【文章內容簡介】 電路是電阻應變式壓力傳感器中不可缺少的幾個主要部分。其傳感器的內部結構如圖 所示。 本次設計所采用的壓力傳感器的測量范圍是 0—— 1000mm水柱 ，壓力傳感器的輸出的信號是模擬信號， 電壓輸出 范圍為 0V～ 5V；線性度 為 %。在 1 米水柱在標準條件下（即 4℃ ， g= /秒 2） ，水壓 與壓力的對應關系 為： 1mH2O=（公斤力 /厘米 2） =（千帕斯卡） 由于 AT89S52單 片機無法直接對模擬信號進行處理，因此需要將輸出的模擬信號轉換成數字信號。該壓力傳感器的第 2引腳為信號輸出腳，它與 AD轉換模塊 AD0809芯片的第 26 引腳（ IN0）相接。同時由于進行 AD 轉換時需要采集輸出電壓，因此需要在壓力傳感器的第 2引腳（信號輸出）與第 3引腳（地）之間加上一個 4~10K 的下拉電阻。在本設計中采用的是一個阻值為 。該壓力傳感器與 AD0809的引腳接線如圖 所示。 圖 壓力傳感器內部結構圖 流速壓力數據采集系統(tǒng) 11 圖 壓力傳感器引腳接法圖 AD 轉換 由于壓力傳感器輸出的 電壓是 0~5v 的模擬電壓信號，單片機無法對模擬信號直接進行處理，因此需要一個將模擬信號轉變成數字信號的器件，在本次設計中，采用的是ADC0809 模數轉換芯片。 ADC0809 是 8 位逐次逼近型 A/D 轉換器。它由一個 8 路模擬開關、一個地址鎖存譯碼器、一個 A/D 轉換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關可選通 8 個模擬通道，允許 8 路模擬量分時輸入，共用 A/D 轉換器進行轉換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存 A/D 轉換完的數字量，當 OE 端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉換完的數據 。 ADC0809 的工作原理： IN0－ IN7 為 8 條模擬量輸入通道。在本設計中，壓力傳感器輸出的模擬信號所選擇的輸入通道為 IN0。 ADC0809 對輸入模擬量要求，信號必需是單極性，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。有 4 條地址輸入和控制線， 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，經譯碼后被選中的通道的模擬量進轉換器進行轉換。 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。本設計所選擇的是 IN0 通道，因此 A、 B、 C 地址選擇為 0、 0、 0。因此這三只引腳直接接地。通道選擇表如表 所示。 ADC0809 的數字量輸出及控制線為11 條。 ST 為轉換啟動信號。當 ST 上跳沿時，所有內部寄存器清零；下跳沿時，開始進行 A/D 轉換；在轉換期間， ST 應保持低電平。 EOC 為轉換結束信號。當 EOC 為高電平時，表明轉換結束；否則，表明正在進行 A/D 轉換。 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換得到的數據。 OE＝ 1，輸出轉換得到的數據； OE廣師天河學院本科畢業(yè)設計 (論文 ) 12 為 0，輸出數據線呈高阻狀態(tài)。 D7～ D0 為數字量輸出線。 CLK 為時鐘輸入信號線。因ADC0809 的內部沒有時電路，所需時鐘信號必須由外界提供，通常使用頻率為 500KHZ，而在本設計中， CLK 引腳接在單片機 AT89S52 的 ALE 引腳上，其頻率為 1MHz， VREF（＋）， VREF（－）為參考電壓輸入，分別接電源和地 [7]。 AT89S52 單片機與 ADC0809 的之間的引腳接法如圖 所示。其中 AD0~AD7 與單片機的 P1 口相接， AD0 為高位。 START 和 ALE 引腳與單片機的 引腳相接， EOC引腳與單片機 的 引腳相接， OE 引腳與單片機的 引腳相接。 CLK 引腳與單片機的 ALE 引腳相接。 表 ADC0809 通道選擇表 C B A 選擇的通道 0 0 0 IN0 0 0 1 IN1 0 1 0 IN2 0 1 1 IN3 1 0 0 IN4 1 0 1 IN5 1 1 0 IN6 1 1 1 IN7 圖 ADC0809與 AT89S52 之間引腳接線圖 顯示模塊 本設計所采用的顯示模塊是 LCD12684 液晶屏，采用此液晶屏可以顯示中文字符 ，流速壓力數據采集系統(tǒng) 13 對于觀察者來說會更 加容易。 帶中文字庫的 LCD12864 是一種具有 4 位 /8 位并行、 2 線或 3 線串行多種接口方式，內部含有國標一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為 12864, 內置 8192 個 16*16 點漢字，和 128 個 16*8 點 ASCII字符集 .利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構成全中文人機交互圖形界面?？梢燥@示 84 行 1616 點陣的漢字 . 也可完成圖形顯示 .低電壓低功耗是其又一顯著特點。由該模塊構成的液晶顯示方案與同類型的圖形點陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結構或顯示程序都要簡潔得 多，且該模塊的價格也略低于相同點陣的圖形液晶模塊。 LCD12864 的各引腳功能如表 所示。 LCD12864 與單片機 AT89S52 之間的引腳如圖 所示，其中第 3 引腳為顯示字的對比度調整，通過調整可調電阻 R18 的阻值改變對比度 ， R18 的阻值越高，對比度就越高，所顯示的字就越清楚 。第 4 引腳（ RS）與單片機的 引腳相接，第 5 引腳（ RW）與單片機的 引腳相接，第 6 引腳（ OE）與單片機的 引腳相接。第 7 引腳到第 14 引腳（ D0~D8）與單片機的 P2 口相接。第 15 引腳（ PSB）與單片機的 引腳 相接 。 圖 LCD12864 引腳圖 LCD12864 的每一個 引腳 都具有特定的功能，其中部分引腳具有第二功能， 通過單片機控制各引腳，選擇 LCD12864 所需要的工作方式 。 LCD12864 液晶模塊 各引腳的具體 功能如表 所示。 廣師天河學院本科畢業(yè)設計 (論文 ) 14 表 LCD12864 引腳功能 語音模塊 本設計語音模塊所采用的是 ISD1760芯片， ISD1760語音芯片是 Winboad（華邦公司）推出的單片優(yōu)質語音錄放電路，芯片內部包含有自動增益控制、麥克風前置擴大器、揚聲器驅動線路、振蕩器與內存等的全方位整合系統(tǒng)功能。 有兩種工作模式，分別為按鍵觸發(fā)模式與 SPI控制模式。鑒于兩種模式實現的功能一致，本設計中采用單片機輸出模擬按鍵信號實現對語音芯片的控制。該模式不僅有錄音和播放，還有快進、擦除、復位、音量等功能。這些功能僅僅通過按鍵就可完成。而且按鍵信號相當于一個負脈沖信號，可用軟件模擬出來。 ISD1760語音芯片的特點： 可錄、放音十萬次，存儲內容可以斷電保留 100年 兩種控制方式，兩種錄音輸入方式，兩種放音輸出方式 可處理多達 255 段以上信息 管腳號 管腳名稱 電平 管腳功能描述 1 VSS 0V 電源地 2 VCC +5V 電源正 3 V0 對比度（亮度）調整 4 RS(CS） H/L RS=“H”,表示 DB7——DB0 為顯示數據 RS=“L”,表示 DB7——DB0 為顯示指令數據 5 R/W(SID) H/L R/W=“H”,E=“H”,數據被讀到 DB7——DB0 R/W=“L”,E=“H→L”, DB7 ——DB0 的數據被寫到 IR 或 DR 6 E(SCLK) H/L 使能信號 7 DB0 H/L 三態(tài)數據線 8 DB1 H/L 三態(tài)數據線 9 DB2 H/L 三態(tài)數據線 10 DB3 H/L 三態(tài)數據線 11 DB4 H/L 三態(tài)數據線 12 DB5 H/L 三態(tài)數據線 13 DB6 H/L 三態(tài)數據線 14 DB7 H/L 三態(tài)數據線 15 PSB H/L H： 8 位或 4 位并口方式， L：串口方式（見注釋 1） 16 NC 空腳 17 /RESET H/L 復位端，低電平有效 18 VOUT LCD 驅動電壓輸出端 19 A VDD 背光源正端（ +5V） 20 K VSS 背光源負端 流速壓力數據采集系統(tǒng) 15 有豐富多樣的工作狀態(tài)提示 多種采樣頻率對應多種錄放時 間 音質好，電壓范圍寬，應用靈活，價廉物美 可利用振蕩電阻來自定芯片的采樣頻率，從而決定芯片的錄放時間和錄放音質，而芯片的采樣率可以通過外部振蕩電阻來調節(jié)， ISD1760的采樣率調節(jié)表如 表 。 表 ISD1760 采樣頻率與震蕩電阻 采樣頻率 12KHz 8KHz 4KHz 振蕩電阻 60KΩ 80KΩ 100KΩ 120KΩ 160KΩ ISD1760支持獨立按鍵模式和 SPI模式，獨立按鍵模式是通過獨立按鍵控制 ISD1760語音芯片進行錄音、播放、擦除、快 進、復位和調節(jié)音量大小等功能。 SPI模式是主控單片機與 ISD1760芯片進行 SPI通信，從而實現單片機對 ISD1760芯片的控制，鑒于本設計的語音播報必需有一定的智能功能，所以選擇了 ISD1760芯片工作在 SPI模式。 主控單片機 AT89S52 通過 ～ 與 ISD1760 的第 4～第 7 引腳 （ SCLK， MOSI，MISO， /SS ） 相連接，通過 SPI 協議對 ISD1760 進行串行通信。 ISD1760 作為從機，所有的操作都通過這個 SPI 協議來完成，包括定點播放語音等。 為了兼獨立按鍵模式，一些 SPI 命令： PLAY， REC， ERASE， FWD， RESET 和 GLOBAL_ERASE 的運行類似于相應的獨立按鍵模式的操作。另外， SET_PLAY， SET_REC， SET_ERASE 命令允許用戶指定錄音、放音和擦除的開始和結束地址。此外，還有一些命令可以訪問 APC寄存器，用來設置芯片模擬輸入的方式。 ISD1760 的 SPI 模式電路如圖 所示 。 圖 ISD1760 的 SPI模式電路 廣師天河學院本科畢業(yè)設計 (論文 ) 16 無線遙控模塊 本設計所采用的無線模塊采用的是 315MHz 的超再生無線模塊。 無線模塊主要分為兩部分 ——發(fā)射模塊和接 收模塊。其調制方式為 ASK 調制。 發(fā)射模塊是采用 PT2262 進行編碼。編碼芯片 PT2262 發(fā)出的編碼信號由：地址碼、數據碼、同步碼組成一個完整的碼字，解碼芯片 PT2272 接收到信號后，其地址碼經過兩次比較核對后， VT 腳才輸出高電平，與此同時相應的數據腳也輸出高電平，如果發(fā)送端一直按住按鍵，編碼芯片也會連續(xù)發(fā)射。當發(fā)射機沒有按鍵按下時， PT2262 不接通電源，其 17 腳為低電平，所以 315MHz 的高頻發(fā)射電路不工作，當有按鍵按下時，PT2262 得電工作，其第 17 腳輸出經調制的串行數據信號，當 17 腳為高電平期間 三 極管導通， 315MHz 的高頻發(fā)射電路起振并發(fā)射等幅高頻信號， 信號從天線 L1 發(fā)射出去。當 17 腳為低平期間 315MHz 的高頻發(fā)射電路停止振蕩，所以高頻發(fā)射電路完全收控于PT2262 的 17 腳輸出的數字信號，從而對高頻電路完成幅度鍵控（ ASK 調制）相當于調制度為 100％的調幅 [8]。 其電路如圖 所示。 圖 接收模塊 超再生檢波電路實際上是一個受間歇振蕩控制的高頻振蕩器，這個高頻振蕩器采用電容三點式振蕩器，振蕩頻率和發(fā)射器的發(fā)射頻率相一致。而間歇振蕩（又稱流速壓力數據采集系統(tǒng) 17 淬裝飾振蕩）雙是在高頻振蕩的振蕩過 程中產生的，反過來又控制著高頻振蕩器的振蕩和間歇。而間歇振蕩的頻率是由電路的參數決定的（一般為 1 百～幾百千赫）。這個頻率選低了，電路的抗干擾性能較好，但接收靈敏度較低：反之，頻率選高了，接收靈敏度較好，但抗干擾性能變差。 超再生檢波電路有很高的增益，在未收到控制信號時，由于受外界雜散信號的干擾和電路自身的熱搔動，產生一種特有的噪聲，叫超噪聲，這個噪聲的頻率范圍為 ～5kHz 之間，聽起來像流水似的 “沙沙 ”聲。在無信號時，超噪聲電平很高，經濾波放大后輸出噪聲電壓，該電壓作為電路一種狀態(tài)的控制信號。 當有控制 信號到來時，電路揩振，超噪聲被抑制，高頻振蕩器開始產生振蕩。而振蕩過程建立的快慢和間歇時間的長短，受接收信號的振幅控制。接收信號振幅大時，起始電平高，振蕩過程建立快，每次振蕩間歇時間也短，得到的控制電壓也高；反之，當接收到的信號的振幅小時，得到的控制電壓也低。這樣，在電路的負載上便得到了與控制信號一致的低頻電壓，這個電壓便是電路狀態(tài)的另一種控制電壓 [9]。電路原理圖如圖 所示。 圖 廣師天河學院本科畢業(yè)設計 (論文 ) 18 當發(fā)射模塊有按鍵按下的時候，接收模塊接收到信號。經過解調放大之后輸入到PT2272 的第 14 引腳 ， PT2272 會根據接收到的信號進行解碼。解碼后第 10～ 13 引腳會輸出與發(fā)射模塊按鍵狀態(tài)一樣的數據。 流速壓力數據采集系統(tǒng) 19 4 流速壓力數據采集系統(tǒng)的軟件設計 軟件框圖 本設計的軟件流程圖如圖 所示，主要包括初