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正文內(nèi)容

單通道動態(tài)數(shù)字電阻測量儀畢業(yè)論文(編輯修改稿)

2024-08-16 19:06 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 于位數(shù)和時鐘周期,逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度快,因而在實際中廣泛使用。 逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器 [10],最開始時,寄存器各位清零,轉(zhuǎn)換時,先將最高位置 1,把數(shù)據(jù)送入 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換結(jié)果與輸入的模擬量比較,如果轉(zhuǎn)換的模擬量比輸入的模擬量小,則 1 保留,如果轉(zhuǎn)換的 模擬量比輸入的模擬量大,則 1 不保留,然后從第二位依次重復上述過程直至最低位,最后寄存器中的內(nèi)容就是輸入模擬量對應的二進制數(shù)字量。 單通道動態(tài)數(shù)字電阻測量儀 7 圖 25 逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器的工作原理圖 ADC0808 主要特性 : ( 1) 8 路 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器,即分辨率 8 位。 ( 2) 具有轉(zhuǎn)換起始控制端。 ( 3) 轉(zhuǎn)換時間: 128μ s;轉(zhuǎn)換精度: %;單個 +5V 電源供電。 ( 4) 模擬輸入電壓范圍 0 +5V,不需外部零點和滿刻 度調(diào)整。 ( 5) 低功耗,約 15mW[6]。 ( 6)工作溫度范圍為 40 攝氏度到 +85 攝氏度。 ADC0808 是 CMOS 單片型逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器,帶有使能控制端,與微機直接接口,片內(nèi)帶有鎖存功能的 8 路模擬多路開關(guān),可以對 8 路 05V 輸入模擬電壓信號分時進行轉(zhuǎn)換,與各種微控制器接口,可鎖存三態(tài)輸出 ,輸出與 TTL 兼容。由于 ADC0808 設計時有考慮到若干種模 /數(shù)變換技術(shù)的長處,所以該芯片非常適應于過程控制,微控制器輸入通道的接口電路,智能儀器和機床控制等領域。 ADC0808 是 ADC0809 的簡化版本,功能基本相同。 區(qū)別在于 ADC0808 的輸出端口 D0D7 是高位到低位,而 ADC0809 是低位到高位。一般在硬件仿真時采用 ADC0808 進行 A/D 轉(zhuǎn)換,實際使用時采用 ADC0809進行 A/D 轉(zhuǎn)換。 ADC0808 外部各引腳功能 ADC0808 芯片有 28 條引腳,采用雙列直插式封裝,其引腳圖如圖 3 所示。 下面說明各個引腳功能: IN0IN7( 8 條): 8 路模擬量輸入線,用于輸入和控制被轉(zhuǎn)換的模擬電壓。 D0D7(8 條 ): 8 位數(shù)字量輸出端 D0 是高位。 ALE:地址鎖存允許輸入線,高電平有效,當 ALE 為高電平時,為地址輸入線,用于選擇 IN0IN7 上那一條模擬電壓送給比較器進行 A/D 轉(zhuǎn)換。 單通道動態(tài)數(shù)字電阻測量儀 8 圖 26 ADC0808 引腳圖 ADDA,ADDB,ADDC: 3 位地址輸入線,用于選擇 8 路模擬輸入中的一路,其對應關(guān)系如表 2 所示: 表 21 ADC0808 通道選擇表 地址碼 對應的 輸入通道 C B A 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 START: START 為“啟動脈沖”輸入法,該線上正脈沖由 CPU 送來,寬度應大于 100ns,上升沿清零 SAR,下降沿啟動 ADC 工作。 EOC: EOC 為 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束 信號 輸出線,該線上高電平表示 A/D 轉(zhuǎn)換已結(jié)束,數(shù)字量已鎖入三態(tài)輸出鎖存器,轉(zhuǎn)換期間一直是低電平。 OE: OE 為 數(shù)據(jù) 輸出允許端,高電平 有效。當 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時,此端輸入一個高電平,才能打開三態(tài)輸出門,輸出數(shù)字量。 REF+、 REF: 參考電壓輸入量,給電阻階梯網(wǎng)絡供給標準電壓。 VCC、 GND: VCC 為主電源輸入端, 單一接 +5V。 GND 為接地端,一般REF+與 Vcc 連接在一起, REF與 GND 連接在一起 。 CLK: 時鐘 脈沖 輸入端。 要求時鐘頻率不高于 640KHz。 單通道動態(tài)數(shù)字電阻測量儀 9 ADC0808 內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) ADC0808 由一個八路模擬開關(guān)、一個地址鎖存與譯碼器、一個 A/D 轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。如下圖所示。 圖 27 ADC0808 內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖 ( 1) 地址鎖存與譯碼器用于當 ALE 信號有效時,鎖存從 ADDA、 ADDB、ADDC 3 根地址線上送來的 3 位地址,譯碼后產(chǎn)生通道選擇信號,從 8 路模擬通道中選擇當前模擬通道。 ( 2) 8 路模擬通道選擇開關(guān)實現(xiàn) 從 8 路輸入模擬量中選擇一路送給后面的比較器進行比較。 ( 3)比較器 8 位開關(guān)樹型 A/D 轉(zhuǎn)換器 逐次逼近型寄存器,定時和控制電路組成 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器,當 START 信號有效時,就開始對當前通道的模擬信號進行轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換完成后,把轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字量送到 8位三態(tài)鎖存器,同時通過引腳送出轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。 ( 4)三態(tài)輸出鎖存器保存當前模擬通道轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字量,當 OE 信號有效時,把轉(zhuǎn)換的結(jié)果送出。 ADC0808 內(nèi)部的工作過程: 首先輸入三位地址,并使 ALE=1,將地址存入鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通 8 路模擬輸入之一到比較器。 START 上升沿將逐次逼近寄存器復位。下降沿啟動 A/D 轉(zhuǎn)換,之后 EOC 輸出信號變低,指示轉(zhuǎn)換正在進行。直到 A/D 轉(zhuǎn)換完成。 EOC 變?yōu)楦唠娖?,指?A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束,結(jié)果數(shù)據(jù)已經(jīng)存入鎖存器,這個信號可做終端申請。當 OE 輸入高電平時,輸出三態(tài)門打開,轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量單通道動態(tài)數(shù)字電阻測量儀 10 輸出到數(shù)據(jù)總線上。 數(shù)據(jù)處理模塊 AT89C51 單片機性能介紹 數(shù)據(jù)處理模塊由單片機系統(tǒng)完成,在這里我采用的是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的 AT89C51[9]。它是一款 低電壓,高性能 CMOS8 位單片機,片內(nèi)含有 4KB的可反復擦寫的只讀程序存儲器 和 128 字節(jié)的隨機存儲器。該器件采用ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造,與工業(yè)標準的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容,由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中,ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器,它為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。 AT89C51 的 性能 [8]: 與 MCS51 成品指令系統(tǒng)完全兼容; 4KB 可編程閃速存儲器;壽命: 1000 次寫 /擦循環(huán);數(shù)據(jù)保留時間: 10 年;全靜態(tài)工作: 024MHz;三級程序存儲器鎖定; 128*8B 內(nèi)部 RAM; 32 個可編程 I/O 口線 ; 2個 16 位定時 /計數(shù)器; 5 個中斷源;可編程串行 UART 通道;片內(nèi)震蕩器和掉電模式。 AT89C51 外部 引腳功能 AT89C51 采用 PDIP 封裝形式,引腳配置如圖 5 所示。 圖 28 AT89C51 的引腳圖 AT89C51 芯片的各引腳功能 [11]為: P0 口:這組引腳共有 8 條, 為最低位。這 8 個引腳有兩種不同的功能,分別適用于不同的情況,第一種情況是 89C51 不帶外存儲器, P0 口可以為通用 I/O 口使用, 用于傳送 CPU 的輸入 /輸出數(shù)據(jù),這時輸出數(shù)據(jù)單通道動態(tài)數(shù)字電阻測量儀 11 可以得到鎖存,不需要外 接專用鎖存器,輸入數(shù)據(jù)可以得到緩沖,增加了數(shù)據(jù)輸入的可靠性;第二種情況是 89C51 帶片外存儲器, 在 CPU 訪問片外存儲器時先傳送片外存儲器的低 8 位地址,然后傳送 CPU 對片外存儲器的讀 /寫數(shù)據(jù)。 P0 口為開漏輸出,在作為通用 I/O 使用時,需要在外部用電阻上拉。 P1 口:這 8 個引腳和 P0 口的 8 個引腳類似, 為最高位, 為最低位,當 P1 口作為通用 I/O 口使用時, 的功能和 P0 口的第一功能相同,也用于傳送用戶的輸入和輸出數(shù)據(jù)。 P2 口:這組引腳的第一功能與上述兩組引腳的第一 功能相同即它可以作為通用 I/O 口使用,它的第一功能和 P0 口引腳的第二功能相配合,用于輸出片外存儲器的高 8 位地址,共同選中片外存儲器單元,但并不是像 P0 口那樣傳送存儲器的讀 /寫數(shù)據(jù)。 P3 口:這組引腳的第一功能和其余三個端口的第一功能相同,第二功能為控制功能,每個引腳并不完全相同,如下表 22 所示: 表 22 P3口各位的第二功能 P3 口各位 第二功能 RXT(串行口輸入) TXD(串行口輸出) /INT0(外部中斷 0輸入) /INT1(外部中斷 1輸入 ) T0(定時器 /計數(shù)器 0 的外部輸入) T1(定時器 /計數(shù)器 1 的外部輸入) /WR(片外數(shù)據(jù)存儲器寫允許) /RD(片外數(shù)據(jù)存儲器讀允許 ) Vcc 為 +5V 電源線, Vss 接地。 ALE:地址鎖存允許線,配合 P0 口的第二功能使用,在訪問外部存儲器時, 89C51 的 CPU 在 引腳線去傳送隨后而來的片外存儲器讀 /寫數(shù)據(jù)。在不訪問片外存儲器時, 89C51 自動在 ALE 線上輸出頻率為 1/6 震蕩器頻率的脈沖序列。該脈沖序列可以作為外部時鐘源或定時脈沖使用。 /EA: 片外 存儲器訪問選擇線,可以控制 89C51 使用片內(nèi) ROM 或使用片外 ROM, 當 /EA=1 的時候 ,允許使用片內(nèi) ROM, 當 /EA=0 的時候 ,只使用片外 ROM。 /PSEN:片外 ROM 的選通線,在訪問片外 ROM 時, 89C51 自動在 /PSEN單通道動態(tài)數(shù)字電阻測量儀 12 線上產(chǎn)生一個負脈沖,作為片外 ROM 芯片的讀選通信號。 RST:復位線,可以使 89C51 處于復位 (即初始化 )工作狀態(tài)。通常 89C51復位有自動上電復位和人工按鍵復位兩種。 XTAL1 和 XTAL2:片內(nèi)震蕩電路輸入線,這兩個端子用來外接石英晶體和微調(diào)電容,即用來連接 89C51 片內(nèi) OSC(震蕩器 )的定時反饋回路。 AT89C51 提供以下標準功能: 4KB 的 Flash 閃速存儲器, 128B 內(nèi)部RAM, 32 個 I/O 口線,兩個 16 位定時 /計數(shù)器,一個 5 向量兩級中斷結(jié)構(gòu),一個全雙工串行通信口,片內(nèi)震蕩器及時鐘電路,同時, AT89C51 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作,并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式??臻e方式停止CPU 的工作,但允許 RAM,定時 /計數(shù)器,串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作,掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)容,但震蕩器停止工作并禁止其他所有工作直到下一個硬件復位。 單片機系統(tǒng)的相關(guān)電路 復位 電路 單片機在啟動運行時都需要復位,使 CPU 和系統(tǒng)中的其他部件都處于一個確定的初始狀態(tài),并從這個狀態(tài)開始工作。 MCS51 單片機有一個復位引腳RST[11],采用施密特觸發(fā)輸入。當震蕩器起振后,只要該引腳上出現(xiàn) 2 個機器周期以上的高電平即可確保時器件復位。復位完成后,如果 RST 端繼續(xù)保持高電平, MCS51 就一直處于復位狀態(tài),只要 RST 恢復低電平后,單片機才能進入其他工作狀態(tài)。單片機的復位方式有上電自動復位和手動復位兩種,圖6 是 51 系列單片機統(tǒng)常用的上電復位和手動復位組合電路,只要 Vcc 上 升時間不超過 1ms,它們都能很好的工作。 復位電路如圖 29 所示。 圖 29 單片機復位電路 時鐘發(fā)生電路 單片機中 CPU 每執(zhí)行一條指令,都必須在統(tǒng)一的時鐘脈沖的控制下嚴格單通道動態(tài)數(shù)字電阻測量儀 13 按時間節(jié)拍進行,而這個時鐘脈沖是單片機控制中的時序電路發(fā)出的。 CPU執(zhí)行一條指令的各個微操作所對應時間順序稱為單片機的時序。 MCS51 單片機芯片內(nèi)部有一個高增益反相放大器,用于構(gòu)成震蕩器, XTAL1 為該放大器的輸入端, XTAL2 為該放大器輸出端,但形成時鐘電路還需附加其他電路。本設計系統(tǒng)采用內(nèi)部時鐘方式,利用單片機 內(nèi)部的高增益反相放大器,外部電路簡,只需要一個晶振和 2 個電容即可,如圖 210 所示。 圖 210 單片機時鐘發(fā)生電路 電路中的器件選擇可以通過計算和實驗確定,也可以參考一些典型電路 [12]的參數(shù),電路中,電容器 C1 和 C2 對震蕩頻率有微調(diào)作用,通常的取值范圍是 30177。 10pF,在這個系統(tǒng)中選擇了 33pF;石英晶振選擇范圍最高可選24MHz,它決定了單片機電路產(chǎn)生的時鐘信號震蕩頻率,在本系統(tǒng)中選擇的是 12MHz,因而時鐘信號的震蕩頻率為 12MHz。 顯示模塊 顯示模塊采用的是四位一體的數(shù)碼管 ,如圖 211 所示。 圖 211 顯示模塊圖 LED 是發(fā)光二極管顯示器的縮寫。 LED 由于結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、與單片機接口方便等優(yōu)點而得到廣泛應用。 LED 顯示器 [13]即數(shù)碼管 是由若干個發(fā)光二極管組成顯示字段的顯示器件。在單片機中使用最多的是七段數(shù)碼顯示器。七段數(shù)碼 管 由 8 個發(fā)光二極管組成顯示字段,其中 7 個長條形的發(fā)光二極管排列成“日”字形,另一個圓點形的發(fā)光二極管在顯示器的右下角作為顯示小數(shù)點用,其通過不同的組合可用來顯示各種數(shù)字。 單通道動態(tài)數(shù)字電阻測量儀 14 四位數(shù)碼管概述 四位 數(shù)碼管 是一種半導體發(fā)光器件,其基本單元是 發(fā)光二極管 。 能顯示 4個數(shù)碼管叫四位數(shù)碼管。數(shù)碼管按段數(shù)分為 七段數(shù)碼管 和八段數(shù)碼管,八
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