【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 圖 3 ADS1100 ? ADS1100 的主要特點(diǎn)如下： 16位無丟碼 8個(gè)地址范圍 有連續(xù)自校準(zhǔn)功能 單周期轉(zhuǎn)換 內(nèi)部帶有系統(tǒng)時(shí)鐘 11 具有 I2C 接口 精度： ％（ FSR MAX） 可編程增益放大器的增益可在 4或 8中進(jìn)行選擇 低噪聲： 4μ Vp－ p 可編程數(shù)據(jù)采樣速率： 8SPS－ 128SPS 電源電壓為 － 電流損耗可低至 90μ A ? ADS1100 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) ADS1100 的內(nèi)部包括ΔΣ A/D 轉(zhuǎn)換器，可編程增益放大器，時(shí)鐘發(fā)生器和 I2C接口四大部分，芯片內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)可直接送給ΔΣ A/D轉(zhuǎn)換核及 I2C 接口，而無需片外時(shí)鐘，ΔΣ A/D轉(zhuǎn)換核包括差分開關(guān)電容ΔΣ轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)以及其后的數(shù)字濾波器。差分模擬信號(hào)經(jīng) PGA 到ΔΣ A/D 轉(zhuǎn)換核轉(zhuǎn)換后可輸出二進(jìn)制編碼。 ? 工作原理 12 1) 上電和復(fù)位 ADS1100 上電時(shí)會(huì)自動(dòng)復(fù)位并將控制字寄存器設(shè)置成默認(rèn)值 。此外，它也能響應(yīng) I2C 復(fù)位指令（全局調(diào)用復(fù)位指令 GENERAL CALL RESET：地址字節(jié)是 00H接著是數(shù)據(jù)字節(jié) 06H），在接收到復(fù)位指令后， ADS1100 將執(zhí)行內(nèi)部復(fù)位，此時(shí)如果正在轉(zhuǎn)換，則中斷，輸出寄存器置 0，并將控制字寄存器恢復(fù)默認(rèn)值。 2) ADS1100 的 I2C 地址 ADS1100 的 I2C 地址是 1001xxxB，其中 xxx由廠家設(shè)定， ADS1100 有 8個(gè)不同的 I2C 地址（從 000 到 111）。根據(jù) I2C的不同地址可分為 8個(gè)獨(dú)立器件，其各自封裝的打標(biāo)字樣（在芯片的頂部）如表 3所列。 3) 輸出編碼 輸出編碼是一個(gè)和輸出電壓成正比例的數(shù)，并與位數(shù)相關(guān)，而位數(shù)又與轉(zhuǎn)換速率有關(guān)，它們的對(duì)應(yīng)如表 4所列。 對(duì)于給定的最小編碼、 PGA 增益設(shè)置，正負(fù)輸入端電壓 VIN＋和 VIN－、以及電源電壓來說，輸出編碼可由表達(dá)式（ 1）給出，由于 ADS1100 集成了自校準(zhǔn)系統(tǒng)且具有自校準(zhǔn)功能，故可以補(bǔ)償增益和失調(diào)所引起的誤差，因此該表達(dá)式不必考慮這些參數(shù)。 13 輸出編碼＝－ 1最小編碼 PGA VDDVV inin ??? 如轉(zhuǎn)換速率是 16SPS， PGA＝ 2，那么： 輸出編碼?? ?? 1 6 3 8 4*2*V D DVV inin 表 5 給出了不同輸入電平所對(duì)應(yīng)的輸出編碼。 4) 寄存器 ADS1100 有兩個(gè)寄存器，輸出寄存器和控制字寄存器，輸出寄存器用于存放最后一次的轉(zhuǎn)換結(jié)果，控制字寄存器則可以改變 ADS1100 的操作模式和進(jìn)行狀態(tài)查詢。 （ 1）輸出寄存器 16位的輸出寄存器存儲(chǔ)的是以二進(jìn)制補(bǔ)碼表示的最后一次的轉(zhuǎn) 換結(jié)果，在 ADS1100 復(fù)位或上電之后，輸出寄存器清零，輸出寄存器的格式如表 6所示。 （ 2）控制字寄存器 8位控制字寄存器用于控制 ADS1100 的工作模式，轉(zhuǎn)換速率和 PGA 設(shè)置，控制字寄存器的格式如表 7所列，默認(rèn)值是 8CH?，F(xiàn)將各位說明如下： 位 7（ ST/BSY）：在單次轉(zhuǎn)換模式下，向 ST/BSY 寫入 1 可使一次開始，寫入 0無影響，在連續(xù)轉(zhuǎn)換模式下， ADS1100 忽略寫入 ST/BSY 的值。 另外，在單次轉(zhuǎn)換模式下，如果 ST/BSY 讀到了 1值，表明 A/D 轉(zhuǎn)換器正忙，即正在轉(zhuǎn)換中；如果是 0，則表明當(dāng)前沒有轉(zhuǎn)換工作，輸出寄存器保存的是最后一次的轉(zhuǎn)換結(jié)果，在連續(xù)模式下， ST/BSY 總是讀到 1。 14 位 6－ 5：保留字。使用時(shí)必須設(shè)置成 0。 位 4（ SC）：用于控制 ADS1100 是連續(xù)轉(zhuǎn)換模式還是單次轉(zhuǎn)換模式，當(dāng) SC 為 1時(shí)， ADS1100 是單次轉(zhuǎn)換模式（ Single Conversion），為 0 則為連續(xù)轉(zhuǎn)換模式，該位的默認(rèn)值是 0。位 3－ 2（ DR）；用于控制 ADS1100 的轉(zhuǎn)換速率，見表 8 所列。 位 1－ 0（ PGA）：用于 ADS1100 的增益設(shè)置，設(shè)置方法見表 9所列。 ? 工作模式 ADS1100 有兩種工作模式：連續(xù)轉(zhuǎn)換模式和單次轉(zhuǎn)換模式，連續(xù)轉(zhuǎn)換模式下，當(dāng)一次轉(zhuǎn)換結(jié)束后， ADS1100 將結(jié)果放入輸出寄存器并立刻開始下一次轉(zhuǎn)換，ST/BSY 位在控制字寄存器中始終讀到的是 1。 如果是單次轉(zhuǎn)換模式，則在 ST/BSY 位被置 1后， ADS1100 上電并執(zhí)行一次轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)束后， ADS1100 會(huì)把結(jié)果放入輸出寄存器，并復(fù)位 ST/BSY 成 0，關(guān)斷電源。在轉(zhuǎn)換中， ST/BSY 置 1 無效，如果要從連續(xù)模式切換到單次模式， ADS1100 可在執(zhí)行 完當(dāng)前轉(zhuǎn)換后 ST/BSY 置 0，然后斷電。 ? 讀 /寫操作 ADS1100 的輸出寄存器和控制字寄存器的內(nèi)容是可讀的。要讀 ADS1100，可將其設(shè)為讀狀態(tài)（ 7位的 ADS1100 地址后加 1位高電平有效的讀信號(hào)，高位在前，如ADS1100A0 則是 10010001），以讀取三個(gè)字節(jié)的內(nèi)容，其中前兩個(gè)字節(jié)是輸出寄 15 存器的內(nèi)容（高位在前），第三個(gè)字節(jié)是控制字寄存器的內(nèi)容（高位在前，從第四個(gè)字節(jié)開始起均為 FFH。如果只想知道輸出寄存器的內(nèi)容是否合理，可僅讀取前兩個(gè)字節(jié)而忽略其后的字節(jié)。 ADS1100 的輸出寄存器是只讀的，只能向 控制字寄存器寫內(nèi)容，寫的方法是將 ADS1100 設(shè)置為寫（在 ADS1100 地址后加 1 位低電平有效的寫信號(hào)，高位在前），然后寫入一個(gè)字節(jié)（高位在前）。 ADS1100 忽略在第一個(gè)字節(jié)以后的內(nèi)容。 LCD1602 的工作原理及說明 顯示電路由 1602 液晶接口插槽組成，如下圖 所示。液晶顯示器 R/W端直接接地，表示只允許寫入，而不可以從中讀取。使能端 E由單片機(jī) 引腳控制，數(shù)據(jù) /命令選擇端由單片機(jī)的 引腳控制。偏壓信號(hào) VL端與滑動(dòng)變阻器 RH1 相連，通過 RH1 可以調(diào)節(jié)顯示器的顯示對(duì)比度。 RD1 主要用于限流作用，起到一定的保護(hù)作用。顯示器數(shù)據(jù)端口與單片機(jī)的 P0對(duì)應(yīng)相連，單片機(jī)通過 P0口可以向顯示器中輸入控制命令或要顯示的字符。 蜂鳴器工作原理及說明 蜂鳴器發(fā)聲原理是電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)來驅(qū)動(dòng)振動(dòng)膜發(fā)聲的，因此需要一定的電流才能驅(qū)動(dòng)它，單片機(jī) IO 引腳輸出的電流較小，單片機(jī)輸出的 TTL 電平基本上驅(qū)動(dòng)不了蜂鳴器，因此需要增加一個(gè)功 率放大的電路。由單片機(jī) 接口外接一個(gè) 1K 電阻和兩個(gè) NPN 型三極管來驅(qū)動(dòng)蜂鳴器。其主要任務(wù)是輸出大信號(hào)和大功率，對(duì)音頻信號(hào)有效不失真的進(jìn)行放大以推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出聲音 。 第 二 章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)的 設(shè)計(jì)框圖 溫度采集 放大電路 濾波電路 A/D 1100數(shù)模轉(zhuǎn)換 STC89C52單片機(jī) LCD1602 液晶顯示 溫度上下限報(bào)警 16 圖 系統(tǒng)流程圖 電路模塊的設(shè)計(jì) 和原理圖 溫度采集模塊 的設(shè)計(jì) 電阻電橋輸出的電壓信號(hào)反應(yīng)了兩個(gè)輸出端之間的電壓信號(hào)看成是由差摸信號(hào)（兩個(gè)輸出端之間的信號(hào)變化）和共模信號(hào)（每一個(gè)輸出端靜態(tài)時(shí)的對(duì)地電壓）所組成。 ? 電路圖如下： 圖 橋式電路輸出 ? 電路 原理： 3411 3 45522 5 5o c co c cRRUVR R RRRUVR R R?? ?? ???? ??? ?? ? ? ?? 溫度為 00C 橋平衡時(shí)有 3 4 5 1 2 。 5 5,RR R R R R R? ? ? ? 為 溫 度 變 化 引 起 阻 值 的 變 化 量 。將 3 4 5 1 2 。,R R R R R? ? ?帶入上式可得 250 0 2 0 1 2 5 2 5 5( )( )cc RRU U U V R R R R R?? ? ? ? ? ? ? 當(dāng) 5 2 5R R R? ?? ? 時(shí)有 17 250 0 2 0 1 225()cc RRU U U V RR?? ? ? ? 即電橋輸入電壓與熱電阻的變化量成正比，并且輸出電壓與 5R? 之間是線性關(guān) 系。所以，在設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)中一定要注意要滿足 5R? 25RR? 這一條件 。 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換 模塊的設(shè)計(jì) ? 如圖： 電路 模塊的設(shè)計(jì) 在進(jìn)行放大電路設(shè)計(jì)時(shí)，主要應(yīng)該考慮盡可能提高輸入阻抗和共模抑制比，盡可能減小輸出 噪聲和溫漂，從而盡可能減小信號(hào)的失真。測(cè)理技術(shù)中常需要把橋路的雙端差模小信號(hào)放大并轉(zhuǎn)換為單端輸也的信號(hào)，而且既要對(duì)共模信號(hào)具有相當(dāng)強(qiáng)的抑制能力又要盡可能地減小溫漂。差分放大電路的特點(diǎn)正好能夠滿足這些需求，差分放大電路的設(shè)計(jì)可以采取三極管、場(chǎng)效應(yīng)管和集成運(yùn)放等多種方案進(jìn)行。在工程實(shí)際中，為了提高系統(tǒng)的抗干攏能力，以獲得純凈的信號(hào)，一般使用運(yùn)算放大器來設(shè)計(jì)差分放大電路。這里我們采用集