【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 。當(dāng)G中無電流時(shí)叫做“電橋平衡”。圖28(a)所示的橋式電路，其輸出電壓可用與之差表示： == (21)為使測(cè)量前輸出=0，即使電橋平衡，應(yīng)滿足=條件。在滿足式(21)的條件下，當(dāng)電橋各臂電阻變化遠(yuǎn)小于本身值（171。 ），橋的負(fù)載電阻無限大時(shí)[2]，輸出電壓可近似用下式表示： (22)如果將傳感器電阻接入一臂，見圖28（b），并且測(cè)量前令=， ，則： (23)在測(cè)量過程中，電阻、都不變化，即，因此 (24)(a) 橋式測(cè)量電路 (b) 傳感器測(cè)量電路(a) Measure circuit like a bridge (b) Measure circuit of hot sensitive resistance sensor圖28 測(cè)量電路 Measure circuit 傳感器是將感受的物理量、化學(xué)量等信息，按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量和傳輸?shù)男盘?hào)裝置。電信號(hào)易于傳輸和處理，所以大多數(shù)的傳感器是將物理量等信息是轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出的。傳感器主要用于測(cè)量和控制系統(tǒng)，它的性能好壞直接影響系統(tǒng)的性能。在自動(dòng)測(cè)量過程或控制系統(tǒng)中，首先由傳感器接受被測(cè)量，而后把它轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，供顯示儀表指示或用來控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。如果傳感器不能靈敏地接受被測(cè)量，或者不能把被測(cè)量精確地轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，其他儀表和裝置的精確度再高也無意義。計(jì)算機(jī)應(yīng)用于測(cè)量系統(tǒng)和控制系統(tǒng)時(shí)，也必須由傳感器提供準(zhǔn)確可靠的信息，如果傳感器的水平與計(jì)算機(jī)的水平不相適應(yīng)，計(jì)算機(jī)便不能充分發(fā)揮應(yīng)有的作用和效益。因此，傳感器是測(cè)量、控制系統(tǒng)中的一種關(guān)鍵裝置。傳感器的種類很多，分類的方法也不同，常用的分類法有兩種。一種是按照傳感器的用途區(qū)分，如位移傳感器、力傳感器、荷重傳感器、速度傳感器、振動(dòng)傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器和密度傳感器等。另一種分類法是按傳感器的工作原理區(qū)分如電阻式傳感器、電感式傳感器、電容式傳感器、電渦流式傳感器、磁電式傳感器、壓電式傳感器、光電式傳感器、磁彈性式傳感器、振頻式傳感器和電化學(xué)式傳感器等。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的模擬量輸入信號(hào)為工業(yè)加熱爐的溫度信號(hào)，而其工藝過程的溫度在800℃左右，因此，根據(jù)上面介紹的電橋平衡原理，本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選用集成溫度傳感器AD590，其測(cè)溫范圍為+300℃～＋1000℃。要求工作電源為直流+4V+30V，它能把溫度信號(hào)變?yōu)榕c絕對(duì)溫度成比例的電信號(hào)，比例因子為1UF∕K。其穩(wěn)定性高、線性度好、測(cè)溫誤差有正負(fù)根據(jù)本設(shè)計(jì)GO工藝特點(diǎn)，放大器采用穩(wěn)高精運(yùn)算放大OP07。AD590本身產(chǎn)生的是電流信號(hào)，通過運(yùn)算放大器OP07對(duì)電流作加法運(yùn)算，在運(yùn)放輸出端得到合適的電壓信號(hào)，作為A∕D轉(zhuǎn)換器的輸入，電阻RR和電位器RPRP2的選擇原則是使運(yùn)放輸出電壓被測(cè)有一個(gè)合適的對(duì)應(yīng)關(guān)系。本例還使用了光傳感器和煙霧傳感器，用來對(duì)火盜警的檢測(cè)。放大器采用OPA404，OPA404是高性能介質(zhì)隔離場(chǎng)效應(yīng)輸入運(yùn)算單片機(jī)運(yùn)算放大器。，高轉(zhuǎn)換速率為35∕V，低失調(diào)電壓最大為正負(fù)750UV，低偏置電流最在為正負(fù)4PA。輸出通道設(shè)計(jì)包括開關(guān)量和模擬量輸出通道的設(shè)計(jì)。開關(guān)量要考慮功率和控制方式(繼電器、可控硅、三極管等)。模擬量輸出要考慮D/A轉(zhuǎn)換器的選擇(轉(zhuǎn)換精度、轉(zhuǎn)換速度、結(jié)構(gòu)、功耗等),輸出信號(hào)的形式(電流還是電壓) 、隔離方式、擴(kuò)展接口等輸出通道是單片機(jī)控制系統(tǒng)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)（或控制設(shè)備）連接的紐帶和橋梁。設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)被控對(duì)象的通道數(shù)據(jù)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的類型進(jìn)行選擇。對(duì)于那些可直接接受數(shù)字量的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，可由單片機(jī)直接輸出數(shù)字量。對(duì)于那些需要接收模擬量的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，則需要用D/A轉(zhuǎn)化，即把數(shù)字量變成模擬量后，再帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用中，輸入裝置通過I/O接口電路把程序、數(shù)據(jù)或現(xiàn)場(chǎng)采集到的各種信息輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)的處理結(jié)果和控制信息要通過I/O接口電路傳送到輸出裝置，以便顯示、打印，最后實(shí)現(xiàn)各種控制。本例的輸出通道為3條，是經(jīng)過光電耦合后再通過晶閘管驅(qū)動(dòng)噴灑水設(shè)備；最后達(dá)到控制溫度的作用。信號(hào)變送電路是系統(tǒng)溫度檢測(cè)電路和CPU之間的通信通道，其功能完成數(shù)據(jù)的傳送和轉(zhuǎn)換的作用，是溫度控制系統(tǒng)不可缺少的組成部分，通常的設(shè)計(jì)都選用ADC0809和DAC0830轉(zhuǎn)換芯片，ADC0809芯片將來自溫度檢測(cè)電路的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，將數(shù)字信號(hào)再送往CPU中，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；DAC0832芯片是將來自CPU的數(shù)字信號(hào)命令轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)來控制設(shè)備。信號(hào)變送電路的傳輸速度和精度是設(shè)計(jì)此部分的重要指標(biāo)，對(duì)系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)有著重大的影響。在數(shù)字電子技術(shù)的很多應(yīng)用場(chǎng)合往往需要把模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，稱為模 / 數(shù)轉(zhuǎn)換器（A / D轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱ADC）；或把數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，稱為數(shù) / 模轉(zhuǎn)換器（D / A轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱DAC）。完成以上轉(zhuǎn)換的電路有多種，特別是單片大規(guī)模集成A / D、D / A轉(zhuǎn)換器問世，為實(shí)現(xiàn)上述的轉(zhuǎn)換提供了極大的方便。使用者可借助于手冊(cè)提供的器件性能指標(biāo)及典型應(yīng)用電路，即可正確使用這些器件。在單片機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)中，許多被測(cè)量的信號(hào)往往是模擬量，它們經(jīng)過預(yù)處理(放大、V∕I轉(zhuǎn)換等)之后，在進(jìn)入計(jì)算機(jī)之前必須經(jīng)過A∕D轉(zhuǎn)換變成數(shù)字量。A∕D轉(zhuǎn)換接口是模擬通道中的主要環(huán)節(jié)。A∕D轉(zhuǎn)換接口的主要內(nèi)容是合理選擇A∕D轉(zhuǎn)換器件，以實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)的正確連接以及轉(zhuǎn)換程序。此次設(shè)計(jì)將采用大規(guī)模集成電路ADC0809實(shí)現(xiàn)A / D轉(zhuǎn)換后,與單片機(jī)進(jìn)行連接；再用DAC0832實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換，驅(qū)動(dòng)噴灑水設(shè)備達(dá)到溫度控制的目的。1） A/D轉(zhuǎn)換電路ADC0809與8051單片機(jī)的硬件接口有3種形式，分別是查詢方式、中斷方式和延時(shí)等待方式，本設(shè)計(jì)選用中斷接口方式。查詢方式：A/D轉(zhuǎn)換芯片由表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查詢方式，測(cè)試EOC的狀態(tài)，即可確知轉(zhuǎn)換是否完成，并接著進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。中斷方式：把表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)（EOC）作為中斷請(qǐng)求信號(hào)，以中斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。定時(shí)傳送方式：ADC0809轉(zhuǎn)換時(shí)間為128181。s，相當(dāng)于6MHz的MCS51單片機(jī)共64個(gè)機(jī)器周期。可據(jù)此設(shè)計(jì)一個(gè)延時(shí)子程序，A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)后即調(diào)用此子程序。延遲時(shí)間一到，轉(zhuǎn)換肯定已經(jīng)完成了，接著就可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。ADC0809是典型的8位8通道逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器、CMOS工藝。由寄存器、三態(tài)輸出鎖存器等其它一些電路組成。因此，ADC0809可處理8路模擬量輸入，且有三態(tài)輸出能力，既可與各種微處理器相連，也可單獨(dú)工作。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖29：地址鎖存譯碼ALEADDCADDBADDA八路模擬信號(hào)選擇器IN7IN6IN5IN4IN3IN2IN1IN0樹形開關(guān)256RT型譯碼器逐次比較寄存器控制與時(shí)序8位ADCSTART 啟動(dòng)時(shí)鐘 CLOCKEOC三態(tài)輸出鎖存器2－82－72－62－52－42－32－22－1MSBLSB輸出允許OEVREF(+)VREF(－)圖29 ADC0809的變換內(nèi)部結(jié)構(gòu)Fig 29 ADC0809 transformation internal structure外部特性 ADC0809芯片為28引腳雙列直插式封裝，：圖210 ADC0809引腳圖 Pins chart of ADC0809IN7～I(xiàn)N0：模擬量輸入通道。ADC0809對(duì)輸入模擬量的要求主要有：信號(hào)單極性，電壓范圍0～5 V，若信號(hào)過小還需進(jìn)行放大。另外，在A/D轉(zhuǎn)換過程中，模擬量輸入的值不應(yīng)變化太快；因此，對(duì)變化速度快的模擬量，在輸入前應(yīng)增加采樣保持電路A、B、C：地址線。A為低位地址，C為高位地址，用于對(duì)模擬通道進(jìn)行選擇。圖210 中為ADDA、ADDB和ADDC。ALE：地址鎖存允許信號(hào)。在對(duì)應(yīng)ALE上跳沿，A、B、C地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。START：轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。START上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清0；START下跳沿時(shí)，開始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在A/D轉(zhuǎn)換期間，START應(yīng)保持低電平。D7~D0：數(shù)據(jù)輸出線。其為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機(jī)的數(shù)據(jù)線直接相連。OE：輸出允許信號(hào)。其用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高電阻；OE=1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。 CLK：時(shí)鐘信號(hào)。ADC0809的內(nèi)部沒有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)由外界提供，因此有時(shí)鐘信號(hào)引腳。通常使用頻率為500kHz的時(shí)鐘信號(hào)。EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號(hào)。EOC=0，正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換；EOC=1，轉(zhuǎn)換結(jié)束。該狀態(tài)信號(hào)既可作為查詢的狀態(tài)標(biāo)志，又可以作為中斷請(qǐng)求信號(hào)使用。Vcc：+5 V電源。Vref：參考電源。參考電壓用來與輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行比較，作為逐次逼近的基準(zhǔn)。其典型值為+5 V（Vref (+) =+5 V，Vref() =0 V）。由于ADC0809無片內(nèi)時(shí)鐘，時(shí)鐘信號(hào)可由單片機(jī)的ALE信號(hào)經(jīng)D觸發(fā)器二分頻后獲得。ALE引腳得脈沖頻率是8051時(shí)鐘頻率的1/6。該題目中單片機(jī)時(shí)鐘頻率采用6MHz,則ALE輸出的頻率是1MHz，二分頻后為500Hz,符合ADC0809對(duì)頻率的要求。由于ADC0809內(nèi)部設(shè)有地址鎖存器，所以通道地址由P0口的低3位直接與ADC0809的A、B、C相連。通道基本地址為0000H～0007H?？刂菩盘?hào)：，在啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換時(shí)。由于ALE和START連在一起，因此ADC0809在鎖存通道地址的同時(shí)也啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。在讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果時(shí)，產(chǎn)生正脈沖作為OE信號(hào)，用一打開三態(tài)輸出鎖存器。其接口電路如圖211所示。圖211 ADC0809與MCS51的連接 the connect ADC0809 with MCS51當(dāng)8051通過對(duì)0000H～0007H（基本地址）中的某個(gè)口地址進(jìn)行一次寫操作時(shí)，即可啟動(dòng)相應(yīng)通道的A／D轉(zhuǎn)換；當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束后,ADC0809的EOC端向8051發(fā)出中斷申請(qǐng)信號(hào)；8051通過對(duì)0000H～0007H中的某個(gè)口地址進(jìn)行一次讀操作，即可得到轉(zhuǎn)換結(jié)果。2） D/A轉(zhuǎn)換電路DAC0832是一個(gè)8位D/A轉(zhuǎn)換器。單電源供電，從+5V～+15V均可正常工作?；鶞?zhǔn)電壓的范圍為177。10V，電流建立時(shí)間為1μS、CMOS工藝、低功耗20mW。3） DAC0832與8051單片機(jī)的接口電路如下：圖2－12 DAC 0832 與8051接口電路Fig2－12 DAC 0832 and 8051 connections electric circuits上圖為兩個(gè)輸入寄存器同時(shí)受控的連接方法，和一起接8051的，因此兩個(gè)寄存器的地址相同。DAC0832轉(zhuǎn)換器芯片為20引腳，雙列直插式封裝，其引腳排列如圖所示。DAC0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。圖2－13 DAC0832 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖Fig 2 – 13 DAC0832 internal structure diagramDAC0832是一種典型的的8位、電流輸出型、通用DAC芯片。由其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖可知DAC0832可以方便地與微處理機(jī)接口。由三個(gè)與門電路組成寄存器輸出控制邏輯電路，該邏輯電路的功能是進(jìn)行數(shù)據(jù)鎖存控制，當(dāng)=0時(shí)，輸入數(shù)據(jù)被鎖存；當(dāng)=1時(shí)，鎖存器的輸出跟隨輸入的數(shù)據(jù)。DAC0832形成以下3種工作方式：直通方式：和一直為高，數(shù)據(jù)可以直接進(jìn)入D/A轉(zhuǎn)換器。單緩沖方式：或一直為高，只控制其中一級(jí)寄存器。雙緩沖方式：不讓和一直為高，控制兩級(jí)寄存器?？刂茝母咦兊?，將從D10～D17進(jìn)入的數(shù)據(jù)存入輸入寄存器?？刂茝母咦兊停瑢⑤斎爰拇嫫鞯臄?shù)據(jù)存入DAC寄存器，同時(shí)開始D/A轉(zhuǎn)換。雙緩沖工作方式能做到對(duì)某個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)入D/A轉(zhuǎn)換的同時(shí)，輸入下一個(gè)數(shù)據(jù)，還適用于要求多個(gè)模擬量同時(shí)輸出的場(chǎng)合。在ILE為高電平下，通過和將數(shù)據(jù)寫入到8位輸入寄存器；通過和將數(shù)據(jù)寫入到8位DAC寄存器，同時(shí)進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。DAC0832的模擬輸出、,此外，還有電源和地信號(hào)引腳。：模擬電流輸出1，它是邏輯電平為1的各位輸出電流之和。當(dāng)輸入數(shù)字為全“1”時(shí)，其值最大，為（255╱256）；當(dāng)輸入數(shù)字為全為“0”時(shí)，其值最小，為0。：模擬電流輸出2，它是邏輯電平為0的各位輸出電流之和。+=常量。：反饋電阻引出端。反饋電阻被集成在芯片內(nèi)，用作外接運(yùn)算放大器的反饋電阻，為D/A轉(zhuǎn)換器提供電壓輸出，該電阻與內(nèi)部R2R電阻網(wǎng)絡(luò)相匹配。Vref：基準(zhǔn)電壓，其電壓可正可負(fù),范圍10V～+10V。Vcc：電源電壓，為+5V～+15V。DGND：數(shù)字地，芯片數(shù)字電路接地點(diǎn)。AGND：模擬地，芯片模擬電路接地點(diǎn)。由梯形電阻網(wǎng)絡(luò)組成的D/A轉(zhuǎn)換電路，其轉(zhuǎn)換結(jié)果是與輸入數(shù)字量成正比的電流，這稱為電流輸出型DAC。許多DAC芯片屬于這種形式。在實(shí)際應(yīng)用中，為了增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力，還需經(jīng)運(yùn)算放大器放大并變換為電壓輸出。對(duì)電流輸出型DAC外加運(yùn)算放大器就可實(shí)現(xiàn)電壓輸出。有些DAC芯片中已經(jīng)集成了運(yùn)算放大器，它們屬于電壓輸出型DAC。通常D/A轉(zhuǎn)換器輸出電壓范圍有0～5V或0～10V、5V～5V或10V～+10V等幾種。本次設(shè)計(jì)采用DAC0832單極性電壓輸出，其連接示意圖如圖214。因?yàn)閮?nèi)部反饋電阻的阻值等于電阻網(wǎng)絡(luò)的R值，故電壓輸出為： (25)圖214 DAC0832單級(jí)性電壓輸出的連接示意圖Fig. 214 DAC0832 single voltage output o