【文章內(nèi)容簡介】 相運算和差動運算等。一般情況下，經(jīng)過傳感器變換后的模擬電壓信號會變成很微弱的微伏級信號，而普通的運算放大器都具有毫伏級的失調(diào)電壓和每度數(shù)微伏的溫度漂移，當然是不可以用在放大微弱信號的電路中。因此在設計中常常需要采用高精度運算放大器或測量放大器。LM324芯片內(nèi)部包含四個完全相同且相互獨立的運算放大器，外部共14個引腳，其中包括電源供電和接地端，電源供電端和接地端是共用的，其引腳圖如圖35所示。 圖35 LM324引腳圖運算放大器LM324有5個引出腳，其中Vn、Vp分別為兩個信號輸入端，“V+”、“V”為正、負電源端，“Vo”為輸出端。兩個信號輸入端中，Vn為反相輸入端，表示運放輸出端Vo的輸出電壓信號與該輸入端的相位相反，Vp為同相輸入端，表示運放輸出端Vo的輸出電壓信號與該輸入端的相位相同。 模擬開關(guān)CD4051量程自動轉(zhuǎn)換采用八通道模擬控制開關(guān)CD4051，該器件含有三個控制輸入端A、B和C，此外還有一個使能端INH，使能控制端通道的截止和導通。其引腳圖如圖36所示。圖36 CD4051引腳當INH輸入端＝“1”或高電平時，所有的控制端通道截止。三位二進制信號可選擇八通道中的多個輸入通道，輸出端反饋給運算放大器。當CBA=000時，輸入端13端導通，待測信號放大100倍，對應的測量量程為0~5V；當CBA=001時，輸入端14端導通，輸入信號放大10倍，對應的測量量程為5~50V；當CBA=010時，輸入端15端導通，輸入信號放大1倍，對應量的測量程為50~500V。表31給出了CD4051的引腳功能。表31 CD4051的引腳功能引腳號符號功能1 2 4 5 12 13 14 15IN/OUT輸入/輸出端9 10 11A B C 地址端3OUT/IN公共輸出/輸入端6INH禁止端 續(xù)表317VEE模擬信號接地端8Vss數(shù)字信號接地端16VDD電源表32給出了CD4051真值表及檔位關(guān)系。表32 CD4051真值表及檔位關(guān)系INHCBA邏輯值選擇通道00000130001114001021500113120100410101550110620111741XXXNONE A/D轉(zhuǎn)換電路 A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理和技術(shù)指標 A. 轉(zhuǎn)換器工作原理A/D轉(zhuǎn)換器其內(nèi)部結(jié)構(gòu)包含逐次變換寄存器SAR、D/A轉(zhuǎn)換器、時序及控制邏輯電路和電壓比較器。圖37為逐位反饋型A/D轉(zhuǎn)換器內(nèi)部結(jié)構(gòu)。圖37 逐位反饋型A/D轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)在轉(zhuǎn)換進行開始前，先將SAR寄存器各位置零，然后設其最高位為1，SAR寄存器中的數(shù)字量經(jīng)D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為相應的模擬信號，并與模擬輸入電壓進行比較，若輸入的模擬電壓大于等于D/A轉(zhuǎn)換后的模擬信號，則保留SAR寄存器中的最高位，否則就將最高位置零。然后再將次高位置1，進行同樣的變換過程，直到SAR寄存器的所有位都被確定。轉(zhuǎn)換過程結(jié)束后，SAR寄存器中的二進制碼就是A/D轉(zhuǎn)換器的輸出。B. 轉(zhuǎn)換器技術(shù)指標a. 精度A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度由各種因素引起的誤差多共同決定。量化誤差：A/D轉(zhuǎn)換器的量化誤差決定于A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換特性。非線性誤差：A/D轉(zhuǎn)換器的非線性誤差是指在整個變換量程范圍內(nèi)，數(shù)字量所對應的模擬輸入信號的實際值與理論值之間的最大差值，理論上A/D轉(zhuǎn)換曲線應該是一條直線，即模擬輸入與數(shù)字量輸出之間應該是線性關(guān)系。但實際上它們兩者的關(guān)系并非呈線性。所謂非線性誤差就是由于二者關(guān)系的非線性而偏離理想直線的最大值，常用多少LSB來表示。其他誤差：影響A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換精度的因素有很多，但主要包括：溫度漂移誤差、參考電源誤差、零點漂移誤差、電源波動引起的誤差等。b. 轉(zhuǎn)換時間轉(zhuǎn)換時間是指A/D轉(zhuǎn)換完成一次轉(zhuǎn)換所需要的時間，即從轉(zhuǎn)換開始到轉(zhuǎn)換結(jié)束之間的時間間隔。轉(zhuǎn)換速率等于轉(zhuǎn)換時間的倒數(shù)。c. 輸入動態(tài)范圍輸入動態(tài)范圍也叫做量程，是指對輸入的模擬電壓能夠轉(zhuǎn)換的最小和最大值。A/D轉(zhuǎn)換器的模擬電壓輸入分為單極性和雙極性兩種。單極性：動態(tài)范圍為0~+5V、0~+10V或0~+20V。雙極性：動態(tài)范圍為5V~+5V或10~+10V。 A/D轉(zhuǎn)換器芯片ADC0809ADC0809是逐位逼近型8位單片A/D轉(zhuǎn)換芯片。片內(nèi)含8路模擬開關(guān)，可允許8路模擬量輸入。由于其內(nèi)部含有三態(tài)輸出緩沖器，所以可以與系統(tǒng)直接連接。A. ADC0809的引腳及內(nèi)部結(jié)構(gòu)a. ADC0809的引腳ADC0809的外部引腳如圖38所示。共有28根引腳。圖38 ADC0809外部引腳圖D0~D7：8位數(shù)字量輸出數(shù)據(jù)線。IN0~IN7：8位模擬量輸入端。A、B、C：通道地址選擇，用于選擇8路輸入中的一路。A為最低位，C為最高位。START：A/D轉(zhuǎn)換啟動信號端，下降沿有效。在啟動信號的下降沿，啟動變換。Vcc：工作電源輸入端，一般接+5V。GND：地線。REF（+）：參考電壓正端。REF（）：參考電壓負端。ALE：地址鎖存允許信號輸入端。用來鎖存A~C端的地址輸入，上升沿有效。EOC：變換結(jié)束狀態(tài)信號端。轉(zhuǎn)換開始時為低電平，當轉(zhuǎn)換結(jié)束時為高電平。OE：讀允許信號，高電平有效。在其有效期間，CPU將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量讀入。CLK：時鐘信號輸入端。ADC0809需要外接參考電源和時鐘。外接時鐘頻率為10kHz~。b. ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)模擬輸入包含三個部分，分別是8路模擬開關(guān)、地址鎖存和譯碼電路。鎖存器鎖存輸入的3位通道選擇地址信號，然后經(jīng)過譯碼電路譯碼后控制模擬開關(guān)選擇相應的模擬輸入端。轉(zhuǎn)換部分主要包含電壓比較器、八位D/A轉(zhuǎn)換器、逐位逼近寄存器和控制及邏輯電路等，輸出部分包含一個8位三態(tài)輸出緩沖器。ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)如圖39所示。圖39 ADC0809內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖ADC0809地址編碼與輸入通道的選擇如表33所示。表33 ADC0809通道選擇CBA對應模擬通道000IN0001IN1 續(xù)表33010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7B. ADC0809的工作過程ADC0809的工作時序如圖310所示。圖310 ADC0809工作時序圖外部時鐘信號通過CLK端進入其內(nèi)部控制邏輯電路，作為轉(zhuǎn)換時的時間基準。由時序圖可以看出ADC0809的工作過程：首先CPU發(fā)出3位通道地址信號A、B、C。在通道地址信號有效期間內(nèi)，引腳ALE產(chǎn)生一個脈沖，上升沿有效，它將輸入的三位通道地址信號鎖存到內(nèi)部地址鎖存器。接著給START引腳上加一個由高到低變化的電平，啟動A/D變換。變換開始后，EOC引腳由高電平跳變到低電平，等到變換結(jié)束時，EOC又從低電平跳變到高電平。CPU在檢測到EOC變高后，輸出一個正脈沖到OE端，將轉(zhuǎn)換結(jié)果取走。C. ADC0809的技術(shù)指標ADC0809的主要技術(shù)指標有：分辨率：8位。轉(zhuǎn)換時間：100us.電源：單電源0~+5V。 顯示部分 LCD顯示器簡介LCD1602是一種用點陣圖形來顯示字符的液晶顯示模塊，可顯示的容量為32個字符，分上下兩行，每行16個字符。它由若干個57或者511點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符。LCD1602顯示模塊采用數(shù)字式接口，可以很方便的與單片機等諸多控制類芯片進行通信。LCD1602顯示模塊不僅體積小、重量輕、顯示質(zhì)量高而且功耗低，所以被廣泛用做智能化儀器/儀表的顯示器件。LCD1602的引腳功能如下，外部引腳圖如圖311所示：圖311 LCD1602引腳圖GND：接地端。Vcc：電源輸入，接+5V電源。VL：液晶顯示器對比度調(diào)整端。端口接+5V電源時對比度最弱，接地時對比度最高，所以增加一個10K的精密電位器來調(diào)整對比度。RS：寄存器選擇。高電平時選通數(shù)據(jù)寄存器，反之則選通指令寄存器。R/W：讀寫信號線。高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。E：使能端。當輸入到E端的信號由高電平跳變成低電平時，模塊執(zhí)行顯示命令。D1～D8：8位雙向數(shù)據(jù)線。 BLA：背光源正極。BLK：背光源負極。LCD1602引腳功能表如下表34所示。表34 LCD1602引腳功能表編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負極LCD1602液晶顯示模塊內(nèi)部含有字符發(fā)生存儲器，其存儲了一百多種不同的點陣字符圖形。每一個字符對應著一個固定的代碼。LCD1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有十一條控制指令，如表35所示。表35 LCD1602控制命令表指令RSR/WD8D7D6D5D4D3D2D1清顯示0000000001光標返回000000001*置輸入模式00000001I/DS顯示開/關(guān)控制0000001DCB光標或字符移位000001S/CR/L**置功能00001DLNF**置字符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)生存貯器地址置數(shù)據(jù)存貯器地址001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址（ADD）讀忙標志或地址01BF計數(shù)器地址（AC）寫數(shù)到CGRAMD或DRAM10要寫的數(shù)從CGRAMD或DRAM讀數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)LCD1602顯示模塊的讀寫操作、屏幕和光標的操