【文章內(nèi)容簡介】 圖 （ a， b)所示 [8]。 AD623 的增益 g 由 Rg 進行電阻編程 ， 或更準確的說 ， 由 1 腳和 8 腳之間的阻抗來決定。 Rg 可以由以下公式計算 。 )1/(1 0 0 ??? GKRg （ ） 圖 AD623原理圖 清華 大學 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 13 頁 共 46 頁 a 雙電源供電 b 單電源供電 圖 AD623供電電路連接 信號調(diào)理電路 將雙極性信號加到單電源模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (adc) 上通常是件很困難的事情 , 因為這要將雙極性信號范圍變換成 adc 的允許輸入范圍 ，而 AD623正好可以滿足這個轉(zhuǎn)換條件，此外， 綜合考慮輸入阻抗，溫漂，共模抑制比，線性度以及價格等因素，決定采用儀用放大器 AD623。 其與橋式電路輸出的連接如下圖所示。 圖 信號調(diào)理電路 橋式電路的輸出為 0～ ，為了防止輸出電壓過小被地吞沒，放大器基準電壓接+1V，它通過對 5V的電壓進行分壓而得到。增益為默認的單位增益，即不外接電阻，則通過放大電路后輸出電壓范圍為 1～ 。 主控電路 AT89C51 芯片介紹 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié) FLASH 存儲器 （ 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 。AT89C2051 是一種帶 2K字節(jié)閃存可編程可擦除 只讀存儲器 的單片機。單片機的可擦除只 清華 大學 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 14 頁 共 46 頁 讀存儲器可以反復擦除 1000 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器， AT89C2051 是它的一種精簡版本。 AT89C51 單片機為很多 嵌入式控制系統(tǒng) 提供了一種靈活性高且價廉的方案。 其管腳圖如下圖所示。 圖 AT89C51外形及管腳圖 AT89C51 提供以下標準功能： 4K 字節(jié) Flash 閃速存儲器， 128 字節(jié)內(nèi)部 RAM,32 個I/O 口線，兩個 16位定時器， 一個 5向量兩級中斷機構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時， AT89C51 可降至 0HZ 的靜輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式，空閑方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時 /計數(shù)器，串行通信中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位 [9]。 單片機時鐘電路 單片機內(nèi)部每個部件想要協(xié)調(diào)一致的工作，必須在統(tǒng)一口令，即時鐘信號的控制下工作。單片機的時序就是 CPU 在執(zhí)行指令時所需控制信號的時間順序。為了保證各個部件間的同步工 作，單片機內(nèi)部電路應(yīng)在唯一的時鐘信號下嚴格地按照時序進行工作。單片機工作所需要的時鐘信號由兩種產(chǎn)生方式，即內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式。本設(shè)計中采用內(nèi)部時鐘方式： AT89C51 中有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL1 和 XTAL2 分別是該放大器的輸入端和輸出端，兩端跨接石英晶體及兩個電容就可以構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器。電容器通常取 30pF 左右，可穩(wěn)定頻率并對振蕩器有微調(diào)作用。 石英晶體選擇范圍最高可選 24MHz,它決定了單片機電路產(chǎn)生的時鐘信號的振蕩頻率，晶體振蕩的頻率高，則系統(tǒng)的時鐘頻率也高，單 片機運行的速度也就快。在本系統(tǒng) 清華 大學 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 15 頁 共 46 頁 中選擇的是 12MHz。 其連接電路如下。 圖 單片機時鐘電路 單片機復位電路 89 系列單片機與其它微處理器一樣，在啟動時都需要復位，使 CPU 及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。 89系列單片機的復位信號是從 RST 引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的，當系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，且震蕩期穩(wěn)定后，如 RST 引腳上有一個高電平并維持兩個機器周期，則 CPU就可以 響應(yīng)并將系統(tǒng)復位。 復位操作有上電自動復位和按鍵手動復位兩種方式。本機采用手動按鍵復位和自動復位組合，上電自動復位是在加電瞬間電容通過充電來實現(xiàn)，在通電瞬間，電容 C通過電阻 R 充電， RST 端出現(xiàn)正脈沖，用以復位。手動復位是指通過接通一按鈕開關(guān)，是單片機進入復位狀態(tài)，系統(tǒng)上電運行后，若需要復位，一般通過手動復位來實現(xiàn)。由于AT89C51 屬于 CMOS 型，在 RST 端內(nèi)部有一個下拉電阻，故可將外部電阻去掉，外接電容使用 1uF。 圖 單片機復位電路 單片機控制電路連接 系統(tǒng)采用單片機進行控制 ,選用 AT89C51 單片機 .該單片機為 ATMEL 公司的產(chǎn)品 ,其指令系統(tǒng)完全與 8031/8051 兼容 ,內(nèi)帶 4K 字節(jié)的內(nèi)存和程序保護系統(tǒng) ,便于程序的調(diào)試修改和保密 ,在本設(shè)計中各管腳的功能如下 : 1)P0 口的功能 :P0 口與 LCD1602 的雙向數(shù)據(jù)端相連，傳輸命令及數(shù)據(jù)。 2)P1 口的功能 :P1口與 ADC0809 的數(shù)據(jù)輸出口相連 ， 接收 AD 轉(zhuǎn)換結(jié)果 。 3)P2 口的功能 : 端與 ADC0809 的 START 和 ALE 相連，用以啟動 AD 轉(zhuǎn)換， 且將 8 清華 大學 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 16 頁 共 46 頁 路地址鎖存； 端與 ADC0809 的 EOC 端連接，用來檢測轉(zhuǎn)換是否完成； 端與ADC0809 的 OE 端相連 ,用以允許將 AD 轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出，讓單片機讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果； 端用作系統(tǒng)燈光報警信號控制端，低電平有效； 端用作系統(tǒng)聲音報警信號控制端，低電平有效； ~ LCD1602 的 RS、 RW、 E 三端 ， 控制 液晶顯示。 4)P3 口的功能 : 接 ADC0809 的 CLOCK 端，用定時器來控制產(chǎn)生 500kHz 時鐘信號以驅(qū)動 ADC0809； 接存儲芯片的 SCL 端，控制存儲芯片的串行 時鐘輸入； 接存儲芯片的 SDA 端，用于控制單片機與存儲芯片之間的數(shù)據(jù)交換。 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路 ADC0809 芯片介紹 由傳感器采集回來的模擬信號需要轉(zhuǎn)換成單片機能識別的數(shù)字信號才能進行分析處理，所以需要 A/D 轉(zhuǎn)換電路。 A/D 轉(zhuǎn)換器按其工作方式，轉(zhuǎn)換速度，轉(zhuǎn)換精度等情況，可滿足不同的使用場合和要求。按工作原理不同 A/D 轉(zhuǎn)換器可分為兩大類： (a)積分型，這類轉(zhuǎn)換器先將模擬量轉(zhuǎn)換成中間變量，再將中間變量轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的數(shù)字量，國內(nèi)外在此類產(chǎn)品中主要是低速 A/D 轉(zhuǎn)換器。 (b)比較型，這種轉(zhuǎn)換 器是將模擬量與基準電壓直接進行比較，再轉(zhuǎn)換相應(yīng)的數(shù)字量。其又可分為逐次逼近型、跟蹤比較型、并行比較型、串行比較型。 其中逐次逼近型是目前應(yīng)用最為廣泛的中高速 A/D 轉(zhuǎn)換器，其最大特點是轉(zhuǎn)換速率較快，而且在售價、轉(zhuǎn)換精度、轉(zhuǎn)換速率三個指標之間容易取得的較好的平衡。本課題擬采用逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0809。 逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器利用內(nèi)部的寄存器從高位到低位依次開始逐位試探比較。開始時，寄存器各位清零，轉(zhuǎn)換時，先將最高位置 1，把數(shù)據(jù)送入 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果與輸入的模擬量比較，如果轉(zhuǎn)換的模擬量比輸入的 模擬量小，則 1保留，如果轉(zhuǎn)換的模擬量比輸入的模擬量大，則 1不保留，然后從第二位依次重復上述過程直至最低位，最后寄存器中的內(nèi)容就是輸入模擬量對應(yīng)的二進制數(shù)字量。 ADC0809 是美國國家半導體公司生產(chǎn)的 CMOS 工藝 8通道， 8 位逐次逼近式 A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有一個 8 通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，選通 8路模擬輸入信號中的一個進行 A/D 轉(zhuǎn)換。它由 8路模擬開關(guān)、 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，三態(tài)輸 出鎖存器及地址鎖存譯碼器等組成，其內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖如圖 所示。 清華 大學 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 17 頁 共 46 頁 圖 ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 其 主要特性： 1） 8路輸入通道， 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，即分辨率為 8位 。 2） 具有轉(zhuǎn)換起停控制端 。 3） 轉(zhuǎn)換時間為 100μ s(時鐘為 640kHz 時 )， 130μ s（時鐘為 500kHz 時） 。 4） 單個 +5V 電源供電 。 5） 模擬輸入電壓范圍 0～ +5V，不需零點和滿刻度校準 。 6） 工作溫度范圍為 40～ +85攝氏度 。 7） 低功耗，約 15mW。 ADC0809 各引腳功能如下 : ? IN0～ IN7： 8路模擬量輸入端。 ? D0～ D7： 8位數(shù)字量輸出端。 ? ADDA、 ADDB、 ADDC： 3位地址輸入線，用于選通 8 路模擬輸入中的一路。 ? ALE：地址鎖存選通信號，由低至高電平時，把三位地址信號送入通道號地址鎖存器并經(jīng)譯碼得到地址輸出，以選擇相應(yīng)的模擬輸入通道。 ? START： A/D 轉(zhuǎn)換啟動信號，加入正脈沖后， A/D 轉(zhuǎn)換開始進行。 ? EOC： A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，轉(zhuǎn)換開始后， EOC 信號變低，轉(zhuǎn)換結(jié)束時， EOC 返回高電平。 ? OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入高電平有效。當 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。 清華 大學 2020 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 18 頁 共 46 頁 ? CLK：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率 不高于 640KHZ。 ? REF（ +）、 REF（ ）：基準電壓輸入端 ,它們決定了輸入模擬電壓的最大值和最小值。 ? VCC：電源電壓，由于是 CMOS 芯片，允許的電壓范圍較寬，可以是 +5~+15V。 ? GND：接地。 圖 ADC0809引腳圖 ADC0809 的時序圖如下。 圖 ADC0809時序圖