【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 件接口如圖38所示圖38八路分時(shí)的模擬量信號(hào)采集電路硬件接口 3．1．3 多路開(kāi)關(guān)多路開(kāi)關(guān)，有稱(chēng)“多路模擬轉(zhuǎn)換器”。多路開(kāi)關(guān)通常有n個(gè)模擬量輸入通道和一個(gè)公共的模擬輸入端，并通過(guò)地址線上不同的地址信號(hào)把n個(gè)通道中任一通道輸入的模擬信號(hào)輸出，實(shí)現(xiàn)有n線到一線的接通功能。反之，當(dāng)模擬信號(hào)有公共輸出端輸入時(shí) ，作為信號(hào)分離器，實(shí)現(xiàn)了1線到n線的分離功能。因此，多路開(kāi)關(guān)通常是一種具有雙向能力的器件。在本設(shè)計(jì)中，由于采用了溫濕度雙量控制，所以在信號(hào)采集中將有兩個(gè)模擬量被提取，這時(shí)選用多路開(kāi)關(guān)就是很必要的。我選用的是CD4051多路開(kāi)關(guān)，它是一種單片、COMS、8通道開(kāi)關(guān)。該芯片由DTL/TTLCOMS電平轉(zhuǎn)換器，帶有禁止端的8選1譯碼器輸入，分別加上控制的8個(gè)COMS模擬開(kāi)關(guān)TG組成。CD4051的內(nèi)部原理框圖如圖39所示。圖3CD4051的內(nèi)部原理框圖 　　　 圖中功能如下：通道線IN/OUT（11113）：該組引腳作為輸入時(shí)，可實(shí)現(xiàn)8選1功能，作為輸出時(shí)，可實(shí)現(xiàn)1分8功能。XCOM（3）：該引腳作為輸出時(shí)，則為公共輸出端；作為輸入時(shí)，則為輸入端。A、B、C（19）：地址引腳INH（6）：禁止輸入引腳。若INH為高電平，則為禁止各通道和輸出端OUT/IN接至；若INH為低電平，則允許各通道按表32關(guān)系和輸出段OUT/IN接通。VDD（16）和VSS（8）：VDD為正電源輸入端，極限值為17V；VSS為負(fù)電源輸入端，極限值為17V。VGG（7）；電平轉(zhuǎn)換器電源，通常接+5V或5V。CD4051作為8選1功能時(shí)，若A、B、C均為邏輯“0”（INH=0），則地址碼00013經(jīng)譯碼后使輸出端OUT/IN和通道0接通。其它情況下，輸出端OUT/IN輸出端OUT/IN和各通道的接通關(guān)系如下 表 32輸入狀態(tài)接通通道 輸入狀態(tài)接通通道INHCBAINHCBA000000101500011011060 010201117001131xxx均不顯示010043．2 信號(hào)分析與處理3．2．1 A/D轉(zhuǎn)換一．A/D轉(zhuǎn)換器的特點(diǎn)為了把溫度、濕度檢測(cè)電路測(cè)出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送CPU處理，本系統(tǒng)選用了雙積分A/D轉(zhuǎn)換器MC14433，它精度高，分辨率達(dá)1/1999。由于MC14433只有一路輸入，而本系統(tǒng)檢測(cè)的多路溫度與濕度信號(hào)輸入，故選用多路選擇電子開(kāi)關(guān)，可輸入多路模擬量。MC14433 A/D 轉(zhuǎn)換器由于雙積分方法二次積分時(shí)間比較長(zhǎng)，所以A/D轉(zhuǎn)換速度慢，但精度可以做得比較高；對(duì)周期信號(hào)變化的干擾信號(hào)積分為零，抗干擾性能也比較好。目前，國(guó)內(nèi)外雙積分A/D轉(zhuǎn)換器集成電路芯片很多，大部分是用于數(shù)字測(cè)量?jī)x器上。二．MC14433A/D轉(zhuǎn)換器件簡(jiǎn)介MC14433是三位半雙積分型的A/D轉(zhuǎn)換器，具有精度高，抗干擾性能好的優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速率低，約1—10次/秒。在不要求高速轉(zhuǎn)換的場(chǎng)合，例如，在低速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，被廣泛采用。MC14433A/D轉(zhuǎn)換器與國(guó)內(nèi)產(chǎn)品5G14433完全相同，可以互換。MC14433A/。轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)以BCD碼的形式分四次送出（最高位輸出內(nèi)容特殊，詳見(jiàn)表33）。圖310 MC14433A/D轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部邏輯框圖 圖311 MC14433引腳圖MC14433 的框圖（圖310）和引腳（圖311）功能說(shuō)明各引腳的功能如下：電源及共地端VDD： 主工作電源+5V。VEE: 模擬部分的負(fù)電源端，接5V。VAG： 模擬地端。VSS： 數(shù)字地端。VR： 基準(zhǔn)電壓。外界電阻及電容端RI： 積分電阻輸入端，VX=2V時(shí)，R1=470?；VX=200Mv時(shí)，R1=27K?。C1： 積分電容輸入端。C1 。 C0C02： 外界補(bǔ)償電容端。 R1/C1： R1 與C1的公共端。CLKI、CLKO ： 外界振蕩器時(shí)鐘調(diào)節(jié)電阻Rc，Rc一般取 470 K?左右。轉(zhuǎn)換啟動(dòng)/結(jié)束信號(hào)端EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出端，正脈沖有效。DU： 啟動(dòng)新的轉(zhuǎn)換，若DU與EOC相連，每當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，自動(dòng)啟動(dòng)新的轉(zhuǎn)換。過(guò)量程信號(hào)輸出端/OR ： 當(dāng)|Vx|?VR，過(guò)量程/OR 輸出低電平。位選通控制線DS4DS1： 選擇個(gè)、十、百、千位，正脈沖有效。DS1 對(duì)應(yīng)千位，DS4 對(duì)應(yīng)個(gè)位。每個(gè)選通脈沖寬度為18個(gè)時(shí)鐘周期，兩個(gè)相應(yīng)脈沖之間間隔為2個(gè)時(shí)鐘周期。 圖312 MC14433選通脈沖時(shí)序圖BCD碼輸出線Q0Q3： BCD碼輸出線。其中Q0為最低位，Q3 為最高位。當(dāng)DSDS3和DS4選通期間，輸出三位完整的BCD碼數(shù)，但在DS1選通期間，輸出端Q0Q3 除了表示個(gè)位的0或1外，還表示了轉(zhuǎn)化值的正負(fù)極性和欠量程還是過(guò)量程其含意見(jiàn)表33 表3DS1選通時(shí)Q3～Q0表示的結(jié)果由表可知Q3 表示1/2位，Q3=“0”對(duì)應(yīng)1，反之對(duì)應(yīng)0。 Q2 表示極性，Q2=“1”為正極性，反之為負(fù)極性。 Q0=“1”表示超量程：當(dāng)Q3=“0”時(shí)，表示過(guò)量程；當(dāng)Q3=“1”時(shí)，表示欠量程；一． MC14433與8031單片機(jī)的接口設(shè)計(jì)由于MC14433的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果是動(dòng)態(tài)分時(shí)輸出的BCD碼，Q0～Q3HE DS1～DS4都不是總線式的。因此，MCS51單片機(jī)只能通過(guò)并行I/O接口或擴(kuò)展I/O接口與其相連。對(duì)于8031單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，MC14433可以直接和其P1口或擴(kuò)展I/O口8155/8255相連。下面是MC14433與8031單片機(jī)P1口直接相連的硬件接口，接口電路如圖313所示圖313 MC14433與8031單片機(jī)P1口直接相連的硬件接口3. 2. 2單片機(jī)8031 為了設(shè)計(jì)此系統(tǒng)，我們采用了8031單片機(jī)作為控制芯片，在前向通道中是一個(gè)非電信號(hào)的電量采集過(guò)程。它由傳感器采集非電信號(hào)，從傳感器出來(lái)經(jīng)過(guò)功率放大過(guò)程，使信號(hào)放大，再經(jīng)過(guò)模/數(shù)轉(zhuǎn)換成為計(jì)算機(jī)能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，再送入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的相應(yīng)端口。由于8031中無(wú)片內(nèi)ROM，且數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器也不能滿(mǎn)足要求，經(jīng)擴(kuò)展2762和6264來(lái)達(dá)到存儲(chǔ)器的要求，其結(jié)果通過(guò)顯示器來(lái)進(jìn)行顯示輸出。3. 2. 2. 1 8031的片內(nèi)結(jié)構(gòu)8031是有8個(gè)部件組成，即CPU，時(shí)鐘電路，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，并行口（P0～P3）串行口，定時(shí)計(jì)數(shù)器和中斷系統(tǒng)，它們均由單一總線連接并被集成在一塊半導(dǎo)體芯片上，即組成了單片微型計(jì)算機(jī)，8031就是MCS51系列單片機(jī)中的一種。圖 314 8031基本組成CPU中央處理器：中央處理器是8031的核心，它的功能是產(chǎn)生控制信號(hào)，把數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)器或輸入口送到CPU或CPU數(shù)據(jù)寫(xiě)入存儲(chǔ)器或送到輸出端口。還可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯和算術(shù)的運(yùn)算。 時(shí)鐘電路：8031內(nèi)部有一個(gè)頻率最大為12MHZ的時(shí)鐘電路，它為單片機(jī)產(chǎn)生時(shí)鐘序列，需要外接石英晶體做振蕩器和微調(diào)電容。內(nèi)存：內(nèi)部存儲(chǔ)器可分做程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，但在8031中無(wú)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器 。定時(shí)/計(jì)數(shù)器：8031有兩個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，每個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器都可以設(shè)置成定時(shí)的方式和計(jì)數(shù)的方式，但只能用其中的一個(gè)功能，以定時(shí)或計(jì)數(shù)結(jié)果對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。并行I/O口：MCS51有四個(gè)8位的并行I/O口，P0，P1，P2，P3，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸出。串行口：它有一個(gè)全雙工的串行口，它可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)間或單片機(jī)同其它外設(shè)之間的通信，該并行口功能較強(qiáng)，可以做為全雙工異步通訊的收發(fā)器也可以作為同步移位器用。 中斷控制系統(tǒng)：8031有五個(gè)中斷源，既外部中斷兩個(gè)，定時(shí)計(jì)數(shù)中斷兩個(gè)，串行中斷一個(gè)，全部的中斷分為高和低的兩個(gè)輸出級(jí)。3. 2. 2. 2 8031的引腳圖 315 8031引腳圖8031的制作工藝為HMOS，采用40管腳雙列直插DIP封裝，引腳說(shuō)明如下：VCC（40引腳）正常運(yùn)行時(shí)提供電源。VSS（20引腳）接地。XTAL1（19引腳）在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反向放大器的輸入端，該放大器構(gòu)成了片內(nèi)的震蕩器，可以提供單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)，該引腳也是可以接外部的晶振的一個(gè)引腳，如采用外部振蕩器時(shí)，對(duì)于8031而言此引腳應(yīng)該接地。XTAL2（18引腳）在內(nèi)部，接至上述振蕩器的反向輸入端，當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)， 對(duì)MCS51系列該引腳接收外部震蕩信號(hào)，即把該信號(hào)直接接到內(nèi)部時(shí)鐘的輸入端。RST/VPD（9引腳）在振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此引腳加上兩個(gè)機(jī)器周期的電平將單片機(jī)復(fù)位。在掉電時(shí)，此引腳接備用電源VDD，以保持RAM數(shù)據(jù)不丟失，當(dāng)BVCC低于規(guī)定的值時(shí)，而VPD在其規(guī)定的電壓范圍內(nèi)時(shí)，VPD就向內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器提供備用電源。ALE/PROG（30引腳）當(dāng)8031訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器，ALE9地址鎖存允許0輸入的脈沖的下沿用于鎖存16位地址的低8位，在不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器的時(shí)候，ALE仍有兩個(gè)周期的正脈沖輸出，其頻率為振蕩器的頻率的1/6，在訪問(wèn)外存儲(chǔ)器的是候，在兩個(gè)周期中，ALE只出現(xiàn)一次，ALE斷可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS TTL負(fù)載，對(duì)于有片內(nèi)EPROM的而言，在EPROM編程期間，此腳用于輸入編程脈沖PROG。（29引腳）此腳輸出為 單片機(jī)內(nèi)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，在讀取外部指令期間， PSEN非有兩次在每個(gè)周期有效，在此期間，每當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，兩個(gè)有效的PSEN非將不再出現(xiàn)，同樣這個(gè)引腳可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LSTTL負(fù)載。/VPP（31引腳）當(dāng)保持高電平時(shí)，單片機(jī)訪問(wèn)內(nèi)部存儲(chǔ)器，當(dāng)PC值超過(guò)0FFFH時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向片外存儲(chǔ)器。當(dāng)保持低電平時(shí)，則只訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器，對(duì)8031而言，此腳必須接地。P0，P1，P2，P3：8031有四個(gè)并行口，在這四個(gè)并行口中，可以在任何一個(gè)輸出數(shù)據(jù)，又可以從它們那得到數(shù)據(jù)，故它們都是雙向的，每一個(gè)I/O口內(nèi)部都有一個(gè)