【文章內(nèi)容簡介】 從而，濃度 的 百分比值是 0～ 4，對應 的傳感器的輸出電壓值為 0～ ，若要使對應的ADC0809 值為 0～ 4V，則需要將傳感器輸出電壓放大 倍。 2）放大器的介紹 本設計選用由美國 AD 公司生產(chǎn)的 AD623。 AD623 是一個集成電源儀表放大器，它能 在單電源 3～ 12V 下提供滿電源幅度輸出，允許使用單個增益設置電阻進行增益編程，以得到良好的用戶靈活性。在無外接電阻的條件下， AD623 被設置為單位增益；外接電阻后， AD623 可編程設置增益，其增益最高可達1000 倍。 AD623 通過提供極好的隨增益增大而增大的交流共模抑制比而保 持最小的誤差，線路噪聲及諧波將由于共模抑制比在高達 200HZ 時仍保持恒定而受到抑制 ， 低功耗 、 寬電源電壓 、 適合電池供電電路 ， 線性度、溫度穩(wěn)定性、可靠性好；高精度直流、交流性能。放大器應用電路 AD623 主要應用于傳感器接口、工業(yè)過程控制、低功耗醫(yī)療儀器、熱電偶放大器、便攜式供電儀器 等 。 其引腳圖如圖 46 所示。 圖 42 AD623 引腳圖 The AD623 pins figure AD623 的工作原理： 圖 47 為 AD623 的原理圖。輸入信號加到作為電壓緩沖器的 PNP 晶體管上，并且提供一個共模信號到輸入放大器，每個放大器接入一個精確的 50 ?K 的反饋電阻，以保證增益可編程。差分輸出為 CGo VRKV ?????? ??? 1001 （ 41） 然后差分電壓通過輸出放大器轉(zhuǎn)換為單端電壓。 6 腳的輸出電壓以 5 腳的電位為基準進行測量?；鶞誓_（ 5 腳）的阻抗是 100 ?K ，在需要電壓 /電流轉(zhuǎn)換的應用中僅僅需要在 5 腳李萍：煤礦瓦斯監(jiān)測報警裝置 設計 16 與 6 腳之間接一只小電阻。 +VS 和 VS 雙極性電源（ VS= ? ～ ? 6V）或單電源（ +VS=+～ 12V， VS=0） . 靠近電源引腳處加去藕電容。去藕電容最好選用 的瓷片電容和 10uF 的鉭電解電容。 AD623 的增益 G 由 RG進行電阻編程，更準確的說，由 1腳與 8 腳之間的阻抗來決定。 RG可以由以下公式計算： ? ?1/100 ??? GKRG （ 42） 計算后得式中 RG應為 ? 圖 43 AD623 原理圖 The diagram of AD623 principle AD623 儀表放大器可單電源供電，也可雙電源供電，本設計是單電源供電。 接線圖如圖 48。 圖 44 AD623單電源接線圖 The AD623 singlesupply hookup 遼寧工程技術(shù)大學畢業(yè)設計（論文） 17 結(jié)合以上內(nèi)容得出檢測部分電路的連接如圖 49 所示 。 圖 45 檢測部分電路連接圖 The testing part circuit connection diagram AD623 內(nèi)設以電源為基準的箝位二極管，使得輸入端、輸出端、基準端、增益調(diào)節(jié)端能安全地承受高于或低于 。 通過瓦斯傳感器 MC112 將瓦斯?jié)舛刃盘栟D(zhuǎn)換為電壓信號（電壓信號較小，為毫伏級），通過放大器 AD623 將信號放大至 0～ 5V輸出，作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC0809 的輸入，輸入到IN0 端口。 檢測信號的轉(zhuǎn)換 傳感器輸出的模擬信號除需要放大還必須變換為計算機可以識別和處理的數(shù)字信號。模擬信號和數(shù)字信號之間的轉(zhuǎn)換一般稱為 A/D（模 /數(shù)）轉(zhuǎn)換和 D/A（數(shù) /模）轉(zhuǎn)換。在本系統(tǒng)中，主要用到 A/D 轉(zhuǎn)換器。 A/D 轉(zhuǎn)換器的種類繁多，特性各異。 在實際應用中，應從系統(tǒng)數(shù)據(jù)總的位數(shù)、精度要求、輸入模擬信號范圍及輸入等方面綜合考慮 A/D 轉(zhuǎn)換器的選用。本設計選用 ADC0809。 ADC0809 是美國半導體公司 生產(chǎn)的 8 位 ADC，它是逐次逼近的方法完成 A/D 轉(zhuǎn)換的。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖如圖 410 所示。 ADC0809 由單一 +5V 電源供電，片內(nèi)有帶鎖存功能的 8 路模擬多路開關，可對 8 路 0～5V 的輸入模擬電壓信號分時進行轉(zhuǎn)換，完成一次轉(zhuǎn)換約需 100μs；輸出具有 TTL 三態(tài)鎖存緩沖器，可直接接到單片機數(shù)據(jù)總線上。 李萍：煤礦瓦斯監(jiān)測報警裝置 設計 18 圖 46 ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 The ADC0809 internal structure ADC0809 的引腳圖如圖 411。 引 腳功能說明如下： IN0－ IN7： 8 條模擬量輸入通道 ADC0809 對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是 0～ 5V，若信號太小，必須進行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。 圖 47 ADC0809 引腳圖 ADC0809 pins figure IN1 IN0 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 8 路 模 擬 量 開 關 地址 所存 與譯 碼器 A B C ALErt ８路 A/D 轉(zhuǎn) 換 器 VREF+ VREF 三 態(tài) 輸出鎖存器 ST CLK OE EOC D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 遼寧工程技術(shù)大學畢業(yè)設計（論文） 19 地址輸入和控制線： 4 條 ALE 為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當 ALE 線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將 A， B， C 三條地址線的地址信號進行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。 A， B 和 C 為地址輸入線，用于選通 IN0～ IN7 上的一路模擬量輸入。 通道選擇表如表 41 所示。 表 41 ADC0809 輸入量通道選擇 Table of ADC0809 inputs channel selection C B A 選擇的通道 0 0 0 IN0 0 0 1 IN1 0 1 0 IN2 0 1 1 IN3 1 0 0 IN4 1 0 1 IN5 1 1 0 IN6 1 1 1 IN7 數(shù)字量輸出及控制線： 11 條 ST 為轉(zhuǎn)換啟動信號。當 ST 上跳沿時，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時，開始進行 A/D 轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間， ST 應保持低電平。 EOC 為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。 EOC 為高電平時，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正 在進行 A/D 轉(zhuǎn)換。 OE 為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。 OE＝ 1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)； OE＝ 0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。 D7～ D0 為數(shù)字量輸出線。 CLK 為時鐘輸入信號線。因 ADC0809 的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號必須由外界提供，通常使用頻率為 500KHZ， VREF（＋）， VREF（－）為參考電壓輸入。 ADC0809 的工作過程是：首先輸入三位地址，并使 ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。 此地址經(jīng)譯碼器選通 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 I/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)換李萍：煤礦瓦斯監(jiān)測報警裝置 設計 20 完成， EOC 變?yōu)楦唠娖?，指?A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。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)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送： A/D 轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)應及時傳送給單片機進行處理。數(shù)據(jù)傳送的關鍵問題是如何確認 A/D 轉(zhuǎn)換的完成，因為只有確認完 成后，才能進行傳送。為此采用下述三種方式： 1）定時傳送方式 對于一種 A/D 轉(zhuǎn)換來說，轉(zhuǎn)換時間作為一項技術(shù)指標是已知的和固定的。例如ADC0809 轉(zhuǎn)換時間為 128us,相當于 6MHZ 的 MCS51 單片機 64 個機器周期。據(jù)此可設計一個延時子程序， A/D 轉(zhuǎn)換啟動后調(diào)用此子程序，延時時間一到，轉(zhuǎn)換肯定已經(jīng)完成了，接著就可以進行數(shù)據(jù)傳送。 2）查詢方式 A/D 轉(zhuǎn)換芯片有表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號，例如 ADC0809 的 EOC 端。因此可以用查詢方式，測試 EOC 的狀態(tài)，即可確認轉(zhuǎn)換是否完成，并接著進行數(shù)據(jù)傳送。 3）中斷方式 把表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號（ EOC）作為中斷請求信號，以中斷方式進行數(shù)據(jù)傳送。 不管使用上述哪種方式，只要一旦確定轉(zhuǎn)換完成，即可通過指令進行數(shù)據(jù) 傳送。首先送出口地址并 且 信號有效時， OE 信號即有效，把轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線，供單片機接收。 采用中斷方式可大大節(jié)省 CPU的時間，本設計中采用中斷方式。 ADC0809 應用說明 （ 1）． ADC0809 內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與 AT89S51 單片機直接相連。 （ 2）．初始化時，使 START 和 OE 信號全為低電平。 （ 3）．送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到 A， B， C 端口上。 （ 4）．在 START 端給出一個至少有 100ns 寬的正脈沖信號。 （ 5）．是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù) EOC 信號來判斷。 （ 6）．當 EOC 變?yōu)楦唠娖綍r，這 時給 OE 為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機了。 A/D 轉(zhuǎn)換 部分電路的連接如圖 412。 電路說明：電路主要由 A/D 轉(zhuǎn)換器 AD0809，頻率發(fā)生器 SUN7474，地址鎖存器74LS373，單片機 AT89S51 組成。 由于 ADC0809 片內(nèi)無時鐘，可利用 80S51 提供的地質(zhì)所存允許信號 ALE 經(jīng) D 觸發(fā)器四分頻獲得。 ALE 引腳的頻率是 80S51 時鐘頻率的 1/6。本設計中單片機的時鐘頻率采用遼寧工程技術(shù)大學畢業(yè)設計（論文） 21 12MHZ,則 ALE 引腳輸出頻率為 2MHZ，再分頻后為 500KHZ，恰好符合 ADC0809 對時鐘頻率的要求。 由于 ADC0809 具有三態(tài)輸出鎖存器，數(shù)據(jù)輸出引腳 D7～ D0 可直接與數(shù)據(jù)總線相連，譯碼地址引腳 A、 B、 C 分別與地址總線 ～ 相連，以選通 IN0～ IN7 中的一個通道。將 作為片選信號，在啟動 A/D 轉(zhuǎn)換時，由于單片微機的寫信號 WR 和 控制 ADC的地址鎖存和轉(zhuǎn)換啟動。由于 ALE 和 START 連在一起，因此 ADC0809 在鎖存地址通道地址的同時，啟動并進行轉(zhuǎn)換。在讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果時，用低電平的讀信號 RD 和 腳經(jīng)或非門后 ，產(chǎn)生的正脈沖作為 OE 信號，用以打開三態(tài)輸出鎖存器。本設計采用的是中斷方式， ADC0809 的 EOC 腳經(jīng)過一個非門接到 AT89S51 的 1INT 腳， EOC 發(fā)出一個正脈沖，經(jīng)非門后向單片機提出中斷請求，單片機響應中斷請求，由外部中斷 1 的中斷服務程序讀取 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果，并啟動 ADC0809 的下一次轉(zhuǎn)換。 圖 48 A/D 轉(zhuǎn)換部分電路圖 The A/D conversion parts diagram 李萍：煤礦瓦斯監(jiān)測報警裝置 設計 22 顯示電路的設計 數(shù)碼管原理介紹 煤礦瓦斯監(jiān)測裝置的顯示方式有，儀表顯示，數(shù)字顯示，聲光顯示和位移顯示器。這里采用數(shù)字顯示方式。 單片機應用系統(tǒng)中常用的顯示器有 LED 和 LCD 兩種方式， LED 數(shù)碼顯示最為普遍。本設計就采用 LED 數(shù)碼顯示技術(shù)。 1） LED 顯示器的結(jié)構(gòu)與原理 LED 數(shù)碼顯示器是由若干個發(fā)光二極管組成的，當發(fā)光二極管導通時，相應的點或線段發(fā)光，將這些 二極管排成一定圖形，控制不同組合的二極管導通，就可以顯示出不同的 字形。單片機應用系統(tǒng)中常用的 LED 顯示器為七段顯示器，再加上有一個小數(shù)點，因此也可把它稱為八段顯示器。結(jié)構(gòu)形式有共陰極和共陽極兩種，它的結(jié)構(gòu)圖如圖 413 所示。共陰極是把所有發(fā)光二極管的陰極連起來，通常接地，通過控制每一只發(fā)光二極管的陽極電平來使其發(fā)光或熄滅，陽極為高電平發(fā)光，為低電平熄滅； 共陽極是