【文章內(nèi)容簡介】 R1 = R2 =1kΩ, 運算放大器為 TL 071,相敏檢波器為 AD630,乘法器為 MC1495, 差動放大器為 INA102( Hi =100) ,8 位的 AD/ DA 轉(zhuǎn)換器工作電壓為177。 5V。 在當 壓力傳感器所受壓力處于 0~100KPa 時， 通過對差動式電容應變力的設計，使得 ΔC 處于 0~ 410?? F 上下限 范圍內(nèi)。 根據(jù)式（ 4）可知， AD 轉(zhuǎn)換器接收的電壓范圍為 0~5V。 A/D 轉(zhuǎn)換模塊 本次課題選擇 ADC0809 作為模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。 ADC0809 是帶有 8位 A/D轉(zhuǎn)換器、8 路多路開關(guān)以及微處理機兼容的控制邏輯的 CMOS 組件。它是逐次逼近式 A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機直接接口。 ADC0809 的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) 由 圖 44可知， ADC0809 由一個 8 路模擬開關(guān)、一個地址鎖存與譯碼器、一個 A/D 轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通 8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用 A/D 轉(zhuǎn)換器進行轉(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 OE端為高電平 時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。 硬件設計 10 圖 44 ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu) ADC0809 引腳結(jié)構(gòu) ADC0809 各腳功能如下： D7D0： 8位數(shù)字量輸出引腳。 IN0IN7： 8位模擬量輸入引腳。 VCC： +5V 工作電壓。 GND：地。 REF（ +）：參考電壓正端。 REF（ ）：參考電壓負端 。 START： A/D 轉(zhuǎn)換啟動信號輸入端。 ALE：地址鎖存允許信號輸入端。 （以上兩種信號用于啟動 A/D 轉(zhuǎn)換） . EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出引腳，開始轉(zhuǎn)換時為低電平，當轉(zhuǎn)換結(jié)束時為高電平。 OE：輸出允許控制端，用以打開三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器。 CLK：時鐘信號輸入端（一般為 500KHz）。 A、 B、 C：地址輸入線。 硬件設計 11 圖 45 ADC0809引腳圖 ADC0809 對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是 0－ 5V，若信號太小，必須進行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。 地址輸入和控制線： 4條 ALE 為地址鎖存允許輸入線，高 電平有效。當 ALE 線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將 A， B， C 三條地址線的地址信號進行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進入轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。 A， B 和 C 為地址輸入線，用于選通 IN0－ IN7 上的一路模擬量輸入。通道選擇表如下表所示。 表 41 ADC0809通道選擇 C B A 選擇的通道 0 0 0 IN0 0 0 1 IN1 0 1 0 IN2 0 1 1 IN3 硬件設計 12 1 0 0 IN4 1 0 1 IN5 1 1 0 IN6 1 1 1 IN7 數(shù)字量輸出及控制線： 11 條 ST 為轉(zhuǎn)換啟動信號 。當 ST上跳沿時，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時，開始進行 A/D 轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間， ST 應保持低電平。 EOC 為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。當 EOC為高電平時，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進行 A/D 轉(zhuǎn)換。 OE 為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。 OE＝ 1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)； OE＝ 0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。 D7－ D0 為數(shù)字量輸出線。 CLK 為時鐘輸入信號線。因 ADC0809 的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號必須由外界提供，通常使用頻率為 500KHZ， VREF（＋）， VREF（－）為參考電壓輸入。 ADC0809 應用說明 （ 1）． ADC0809 內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與 AT89S51 單片機直接相連。 （ 2）． 初始化時，使 ST 和 OE信號全為低電平。 （ 3）． 送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到 A， B， C 端口上。 （ 4）． 在 ST 端給出一個至少有 100ns 寬的正脈沖信號。 （ 5）． 是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù) EOC 信號來判斷。 （ 6）． 當 EOC 變?yōu)楦唠娖綍r，這時給 OE為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機了。 微處理器 本次課題采用 單片機 STC89C52 作為處理芯片， STC89C52是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C52 為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標準功能： 8k 字節(jié) Flash，512 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器，內(nèi)置 4KB EEPROM， MAX810 復 硬件設計 13 位電路，三個 16 位 定時器 /計數(shù)器，一個 6 向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。另外 STC89X52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2種軟件可選擇節(jié) 電模式?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。最高運作頻率 35Mhz， 6T/12T可選。 單片機 STC89C52引腳圖如下。 圖 46 單片機 STC89C52引腳圖 顯示模塊 LCD1602 的優(yōu)點 本次課題的顯示模塊采用 LCD1602 液晶顯示屏進行顯示。 選擇 LCD1602 進行顯示具有如下優(yōu)點： ① 顯示質(zhì)量高 ： 由于液晶顯示器每一個點在收到信號后就一直保 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。因此，液晶顯示器畫質(zhì)高且不會閃爍 。 數(shù)字式接口液晶顯示器都是數(shù)字式的，和 硬件設計 14 單片機系統(tǒng)的接口更加簡單可靠，操作更加方便。 ② 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。 ③ 功耗低 ： 相對而言 ， 液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動 IC上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。 1602 字符型 LCD 簡介 字符型液晶顯示模塊是一種專門用于 顯示字母、數(shù)字、符號等點陣式 LCD，目 前 常用 16*1， 16*2， 20*2 和 40*2 行等的模塊。下面以長沙太陽人電子有限公司的 1602 字符型液晶顯示 器為例 介紹其用法。一般 1602 字符型液晶顯示器實物如圖 47 圖 47 LCD1602 實物圖 1602LCD 的基本參數(shù)及引腳功能 ① 1602LCD 主要技術(shù)參數(shù)： 顯示容量 :162 個字符 ； 芯片工作電壓 :— ； 工作電流 :() ； 模塊最佳工作電壓 : ； 字符尺寸 :(WH)mm 。 ② 引腳功能說明 1602LCD 的引腳圖如圖 48所示。 圖 48 1602LCD的引腳圖 硬件設計 15 1602 采用標準的 16 腳接口，其中： 第 1 腳： VSS 為地電源。 第 2 腳： VDD 接 5V 正電源。 第 3 腳： VL 為液晶顯 示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生 “ 鬼影 ” ，使用時可以通過一個 10K 的電位器調(diào)整對比度。 第 4 腳： RS 為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。 第 5 腳： R/W 為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當 RS 和 R/W 共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當 RS 為低電平 R/W 為高電平時可以讀忙信號，當 RS 為高電平 R/W 為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。 第 6 腳： E 端為使能端，當 E 端由高電平跳變成 低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。 第 7～ 14 腳： D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。 第 15 腳：背光源正極。 第 16 腳：背光源負極。 1602LCD 的指令說明及時序 ① 1602 液晶模塊內(nèi)部的控制器共有 11 條控制指令，如表 42所示 表 42 1602LCD控制指令表 硬件設計 16 ② 1602LCD 基本操作時序圖 圖 49 讀操作時序圖 硬件設計 17 圖 410 寫操作時序圖 溫度補償模塊 課程設計采用 DS18B20 芯片進行溫度的采集，并實現(xiàn)溫度補償。 以 20℃為標準溫度，實際溫度每高一度壓力值補償 ，每低一度壓力值減小。 DS18B20 的主要特征 全數(shù)字溫度轉(zhuǎn)換及輸出。 2 、 先進的單總線數(shù)據(jù)通信。 3 、 最高 12 位分辨率，精 度可達土 攝氏度。 4 、 12 位分辨率時的最大工作周期為 750 毫秒。 5 、 可選擇寄生工作方式。 6 、 檢測溫度范圍為 –55176。C ~+125176。C (–67176。F ~+257176。F) 內(nèi)置 EEPROM，限溫報警功能。 8 、 64 位光刻 ROM，內(nèi)置產(chǎn)品序列號，方便多機掛接。 9 、 多樣封裝形式，適應不同硬件系統(tǒng)。 DS18B20 引腳功能 GND 電壓地 DQ 單數(shù)據(jù)總線 VDD 電源電壓 DS18B20 工作原理及應用 硬件設計 18 DS18B20 的溫度檢測與數(shù)字數(shù)據(jù)輸出全集成于一個芯片之上 ，從而抗干擾力更強。其一個工作周期可分為兩個部分，即溫度檢測和數(shù)據(jù)處理。在講解其工作流程之前我們有必要了解 18B20 的內(nèi)部存儲器資源。 18B20 共有三種形態(tài)的存儲器資源，它們分別是： ROM 只讀存儲器，用于存放 DS18B20ID 編碼，其前 8 位是單線系列編碼（ DS18B20 的編碼是 19H），后面 48 位是芯片唯一的序列號，最后 8 位是以上 56的位的 CRC 碼（冗余校驗）。數(shù)據(jù)在出產(chǎn)時設置不由用戶更改。 DS18B20 共 64 位ROM。 RAM 數(shù)據(jù)暫存器，用于內(nèi)部計算和數(shù)據(jù)存取，數(shù)據(jù)在掉電后丟失， DS18B20共 9 個 字節(jié) RAM，每個字節(jié)為 8位。第 2 個字節(jié)是溫度轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)值信息，第 4個字節(jié)是用戶 EEPROM（常用于溫度報警值儲存）的鏡像。在上電復位時其值將被刷新。第 5個字節(jié)則是用戶第 3 個 EEPROM 的鏡像。第 8 個字節(jié)為計數(shù)寄存器，是為了讓用戶得到更高的溫度分辨率而設計的，同樣也是內(nèi)部溫度轉(zhuǎn)換、計算的暫存單元。第 9個字節(jié)為前 8個字節(jié)的 CRC 碼。 EEPROM 非易失性記憶體，用于存放長期需要保存的數(shù)據(jù)，上下限溫度報警值和校驗數(shù)據(jù)， DS18B20 共 3 位 EEPROM，并在 RAM 都存在鏡像，以方便用戶操作。 DS18B20 時序圖 圖 411 控制器對 DS18B20操作流程 復位：首先我們必須對 DS18B20 芯片進行復位，復位就是由控制器（單片機）給 DS18B20 單總線至少 480uS 的低電平信號。當 18B20 接到此復位信號后則會在 15~60uS 后回發(fā)一個芯片的存在脈沖。 存在脈沖：在復位電平結(jié)束之后，控制器應該將數(shù)據(jù)單總線拉高，以便于在 15~60uS 后接收存在脈沖，存在脈沖為一個 60~240uS 的低電平信號。至此，通信雙方已經(jīng)達成了基本的協(xié)議，接下來將會是控制器與 18B20 間的數(shù)據(jù)通信。 硬件設計 19 如果復位低電平的時間不足或是單總線的電路斷路都不會接到存在脈沖，在設計時要注意意外情況的處理。 控制器發(fā)送 ROM 指令：雙方打完了招呼之后最要將進行交流了， ROM 指令共有 5條，每一個工作周期只能發(fā)一條， ROM指