【文章內(nèi)容簡介】 制任何共模輸入電壓引起的輸出信號中的（共模）電壓。而6腳的輸出電壓以5腳的電位為基準(zhǔn)進(jìn)行測量?；鶞?zhǔn)端（5腳）的阻抗是100kΩ。在需要電壓/電流轉(zhuǎn)換的運用中僅僅需要在5腳與6腳之間連接一只小電阻。由于所有的放大器都是電壓反饋性放大器，所以AD623的帶寬隨增益的增大而減小。在單位增益下，輸出放大器限制了帶寬。因此，即使在更高的增益下，AD623的帶寬下降并不是很快。AD623的增益由RG進(jìn)行電阻編程，或更準(zhǔn)確的說，由1腳與8腳之間的阻抗來決定。%～1%容限的電阻提供精確的增益。對于任意的增益值，RG可用以下的公式計算： RG=100kΩG1 （2—2）式中G為放大器的增益。X9241是把四個非易失性數(shù)控電位器集成在一個單片的CMOS微電路中。X9241包含四個電阻陣列，每個陣列包含有63個電阻單元，所有的四個電位器分享串行接口并分享一個公共的結(jié)構(gòu)。每個電位器包括一個電阻陣列、一個滑動端計數(shù)寄存器以及4個數(shù)據(jù)寄存器。在每個單元之間和二個端點都有可以被滑動單元訪問的抽頭點?；瑒訂卧陉嚵兄械奈恢糜捎脩敉ㄟ^二線串行總線接口控制。每個電阻陣列，與一個滑動端計數(shù)寄存器（WCR）和四個8位數(shù)據(jù)寄存器聯(lián)系在一起，這四個數(shù)據(jù)寄存器可以由用戶直接寫入和讀出?；瑒佣擞嫈?shù)寄存器的內(nèi)容控制滑動端在電阻陣列中的位置。數(shù)據(jù)寄存器可以由用戶讀出和寫入。數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容可以傳輸?shù)交瑒佣擞嫈?shù)寄存器以設(shè)置滑動端的位置。當(dāng)前滑動端的位置可以被傳輸?shù)脚c它相聯(lián)系的任意一個數(shù)據(jù)寄存器。這些陣列可以串聯(lián)起來成為具有12190或253個抽頭的電阻元件。 ?！獢?shù)轉(zhuǎn)換器選擇及接口電路設(shè)計 TLC2543C簡介TLC2543是具有11個輸入端的12位串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器。TLC2543是美國德州儀器公司于近幾年推出的一種性能價格比較優(yōu)越的12位A/D轉(zhuǎn)換芯片，具有多種封裝形式，并具有民用級、工業(yè)級、軍用級產(chǎn)品。在產(chǎn)品型號、規(guī)格、封裝形式、適用范圍等方面，已形成一個系列。一九九八年以來開始在我國推廣使用。就12位A/D轉(zhuǎn)換器來說，TLC2543具有轉(zhuǎn)換快、穩(wěn)定性好、與微處理器接口簡捷、價格低等優(yōu)點，已經(jīng)在我國單片機應(yīng)用領(lǐng)域得到很好的推廣了。TLC2543C的引腳如圖24所示。圖24 TLC2543C的引腳 TLC2543C的主要性能　A/D、D/A轉(zhuǎn)換器是過程及儀器儀表、設(shè)備等檢測與控制裝置中應(yīng)用比較廣泛的器件。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，各種高精度、低功耗、可編程、低成本的A/D轉(zhuǎn)換器不斷推出，使得控制系統(tǒng)的電路更加簡潔，可靠性更高。TLC2543C是是德州儀器公司生產(chǎn)的一種開關(guān)電容結(jié)構(gòu)的逐次迫近式A/D轉(zhuǎn)換器，片內(nèi)提供轉(zhuǎn)換時鐘，12位或8位串行數(shù)據(jù)輸出，可采集11路模擬輸入電壓。由片內(nèi)多路開關(guān)選通，并采樣保持。在本芯片工作溫度(0℃～70℃)范圍內(nèi)。AD轉(zhuǎn)換時間為10微秒，采樣率為66Kbps，具有單+5V電源工作的方式，且提供3路內(nèi)置自測方式。通過對該芯片內(nèi)數(shù)據(jù)輸入寄存器的編程，可實現(xiàn)12位或8位串行數(shù)據(jù)輸出、數(shù)據(jù)輸出的格式為二進(jìn)制數(shù)無符號數(shù)或有符號數(shù)、是最高有效位MSB輸出還是最低有效位LSB輸出。芯片TLC2543C引腳功能特別強大其引腳說明如下：AIN0～AIN10：模擬輸入端，由內(nèi)部多路器選擇?！　S：片選端，CS由高到低變化將復(fù)位內(nèi)部計數(shù)器，并控制和使能DATA OUT、DATA INPUT和I/O CLOCK。CS由低到高的變化將在一個設(shè)置時間內(nèi)禁止DATA INPUT和I/O CLOCK?！　ATA INPUT：串行數(shù)據(jù)輸入端，串行數(shù)據(jù)以MSB為前導(dǎo)并在I/O CLOCK的前4個上升沿移入4位地址，用來選擇下一個要轉(zhuǎn)換的模擬輸入信號或測試電壓，之后I/O CLOCK將余下的幾位依次輸入。DATA OUT：A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果三態(tài)輸出端，在CS為高時，該引腳處于高阻狀態(tài)；當(dāng)CS為低時，該引腳由前一次轉(zhuǎn)換結(jié)果的MSB設(shè)置成相應(yīng)的邏輯電平。EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束端。在最后的I/O CLOCK下降沿之后，EOC由高電平變?yōu)榈碗娖讲⒈３值睫D(zhuǎn)換完成及數(shù)據(jù)準(zhǔn)備傳輸?！　CC、GND：電源正端、地。REF＋、REF－：正、負(fù)基準(zhǔn)電壓端。通常REF＋接VCC，REF－接GND。最大輸入電壓范圍取決于兩端電壓差。I/O CLOCK：時鐘輸入/輸出端[3]。其與CPU的接口原理見圖25。圖25 與CPU的接口原理 TLC2543C的轉(zhuǎn)換過程　 TLC2543每次轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳送使用16個時鐘周期，且在每次傳送周期之間插入CS的時序?！　≡赥LC2543的CS變低時開始轉(zhuǎn)換和傳送過程，I/O CLOCK的前8個上升沿將8個輸入數(shù)據(jù)位鍵入輸入數(shù)據(jù)寄存器，同時它將前一次轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)的其余11位移出DATA OUT端，在I/O CLOCK下降沿時數(shù)據(jù)變化。當(dāng)CS為高時， I/O CLOCK和DATA INPUT被禁止，DATA OUT為高阻態(tài)[4]。其工作過程分為兩個周期：I/O周期和實際轉(zhuǎn)換周期，具體詳細(xì)周期情況見表21。，同時進(jìn)行兩種操作:在I/OCLOCK的前8個脈沖上升沿，以MSB的方式從DATA INPUT端輸入8位數(shù)據(jù)流到輸入寄存器。其中前四位為模擬通道地址，控制14通道模擬多路器從11個模擬輸入和3個內(nèi)部自測電壓中，選通一路送到采樣保持電路，該電路從第四個I/O CLOCK脈沖的下降沿開始對所選信號進(jìn)行采樣，直到最后一個I/O CLOCK脈沖下降沿。四個I/O CLOCK脈沖的下降沿開始對所選信號進(jìn)行采樣，直到最后一個I/O CLOCK脈沖下降沿。I/O周期的時鐘脈沖個數(shù)與輸出直到最后一個I/O CLOCK脈沖下降沿。I/O周期的時鐘脈沖個數(shù)與輸出數(shù)據(jù)長度同時由輸入數(shù)據(jù)的D3D2位選擇116位時， 在前8個時鐘脈沖之后，DATA INPUT便無效。在DATA OUT短串行輸出12或16為各數(shù)據(jù)，當(dāng)插入/CS高電平脈沖控 表21 TLC2543真值表PUNCTIONSELECTINPUT DATA BYTEADDRESS BITSL1 L0LSBFBMPD7 D6 D5 D4D3 D2D1D0(LSB)(MSB)Select input channelAIN00 00 0AIN10 00 1 AIN20 01 0AIN30 01 1AIN40 10 0AIN50 10 1AIN60 11 0AIN70 11 1AIN81 00 0AIN91 00 1AIN101 01 0Select voltage（Vref+Vref）)/21 01 1Vref）1 10 0Vref+1 10 1Output data length8 bits0 112 bitsX 016 bits1 1Output data formatMSB first0LSB first1Unlpolar0Blpoar1制器件工作時，第一個數(shù)據(jù)出現(xiàn)在/CS下降沿；當(dāng)/CS保持為低時,第一個數(shù)據(jù)出現(xiàn)在EOC的上升沿，后續(xù)數(shù)據(jù)在I/O CLOCK下降沿依次輸出，這個數(shù)據(jù)串是前一次轉(zhuǎn)換的結(jié)果。:I/O周期的最后一個I/O CLOCK下降沿之后，EOC變低，采樣值保持不變，轉(zhuǎn)換周期開始，片內(nèi)轉(zhuǎn)換器對采樣值進(jìn)行逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換，其工作由I/OCLOCK同步了的內(nèi)部時鐘控制，轉(zhuǎn)換完成后EOC變高，轉(zhuǎn)換結(jié)果鎖存在輸出數(shù)據(jù)寄存器中，待下一個I/O周期輸出，I/O周期和轉(zhuǎn)換周期交替進(jìn)行，從而可減小外部的數(shù)字噪聲對轉(zhuǎn)換精度的影響。輸出及其具體的轉(zhuǎn)換編程設(shè)計請見下章應(yīng)用軟件設(shè)計。 數(shù)—模轉(zhuǎn)換器接口電路設(shè)計數(shù)—模轉(zhuǎn)換器選用具有兩個輸入數(shù)據(jù)寄存器的8位D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832，是美國國家半導(dǎo)體公司（NSC）的產(chǎn)品，能直接與MCS—51單片機相接口，不需要附加任何其他I/O接口芯片。其引腳如圖26所示。圖26 DAC0832引腳其主要性能如下：分辨率8位；電流穩(wěn)定時間1微秒；可雙緩沖、單緩沖或直接數(shù)字輸入；只需在滿量程下調(diào)整其線形度；單一電源供電（+5～+15V）；低功耗，20mW。DAC0832采用CMOS工藝，具有20個引腳雙列直插式單片8位D/A轉(zhuǎn)換器，主要由三部分構(gòu)成：一個8位輸入寄存器，一個8位DAC寄存器和一個8位D/A轉(zhuǎn)換器。其輸入端可分為單緩沖型接口方法，雙緩沖型接口方法和直通型的接口方法。輸出分為單極型輸出和雙極性輸出。設(shè)計采用單緩沖輸入和單極性輸出。接口電路如圖27所示。 V/I變換電路設(shè)計本部分主要由多通道模擬開關(guān)CD4051，采樣保持集成電路LF398，及放大器組成。具有多路轉(zhuǎn)換，采樣保持，及V/I變換功能。由于設(shè)計的是六個通道采集輸入和六個通道分別輸出的系統(tǒng)，所以用8選1的模擬開關(guān)CD4051。CD4051由電平轉(zhuǎn)換電路、譯碼電路和開關(guān)電路三部分組成。其中電平轉(zhuǎn)換電路可完成CMOS到TTL的電平轉(zhuǎn)換功能，因此輸入電平范圍寬，數(shù)字量信號電平幅度為3～15V，模擬信號峰—峰值可達(dá)15V。地址譯碼具有禁止功能，可根據(jù)CPU給出的地址信號，方便的選擇其輸入通道，從而使輸入與輸出相連通。采樣保持集成電路LF398為國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的。它具有采樣速度快，保持下圖27 DAC0832單極性輸出接口電路降率低及精度高等特點。片內(nèi)不含保持電容CH,一般選擇電解電容，％精度所需要的獲取時間（采樣時間）為25us，其下降速率為3mv/s。即使輸入電壓等于電源電壓時，也可以將輸入直接耦合到輸出端。V/I變換則采用放大器構(gòu)成反向輸出求和電路，當(dāng)D/A轉(zhuǎn)換器輸出為0時，只有+1 V作用，經(jīng)過250Ω的電阻產(chǎn)生4mA直流信號，當(dāng)D/A轉(zhuǎn)換器輸出為+5V時，兩個電源為求和電路，兩者疊加共產(chǎn)生20mA直流信號。其電路連接如圖28所示：采樣保持放大器圖28 4~20mA輸出電路 復(fù)位及運行監(jiān)視電路設(shè)計由于80C52單片機內(nèi)沒有獨立的監(jiān)視定時器（Watchdog Timer），所以需另行設(shè)計監(jiān)視電路以提高系統(tǒng)的可靠性。設(shè)計中采用了專用集成電路X5045。X5045是一種集成看門狗、電壓監(jiān)控和串行EPROM三種功能于一身的可編程電路。其引腳如圖29所示。X5045引腳含義見表22。圖29 X5045引腳圖表22 X5045引腳含義CS片選信號SI串行輸出SO串行輸出SCK串行時鐘信號WP寫使能引腳RES復(fù)位VSS電源負(fù)VCC電源正X5045與單片機接口見圖210所示：圖210 X5045與單片機接口原理圖設(shè)計中應(yīng)用到以下幾方面功能：X5045加電時會激活其內(nèi)部的上電復(fù)位電路，從而使RESET引腳有效。該信號可避免系統(tǒng)微處理器在電壓不足或振蕩器未穩(wěn)定的情況下工作。當(dāng)Vcc超過器件的Vtrip門限值時，電路將在200ns(典型)延時后釋放RESET以允許系統(tǒng)開始工作。工作時，X5045對Vcc電平進(jìn)行監(jiān)測，若電源電壓跌落至預(yù)置的最小Vtrip以下時，系統(tǒng)即確認(rèn)RESET，從而避免微處理器在電源失效或斷開的情況下工作。當(dāng)RESET被確認(rèn)后，該RESET信號將一直保持有效，直到電壓跌到低于1V。而當(dāng)Vcc返回并超過Vtrip達(dá)200ns時，系統(tǒng)重新開始工作?？撮T狗定時器的作用是通過監(jiān)視WDI輸入來監(jiān)視微處理器是否激活。由于微處理器必須周期性的觸發(fā)CS/WDI引腳以避免RESET信號激活而使電路復(fù)位，所以CS/WDI引腳必須在看門狗超時時間終止之前受到由高至低信號的觸發(fā)。器件存儲部分是帶鎖保護(hù)的CMOS串行EPROM陣列，陣列的內(nèi)部組織是512*8位。X5045可提供最少為10萬次擦寫和100年的數(shù)據(jù)保存期，并具有串行外圍接口（SPI）和軟件協(xié)議的特點，允許工作在簡單的四總線上。X5045主要是通過一個8位的指令寄存器來控制器件的工作，其指令代碼通過SI輸入端（MSB在前）寫入寄存器。存儲器操作時序，當(dāng)CS變低后，SI線上的輸入數(shù)據(jù)在SCK的第一個上升沿時被鎖存。而SO線上的數(shù)據(jù)則由SCK的下降沿輸出。用戶可停止時鐘，然后再啟動它，以便在它停止的地方恢復(fù)操作。在整個工作期間，CS必須為低。X5045內(nèi)部狀態(tài)寄存器包含四個非易失性狀態(tài)位和兩個易失性狀態(tài)位。控制位用于設(shè)置看門狗定時器的操作和存儲器的塊鎖保護(hù)。狀態(tài)寄存器的格式如下：表23 Status Register(Default = 00H)7654321000WD1WD0BL1BL0WELWIPWIP是易失性只讀位，用于聲明器件是否忙于內(nèi)部易失性寫操作。WEL位用于指出“寫使能”鎖存的狀態(tài)。用BL0，BL1位可設(shè)置塊鎖存保護(hù)的范圍。任何被塊鎖存保護(hù)的存儲器都只能讀出不能寫入。WD0，WD1位用于選擇看門狗的超時周期。當(dāng)CS選中器件后，送8位RDSR指令，并由CLK信號觸發(fā)即可將狀態(tài)寄存器的內(nèi)容從SO線上讀出。而在寫狀態(tài)寄存器時，應(yīng)先將CS拉低，然后送WREN指令，再拉高CS。然后再次拉低CS，最后送入WRSR指令及對應(yīng)于狀態(tài)寄存器內(nèi)容的8位數(shù)據(jù)即可。該操作由CS變高結(jié)束。X5045所含存儲器屬于非易