【文章內(nèi)容簡介】 )的 ADC 芯片則不允許數(shù)據(jù)輸出線與系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線直接相連，而必須通過 I/O 接口與 MPU 交換信息。 （ 2）啟動轉(zhuǎn)換的控制方式是脈沖控制式還是電平控制式。對脈沖啟動轉(zhuǎn)換的 ADC 芯片，只要在其啟動轉(zhuǎn)換引腳上施加一個寬度符合芯片要 求的脈沖信號，就能啟動轉(zhuǎn)換并自動完成。一般能和 MPU 配套使用的芯片， MPU 的 多通道動態(tài)數(shù)字電阻測量儀 8 I/O 寫脈沖都能滿足 ADC 芯片對啟動脈沖的要求。對電平啟動轉(zhuǎn)換的 ADC 芯片，在轉(zhuǎn)換過程中啟動信號必須保持規(guī)定的電平不變，否則，如中途撤消規(guī)定的電平，就會停止轉(zhuǎn)換而可能得到錯誤的結(jié)果。為此，必須用 D 觸發(fā)器或可編程并行 I/O 接口芯片的某一位來鎖存這個電平，或用單穩(wěn)等電路來對啟動信號進行定時變換。 [9] 本設計中所用的的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片為 ADC0808/0809， 這兩個芯片 除精度略有差別外 (前者精度為 8 位、后者精度為 7 位 )，其余各方面 都是 完 全相同 的 。它們都是 CMOS 器件，不僅包括一個 8 位的逐次逼近型的 ADC 部分，而且還提供一個 8 通道的模擬多路開關和通道尋址邏輯，因而有理由把它作為簡單的“數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”。利用它可直接輸入 8 個單端的模擬信號分時進行 A/D 轉(zhuǎn)換，在多點巡回檢測和過程控制、運動控制中應用十分廣泛。 1) 主要技術(shù)指標和特性 （ 1）分辨率： 8 位。 （ 2）總的不可調(diào)誤差： ADC0808 為 177。 1/2LSB,ADC0809 為 177。 1LSB。 （ 3 ） 轉(zhuǎn)換 時 間： 取決 于 芯片 時 鐘頻 率 ，如 CLK=500kHz 時，TCONV=128us。 （ 4）單一電源 ： +5V。 （ 5）模擬輸入電壓范圍： 單極性 0～ 5V；雙極性 177。 5V,177。 10V(需外加一定電路 )。 （ 6）具有可控三態(tài)輸出緩存器。 （ 7）啟動轉(zhuǎn)換控制為脈沖式 (正脈沖 )，上升沿使所有內(nèi)部寄存器清零，下降沿使 A/D 轉(zhuǎn)換開始。 （ 8）使用時不需進行零點和滿刻度調(diào)節(jié)。 2) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部引腳 ADC0808/0809 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部引腳分別如圖 24 和圖 25 所示。內(nèi)部各部分的作用和工作原理在內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖中已一目了然，在此就不再贅述，下面僅對各引腳定義分述如下： （ 1） IN0～ IN7—— 8 路模擬輸入，通過 3 根地址譯碼線 ADDA、 ADDB、ADDC來選通一路。 （ 2） D7～ D0—— A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)輸出端，為三態(tài)可控輸出，故可直接和微處理器數(shù)據(jù)線連接。 8 位排列順序是 D7 為最高位， D0 為最低位。 （ 3） ADDA、 ADDB、 ADDC—— 模擬通道選擇地址信號 ， ADDA 為低位， ADDC為高位。地址信號與選中通道對應關系如表 22 所示。 多通道動態(tài)數(shù)字電阻測量儀 9 圖 24 ADC0808/0809 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 （ 4） VR(+)、 VR()—— 正、負參考電壓輸入端，用于提供片內(nèi) DAC 電阻網(wǎng)絡的基準電壓。在單極性輸入時， VR(+)=5V， VR()=0V；雙極 性輸入時，VR(+)、 VR()分別接正、負極性的參考電壓。 圖 25 ADC0808/0809 外部引腳圖 (5) ALE—— 地址鎖存允許信號，高電平有效。當此信號有效時， A、 B、C 三位地址信號被鎖存，譯碼選通對應模擬通道。在使用時，該信號常和START 信號連在一起，以便同時鎖存通道地址和啟動 A/D 轉(zhuǎn)換 [10]。 (6)START—— A/D 轉(zhuǎn)換啟動信號，正脈沖有效。加于該端的脈沖的上升沿使逐次逼近寄存器清零，下降沿開始 A/D 轉(zhuǎn)換。如正在進行轉(zhuǎn)換時又接到新的啟動脈沖，則原來的轉(zhuǎn)換進程被中止，重新從頭開 始轉(zhuǎn)換。 多通道動態(tài)數(shù)字電阻測量儀 10 (7)EOC—— 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，高電平有效。該信號在 A/D 轉(zhuǎn)換過程中為低電平，其余時間為高電平。該信號可作為被 CPU 查詢的狀態(tài)信號，也可作為對 CPU 的中斷請求信號。在需要對某個模擬量不斷采樣、轉(zhuǎn)換的情況下，EOC 也可作為啟動信號反饋接到 START 端，但在剛加電時需由外電路第一次啟動。 表 22 地址信號與選中通道的關系 地 址 選中通道 ADDC ADDB ADDA 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 （ 8） OE—— 輸出允許信號，高電平有效。當微處理器送出該信號時，ADC0808/0809 的輸出三態(tài)門被打開，使轉(zhuǎn)換結(jié)果通過數(shù)據(jù)總線被讀走。在中斷工作方式下，該信號往往是 CPU 發(fā)出的中斷請求響應信號。 [10] 數(shù)碼管顯示 數(shù)碼管分為兩類，一類是共陰極，一類是共陽極。所謂共陰極就是他們的公共端接低電平才有效，同樣，共陽極就是他們的公共端 要 接 高電平才有效。另外，數(shù)碼管又分為 1 位和多位的。數(shù)碼管包括段碼和位碼，段碼 即段選信號SEG，它負責數(shù)碼管顯示的內(nèi)容 ，圖 中 ag、 dp 組成的數(shù)據(jù) （ a 為最低位， dp為最高位） 就是段碼。位碼即位選信號 DIG，它決定哪個數(shù)碼管工作，哪個數(shù)碼管不工作 。因此共陰極的數(shù)碼管，位碼為低電平時為選中，段碼為高電平時點亮，相反共陽極的數(shù)碼管，位碼為高電平時為選中，段碼為低電平是點亮。 多通道動態(tài)數(shù)字電阻測量儀 11 圖 25 1 位數(shù)碼管結(jié)構(gòu) 圖 25 六 位數(shù)碼管（共陰極） 本設計所使用的是 6 位數(shù)碼管， 如圖所示。左邊 4 位用來顯示所測 電阻 數(shù)據(jù) ，第 5 位空出 ，最后 1 位用于顯示通道數(shù)。 由于段碼是公用的，為使每個數(shù)碼管顯示不同的數(shù)據(jù)，我們需要采用動態(tài)顯示。 動態(tài)顯示的過程：以顯示“ 12346” 為例說明，首先發(fā)送“ 1”的段碼“ 0x06”至數(shù)碼管，然后僅使能位信號 DIG6， 左邊第一位 就會顯示“ 1”， 由于沒選中， 其余的數(shù)碼管都是不工作的；延時一定時間之后再發(fā)送“ 2”的段碼“ 0x5b”至數(shù)碼管，同時僅使能位信號 DIG5，這時“ 2”就會在 左邊第二位 上顯示出來； 同理延時之后會依次顯示“ 346”。然后 循環(huán) ，重復 點亮數(shù)碼管。由于相鄰兩次的時間間隔很短 （ t10ms） ,看起來好像就是數(shù)碼管一直在顯示“ 12346” [11]。 另外還有一種 靜態(tài)掃描顯示，顧名思義就是當顯示器顯示某一個數(shù)字的時候，相應的二極管 恒定導通或截止，由于本設計沒用到，顧不做過多介紹。為了實現(xiàn)以上所說的功能，由單片機 P0 作為段數(shù)據(jù)口，控制段碼輸出，由 P2 口作為掃描口，低 6 位控制位碼輸出。 多通道動態(tài)數(shù)字電阻測量儀 12 分壓電路 根據(jù)設計的要求，做出來的電路應該能動態(tài)的測電阻，而顯然電阻無法直接測得，而且 ADC0809 的 IN0— IN7 端所采集的數(shù)據(jù)是電壓。如圖所示，根據(jù)電路的結(jié)構(gòu)我們可以求出一個函數(shù)公式，從而將電壓變換成電阻。首先ADC0809 芯片將獲取的電壓與 VREF（ +） 和 VREF（ ） 的差（一般是 5V 左右）進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到一個 8 位二進制數(shù)將數(shù)據(jù)通過 OUT 口輸入到 P1口，即 getdata，然后要將 getdata 進行數(shù)模轉(zhuǎn)換，還原成電壓，通過公式 v = getdata**5000（ mV） 即可達到要求。 圖 27 電阻分壓電壓模塊 然后要將電壓變換成電阻值，由于系統(tǒng) 采集到電壓是電阻的電壓，而要 求測量的電阻是滑動變阻器的電壓，根據(jù)分壓關系，因此可以 用 5000mV 減去所得到的電壓 v，再根據(jù)分壓關系電流 5000 1 0 0 0 .0 * 0vvR x R? ? () 由 此可知 Rx = ( v)*R0*（ kΩ） 至此，要求測量的電阻阻值就能正確的得到，并傳送給單片機處理并輸出了。 多通道動態(tài)數(shù)字電阻測量儀 13 第 3 章 系統(tǒng)設計仿真與軟件實現(xiàn) 本章的主要介紹各個模塊及其控制連接的實現(xiàn)，包括模擬信號的形成，模擬信號的采集，單片機的處理和控制，以及顯示部分等的仿真控制和軟件控制。最終形成的仿真控制關系，仿真則使用 Proteus 進行。如下圖 31 所示。 圖 31 多通道數(shù)字電阻測量儀的仿真圖 該仿真系統(tǒng)能自動的實現(xiàn)電壓采集，并進行數(shù)模轉(zhuǎn)換，電壓電阻轉(zhuǎn)換，模數(shù)轉(zhuǎn)換 和數(shù)字顯示功能，從而實現(xiàn)自動多通道電阻測量的功能。本章將介紹模塊連接問題，仿真，程序控制等問題。 模塊及其連接 本設計主要由單片機控制模塊，模擬信號形成模塊，模擬信號采集、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，數(shù)碼管顯示模塊這五個模塊組成。第 2 章我們介紹了各種硬件基礎，芯片的功能，引腳，用法。這節(jié)我們著重于模塊功能的實現(xiàn)和模塊的連接和控制。 多通道動態(tài)數(shù)字電阻測量儀 14 模擬信號形成模塊與模擬信號采集模塊 模擬信號形成模塊是通過兩個電阻分壓形成的，我們已知總電壓，采集點電壓，和另外一個電阻，那剩下的那個電阻也就可以求出來了。如下圖 32 所示： 圖 32 模擬信號形成模塊 滑動變阻器 RV1 與 R2 分壓，兩者的總電壓已知是 5V， R2 電阻的電壓 v即可以傳送到數(shù)據(jù)采集模塊了。已知了 R2，總電壓 5V，以及 R2 分壓 v， 即可求得滑動變阻器 RV1 的阻值。即有 5 12vvRV R? ? () 即 RV1=（ 5v） *R2/v 因此這為電阻 R2 的電壓 v 傳送到系統(tǒng)處理后即可求滑動變阻器的阻值提供了依據(jù)。 在單片機的控制下， ADC0809 芯片中的數(shù)據(jù)采集模塊按照單片機給出的地址信號 ADDA、 ADDB、 ADDC 信號，和地址鎖存信號 ALE，按照時序控制的有序的進行數(shù)據(jù)采集。根據(jù)第二章給出的 ADC0809 的地址信號和選中通道關系可知，選中通道跟地址信號數(shù)據(jù)自然排列關系。 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊與單片機控制 模擬信號采集、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊是由 ADC0809 芯片作為數(shù)據(jù)采集通道，并進行模數(shù)轉(zhuǎn)換由 out 口輸出。 ADC0809 芯片數(shù)據(jù)采集的實現(xiàn)需要依靠單片機對其控制信號進行控制，以控制其時序，保證 ADC0809 能夠按照時序有 條不紊的進行。其中此模塊包括兩個部分，其一是模擬信號采集，其二是模數(shù)轉(zhuǎn)換。這兩個部分都在 ADC0809 芯片內(nèi)部完成。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 33 所示： 多通道動態(tài)數(shù)字電阻測量儀 15 圖 33 ADC0809 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)采集電路是系統(tǒng)的主要組成部分 如圖 34,ADC0809 具 有 8 路模擬量輸入通 道 IN0～ IN7,通過 3 位地址輸入端 C、 B、 A(引腳 23～ 25)進行選擇。引腳 22 為地址鎖存控制端 ALE,當輸入為高電平時 ,C、 B、 A 引腳輸入的地址鎖存于 ADC0809 內(nèi)部鎖存器中 ,經(jīng)內(nèi)部譯碼電路譯碼選中相應的模擬通道。 圖 34 數(shù)據(jù)采集電路 引腳 6 為啟動轉(zhuǎn)換控制端 START,當輸入一個 2μ s 寬 的高電平脈沖時 ,就啟動 ADC0809 開始對輸入通道的模擬量進行轉(zhuǎn)換。引腳 7 為 A/D 轉(zhuǎn)換器 ,當開始轉(zhuǎn)換時 ,EOC 信號為低電平 ,經(jīng)過一段時間 ,轉(zhuǎn)換結(jié)束 ,轉(zhuǎn)換結(jié)束信號EOC 輸出高電平 ,轉(zhuǎn)換結(jié)果存放于 ADC0809 內(nèi)部的輸出數(shù)據(jù)寄存器中。引腳9 腳為 A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出允許控制端 OE,當 OE 為高電平時 ,存放于輸出數(shù)據(jù)鎖存器中的數(shù)據(jù)通過 ADC0809 的數(shù)據(jù)線 OUT0～ OUT7 輸出。引腳 10 為ADC0809 的時鐘信號輸入端 CLOCK。在連接 時 ,ADC0809 的 數(shù)據(jù)線 OUT0～ 多通道動態(tài)數(shù)字電阻測量儀 16 OUT7 與 AT89c52 的 P1 口相連接 ,ADC0809 的地址引腳、地址鎖存端ALE、啟動信號 START、數(shù)據(jù)輸出允許控制端 OE 分別與 AT89C52 的 P3 口相連接 , 、 、 分別連接 ADC0809 芯片的 START 端， OE 端，EOC 端， 控制 ADC0809 的時鐘 clock 和地址鎖存信號 ALE。 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號 EOC 與 AT89c52 的 相連接。時鐘信號輸入端 CLOCK 信號 ,由單片機的地址鎖存信號 ALE 得到 [12]。 如上圖所示是數(shù)據(jù)采集、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊 。 單片機充當一個 微型系統(tǒng)控制著整個系統(tǒng)中各個模塊的運作，它不僅控制著負責控制著數(shù)據(jù)采集、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，它還需要對采集到的信號進行計算處理，并且輸出。它負責將采集到的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，并將得到的電壓值轉(zhuǎn)換為電阻值。 單片機與數(shù)字顯示模塊 在 8051 單片機應用系統(tǒng)的設計中 ,單片機的 LED 數(shù)碼 管 顯示電路的設計往往是不可缺少的環(huán)節(jié)，并且單片機可以直接驅(qū)動數(shù)碼管，并不需要外加芯片或者多余的電路。而且 單片機的應用系統(tǒng)中 ,經(jīng)常要求運行過程和運行結(jié)