【文章內(nèi)容簡介】 12345678RST91011121314151617XTAL218XTAL119GND202122232425262728PSEN29ALE30EA313233343536373839VCC40JP2AT89C52STEOCRD1KR1KR3S10SWPB100pFC2GNDVCC 圖 33 單片機 時鐘和復(fù)位電路 A/D 轉(zhuǎn)換模塊 在我們所采集的信號中大多是連續(xù)變化的物理量，而要對各種信號進行處理 ,則需要將其轉(zhuǎn)換為計算機能處理的數(shù)字量， A/D 轉(zhuǎn)換器就是將連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換成計算機能接受的數(shù)字量。 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換的選擇 A/D 轉(zhuǎn)換器的 種類很多，就位數(shù)來說，可以分為 8 位、 10 位、 12 位和 16 位等。位數(shù)越高其分辨率就越高，價格 也就越貴。 A/D 轉(zhuǎn)換器型號很多，而其轉(zhuǎn)換時 間和轉(zhuǎn)換誤差也各不相同。 按模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的原理可以分為 3 種：雙積分式、逐次逼近式及并行式 A/D 轉(zhuǎn)換器。 (1)逐漸逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器：它是一種速度快、精度較高、成本較低的直接式轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換時間從幾微秒到幾百微秒。 (2)雙積分 A/D 轉(zhuǎn)換器：它是一種間接式的 A/D 轉(zhuǎn)換器，優(yōu)點是抗干擾能力強，精度比較高，不足是數(shù)度很慢，適用于系統(tǒng)對轉(zhuǎn)換度要求不高的場合。 (3)并行式 A/D 轉(zhuǎn)換器：它又被稱為 flash（快速）型，它的轉(zhuǎn)換數(shù)度很高，但她采用較多的比較器，而 n 位的轉(zhuǎn)換就需要 2n1 個比較器，因此電路規(guī)模也江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 基于單片機的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計 11 極 大，價格也很貴，只適用于視頻 A/D 轉(zhuǎn)換器等數(shù)度特別高的領(lǐng)域 [10]。 比較以上三種方案，在價格、轉(zhuǎn)換速度等多種標準的考量下，本設(shè)計選用逐漸逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器 —— ADC0809。 下面就具體的介紹一下 ADC0809 的工作原理。 ADC0809 的介紹 ADC0809 是八通道的八位逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器。由單一的 5V電源供電，片內(nèi)帶有鎖存功能的 8 選 1 的模擬開關(guān)。由 C、 B、 A 的編碼來決定所選的模擬通道。轉(zhuǎn)換時間為 100μ s。轉(zhuǎn)換誤差為 1/2LSB。 它的引腳的排列見圖 34 VCC11IN31IN42IN53IN64IN75D38OE9CLK10START6EOC7REF+12REF16IN026IN127IN228D114D215D017D418D519D620D721ALE22ADDC23ADDB24ADDA25GND13u4ADC0809 圖 34 ADC0809 的引腳 圖 IN7~IN0 ：八個通道的模擬輸入量。 ADDA、 ADDB、 ADDC：模擬通道地址線。當 CBA=000 時， IN0 輸入，當CBA=111 時， IN7 輸入。 ALE：地址鎖存信號。 START：轉(zhuǎn)換啟動信號，高電平有效。 D7~D0：數(shù)據(jù)輸出線。三態(tài)輸出， D7 是最高位， D0 是最低位。 OE：輸出允許信號，高電平有效。 江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 基于單片機的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計 12 CLK：時鐘信號，最高頻率為 640KHZ。 EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號。上升沿后高電平有效。 Vcc： +5V電源。 Vref：參考電壓 [11]。 ADC0809 時序圖及其接口電路 ADC0809 的時序圖如圖 35 所示： 圖 35 ADC0809 的時序圖 其工作過程是： ALE 的上升沿將 A、 B、 C 端選擇的通道地址鎖存到 8 位A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入端， START 的下降驗啟動 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。 A/D 轉(zhuǎn)換開始使 EOC 端輸出低電平； A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束， EOC 輸出高電平。該信號通?？勺鳛橹袛嗌暾埿盘枴?OE 為讀出數(shù)據(jù)允許信號， OE 端為高電平時，可以讀出轉(zhuǎn)換的數(shù)字量。硬件電路設(shè)計時，需根據(jù)時序關(guān)系及軟件進行設(shè)計。 A/D 轉(zhuǎn)化模塊對模擬量進行一次模數(shù)轉(zhuǎn)換，要 用到一個 ADC0809，又因為它們之間的時鐘頻率不一樣，所以需要用 74LS74 對其進行一個二分頻的工作，這里只需要將 74LS74 的第 3 根引腳 CLK1 與單片機 AT89C52 的第 30 根 ALE 引腳相連，將 74LS74 的第 9 根引腳 Q2 與 ADC0809 的時鐘信號 CLK 引腳相連。 由于 ADC0809 具有輸出 3 態(tài)鎖存器，其八位數(shù)據(jù)輸出引腳可直接與數(shù)據(jù)總線相連。地址譯碼引腳 A、 B、 C 分別與地址總線低三位 A0、 A A2 相連，以江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 基于單片機的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計 13 選通 IN0~IN7 中的一個通道。在啟動 A/D 轉(zhuǎn)換時，由單片機的 控制 A/D 轉(zhuǎn)換器的地址鎖存和轉(zhuǎn)換啟動，由于 ALE 和 START 連在一起，因此 AD0809 在鎖存通道的同時，也啟動了 A/D 轉(zhuǎn)換器。在讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果時，用低電平的讀信號RD，產(chǎn)生的正脈沖作為 OE 信號，用以打開三態(tài)輸出鎖存器。將轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出。而低電平的寫信號 WR 則表示轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號。 因 P0 口還需要連接 LED 顯示電路，所以 AT89C52 與 ADC0809 之間需要加芯片 74LS573 來緩沖數(shù)據(jù)的傳輸，芯片 74LS573 的介紹在 節(jié)有詳細介紹。 該部分的連接圖如圖 36 所示 12345678RST91011121314151617XTAL218XTAL119GND202122232425262728PSEN29ALE30EA313233343536373839VCC40JP2AT89C52GNDCLKSTEOCRDLE11Q21D32D42Q53Q63D74D84Q9OE115Q125D136D146Q157Q167D178D188Q19U674LS573VCCSTEOCRDCLR11D12CLK13PR14Q15Q16GND7Q28Q29PR210CLK211D212CLR213VCC14U274LS74GNDVCCALECLKALEVCC11IN31IN42IN53IN64IN75D38OE9CLK10START6EOC7REF+12REF16IN026IN127IN228D114D215D017D418D519D620D721ALE22ADDC23ADDB24ADDA25GND13U4Component_3VCC 圖 36 ADC0809 與單片機的連接圖 鍵盤 模塊 鍵盤是一種常見的輸入設(shè)備，用戶可以向計算機輸入數(shù)據(jù)或命令。根據(jù)按鍵的識別方法分類，有編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種。通過硬件識別的鍵盤稱編碼鍵盤；通過軟件識別的鍵盤稱為非編碼鍵盤。非編碼鍵盤有兩種接口方法：一種是獨立按鍵接口；另一種是矩陣式按鍵接口。 獨立按鍵接口 在單片機中，如果所需的按鍵較少，可采用獨立式鍵盤。每只按鍵接單片機的一條 I/O 線，通過對線的查詢，即可識別各按鍵的狀態(tài)。如圖 37 所示。 4 只江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 基于單片機的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計 14 按鍵分別接單片機的 ~。無按鍵按下時， ~ 線上均輸入高電平 。當某按鍵按下時，與其相連的 I/O 線將得到低電平輸入。 S?SWPBS?SWPBS?SWPBS?SWPBGND 圖 37 獨立按鍵接口圖 在單片機中需要的按鍵較多時，通常把鍵排成矩陣形式，這樣可以節(jié)省硬件資源。如對于 20 只按鍵接口，如采用按鍵獨立方式，需要 20 個 I/O 口。如采用矩陣式按鍵方式，則只需要 9 個 I/O 口。如圖 38 所示。單片機系統(tǒng)中的非編碼式鍵盤程序主要由判別是否有鍵按下子程序、鍵的識別子程序、找到閉合鍵后，讀入相應(yīng)的鍵值，再轉(zhuǎn)到相應(yīng)的鍵處理程序幾個部分組成。 S1SWPBS2SWPBS3SWPBS4SWPBS7SWPBS5SWPBS8SWPBS6SWPBS9SWPB 圖 38 矩 陣式按鍵接口圖 在本系統(tǒng)中所用到的按鍵有 9 個，所以采取矩陣式按鍵接口方式。 江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 基于單片機的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計 15 LED 數(shù)碼管顯示模塊 在小型控制裝置和數(shù)字化儀器儀表中，往往只要幾個簡單的數(shù)字顯示或字狀態(tài)便可滿足現(xiàn)場的需求，而顯示數(shù)碼管 LED 因其成本低廉、配置靈活、與計算機接口方便等特點，在小型微機控制系統(tǒng)中得到極為廣泛的應(yīng)用 [12]。 LED 數(shù)碼管顯示器的結(jié)構(gòu)原理 發(fā)光二極管 LED 是 利用 PN 結(jié)把電能轉(zhuǎn)換光能的固體發(fā)光器件，根據(jù)制造材料的不同，可以發(fā)出紅、黃、綠、白等不同色彩的可見光束。 LED 的伏安特性類似于普通二極管，正向 壓降為 2V左右，工作電流一般在 10mA~20mA 之間較為合適一個 8 段 LED 顯示器的結(jié)構(gòu)如圖 391 所示。 dp 圖 391 8 段數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖 COM COM 圖 392 共陰極結(jié)構(gòu)圖 圖 393 共陽極結(jié)構(gòu)圖 它是由 8 個發(fā)光二極管構(gòu)成，各段依次記為 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、 dp，其中 dp 表示小數(shù)點（不帶小數(shù)點的稱為 7 段 LED）。 8 段 LED 有共陰極和共陽 極兩種結(jié)構(gòu)，分別如圖 39圖 393 所示。共陰極 LED 的所有發(fā)光管的陰極并接成公共端 COM，而共陽極 LED 的所有發(fā)光管的陽極并接成公共端 COM。當共陰極 LED 的 COM 端接高電平，則某個發(fā)光管的陰極加上低電平時，則該管有電流流過因而點亮發(fā)光。 LED 各段不同點亮的組合可以顯示 0~ A~F 等十江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 基于單片機的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計 16 六進制數(shù) [13]。 表 32 LED 段選碼 字型 共陰極字形代碼 字型 共陰極字形代碼 字型 共陰極字形代碼 0 3FH 6 7DH C 39H 1 06H 7 07H d 5EH 2 5BH 8 7FH E 79H 3 4FH 9 6FH F 71H 4 66H A 77H 滅 00H 5 6DH b 7CH 顯示驅(qū)動芯片 74LS573 74LS573 的八個鎖存器都是透明的 D 型鎖存器，當使能端為高時， Q 輸出將隨數(shù)據(jù)端的輸入而變。當使能為低時，輸出將鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平上。輸出控制不影響鎖存器的內(nèi)部工作，即以前的數(shù)據(jù)可以保持，甚至當輸出被關(guān)閉時，新的數(shù)據(jù)也可以置入。 這種電路可以驅(qū)動大電容或低阻抗負載，可以直接與系統(tǒng)總線接口并驅(qū)動總線，而不需要額外的接口。特別適用于緩沖寄存器， I/O 通道，雙向總線驅(qū)動器和工作寄存器。其 引腳 圖 如圖 310 所示： 江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計