【文章內(nèi)容簡介】 選用的A/D轉(zhuǎn)換器是ADC0809芯片用CPU處理模擬信號的前提就是將模擬信號數(shù)字化，即進行A/D轉(zhuǎn)換,根據(jù)檢測精度 ：對于一臺具體的設(shè)備，其技術(shù)指標中包含檢測精度指標，通過這個指標就可以換算出所需設(shè)備的A/D轉(zhuǎn)換最低指標，只要選擇轉(zhuǎn)換精度比最低指標高一些的A/D器件就可以滿足設(shè)計要求。通常精度和分辨率是不同的，受非線性誤差的影響，分辨率高的精度不一定高，當器件的非線性誤差控制在1位之內(nèi)時，A/D轉(zhuǎn)換器件用位數(shù)所表示的分辨率與其轉(zhuǎn)換精度基本相同，習慣上就用位數(shù)來衡量其轉(zhuǎn)換精度。根據(jù)采樣頻率：被檢測信號有其頻率特性，為獲取該信號的真實數(shù)據(jù)，采樣頻率至少要超過信號上限頻率的2倍，由于工作原理和制造工藝的不同，A/D轉(zhuǎn)換器件的工作頻率也不同。那么下現(xiàn)我們就先來了解一下ADC0809與51 單片機的接口 的邏輯結(jié)構(gòu)ADC0809 是8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器。它由一個8路模擬開關(guān)、一個地址鎖存譯碼器、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)換完東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第三章 硬件電路設(shè)計的數(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)。圖 37 ADC0809 結(jié)構(gòu)圖 的工作原理IN0－IN7：8 條模擬量輸入通道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(yīng)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。 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。表33 ACD0809通道選擇表C B A 選擇的通道0 0 0 IN00 0 1 IN10 1 0 IN20 1 1 IN31 0 0 IN41 0 1 IN51 1 0 IN6東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第三章 硬件電路設(shè)計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(yīng)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。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，ADC0809的時鐘信號由CLOCK端送入，其最高頻率為640MHz，在這個最高頻率下ADC0809的A／D轉(zhuǎn)換時間為100uS左右。當ADC0809用于AT89C51單片機系統(tǒng)時，若AT89C51采用6MHz的晶振，則ADC0809的時鐘信號可以由AT89C51的ALE經(jīng)過一個二分頻電路獲取。這時ADC0809的時鐘頻率為500KHz，A／D轉(zhuǎn)換時間為130uS。 應(yīng)用說明 內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與AT89S51 單片機直接相連。，使ST 和OE信號全為低電平。，B，C 端口上。 端給出一個至少有100ns 寬的正脈沖信號。，我們根據(jù)EOC 信號來判斷。，這時給OE 為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機了。／D轉(zhuǎn)換結(jié)果的方法有三種(1)延遲法單片機啟動ADC0809后，延時130uS以上，可以讀到正確的A／D轉(zhuǎn)換結(jié)果。(2)查詢法EOC必須接到AT89C51的一條I／O線上。單片機啟動ADC0809后，延遲10uS，檢測EOC，若EOC=0則A／D轉(zhuǎn)換沒有結(jié)束，繼續(xù)檢測EOC直到EOC=1。當EOC=1時，A／D轉(zhuǎn)換已經(jīng)結(jié)束，單片機讀取A／D轉(zhuǎn)換結(jié)果。(3)中斷法EOC必須經(jīng)過非門接到AT89C51的中斷請求輸入線INT0或INT1上，AT89C51的中斷觸發(fā)方式為下降沿觸發(fā)。單片機啟動A／D轉(zhuǎn)換后可以做其它工作，當A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，EOC由O一1經(jīng)過非門傳到INT端，AT89C51收到中斷請求信號，若AT89C51開著中斷，則進入中斷服務(wù)程序，在中斷服務(wù)程序中單片機讀取A／D轉(zhuǎn)換的結(jié)果。本設(shè)計是采用中斷法讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果，因此在電路中0809芯片的EOC端接到非門在傳到INT端。圖36中為典型的ADC0809與89C51的中斷方式接口。在本設(shè)計中由于PT100的精度是1℃，我們所考慮的溫度范圍是0200℃，因此我們選用8位A/D轉(zhuǎn)換器。這樣可以和溫度傳感器相匹配，假設(shè)0809的基準電壓為05V，則如果室內(nèi)溫度為20℃，則我們把放大倍數(shù)設(shè)為92倍，這樣可以把電壓放大到東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第三章 硬件電路設(shè)計，通過0809之后便可以得到數(shù)字量80H，那么依據(jù)這種方法我們設(shè)定了同相比例放大器的放大倍數(shù)，使得整個系統(tǒng)正常的運行。 數(shù)據(jù)傳輸模塊圖 38 數(shù)據(jù)傳輸電路本設(shè)計選用的是 5045 看門狗芯片?？删幊炭撮T狗監(jiān)控 E2PROM5045 芯片介紹：圖 39 5045 結(jié)構(gòu)圖X5045 把三種常用的功能：看門狗定時器，電壓監(jiān)控和 E2PROM 組合在單個封裝之內(nèi)，這種組合降低了系統(tǒng)成本并減少了對電路板空間的要求?？撮T狗定時器對微控制器提供了獨立的保護系統(tǒng)。當系統(tǒng)故障時，在可選的超時周期之后，X5045 看門狗將以 reset 信號作出響應(yīng)，用戶可從三個預(yù)置的值中選擇此周期一旦選定，即使在電源周期變化之后，此周期也不變。利用 X5045 低 VCC 檢測東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第三章 硬件電路設(shè)計電路，可以保護系統(tǒng)使之免受低電壓狀況的影響。當 VCC 降低到最小 VCC 轉(zhuǎn)換點以下時，系統(tǒng)復(fù)位。復(fù)位一直確保到 VCC 返回且穩(wěn)定為止。X5045 的存貯器部分是 CMOS 的 4096 位串行 E2PROM，它的內(nèi)部按 512*8 來組織。X5045 的特點是具有允許簡單的三線總線工作的串行外設(shè)接口（Serial　Perpheral Interface SPI）和軟件協(xié)議。X4054 利用了Ｘicor 公司專有的 Direct Write 晶片，提供最少為 100000 次的使用期限和最小為 100 年的數(shù)據(jù)保存期。表 34 5045 引腳介紹可編程的看門狗定時器的特點，低 VCC 檢測，直至 VCC=1V 復(fù)位信號有效，1MHZ時鐘速率，512*8 位串行 E2PROM，低功耗 CMOS，10UA 等待電流，3MA 工作電流， 電源電壓，塊鎖存，片內(nèi)偶然性寫保護，高可靠性。如圖 38 在這里我們選擇 5045 是因為 5045 具有自動復(fù)位功能，而且 5045 的看門狗功能也是很好的. 并且也可以存放一些編程所需的臨時變量。本設(shè)計選用的 CPU 是 AT89C51 型號的單片機.a)晶振部分為了各功能部件的運行，單片機都是以時鐘控制信號為基準的，因此時鐘頻率東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第三章 硬件電路設(shè)計也就直接影響了單片機的速度，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響了單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。時鐘電路一般有兩種，一種是內(nèi)部時鐘方式，一種是外部時鐘方式。由于本設(shè)計只有一片MCS51單片機，所以我們選用內(nèi)部時鐘方式。下面我們介紹一下內(nèi)部時鐘方式的工作原理。首先MCS51單片機內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反相放大器的輸入端為芯片引腳的XTAL1，輸出端為引腳的XTAL2，這兩個引腳跨越接石英晶體振蕩器和微調(diào)電路這就構(gòu)成了一個穩(wěn)定的自激振蕩器。 2個時鐘引腳XTAL1,XTAL2外接晶體與片內(nèi)的反相放大器構(gòu)成1個振蕩器，它為單片機提供時鐘控制信號。2個時鐘引腳也可以外接獨立的晶體振蕩器。(1)XTAL1：接外部晶體的1個引腳，該引腳內(nèi)部是一個反相放大器的輸入端。這個反相放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。如果采用外接晶體振蕩器時，此引腳接地。（2）XTAL2:接外部晶體的另一端，此引腳內(nèi)部接至內(nèi)部反相放大器的輸出端。若采用外部時鐘振蕩器時，該引腳接收時鐘振蕩器的信號，即把此信號直接接到內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。為了對整個系統(tǒng)更加穩(wěn)定，通常電路中選擇的是30Pfd的電容，此處的電容是為了抗干擾。然后再通過D觸發(fā)器4024分頻，這樣便可以得到A/D轉(zhuǎn)換器所需要的頻率， 。但為了串行通信波特率的設(shè)定， 電機控制器電動機正、反轉(zhuǎn)控制：可以采用繼電器控制，通過開關(guān)切換對小車的速度進行調(diào)節(jié)，但繼電器響應(yīng)時間慢，機械接觸易損壞，可靠性不好?？梢圆捎脝纹瑱C控制達林頓管使之工作在 PWM 占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)，調(diào)整電動機的轉(zhuǎn)速。 達林頓管采用 TIP132，控制電流可達 8A。QQQQ6 為達林頓管，如圖 310 當 Ug1 為高電平、Ug2 為低電平時，QQ6 導(dǎo)通，QQ5 截止，電動機正轉(zhuǎn)。當 Ug1 為低電平、Ug2 為高電平時，QQ5 導(dǎo)通，QQ6 截止，電動機反轉(zhuǎn)。UgUg2 采用200Hz 的周期信號控制，通過對信號的占空比的調(diào)節(jié)來對車速進行調(diào)節(jié)。這樣，假設(shè)控制信號最小脈寬為 ，則速度可分 25 檔控制。東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第三章 硬件電路設(shè)計圖 310 電動機電路 后臺系統(tǒng)電路設(shè)計單片機M A X4 8 5R S 2 3 2 /4 8 5 轉(zhuǎn)換器P C 機光電隔離R S 4 8 5 總線圖 311 后臺模塊框圖圖312 RS485總線電路 RS485網(wǎng)絡(luò)計算機與計算機或計算機與終端之間的數(shù)據(jù)傳送可以采用串行通訊和并行通訊二種方式。由于串行通訊方式具有使用線路少、成本低，特別是在遠程傳輸時，避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用。在串行通訊時，要求通訊雙方都采用一個標準接口，使不同的設(shè)備可以方便地連接起來進行通訊。串行數(shù)據(jù)傳輸接口RS232/422/485，RS232接口標準是EIA廣泛使用的標準，它有許多種不同的版本，例如RS232C，RS232D，RS232E等。RS232C標準是20世紀60年代為了利用電話網(wǎng)絡(luò)作為媒介，通過調(diào)制解調(diào)器把不同距離范圍內(nèi)的設(shè)備相互連接在一起而制定的。由于當時主要采用電話線串行連接實現(xiàn)距離遠訪問，這使得RS232C標準在終端和計算機中被廣泛采用。它的全名是數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備（DCE）之東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第三章 硬件電路設(shè)計間串行二進制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標準,該標準規(guī)定采用一個2