【文章內(nèi)容簡介】 算方式。輸出碼是一個標量值除電路削波以外，它與兩個模擬輸入端的壓差成比例。輸出碼限定在一定數(shù)目范圍內(nèi)，該范圍取決于代表輸出碼所需要的位數(shù)，而的代表輸出碼所需要的位數(shù)又取決于數(shù)據(jù)速率，如表所示。 (31)對最小碼的最小輸出碼、可編程增益放大器的增益設(shè)置、V+與V的正負輸入電壓以及VDD而言，輸出碼由以下表達式計算出。本課題選用采樣速率8，輸出碼位數(shù)為16位。（2）A/D轉(zhuǎn)換器ADS1110使用 ①I2C接口通過一個內(nèi)部集成電路I2C接口通信。接口是一個線漏極開路輸出接口，支持多個器件和主機共用一條總線到?？偩€上的通信通常發(fā)生在兩個器件之間，其中一個作為主機，另一個從機。主機和從機都能讀和寫，但從機只能依主機的方向工作。一些器件既可作為主機又可作為從機，但只能作為從機。 一條I2C總線由兩條線路組成:SDA數(shù)據(jù)線和SCL時鐘線。SDA傳送數(shù)據(jù)，SCL 是時鐘。所有數(shù)據(jù)以8位為一組，通過總線傳送。為了在總線上傳送位數(shù)據(jù)，須在為SCL低電平時，驅(qū)動線至該位的電平為低則表明該位為“0”，為高則表明該位為“1”。一旦線穩(wěn)定下來，線被高，然后變低。線上的脈沖以時鐘將位一位一位地移入接收器的移位寄存器中。 I2C總線是雙向的，線可用來發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。當主機從從機中讀取數(shù)據(jù)時，從機驅(qū)動數(shù)據(jù)線當主機向從機發(fā)送數(shù)據(jù)時，主機驅(qū)動數(shù)據(jù)線主機總是驅(qū)動時鐘線。絕不會驅(qū)動，因為它不能用作主機，在中只是一個輸入端。多數(shù)時候總線是空閑的，不發(fā)生通信，而且兩條線均為高電平。在產(chǎn)生通信時，總線被激活，只有主機才能開始一次通信。為了開始通信，主機在總線上形成一個開始條件，通常只有在時鐘線為低電平時，數(shù)據(jù)線才允許改變狀態(tài)。如果在鐘線為高電平時，數(shù)據(jù)線改變了狀態(tài)，則形成一個開始條件，或相反地形成一個停止條件。始條件是當時鐘線為高電平時，數(shù)據(jù)線從高到低的跳變停止條件則是當時鐘線為高電平時，數(shù)據(jù)線從低到高的跳變。在主機發(fā)送開始條件以后，它還會發(fā)送一個字節(jié)，表明它想與哪一個從機通信，該字節(jié)稱作地址字節(jié)。I2C總線上的每個器件都有一個獨特的7位地址以做出響應(yīng)。主機以地址字節(jié)發(fā)送一個地址，并且還發(fā)出一位以表明是對從機讀出還是寫入。對于在I2C總線上發(fā)送的每個字節(jié)，無論是地址還是數(shù)據(jù)，均以一個應(yīng)答位作為響應(yīng)。在主機發(fā)送完一個字節(jié)即8位數(shù)據(jù)到從機后，它停止驅(qū)動SDA線，并等待從機對該字節(jié)的應(yīng)答。從機將SDA線拉低以對該字節(jié)進行應(yīng)答，然后主機發(fā)送一個時鐘脈沖以對該應(yīng)答位定時。類似地當主機完成對一個字節(jié)的讀取時，則將SDA線拉低以對從機做出應(yīng)答，然后發(fā)送一個時鐘脈沖對該位定時。在一個應(yīng)答周期期間，不作應(yīng)答，只是保持SDA線為高電平。如果器件不在總線上，并且如果主機試圖對其尋址，它不會接收到應(yīng)答信號，因為該地址處沒有器件將SDA線拉低。在主機完成與從機的通信后，它會發(fā)出一個停止條件。在發(fā)出停止條件后，總線再次空閑。主機也可發(fā)出另一個開始條件，在總線處于激活狀態(tài)時，若發(fā)出一個開始條件則要求一個重復(fù)的開始條件。②ADS1110的I2C地址ADS1110的I2C地址是1001aaa，其中aaa是出廠時的默認設(shè)置。ADS1110有8種不同的類型，每種類型都有一個不同的I2C地址。例如，ADS1110A0的地址為1001000，而ADS1110A3的地址則為1001011.③對ADS1110的讀操作用戶可從ADS1110中讀出輸出寄存器和配置寄存器的內(nèi)容，為做到這一點，要對ADS1110尋址，并從器件中讀出三個字節(jié)。前面的兩個字節(jié)是輸出寄存器的內(nèi)容，第三個字節(jié)是配置寄存器的內(nèi)容，并不總是需要從ADS1110中讀取三個字節(jié)，如果只需要 輸出寄存器的內(nèi)容則只需讀兩個字節(jié)。從ADS1110中讀取多于三個字節(jié)的值是無效的，從第四個字節(jié)開始的所有字節(jié)將為FFH。④ 對ADS1110的寫操作用戶可寫新的內(nèi)容至配置寄存器，但不能更改輸出寄存器的內(nèi)容。為了做到這一點，要對ADS1110尋址以進行寫操作，并對ADS1110寫入一個字節(jié)。這個字節(jié)被寫入配置寄存器中，對ADS1110寫入多個字節(jié)到ADS1110無效，ADS1110將忽略第一個字節(jié)以后的任何輸入字節(jié)，并且它只對第一個字節(jié)做出應(yīng)答。 ADS1110與單片機的硬件連接圖31 與單片機連接電路圖 圖31與單片機連接電路圖所示為與單片機連接電路。因為本身沒有集成接口電路，因此需要用其接口來模擬實現(xiàn)接口電路，這里選用和兩個引腳來模擬總線的兩個引腳：，它的作用是由主機和從機來驅(qū)動它以傳送數(shù)據(jù)。，由主機來驅(qū)動它，以產(chǎn)生傳送數(shù)據(jù)所需要的時鐘信號，時鐘信號通過對單片機編程產(chǎn)生。 數(shù)據(jù)線和時鐘線都需要上拉電阻，因為總線驅(qū)動器是漏極開路驅(qū)動器，這些電阻的大小取決于總線的工作速度和總線電容阻值。較高的電阻功耗較低，但會延長總線的轉(zhuǎn)換時間，限制總線速度阻值較低的電阻，允許總線高速運轉(zhuǎn)，但功耗較高。長總線的電容高，需要較小的上拉電阻來補償，電阻不應(yīng)太小，如果電阻太小，總線驅(qū)動器可能不能將總線拉低。上拉電阻的典型值一般為1k~10k ，本課題采用10k上拉電阻。 溫度信號采集電路的設(shè)計 溫度信號處理電路 鉑電阻溫度傳感器是利用其電阻和溫度成一定函數(shù)關(guān)系而制成的溫度傳感器，由于其測量準確度高、測量范圍大、復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性好等，被廣泛用于中溫“范圍的溫度測量中。圖溫度信號處理電路用鉑電阻組成的電橋電路被廣泛的應(yīng)用在各種測溫電路中，但在這種檢測電路中，平衡電橋中以及鉑電阻的阻值和溫度之間的非線性特性給最后的溫度測量來了一定的誤差，所以往往難以達到較高的指標要求。必須使用硬件補償或軟件查表等方法來對系統(tǒng)的非線性進行補償。軟件查表補償方法可以簡化系統(tǒng)硬件電路的復(fù)雜度，方便器件的選取等優(yōu)點。但是查表法來實現(xiàn)非線性補償大大的增加了系統(tǒng)軟件設(shè)計的復(fù)雜度，同時對系統(tǒng)精度的提高幫助有限。本系統(tǒng)采用非平衡電橋結(jié)合模擬校正電路來實現(xiàn)對溫度信號的處理，硬件電路簡單可靠，同時又大大地提高了鉑電阻測溫的精度，并且考慮到轉(zhuǎn)換器存在一定的死區(qū)，用一個加法器將系統(tǒng)的輸出信號提高一個固定的電平。溫度采集電路如圖所示測溫電路采用典型的鉑電阻電橋電路，線制連接。線制可以把導(dǎo)線電阻對測量結(jié)果的影響降到最低，連接如圖32所示：圖32 溫度采集電路測溫電路采用典型的鉑電阻電橋電路，3線制連接。3線制可以把導(dǎo)線電阻對測量結(jié)果的影響降到最低，連接如圖32所示。鉑電阻的溫度特性如下:當溫度為78℃~0℃時: (32)當溫度為0~600℃時: (33)本系統(tǒng)主要應(yīng)用溫度在0至100度的范圍內(nèi)測溫度，所以只考慮鉑電阻在0至600度范圍內(nèi)的溫度特性。設(shè)電橋兩端的輸出電壓分別為V+和V，導(dǎo)線電阻為r，則: (34) (35)當R116=R117=10kR100=100時，放大器的輸入電壓為: (36)由公式(36)可以知道系統(tǒng)3線制連接可以基本消除導(dǎo)線電阻對測溫電路的影響。將式(34)代入式(36)得，其中: (37) (38) 二次項對整個系統(tǒng)的影響很小，但是為了降低其影響，放大電路加入了一個正反饋R119，其值為150K。正反饋電阻的加入起到了線性化的作用，降低了二次項對整個系統(tǒng)的影響溫度在0至100度之間，放大器的輸出K與溫度的關(guān)系可以基本認定為線性的。調(diào)整電位器RP103就可以調(diào)節(jié)整個放大器的放大倍數(shù)，本系統(tǒng)設(shè)定放大倍數(shù)為50。放大器輸出在經(jīng)過一個加法器電路輸出: (39) Vref2的值可以通過調(diào)整電位器RP104來進行調(diào)整，其目的是消除A/D在零點采樣不精確所帶來的誤差。通過加法器電路以后，即使溫度為0℃也能保證A/D的輸入電壓為一較高的固定值。溫度處理信號調(diào)試時，首先用100的電阻替換Rt，通過調(diào)節(jié)RP104使溫度信號的輸出值為400mV， (100℃時鉑電阻的阻值)的電阻替換Rt，通過調(diào)節(jié)電位器RP103使溫度信號的輸出值為1700mV。溫度信號的輸出值400mV到1700mv可以近似線形的代表0到100度的溫度值。此測溫電路共需要兩組精密電源為其供電，TL431就是能同時提供兩組穩(wěn)定電壓輸出的穩(wěn)壓管。為了提高系統(tǒng)的負載能力，將這兩組電源的輸出分別接到LM324組成的射隨電路。 溫度處理信號與單片機的連接電路由于ADS1110支持I2C總線協(xié)議，可以同時連接個從設(shè)備。所以溫度信號經(jīng)過處理后直接送入ADS1110中, 。溫度信號采集電路與單片機的接口與壓力信號的接口基本相同，如圖所示:+5vVin+GNDSCLVinSDAVddVTAGND+5VR110KR2ADS1110圖33 溫度信號與單片機的連接電路 人機界面的設(shè)計 人機界面主要是鍵盤輸入模塊和液晶顯示模塊，是嵌入式設(shè)計的常用外設(shè)模塊。 鍵盤輸入模塊的設(shè)計 由于需要的按鍵數(shù)目較多，系統(tǒng)設(shè)計成行列式鍵盤，鍵值以掃描的形式輸入單片機四。掃描式鍵盤需占用單片機較多的輸入輸出口線，使用可編程芯片來擴展。用外8155H擴展的鍵盤結(jié)構(gòu)如圖所示:8155圖34 鍵盤電路 鍵盤電路，圖中的行線和列線均通過電阻接，當鍵盤上沒有鍵閉合時，所有的行線和列線都斷開，行線PC0PC2呈高電平。當鍵盤上某一個鍵閉合時，該鍵所對應(yīng)的行線與列線短路。例如，6號鍵按閉合時，行線PC0和列線PA6短路，此時PA6的電平由PC0的電平所決定，如果把行線規(guī)定為微機的輸出口，列線接到微機的輸入口，則在微機的控制下，使行線線PC0為低電平(0)，其余兩根行線PCI、PC2都為高電平。然后微機通過輸入口讀列線的狀態(tài)，如果PA0~PA7都為高電平，則PC0這一行上沒有鍵閉合，如果讀出的列線狀態(tài)不全為高電平，則為低電平的列線和PC0相交的鍵處于閉合狀態(tài)。如果PC0這一行上沒有鍵閉合，接著使線PC1為低電平，其余行線為高電平。用同樣的方法檢查PC1這一行上有無鍵閉合，以此類推，然后使行線PC2為低電平，其余的行線為高電平，檢查PC2這一行上是否有鍵閉合。這種逐行逐列地檢查鍵盤狀態(tài)的過程稱為對鍵盤的一次掃描。CPU對鍵盤的掃描可以采取程序控制的隨機方式，CPU在空閑時掃描鍵盤，也可以采取定時控制方式，每隔一定的時間，CPU對鍵盤掃描一次，CPU可以隨時響應(yīng)鍵盤輸入請求。也可以采用中斷方式，當鍵盤上有鍵閉合時，向CPU請求中斷，CPU響應(yīng)鍵盤輸入中斷請求，對鍵盤掃描，以識別那一個鍵處以閉合狀態(tài)，并對鍵輸入信息做出相應(yīng)處理。CPU對鍵盤上閉合鍵鍵號的確定，可以根據(jù)行線和列線的狀態(tài)計算求得，也可以根據(jù)行線和列線狀態(tài)查表求得。當鍵盤有按鍵閉合時，閉合和斷開的過程中會有抖動現(xiàn)象的產(chǎn)生。抖動時間長短和開關(guān)的機械特性有關(guān)，一般為5~10ms，中間狀態(tài)為穩(wěn)定地閉合期，其時間由按鍵動作所確定，一般為十分之幾秒到幾秒，為了保證CPU對鍵盤的閉合做一次處理并且僅一次處理，在軟件中必須設(shè)置去抖動，在鍵的穩(wěn)定閉合或斷開時讀鍵盤的狀態(tài)，并判斷出鍵由閉合到釋放時，再作鍵輸入處理. 液晶接口電路的設(shè)計 液晶模塊與單片機的接口電路如圖所示:AT89S52圖35 液晶模塊與單片機的接口電路 單片機利用數(shù)據(jù)與控制信號直接采用存儲器訪問形式來控制液晶模塊。單片機數(shù)據(jù)口P0口直接與液晶顯示模塊的數(shù)據(jù)口連接，單片機的RD，WR作為液晶顯示模塊的讀，寫控制信號，液晶顯示模塊RST，掛在正負5上。CE、C/、。液晶模塊就相當于單片的外部存儲器一樣，單片機可以方便的控制數(shù)據(jù)與指令的輸入輸出。液晶的指令代碼入口地址為8201H，此時CE為低電平選通，C/D為高電平，為控制命令字的讀寫地址。數(shù)據(jù)入口地址為8000H，此時CE為低電平選通，C/D也為低電平，為數(shù)據(jù)的讀寫地址。，高電平為不使能。所以對液晶的讀寫數(shù)據(jù)與指令代碼的操作必須先封鎖81C55。液晶接口的1，2腳為背光電壓的輸入端。本系統(tǒng)采用現(xiàn)有的液晶背光芯片ELP60，該芯片可以驅(qū)動液晶屏，足以滿足本系統(tǒng)的需要。圖液晶與單片機的接口電路，