【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 轉(zhuǎn)換，這一啟動(dòng)信號(hào)可由 CPU 提供。轉(zhuǎn)換結(jié)束后 A/D 轉(zhuǎn)換器內(nèi)部轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)觸發(fā)器置位，并輸出轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志電平。通知微處理器讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。 A/D 轉(zhuǎn)換器的晶閘管現(xiàn)象。其現(xiàn)象是在正常使用時(shí)， A/D 轉(zhuǎn)換器芯片電流驟增，時(shí)間一長(zhǎng)就會(huì)燒壞芯片。為防止這種現(xiàn)象，可采取如下措施： （ 1）加強(qiáng)抗干擾措施，盡量避免較大的干擾電流進(jìn)入電路； （ 2）加強(qiáng)電源穩(wěn)壓濾 波措施， 在 A/D 轉(zhuǎn)換器電源入口處加退耦濾波電路，為防止窄脈沖 波竄入在電解電容上再接一高頻濾波電容； （ 3）在 A/D 轉(zhuǎn)換器的電源端接一限流電阻，可在出現(xiàn)晶閘管現(xiàn)象時(shí)，有效地把電流限定在允許范圍內(nèi)，以防止燒壞器件。 選擇 A/D 轉(zhuǎn)換器除考慮上述要點(diǎn)外，為防止對(duì) A/D 轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)的影響，還要注意以下幾個(gè)問題： （ 1）工作電源電壓是否穩(wěn)定； （ 2）外接時(shí)鐘信號(hào)的頻率是否合適； （ 3）工作環(huán)境溫度是否符合器件要求； （ 4）與其它器件是否匹配； （ 5）外接是否有強(qiáng)的電磁干擾； （ 6）印刷線路板布線是否合理。 由上面對(duì)傳感器量程和精度的分析可知： A/D 轉(zhuǎn)換器誤差應(yīng)在 3g以下。 12 位 A/D 精度： 10Kg/4096=； 14 位 A/D 精度： 10Kg/16384=； 考慮到其他部分所帶來的干擾， 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換器無法滿足系統(tǒng)精度要求。所以我們需要選擇 14 位或者精度更高的 A/D 轉(zhuǎn)換器 [17]。 方案二 采用 V/F 轉(zhuǎn)換 VF 控制的原理是產(chǎn)生一個(gè)震蕩頻率的電路叫做壓控震蕩器，是一個(gè)壓敏電容，當(dāng)受到一個(gè)變化的電壓時(shí)候它的容量會(huì)變化，變化的電容引起震蕩頻率的變化，產(chǎn)生變頻。 列如 LM331 LM331 是性能價(jià)格比較高的集成芯片，可用作精密頻率電壓轉(zhuǎn)換器、 A/D 轉(zhuǎn)換器、線性頻率調(diào)制解調(diào)、長(zhǎng)時(shí)間積分器及其他相關(guān)器件。 LM331 采用了新的溫度補(bǔ)償能隙基準(zhǔn)電路，在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)和低到 。 LM331 的動(dòng)態(tài)范圍寬，可達(dá) 100dB；線性度好，最大非線性失真小于 ％，工作頻率低到 ；變換精度高，數(shù)字分辨率可達(dá) 12 位；外接電路簡(jiǎn)單，只需接入幾個(gè)外部元件就可方便構(gòu)成 V/F 或 F/V 等變換電路，并且容易保證轉(zhuǎn)換精度。 LM331 的內(nèi)部電路組成如圖所示。由輸 入比較器、定時(shí)比較器、 R－ S 觸發(fā)器、輸出驅(qū)動(dòng)管、復(fù)零晶體管、能隙基準(zhǔn)電路、精密電流源電路、電流開關(guān)、輸出保護(hù)管等部分組成。輸出驅(qū)動(dòng)管采用集電極開路形式，因而可以通過選擇邏輯電流和外接電阻，靈活改變輸出脈沖的邏輯電平，以適配 TTL、 DTL和 CMOS 等不同的邏輯電路。 LM331 可采用雙電源或單電源供電，可工作在 ～ 40V之間，輸出可高達(dá) 40V，而且可以防止 Vcc 短路 [18]。 當(dāng)前， 12 位以上的 A/D 轉(zhuǎn)換器的價(jià)格仍較昂貴，用 V/F 變換器來代替 A/D 轉(zhuǎn)換器，在要求速度不太高的場(chǎng)合是一種較好的選擇。從傳感器來 的毫伏級(jí)的電壓信號(hào)經(jīng)低溫漂運(yùn)算放大器INA126 放大到 0～ 10V 后加到 V/F 變換器 LM331 的輸入端，從頻率輸出端 f0輸出的頻率信號(hào)加到單片機(jī)的輸入端 T1 上。根據(jù)分辨率的要求利用軟件處理，最后得到 A/D 轉(zhuǎn)換的結(jié)果。所以我決定采用 LM331 芯片 V/F 轉(zhuǎn)換作為信號(hào)轉(zhuǎn)換的方案。 控制單片機(jī)的選型 選擇單片機(jī)型號(hào)的出發(fā)點(diǎn)有以下幾個(gè)方面： 市場(chǎng)貨源 系統(tǒng)設(shè)計(jì)者只能在市場(chǎng)上能夠提供的單片機(jī)中選擇，特別是作為產(chǎn)品大 批量生產(chǎn)的應(yīng)用系統(tǒng)，所選的單片機(jī)型號(hào)必須有穩(wěn)定、充足的貨源。 單片機(jī)性能 應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的功能要求 和各種單片機(jī)的性能，選擇最容易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)的型號(hào)，而且能達(dá)到較高的性能價(jià)格比。單片機(jī)性能包括片內(nèi)硬件資源、運(yùn)行速度、可靠性、指令系統(tǒng)功能、體積和封裝形式等方面。影響性能價(jià)格比的因素除單片機(jī)的性能價(jià)格外，還包括硬件和軟件設(shè)計(jì)的容易程度、相應(yīng)的工作量大小，以及開發(fā)工具的性能價(jià)格比。 研制周期 在研制任務(wù)重、時(shí)間緊的情況下，還要考慮所選的單片機(jī)型號(hào)是否熟悉，是否能馬上著手進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。與研制周期有關(guān)的另一個(gè)重要因素是開發(fā)工具，性能優(yōu)良的開發(fā)工具能加快系統(tǒng)地研制進(jìn)程。 在眾多的 51 系列單片機(jī)中，要算 ATMEL 公司的 AT89C5 AT89S51 更實(shí)用，因他不但和 8051 指令、管腳完全兼容，而且其片內(nèi)的 4K 程序存儲(chǔ)器是 FLASH 工藝的，這種工藝的存儲(chǔ)器用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫，一般專為 ATMEL AT89xx 做的編程器均帶有這些功能。顯而易見，這種單片機(jī)對(duì)開發(fā)設(shè)備的要求很低，開發(fā)時(shí)間也大大縮短。寫入單片機(jī)內(nèi)的程序還可以進(jìn)行加密，這又很好地保護(hù)了你的勞動(dòng)成果。再著， AT89C5 AT89S51 目前的售價(jià)比 8031 還低，市場(chǎng)供應(yīng)也很充足。 8051 系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是各種邏輯單元及其之間的互連構(gòu) 成的。其主要由中央處理器（ CPU）、程序存儲(chǔ)器（ ROM）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM）、串行接口、并行 I/0 接口、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)等幾大單元，以及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線組成。 AT89C51 是一種帶 4K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（ FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。 AT89C2051 是一種帶 2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的 可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 100 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器， AT89C2051 是它的一種精簡(jiǎn)版本。 AT89C 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案[7]。 AT89C51 單片機(jī)特點(diǎn)能 與 MCS51 兼容，有 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器，壽命能夠達(dá)到 1000 寫 /擦循環(huán)，數(shù)據(jù)可以保留時(shí)間長(zhǎng)達(dá) 10年，全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz，三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定， 1288 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。所以 AT89C51 符合本次設(shè)計(jì)的主控芯片。 顯示模塊 方案一 LED 顯示 LED 就是 light emitting diode ，發(fā)光二極管的英文縮寫，簡(jiǎn)稱 LED。它是一種通過控制半導(dǎo)體發(fā)光二極管的顯示方式，用來顯示文字、圖形、圖像、動(dòng)畫、行情、視頻、錄像信號(hào)等各種信息的顯示屏幕。 LED 顯示器結(jié)構(gòu)： 基本的半導(dǎo)體數(shù)碼管是由七個(gè)條狀發(fā)光二極管芯片排列而成的 。可實(shí)現(xiàn) 0～ 9 的顯示。其具體結(jié)構(gòu)有 “反射罩式 ”、 “條形七段式 ”及 “單片集成式多位數(shù)字式 ”等 LED 顯示器與顯示方式 : LED 顯示塊是由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件。通常使用的是七段 LED。這種顯示塊有共陰極與共陽極兩種。共陰極 LED 顯示塊的發(fā)光二極管陰極共地。當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮；共陽極 LED 顯示塊的發(fā)光二極管陽極并接。 在設(shè)計(jì)中使用 LED 顯示塊構(gòu)成 N 位 LED 顯示器。 N 位 LED 顯示器有 N 根位選線和 8*N根段選線。根據(jù)顯示方式不同，位選線與段選線的連接方法不同。段選線控制字符選擇， 位選線控制顯示位的亮、暗。 LED 顯示器有靜態(tài)顯示與動(dòng)態(tài)顯示兩種方式。我們使用的為動(dòng)態(tài)顯示方式。在多位 LED顯示時(shí)，為了簡(jiǎn)化電路，降低成本，將所有位的段選線并聯(lián)在一起，由一個(gè) 8 位 I/O 口控制，而共陰極點(diǎn)或共陽極點(diǎn)分別由響應(yīng)的 I/O 口線控制。其中兩片 74LS244 分別用于段信號(hào)和位信號(hào)的驅(qū)動(dòng)， 74LS273 用于段信號(hào)的鎖存，其鎖存地址為 7FFFH。 圖 LED 數(shù)碼管顯示方式 方案二 LCD 顯示 LCD 液晶顯示器是 Liquid Crystal Display 的簡(jiǎn)稱， LCD 的構(gòu)造是在兩片 平 行的玻璃當(dāng)中放置液態(tài)的晶體，兩片玻璃中間有許多垂直和水平的細(xì)小電線，透過通電與否來控制桿狀水晶分子改變方向，將光線折射出來產(chǎn)生畫面。比 LED 要好的多，但是價(jià)錢較其貴。 在日常生活中，我們對(duì)液晶顯示器并不陌生。液晶顯示模塊已作為很多電子產(chǎn)品的通過器件，如在計(jì)算器、萬用表、電子表及很多家用電子產(chǎn)品中都可以看到，顯示的主要是數(shù)字、專用符號(hào)和圖形。在單片機(jī)的人機(jī)交流界面中，一般的輸出方式有以下幾種：發(fā)光管、 LED 數(shù)碼管、液晶顯示器。發(fā)光管和 LED 數(shù)碼管比較常用，軟硬件都比較簡(jiǎn)單，在前面章節(jié)已經(jīng)介紹過，在此不作介紹 ，本章重點(diǎn)介紹字符型液晶顯示器的應(yīng)用。 在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用晶液顯示器作為輸出器件有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： （ 1）顯示質(zhì)量高：由于液晶顯示器每一個(gè)點(diǎn)在收到信號(hào)后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器（ CRT）那樣需要不斷刷新新亮點(diǎn)。因此，液晶顯示器畫質(zhì)高且不會(huì)閃爍。 （ 2）數(shù)字式接口：液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機(jī)系統(tǒng)的接口更加簡(jiǎn)單可靠，操作更加方便。 （ 3）體積小、重量輕：液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達(dá)到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。 （ 4）功耗低 ：相對(duì)而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動(dòng) IC 上，因而耗 電量比其它顯示器要少得多。 液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對(duì)其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動(dòng)、易于實(shí)現(xiàn)全彩色顯示的特點(diǎn)，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在便攜式電腦、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、 PDA 移動(dòng)通信工具等眾多領(lǐng)域。 液晶顯示器各種圖形的顯示原理 （ 1）線段的顯示：點(diǎn)陣圖形式液晶由 MN 個(gè)顯示單元組成，假設(shè) LCD 顯示屏有 64 行，每行有 128 列，每 8 列對(duì)應(yīng) 1 字節(jié)的 8 位，即每行 由 16 字節(jié)，共 168=128 個(gè)點(diǎn)組成，屏上 6416個(gè)顯示單元與顯示 RAM區(qū) 1024字節(jié)相對(duì)應(yīng)，每一字節(jié)的內(nèi)容和顯示屏上相應(yīng)位置的亮暗對(duì)應(yīng)。例如屏的第一行的亮暗由 RAM 區(qū)的 000H——00FH 的 16 字節(jié)的內(nèi)容決定，當(dāng)（ 000H） =FFH時(shí)，則屏幕的左上角顯示一條短亮線，長(zhǎng)度為 8 個(gè)點(diǎn)；當(dāng)（ 3FFH） =FFH 時(shí)，則屏幕的右下角顯示一條短亮線；當(dāng)（ 000H） =FFH，（ 001H） =00H，（ 002H） =00H， …… （ 00EH） =00H，（ 00FH）=00H 時(shí)，則在屏幕的頂部顯示一條由 8 段亮線和 8 條暗線組成的虛線 。這就是 LCD 顯示的基本原理。 （ 2）字符的顯示：用 LCD 顯示一個(gè)字符時(shí)比較復(fù)雜，因?yàn)橐粋€(gè)字符由 68 或 88 點(diǎn)陣組成，既要找到和顯示屏幕上某幾個(gè)位置對(duì)應(yīng)的顯示 RAM 區(qū)的 8 字節(jié)，還要使每字節(jié)的不同位為 “1”，其它的為 “0”，為 “1”的點(diǎn)亮，為 “0”的不亮。這樣一來就組成某個(gè)字符。但由于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器來說，顯示字符就比較簡(jiǎn)單了，可以讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在 LCD 上開始顯示的行列號(hào)及每行的列數(shù)找出顯示 RAM 對(duì)應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，在此送上該字符對(duì)應(yīng)的代碼即可。 （ 3）漢字的顯示：漢字的顯示一般采用圖 形的方式，事先從微機(jī)中提取要顯示的漢字的點(diǎn)陣碼（一般用字模提取軟件），每個(gè)漢字占 32B，分左右兩半，各占 16B，左邊為 5……右邊為 6…… 根據(jù)在 LCD 上開始顯示的行列號(hào)及每行的列數(shù)可找出顯示 RAM 對(duì)應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，送上要顯示的漢字的第一字節(jié)，光標(biāo)位置加 1，送第二個(gè)字節(jié)，換行按列對(duì)齊，送第三個(gè)字節(jié) …… 直到 32B 顯示完就可以 LCD 上得到一個(gè)完整漢字。 16