【文章內(nèi)容簡介】 MCS—51系列單片機(jī)的引腳作用可歸納為以下兩點(diǎn)：1).單片機(jī)功能多，引腳數(shù)少，因而許多引腳具有第2功能；2).單片機(jī)對(duì)外呈3總線形式，由PP0口組成16位地址總線；由P0口分時(shí)復(fù)用作為數(shù)據(jù)總線。 A/D轉(zhuǎn)換芯片目前有很多類型的A／D轉(zhuǎn)換芯片，它們?cè)谵D(zhuǎn)換速度、轉(zhuǎn)換精度、分辨率以及使用價(jià)值上都各具特色，綜合全部因素設(shè)計(jì)決定采用美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809。其內(nèi)部有一個(gè)8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通8路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。是目前國內(nèi)應(yīng)用最廣泛的8位通用A/D芯片。A/D轉(zhuǎn)換電路采用了常用的8位8通道數(shù)模轉(zhuǎn)換專用芯片ADC0809，ADC0809由8路模擬開頭、地址鎖存與譯碼器、8位A/D轉(zhuǎn)換器和三態(tài)輸出鎖存緩沖器組成，芯片引腳圖如圖35所示, 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖36所示。 圖35 ADC0809引腳圖 圖36 ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖ADC0809的引腳功能:D7D0 ：8位數(shù)字量輸出引腳IN0IN7 ：8位模擬量輸入引腳VCC ：+5V工作電壓GND ：地REF（+） ：參考電壓正端REF（） ：參考電壓負(fù)端START :A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)輸入端ALE ：地址鎖存允許信號(hào)輸入端ADC0809的主要性能指標(biāo)為:（1）分辨率為8位。（2）最大不可調(diào)誤差：ADC0809為1LSB。（3）單電源+5v供電，基準(zhǔn)電壓由外部提供，典型值為+5v，此時(shí)允許輸入模擬電壓為0—5V。（4）具有鎖存控制的8路模擬選通開關(guān)。（5）可鎖存三態(tài)輸出，輸出電平與TTL電平兼容。（6）轉(zhuǎn)換速度取于決芯片的時(shí)鐘頻率。當(dāng)時(shí)鐘頻率500KHz時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間為128μs。 數(shù)碼管顯示電路ICM7218 是INTERSIL公司生產(chǎn)的一種性能價(jià)格比較高的通用8 位LED 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路, 28 腳雙列封裝,是一種多功能L ED 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)芯片,可與多種單片機(jī)接口使用。ICM7218 的輸出可直接驅(qū)動(dòng)L ED顯示器,不需外接驅(qū)動(dòng)電路,工作電壓為+5V。同樣由單片機(jī)向ICM7218寫控制字及數(shù)據(jù)，編程部分像給外部RAM寫數(shù)據(jù)一樣簡單。單片機(jī)寫入模式控制字時(shí)，ICM7218以約定方式接收顯示數(shù)據(jù)，然后把數(shù)據(jù)寫入靜態(tài)顯示RAM中。數(shù)據(jù)接收結(jié)束，ICM7218在掃描控制電路的控制下，按設(shè)定的譯碼模式，以動(dòng)態(tài)掃描顯示方式向段顯示驅(qū)動(dòng)器和位控驅(qū)動(dòng)器發(fā)出控制信號(hào)，直到下一個(gè)控制字寫入前，不停地進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示工作。其引腳圖和內(nèi)部框圖如圖37所示。 圖37 ICM7218引腳圖及內(nèi)部框圖 單片機(jī)外圍接口電路晶振電路為單片機(jī)80C51工作提供時(shí)鐘信號(hào)，芯片內(nèi)含高增益反相放大器，XTAL1與XTAL2作為其輸入、輸出。該放大器和片外石英晶體組成自激振蕩器。系統(tǒng)晶振電路如圖38所示。CC3為外界電容，其容量對(duì)振蕩頻率的大小和穩(wěn)定性等都會(huì)產(chǎn)生影響，本設(shè)計(jì)中電容的容值設(shè)定為30pF。 復(fù)位電路其作用為在系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號(hào)，待電源穩(wěn)定一定時(shí)間之后再撤銷。單片機(jī)在啟動(dòng)時(shí)都需要復(fù)位，以使CPU和系統(tǒng)各個(gè)部分置于正確的起始狀態(tài)并開始工作。上電復(fù)位與手動(dòng)按鈕復(fù)位是最常用的兩種單片機(jī)復(fù)位方式，本設(shè)計(jì)采用后者，具體電路如圖38所示。按鈕被按下后，VCC的+5V加至REST端，使系統(tǒng)復(fù)位。SWPB為手動(dòng)復(fù)位開關(guān)，電容C1可避免高頻諧波對(duì)電路的干擾。 圖38 80C51晶振和復(fù)位電路原理圖 數(shù)據(jù)采集電路本設(shè)計(jì)中的A/D使用的是通用8位芯片ADC0809，煙霧、溫度傳感器的輸出端經(jīng)過放大電路后分別接到ADC0809的IN0和IN1。 ～。芯片的幾個(gè)重要管腳功能如下：ALE：地址鎖存允許輸入線，高電平有效。START：轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，其上跳沿來臨時(shí)可將內(nèi)部的寄存器清零；而下跳沿來臨時(shí)則A/D轉(zhuǎn)換開始。要注意的是，在轉(zhuǎn)換過程中該引腳要始終為低電平。EOC：其為高電平時(shí)表示轉(zhuǎn)換結(jié)束，為低電平時(shí)表示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。OE：其為1時(shí)，芯片將輸出轉(zhuǎn)換所得數(shù)據(jù)；其為0時(shí)則輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。由于本設(shè)計(jì)中數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片使用的是ADC0809，其工作的時(shí)鐘信號(hào)為500KHz，因其內(nèi)部沒有時(shí)鐘電路，時(shí)鐘信號(hào)由外部80C51的ALE端口提供。系統(tǒng)80C51與ADC0809接口電路如圖39所示。圖391 80C51與ADC0809接口仿真電路 圖392 80C51與ADC0809接口電路原理圖當(dāng)80C51的ALE端口不訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，80C51的ALE端以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號(hào)，故晶振設(shè)定12MKz，再經(jīng)過二分頻電路，單片機(jī)即可向ADC0809輸出500KHz的時(shí)鐘信號(hào)。二分頻電路由D觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)，R、S端接地，D接Q非，Q端作為輸出端，CLK接80C51的ALE端。D觸發(fā)器的特性方程為 由于當(dāng)CP=1時(shí)，D觸發(fā)器有效；CP=0時(shí)，觸發(fā)器保持原來狀態(tài)。故D觸發(fā)器能實(shí)現(xiàn)對(duì)ALE端口的信號(hào)二分頻。由于本火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)只采集溫度、煙霧信號(hào)，經(jīng)過調(diào)理的溫度、煙霧信號(hào)分別進(jìn)入ADC0809的IN0和IN1端口，其余輸入引腳接地，8個(gè)數(shù)字量輸出引腳接80C51的P0口。單片機(jī)的P0口接受ADC0809傳輸來8位數(shù)字量，向A/D輸出的8位地址經(jīng)地址鎖存器74LS373鎖存，選擇低3位地址作為A/D的通道選通地址。ADC0809通道選通如表31。 ADC0809通道選通通入通道IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7A00001111B00110011C01010101本設(shè)計(jì)使用74LS373作為地址鎖存器，當(dāng)三態(tài)允許控制端OE為低電平時(shí)，輸出端O0~O7為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅(qū)動(dòng)負(fù)載或總線。當(dāng)OE為高電平時(shí)，O0~O7呈高阻態(tài)，既不驅(qū)動(dòng)總線，也不為總線的負(fù)載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。圖中三態(tài)允許控制端OE接地，表示三態(tài)門一直打開。鎖存允許端LE為高電平時(shí)，輸出端O0~O7 狀態(tài)與輸入端D0~D7狀態(tài)相同；當(dāng)LE由“1”變?yōu)椤?”時(shí)，數(shù)據(jù)輸入鎖存器中。LE端接至單片機(jī)的地址鎖存允許ALE端。當(dāng)P20=0時(shí)，與寫信號(hào)WR共同選通ADC0809。圖中ALE信號(hào)與START信號(hào)連在一起，在WR信號(hào)的前沿寫入地址信號(hào)，在其后沿啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。當(dāng)ALE端口變?yōu)楦唠娖剑瑢?4LS373輸出端的低3位地址存入A/D的地址鎖存器中，此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將A/D內(nèi)的寄存器清零，下降沿啟動(dòng) A/D轉(zhuǎn)換，之后EOC端變成低電平，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。例如，輸出地址F8H可選通通道IN0，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度傳感器輸出的模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換；輸出地址F9H可選通通道IN1，實(shí)現(xiàn)對(duì)煙霧傳感器輸出的模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換。ADC0809的轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號(hào)EOC接到80C51的INT1引腳，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換完成后，EOC變?yōu)楦唠娖?，表示轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器,并產(chǎn)生產(chǎn)生中斷。當(dāng)80C51知道A/D轉(zhuǎn)換完成后，P20與讀信號(hào)RD共同控制下的A/D端口OE電平變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到單片機(jī)上。 信號(hào)處理電路由于傳感器輸出的模擬信號(hào)比較微弱，且含有干擾信號(hào)，所以系統(tǒng)需要通過運(yùn)算放大器來對(duì)其進(jìn)行放大、過濾等處理，以滿足A/D轉(zhuǎn)換的相關(guān)需求。本設(shè)計(jì)的信號(hào)處理電路如圖310所示，圖中的運(yùn)算放大器接為電壓放大電路。圖310 信