【文章內容簡介】 D轉換即模數(shù)轉換（Analog to Digital Conversion），輸入模擬量（比如電壓信號），輸出一個與模擬量相對應的數(shù)字量（常為二進制形式）。例如參考電壓VREF為5V，采用8位的模數(shù)轉換器時，當輸入電壓為0V時，輸出的數(shù)字量為0000 0000，當輸入的電壓為5V時，輸出的數(shù)字量為1111 1111。當輸入的電壓從從0V到5V變化時，輸出的數(shù)字量從0000 0000到1111 1111變化。這樣每個輸入電壓值對應一個輸出數(shù)字量，即實現(xiàn)了模數(shù)轉換。二、分辨率概念：分辨率是指使輸出數(shù)字量變化1時的輸入模擬量，也就是使輸出數(shù)字量變化一個相鄰數(shù)碼所需輸入模擬量的變化值。分辨率與A/D轉換器的位數(shù)有確定的關系，可以表示成FS / 2 n 。FS表示滿量程輸入值，n為A/D轉換器的位數(shù)。例如，對于5V的滿量程，采用4位的ADC時，分辨率為5V/16= (，輸出的數(shù)字量增加1)；采用8位的ADC時，分辨率為5V/256＝（，則輸出的數(shù)字量增加1）；當采用12位的ADC時，分辨率則為5V/4096＝（ ，則輸出的數(shù)字量增加1）。顯然，位數(shù)越多,分辨率就越高。圖24 ADC0804引腳圖三、ADC0804引腳功能: CS：芯片片選信號，低電平有效。即=0時,該芯片才能正常工作，高電平時芯片不工作。在外接多個ADC0804芯片時，該信號可以作為選擇地址使用，通過不同的地址信號使能不同的ADC0804芯片，從而可以實現(xiàn)多個ADC通道的分時復用。RD：啟動ADC0804進行ADC采樣，該信號低電平有效，即信號由低電平變成高電平時，觸發(fā)一次ADC轉換。WR：低電平有效，即=0時，DAC0804把轉換完成的數(shù)據(jù)加載到DB口，可以通過數(shù)據(jù)端口DB0～DB7讀出本次的采樣結果。VIN（+）和VIN（）：模擬電壓輸入端，單邊輸入時模擬電壓輸入接VIN（+）端，VIN（）端接地。雙邊輸入時VIN（+）、VIN（）分別接模擬電壓信號的正端和負端。當輸入的模擬電壓信號存在“零點漂移電壓”時，可在VIN（）接一等值的零點補償電壓，變換時將自動從VIN（+）中減去這一電壓。VREF/2：參考電壓接入引腳，該引腳可外接電壓也可懸空，若外接電壓，則ADC的參考電壓為該外界電壓的兩倍，如不外接，則VREF與Vcc共用電源電壓，此時ADC的參考電壓即為電源電壓Vcc的值。CLK IN和CLK R：外接RC振蕩電路產生模數(shù)轉換器所需的時鐘信號，時鐘頻率CLK = 1/，一般要求頻率范圍100KHz～1460KHz。AGND和DGND：分別接模擬地和數(shù)字地。INTR：轉換結束輸出信號，低電平有效，當一次A/D轉換完成后，將引起=0，實際應用時，該引腳應與微處理器的外部中斷輸入引腳相連（如51單片機的，腳），當產生信號有效時，還需等待=0才能正確讀出A/D轉換結果，若ADC0804單獨使用，則可以將引腳懸空。DB0~DB7：輸出A/D轉換后的8位二進制結果。補充說明：ADC0804片內有時鐘電路，只要在外部“CLK IN（引腳4）”和“CLKR（引腳19）”兩端外接一對電阻電容即可產生A/D轉換所要求的時鐘，其振蕩頻率為fCLK≈1/。其典型應用參數(shù)為：R=10KΩ，C=150PF，fCLK≈640KHz，轉換速度為100μｓ。若采用外部時鐘，則外部fCLK可從CLK IN 端送入，此時不接R、C。允許的時鐘頻率范圍為100KHz～1460KHz。四、ADC0804工作過程如圖25所示，ADC0804的工作時序圖(Timing Diagrams)：圖25給出的其實就是使ADC0804正確工作的軟件編程模型。由圖可見，實現(xiàn)一次ADC轉換主要包含下面三個過程：：由圖25中的上部“FIGURE 10A”可知，在信號為低電平的情況下，將引腳先由高電平變成低電平，經過至少tW(WR)I 延時后，再將引腳拉成高電平，即啟動了一次AD轉換。注：ADC0804使用手冊中給出了要正常啟動AD轉換的低電平保持時間tW(WR)I的最小值為100ns,即拉低后延時大于100ns即可以，具體做法可通過插入NOP指令或者調用delay()延時函數(shù)實現(xiàn)，不用太精確，只要估計插入的延時大于100ns即可。2．延時等待轉換結束：依然由圖25中的上部“FIGURE 10A”可知，由拉低信號啟動AD采樣后，經過1到8個Tclk+INTERNAL Tc延時后，AD轉換結束，因此，啟動轉換后必須加入一個延時以等待AD采樣結束。注：手冊中給出了內部轉換時間“INTERNAL Tc”的時間范圍為62～73個始終周期，因此延時等待時間應該至少為8+73=81個時鐘周期。比如，若R為150K, C為150pF，則時鐘頻率為Fclk=1/=606KHz,因此時鐘周期約為Tclk=1/Fclk=。所以該步驟至少應延時81*Tclk=. 具體做法可通過插入NOP指令或者調用delay()延時函數(shù)實現(xiàn)，不用太精確。：由圖25的下部“FIGURE 10B”可知，采樣轉換完畢后，在信號為低的前提下，將腳由高電平拉成低電平后，經過tACC的延時即可從DB腳讀出有效的采樣結果。注：手冊中給出了tACC的典型值和最大值分別為135ns和200ns，因此將引腳拉低后，等待大于200ns后即可從DB讀出有效的轉換結果。具體做法可通過插入NOP指令或者調用delay()延時函數(shù)實現(xiàn)，不用太精確，只要估計插入的延時大于200ns即可。對采樣值進行運算變換，換算出實際的滑動變阻器輸入電壓值。對于任何一個A/D采樣器而言，其轉換公式如下：其中:Vout:輸入ADC的模擬電壓值。Dsample：ADC轉換后的二進制值。本試驗的ADC0804為八位。Dmax：ADC能夠表示的刻度總數(shù)。ADC0804為八位ADC,因此Vref：ADC參考電壓值，本試驗ADC0804的Vref被設置為5V因此，對于本試驗，轉換公式為圖25：ADC0804手冊給出的ADC轉換時序圖五、 A/D轉換電路設計圖26 ADC0804外圍電路圖第五節(jié) 放大模塊一、Lm324簡介LM324系列器件帶有差動輸入的四運算放大器。與單電源應用場合的標準運算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點。，靜態(tài)電流為MC1741的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍包括負電源，因而消除了在許多應用場合中采用外部偏置元件的必要性。每一組運算放大器可用圖27所示的符號來表示，它有5個引出腳，其中“+”、“”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，Vi（）為反相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相同。這個是最常用的運算放大器1，2，3腳是一組5，6,7腳是一組，8，9，10腳是一組，12，13,14腳是一組，剩下的兩個腳是電源，1，7,8,14是各組放大器的輸出腳，其它的就是輸入腳。圖27 LM324引腳圖LM324系列由四個獨立的，高增益，內部頻率補償運算放大器，其中專為從單電源供電的電壓范圍經營。從分裂電源的操作也有可能和低電源電流消耗是獨立的電源電壓的幅度。應用領域包括傳感器放大器，直流增益模塊和所有傳統(tǒng)的運算放大器現(xiàn)在可以更容易地在單電源系統(tǒng)中實現(xiàn)的電路。例如，可直接操作的LM324系列，這是用來在數(shù)字系統(tǒng)中，輕松地將提供所需的接口電路，而無需額外的177。15V電源標準的5V電源電壓。二、Lm324放大電路設計ADC0804的分辨率度是5/255=?！?，溫度增加1℃時ADC至少要增加1。pt100溫度在50℃~110℃輸出電壓變化范圍要大于5*160/255=。~5v之間。所以設計放大25倍。用LM324設計放大25倍電路。圖28 LM324 25倍放大電路圖在圖28中RR7是比例電阻。3是輸入端1是輸出端U=U0（1+R7/R6），放大倍數(shù)A=U/U0=25。第六節(jié) 數(shù)碼管顯示模塊LED（Light Emitting Diode）數(shù)碼管是由發(fā)光二極管構成的。一、LED顯示原理常見的LED數(shù)碼管為“8”字型的，共計8段。每一段對應一個發(fā)光二極管。有共陽極和共陰極兩種，如圖29所示。共陰極發(fā)光二極管的陰極連在一起，通常公共陰極接地。當陽極為高電平時，發(fā)光二極管發(fā)光。同樣，共陽極發(fā)光二極管的陽極連接在一起，公共陽極接正電壓，當某個發(fā)光二極管的陰極接低電平時，發(fā)光二極管發(fā)光，顯示相應的段。 圖29 8段LED數(shù)碼管結構及外形LED數(shù)碼管中還有一個圓點型發(fā)光二極管（在圖中以dp表示），用于顯示小數(shù)點。通過七個發(fā)光二極管亮暗的不同組合，可以顯示各種數(shù)字。為了使數(shù)碼管顯示不同的符號或數(shù)字，實際上是確定哪些段發(fā)光、哪些段不發(fā)光，就要為LED數(shù)碼管提供段碼（字型碼）。LED數(shù)碼管共計8段。正好是一個字節(jié)。習慣上是以“a”段對應段碼字節(jié)的最低位。各段與字節(jié)中各位對應關系如表23所示。表23 斷碼與字節(jié)中各位對應關系代碼位D7D6D5D4D3D2D1D0顯示段dpgfEdcba按照上述格式，顯示各種字符的8段LED數(shù)碼管的段碼如表33所示表24 8段LED段碼顯示字符段符號（共陰極時）十六進制代碼DpgfedCba共陰極共陽極0001111113FHC0H10000011006HF9H2010110115BHA4H3010011114FHB0H40110011066H99H5011011016DH92H6011111017DH82H70000011107HF8H8011111117FH80H9011011116FH90H熄滅0000000000HFFH二、LED顯示器的顯示方式圖210所示為顯示N位字符的LED數(shù)碼管的結構原理圖。N根位選線和8N條段碼線。段碼線控制顯示字型，而位選線控制顯示位LED數(shù)碼管的亮或暗。圖210 4位LED顯示器的構成1．LED靜態(tài)顯示方式無論多少位LED數(shù)碼管，同時處于顯示狀態(tài)。靜態(tài)顯示方式，各位的共陰極（或共陽極）連接在一起并接地（或接+5V）；每位的段碼線（a～dp）分別與一個8位的I/O口鎖存器輸出相連。如果送往各個LED數(shù)碼管所顯示字符的段碼一經確定，則相應I/O口鎖存器鎖存的段碼輸出將維持不變，直到送入另一個字符的段碼為止。因此，靜態(tài)顯示方式的顯示無閃爍，亮度都較高，軟件控制比較容易。靜態(tài)顯示器電路，各位可獨立顯示，靜態(tài)顯示方式接口編程容易，但是占用口線較多。如果要顯示4位，則要占用4個8位I/O口。因此在顯示位數(shù)較多的情況下，由于這種方式占用的I/O口太多。所以在實際應用中，一般不采用靜態(tài)顯示方式，而是采用動態(tài)顯示方式。2．LED動態(tài)顯示方式無論在任何時刻只有一個LED數(shù)碼管處于顯示狀態(tài)，即單片機采用“掃描”方式控制各個數(shù)碼管輪流顯示。在多位LED顯示時，為簡化硬件電路，通常將所有顯示位的段碼線的相應段并聯(lián)在一起（可以減少段碼線），由一個8位I/O口控制，而各位的共陽極或共陰極分別由相應的I/O線控制，形成各位的分時選通。圖211所示為一個4位8段LED動態(tài)顯示電路。其中段碼線占用一個8位I/O口，而位選線占用一個I/O口的4根引腳。采用動態(tài)“掃描”顯示方式。即在某一時刻，只讓某一位的位選線處于選通狀態(tài)，而其它各位的位選線處于關閉狀態(tài)，同時，段碼線上輸出相應位要顯示字符的段碼。? 例如，在共陰極方式時，段碼為“0X00”，則當W0＝0，最左一位亮，W1＝1時，第二位亮，…….? 雖然這些字符是在不同時刻出現(xiàn)，但在某一時刻，只有一位顯示，其他各位熄滅，由于余輝和人眼的“視覺暫留”作用，只要每位顯示間隔足夠短，則可以感覺到“多位同時亮”，達到同時顯示的效果。? LED不同位顯示的時間間隔（掃描間隔）應根據(jù)實際情況而定。如果要顯示位數(shù)較多，則將占大量的單片機時間，因此動態(tài)顯示的實質是以犧牲單片機時間來換取I/O端口的減少。? 動態(tài)掃描方式的各位數(shù)碼管逐個輪流顯示，當掃描頻率較高的時，其顯示效果較好。這種方式功耗小，硬件資源要求少，所以應用較多。? 動態(tài)顯示的優(yōu)點是硬件電路簡單，LED越多，優(yōu)勢越明顯。缺點是顯示亮度不如靜態(tài)顯示的亮度高。如果“掃描”速率較低，會出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。圖211 4位8段LED動態(tài)顯示電路為了接線方便節(jié)省硬件資源我選用用動態(tài)顯示方式顯示。第三章 程序設計第一節(jié) 程序流程圖軟件設計采用C語言或匯編語言編程，運用模塊化程序設計思想，對不同功能模塊的程序進行分別編程，以便移植或調用，這樣使軟件層次結構清晰，有利于軟件的調試修改。根據(jù)設計方案畫出程序流程圖調用數(shù)據(jù)處理子程序調用AD轉換子程序中獲得的A/D轉換后的數(shù)據(jù)圖41主程序流程圖開始調用初始化子程序，定時器T0賦初值，開中斷調用顯示子程序第二節(jié) 程序設計根據(jù)大體程序設計思路，將程序設計具體如下：一、函數(shù)聲明和管腳定義第四章 Proteus仿真第一節(jié) 用Proteus 設計仿真電路圖表41所用元件清單元件名稱型號Proteus 的關鍵字單片機AT89C51AT89C51恒流源恒流源CSOURCE熱敏電阻PT100