【正文】 （ 4） 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出端。有可控三態(tài)輸出的 ADC 芯片允許輸出線與微機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線直接相連，并在轉(zhuǎn)換結(jié)束后利用讀數(shù)信號(hào)RD 選通三態(tài)門(mén)，將轉(zhuǎn)換結(jié)果送上總線。一般能和 MPU 配套使用的芯片， MPU 的 多通道動(dòng)態(tài)數(shù)字電阻測(cè)量?jī)x 8 I/O 寫(xiě)脈沖都能滿(mǎn)足 ADC 芯片對(duì)啟動(dòng)脈沖的要求。它們都是 CMOS 器件，不僅包括一個(gè) 8 位的逐次逼近型的 ADC 部分，而且還提供一個(gè) 8 通道的模擬多路開(kāi)關(guān)和通道尋址邏輯，因而有理由把它作為簡(jiǎn)單的“數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”。 1/2LSB,ADC0809 為 177。 （ 5）模擬輸入電壓范圍： 單極性 0～ 5V；雙極性 177。 （ 7）啟動(dòng)轉(zhuǎn)換控制為脈沖式 (正脈沖 )，上升沿使所有內(nèi)部寄存器清零，下降沿使 A/D 轉(zhuǎn)換開(kāi)始。 （ 2） D7～ D0—— A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)輸出端，為三態(tài)可控輸出，故可直接和微處理器數(shù)據(jù)線連接。 多通道動(dòng)態(tài)數(shù)字電阻測(cè)量?jī)x 9 圖 24 ADC0808/0809 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 （ 4） VR(+)、 VR()—— 正、負(fù)參考電壓輸入端，用于提供片內(nèi) DAC 電阻網(wǎng)絡(luò)的基準(zhǔn)電壓。在使用時(shí)，該信號(hào)常和START 信號(hào)連在一起，以便同時(shí)鎖存通道地址和啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換 [10]。 多通道動(dòng)態(tài)數(shù)字電阻測(cè)量?jī)x 10 (7)EOC—— 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，高電平有效。 表 22 地址信號(hào)與選中通道的關(guān)系 地 址 選中通道 ADDC ADDB ADDA 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 （ 8） OE—— 輸出允許信號(hào)，高電平有效。所謂共陰極就是他們的公共端接低電平才有效，同樣，共陽(yáng)極就是他們的公共端 要 接 高電平才有效。因此共陰極的數(shù)碼管，位碼為低電平時(shí)為選中，段碼為高電平時(shí)點(diǎn)亮，相反共陽(yáng)極的數(shù)碼管，位碼為高電平時(shí)為選中，段碼為低電平是點(diǎn)亮。 動(dòng)態(tài)顯示的過(guò)程：以顯示“ 12346” 為例說(shuō)明，首先發(fā)送“ 1”的段碼“ 0x06”至數(shù)碼管，然后僅使能位信號(hào) DIG6， 左邊第一位 就會(huì)顯示“ 1”， 由于沒(méi)選中， 其余的數(shù)碼管都是不工作的；延時(shí)一定時(shí)間之后再發(fā)送“ 2”的段碼“ 0x5b”至數(shù)碼管，同時(shí)僅使能位信號(hào) DIG5，這時(shí)“ 2”就會(huì)在 左邊第二位 上顯示出來(lái)； 同理延時(shí)之后會(huì)依次顯示“ 346”。為了實(shí)現(xiàn)以上所說(shuō)的功能，由單片機(jī) P0 作為段數(shù)據(jù)口，控制段碼輸出，由 P2 口作為掃描口，低 6 位控制位碼輸出。 圖 27 電阻分壓電壓模塊 然后要將電壓變換成電阻值，由于系統(tǒng) 采集到電壓是電阻的電壓，而要 求測(cè)量的電阻是滑動(dòng)變阻器的電壓，根據(jù)分壓關(guān)系，因此可以 用 5000mV 減去所得到的電壓 v，再根據(jù)分壓關(guān)系電流 5000 1 0 0 0 .0 * 0vvR x R? ? () 由 此可知 Rx = ( v)*R0*（ kΩ） 至此，要求測(cè)量的電阻阻值就能正確的得到，并傳送給單片機(jī)處理并輸出了。 圖 31 多通道數(shù)字電阻測(cè)量?jī)x的仿真圖 該仿真系統(tǒng)能自動(dòng)的實(shí)現(xiàn)電壓采集，并進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，電壓電阻轉(zhuǎn)換，模數(shù)轉(zhuǎn)換 和數(shù)字顯示功能，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)多通道電阻測(cè)量的功能。這節(jié)我們著重于模塊功能的實(shí)現(xiàn)和模塊的連接和控制。即有 5 12vvRV R? ? () 即 RV1=（ 5v） *R2/v 因此這為電阻 R2 的電壓 v 傳送到系統(tǒng)處理后即可求滑動(dòng)變阻器的阻值提供了依據(jù)。 ADC0809 芯片數(shù)據(jù)采集的實(shí)現(xiàn)需要依靠單片機(jī)對(duì)其控制信號(hào)進(jìn)行控制，以控制其時(shí)序，保證 ADC0809 能夠按照時(shí)序有 條不紊的進(jìn)行。引腳 22 為地址鎖存控制端 ALE,當(dāng)輸入為高電平時(shí) ,C、 B、 A 引腳輸入的地址鎖存于 ADC0809 內(nèi)部鎖存器中 ,經(jīng)內(nèi)部譯碼電路譯碼選中相應(yīng)的模擬通道。引腳 10 為ADC0809 的時(shí)鐘信號(hào)輸入端 CLOCK。 如上圖所示是數(shù)據(jù)采集、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊 。而且 單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)中 ,經(jīng)常要求運(yùn)行過(guò)程和運(yùn)行結(jié)果的狀態(tài)顯示 ,因而在 系統(tǒng) 中加入 的 顯示電路，能夠保證系統(tǒng) 準(zhǔn)確 有效 監(jiān)管 工作 的進(jìn)行 [18]。要使其同時(shí)顯示，我們只能采用動(dòng)態(tài)顯示的方法，即每次點(diǎn)亮一位，逐個(gè)點(diǎn)亮，循環(huán)掃描，由于循環(huán)的時(shí)間極短，一般低于 10ms，所以我們的眼睛分辨不出來(lái)，以為是同時(shí)點(diǎn)亮的。這里介紹兩種方法，第一種，我們用三極管接位選端，如圖35（左） 所示，用 8050NPN 型三極管作為導(dǎo)通開(kāi)關(guān)，當(dāng) P25 輸入高電平時(shí)，數(shù)碼管的公共端輸入高電平，此時(shí)，數(shù)碼管不工作；當(dāng) P25 輸入低電平是，公共端相當(dāng)于接地，此時(shí)數(shù)碼管處于選通狀態(tài)。一般采用幾百歐姆為宜。根據(jù) v 和 RV1 的關(guān)系可知，所測(cè)電阻 RV1=（ 5v） *R2/v () 在轉(zhuǎn)換過(guò)程中要注意單位的變化關(guān)系，整數(shù)與小數(shù)的運(yùn)算的舍入關(guān)系。然后根據(jù)得到的 BCD 碼在 7 段陰極顯示碼表中查找，根據(jù)碼表中的碼字控制選中數(shù)碼管每段的亮滅，從而顯示出對(duì)應(yīng)的數(shù)字，得到四位的電阻之后，我們還要將通道數(shù)顯示出來(lái)。 仿真與軟件控制 當(dāng)搞清楚各個(gè)模塊要實(shí)現(xiàn)的功能，和模塊之間的連接、控制協(xié)作關(guān)系之 多通道動(dòng)態(tài)數(shù)字電阻測(cè)量?jī)x 18 后，我們就可以進(jìn)行程序的編譯和仿真了。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器 件的工具。 （ 2） 仿真處理器及其外圍電路 可以仿真 51 系列、 AVR、 PIC 等常用主流單片機(jī)。Proteus 軟件可以對(duì)基于微控制器的設(shè)計(jì)連同所有的周?chē)娮悠骷黄鸱抡妫脩?hù)甚至可以實(shí)時(shí)采用諸如 LED/LCD、 鍵盤(pán)、 RS232 終端等動(dòng)態(tài)外設(shè)模型來(lái)對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行交互仿真。就編程而言， 單片機(jī)的 C 語(yǔ)言是一種編譯型程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言 ,它兼顧了多種高級(jí)語(yǔ) 多通道動(dòng)態(tài)數(shù)字電阻測(cè)量?jī)x 19 言的特點(diǎn) ,并具備匯編語(yǔ)言的功能 。 程序設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)使用的是一片 ADC0809 芯片，可用通道數(shù)為 8 個(gè)，在實(shí)際中根據(jù)需要設(shè)定。當(dāng) GATE=0、 TRO 或 TRI 為 1 時(shí) ,則啟動(dòng)內(nèi)部定時(shí)或外部計(jì)數(shù)器 。當(dāng) C/T=1 時(shí) ， 工作在計(jì)數(shù)器方式 ； C/T=0時(shí) ， 工作在定時(shí)器方式。 置 1 時(shí)，相應(yīng)的中斷打開(kāi)；清 0 時(shí)，相應(yīng)的中斷關(guān)閉。顯示子程序采用6 位的數(shù)碼管，在動(dòng)態(tài)顯示的時(shí)候要控制好循環(huán)時(shí)間間隔，是間隔控制在10ms。 (2)只要刷新速度高于 20 次 /秒，就沒(méi)問(wèn)題 ， 保證頻率了，如何掃描不均勻的話也可能會(huì)閃爍 。 (3)定時(shí)器初值設(shè)定部分。OE=1。 getdata = P1。 第二部分：在每個(gè)顯示模塊后面都調(diào)用了一個(gè)延時(shí)函數(shù) delay(10)， void Delay(unsigned int i) { unsigned int j。j100。 多通道動(dòng)態(tài)數(shù)字電阻測(cè)量?jī)x 22 第三部分：定時(shí)器的初值設(shè)定，在程序初始化的時(shí)候?qū)Χ〞r(shí)器的初值設(shè)定為 200ms。所以定時(shí) 器的頻率同時(shí)也是 A/D 轉(zhuǎn)換器的掃描頻率。最終保留的有效程序，現(xiàn)在數(shù)碼管閃爍這個(gè)問(wèn)題也解決了。也就是說(shuō)在仿真上可以實(shí)現(xiàn)的東西，在硬件上不一定可以實(shí)現(xiàn)，需要進(jìn)行測(cè)試調(diào)試才 能滿(mǎn)足要求。然后我們?cè)賹?shí)現(xiàn) 6 路通道自動(dòng)顯示調(diào)試。根據(jù)圖中 使用的 6 路被測(cè)電阻中，前五路使用的是 1KΩ 的滑動(dòng)變阻器，最后一路使用的是固定電阻?？梢?根據(jù)上表分析，用 matlab 分別做出 0~1 kΩ， 1KΩ~10 kΩ， 0~10 kΩ的實(shí)際值和測(cè)量值得偏差關(guān)系圖，如下圖 4 4 45 所示： 可以通過(guò)一系列求誤差以及判斷精度的方法來(lái)判斷給出的測(cè)量范圍是否符合精度要求。平均誤差值（ E）用實(shí)際電阻值與測(cè)量值得偏差表示；用 Ai 表示實(shí)際電阻值， Bi 表示測(cè)量電阻值， 平均誤差值 E= 1niAi Bin??? () 電阻偏差的方差 D= 21[( ) ]niAi Bi En???? () 由 matlab 處理計(jì)算可知： 0~1kΩ 的平均誤差值 E1=，電阻偏差的方差 D1=*10^(5)； 1kΩ~1kΩ的平均誤差值 E2= kΩ，電阻偏差的方差 D2=； 0~10 kΩ的平均誤差值 E3= kΩ，電阻偏差的方差 D3=； 根據(jù)所求得得平均誤差值，當(dāng)被測(cè)電阻阻值在 0~1 kΩ時(shí)，平均誤差值 E1大小只有 歐姆，且電阻偏差的方差為 ，說(shuō)明阻值偏差的分布很均勻，所以可以說(shuō)明在 0~1 kΩ 的范圍之類(lèi)，電阻的阻值偏差平均大小只有 歐姆，根據(jù)表格中所得的數(shù)據(jù)最大的誤差當(dāng)阻值為 時(shí)，被測(cè)電阻值為 kΩ，此時(shí)絕對(duì)誤差最大，其相對(duì)誤差也為最大，等于 %，小于%，此范圍上精度的要求是滿(mǎn)足的。再分析被測(cè)電阻為 0~10 kΩ 的范圍。當(dāng)超出 1K 而小 于 10K 同樣能測(cè)，但是精確度不高，應(yīng)該慎用。實(shí)際上，系統(tǒng)測(cè)量的電阻可能是光敏電阻、 熱敏電阻 、壓敏電阻等等一類(lèi)可以隨外界環(huán)境變化變化而變化的電阻。即使將基準(zhǔn)分壓電阻變大，也只能是測(cè)量值變大，比如精度范圍內(nèi)，其 多通道動(dòng)態(tài)數(shù)字電阻測(cè)量?jī)x 28 測(cè)量范圍為 kΩ~100 kΩ。也就是說(shuō)，它是按照通道的自然順序，依次動(dòng)態(tài)顯示的。經(jīng)過(guò)測(cè)試，在精度范圍內(nèi)，系統(tǒng)能比較準(zhǔn)確的測(cè)出變化的阻值。完成這些工作之后，我們得到的系統(tǒng)，可以測(cè)試多路動(dòng)態(tài)電阻值，并 且通過(guò)數(shù)碼管顯示出來(lái)。 本系統(tǒng)具有自動(dòng)采集多通道數(shù)字電阻測(cè)量?jī)x，并且能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的測(cè)量。在科學(xué)研究中 ,也經(jīng)常把電阻率測(cè)量當(dāng)成一種對(duì)材料的結(jié)構(gòu)和物質(zhì)形態(tài)變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)的手段。 展望 本系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)所要求的基本功能，在精度范圍內(nèi)，本系統(tǒng)的測(cè)量范圍為 0— 1 kΩ。 另外，由于系統(tǒng)的側(cè)重問(wèn) 題，本系統(tǒng)側(cè)重的是多通道，動(dòng)態(tài)測(cè)電阻。因?yàn)樵趯?shí)時(shí)測(cè)量過(guò)程中， 系統(tǒng)往往需要對(duì)單獨(dú)的某一路信號(hào)進(jìn)行跟蹤測(cè)試。 然而還有不盡人意之處 ,有待于作進(jìn)一步的改進(jìn)提高 。 多通道動(dòng)態(tài)數(shù)字電阻測(cè)量?jī)x 31 參考文獻(xiàn) [1] 趙文博 ,劉文濤 .單片機(jī)語(yǔ)言 C51 程序設(shè)計(jì) .北京 :人民郵電出版社 .. 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