 ②，啟動(dòng) ADC0804 的 A/D 轉(zhuǎn)換 ADC0804 中的 A/D 轉(zhuǎn)換器在滿足一定條件時(shí)開(kāi)始一個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程，這個(gè)條件就是：在實(shí)現(xiàn)片選 （ ＝ 0）的前提下， 引腳上出現(xiàn)的一個(gè)上升沿。 啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換的時(shí)序如圖 2中的 B，實(shí)現(xiàn)片選以后（ ＝ 0），使用一個(gè)寫(xiě)信號(hào)就可以啟動(dòng)一個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程。圖中 是時(shí)間延遲，時(shí)間 是轉(zhuǎn)換時(shí)間。 ③，讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果 在 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束以后， ADC0804 的 引腳將給出一個(gè)低脈沖，如果把這個(gè)引腳直接連接到單片機(jī)的外部中斷引腳 P3.，這個(gè)低 脈沖將引起單片機(jī)中斷，單片機(jī)可以在中斷處理程序中讀取 ADC0804 的轉(zhuǎn)換結(jié)果。 實(shí)驗(yàn)中我們由 CH0 輸入模擬量， DO 輸出數(shù)字量。我們把 AD0832 的 CS、 CLK、 D0、 DI端分別連接在 、 ， ， 端，所以 ADC0804 的片選、時(shí)鐘信號(hào)、啟動(dòng)位和第三章 硬件設(shè)計(jì)原理 配置位均通過(guò)置位端口實(shí)現(xiàn)。由于是 CH0 輸入模擬信號(hào)，所以配置位為 10。 ADC0804 為單端輸出模式。由于 AD 是串行輸入輸出，故前 3 個(gè)脈沖上升沿完成設(shè)置，第 4— 11 個(gè)脈沖下降沿后取 1 位 AD 轉(zhuǎn)換的結(jié)果，在第 11— 18 個(gè)脈沖下降沿后第二次取 AD 轉(zhuǎn)換結(jié) 果，將兩次結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，如果一致，則完成轉(zhuǎn)換，關(guān) ADC0804；如果不一致，則重新開(kāi)始轉(zhuǎn)換。 經(jīng) AD轉(zhuǎn)換后，數(shù)字量 D與溫度值的轉(zhuǎn)換如下所示： 5255 2731 0 /DC mV K?? ? ? 本設(shè)計(jì)中的 A/D 轉(zhuǎn)換由集成電路 0804 完成。 0804 具有一個(gè)模擬電壓輸入端口。 5 腳為中斷請(qǐng)求信號(hào)輸出引腳，該引腳低電平有效，當(dāng)一次 A/D 轉(zhuǎn)換完成后，將引起 /INT1=0，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，該引腳應(yīng)與微處理器的外部中斷輸入引腳相連（如 51 單片機(jī)的 INT0,INT1腳），當(dāng)產(chǎn)生 /INT信號(hào)有效時(shí)，還需等待 /RD=0才能正確 讀出 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。 CLKR和 CLKIN引腳是外接 RC 電路產(chǎn)生模數(shù)轉(zhuǎn)換器所需的時(shí)鐘信號(hào)。 /CS 引腳為芯片片選信號(hào)，低電平有效，即 /CS=0,該芯片才能正常工作。單片機(jī)的 P ~ 端口作為 3 位 LED 數(shù)碼管顯示控制。 P0 端口用作 A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)讀入， 、 、 用作 0804 的 A/D 轉(zhuǎn)換控制。 為了提高精度，擴(kuò)大測(cè)量范圍，在 A/D 轉(zhuǎn)換前還要將信號(hào)加以放大并進(jìn)行零點(diǎn)遷移，因而一個(gè)高穩(wěn)定性的、高精度的放大電路是必須的。當(dāng)溫度變化時(shí)， AD590 會(huì)產(chǎn)生電流變化，當(dāng) AD590 的電流通過(guò)一個(gè) 10kΩ 的電阻時(shí)，這個(gè)電阻上的壓降為 10mV，即轉(zhuǎn)換成 10mV／ K，為了使此 10kΩ 電阻精確，可用一個(gè) 9kΩ 的電阻與一個(gè) 2kΩ 的電位器串聯(lián)，然后通過(guò)調(diào)節(jié)電位器來(lái)獲得精確的 10kΩ 。運(yùn)算放大器 A1被接成電壓跟隨器形式，以增加信號(hào)的輸入阻抗，由運(yùn)放 A2 減去 做零位調(diào)整（即把絕對(duì)溫度轉(zhuǎn)成攝氏溫度），最后由運(yùn)放 A3 反相并放大５倍輸送給 A/D 轉(zhuǎn)換器。具體硬件連接圖如圖 所示。 南昌工程學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì) 圖 AD590 溫度采集及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路 CPU 主控電路單元 1 、 89C51 簡(jiǎn)介 AT89C51 是美 國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓 ，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4k bytes 的可反復(fù)擦寫(xiě)的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器和 128 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM )，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)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(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的 AT89C51 單片機(jī)能應(yīng)用許多高性價(jià)比的場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 第三章 硬件設(shè)計(jì)原理 圖 89C51 封裝圖 89C51 的主要參數(shù) （ 1）主要特性： 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器；壽 命： 1000 寫(xiě) /擦循環(huán)；數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10 年 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz，三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定， 128*8 位內(nèi)部 RAM， 32 可編程 I/O 線，兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器， 5 個(gè)中斷源，可編程串行通道，低功耗的閑置和掉電模式，片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 （ 2）管腳說(shuō)明： VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開(kāi)路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門(mén)電流。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫(xiě) 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為 原碼輸入口，當(dāng) FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。 P1 口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL門(mén)電流。 P1 口管腳寫(xiě)入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1口作為第八位地址接收。 P2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè) TTL門(mén)電流，當(dāng) P2 口被寫(xiě)“ 1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“ 1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3 口： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL門(mén)電流。當(dāng)P3 口寫(xiě)入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下所示。 P3 口管腳 （備選功能） 南昌工程學(xué)院?？飘厴I(yè)設(shè)計(jì) RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時(shí)器 0 外部輸入） T1（記時(shí)器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器 周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè) ALE脈沖。如想禁止 ALE的輸出可在 SFR8EH地址上置 0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，