【文章內(nèi)容簡介】 從而，濃度 的 百分比值是 0～ 4，對應(yīng) 的傳感器的輸出電壓值為 0～ ，若要使對應(yīng)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(shè)計(jì)選用由美國 AD 公司生產(chǎn)的 AD623。 AD623 是一個(gè)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(gè)增益設(shè)置電阻進(jìn)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(shè)置為單位增益；外接電阻后， AD623 可編程設(shè)置增益，其增益最高可達(dá)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(dá) 200HZ 時(shí)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(yīng)用電路 AD623 主要應(yīng)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(gè)共模信號到輸入放大器，每個(gè)放大器接入一個(gè)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(zhǔn)進(jìn)行測量。基準(zhǔn)腳（ 5 腳）的阻抗是 100 ?K ，在需要電壓 /電流轉(zhuǎn)換的應(yīng)用中僅僅需要在 5 腳李萍：煤礦瓦斯監(jiān)測報(bào)警裝置 設(shè)計(jì) 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(jìn)行電阻編程，更準(zhǔn)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(jì)算： ? ?1/100 ??? GKRG （ 42） 計(jì)算后得式中 RG應(yīng)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(shè)計(jì)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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(shè)以電源為基準(zhǔn)的箝位二極管，使得輸入端、輸出端、基準(zhǔn)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(jì)算機(jī)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(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)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(shè)計(jì)選用 ADC0809。 ADC0809 是美國半導(dǎo)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(guān)，可對 8 路 0～5V 的輸入模擬電壓信號分時(shí)進(jìn)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(jī)數(shù)據(jù)總線上。 李萍：煤礦瓦斯監(jiān)測報(bào)警裝置 設(shè)計(jì) 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(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)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(guān) 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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(dāng) ALE 線為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將 A， B， C 三條地址線的地址信號進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)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(dòng)信號。當(dāng) ST 上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)，開始進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間， ST 應(yīng)保持低電平。 EOC 為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。 EOC 為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正 在進(jìn)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(jī)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(shí)鐘輸入信號線。因 ADC0809 的內(nèi)部沒有時(shí)鐘電路，所需時(shí)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(fù)位。下降沿啟動(dòng) I/D 轉(zhuǎn)換，之后 EOC 輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到 A/D 轉(zhuǎn)換李萍：煤礦瓦斯監(jiān)測報(bào)警裝置 設(shè)計(jì) 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(gè)信號可用作中斷申請。當(dāng) OE 輸入高電平時(shí)，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(yīng)及時(shí)傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)傳送的關(guān)鍵問題是如何確認(rèn) A/D 轉(zhuǎn)換的完成，因?yàn)橹挥写_認(rèn)完 成后，才能進(jìn)行傳送。為此采用下述三種方式： 1）定時(shí)傳送方式 對于一種 A/D 轉(zhuǎn)換來說，轉(zhuǎn)換時(shí)間作為一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是已知的和固定的。例如ADC0809 轉(zhuǎn)換時(shí)間為 128us,相當(dāng)于 6MHZ 的 MCS51 單片機(jī) 64 個(gè)機(jī)器周期。據(jù)此可設(shè)計(jì)一個(gè)延時(shí)子程序， A/D 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)后調(diào)用此子程序，延時(shí)時(shí)間一到，轉(zhuǎn)換肯定已經(jīng)完成了，接著就可以進(jìn)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(rèn)轉(zhuǎn)換是否完成，并接著進(jìn)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(jìn)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(jìn)行數(shù)據(jù) 傳送。首先送出口地址并 且 信號有效時(shí)， 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(jī)接收。 采用中斷方式可大大節(jié)省 CPU的時(shí)間，本設(shè)計(jì)中采用中斷方式。 ADC0809 應(yīng)用說明 （ 1）． ADC0809 內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與 AT89S51 單片機(jī)直接相連。 （ 2）．初始化時(shí)，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(gè)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(dāng) EOC 變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，這 時(shí)給 OE 為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機(jī)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(jī) AT89S51 組成。 由于 ADC0809 片內(nèi)無時(shí)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(shí)鐘頻率的 1/6。本設(shè)計(jì)中單片機(jī)的時(shí)鐘頻率采用遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(shí)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(gè)通道。將 作為片選信號，在啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換時(shí)，由于單片微機(jī)的寫信號 WR 和 控制 ADC的地址鎖存和轉(zhuǎn)換啟動(dòng)。由于 ALE 和 START 連在一起，因此 ADC0809 在鎖存地址通道地址的同時(shí)，啟動(dòng)并進(jìn)行轉(zhuǎn)換。在讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果時(shí)，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(shè)計(jì)采用的是中斷方式， ADC0809 的 EOC 腳經(jīng)過一個(gè)非門接到 AT89S51 的 1INT 腳， EOC 發(fā)出一個(gè)正脈沖，經(jīng)非門后向單片機(jī)提出中斷請求，單片機(jī)響應(yīng)中斷請求，由外部中斷 1 的中斷服務(wù)程序讀取 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果，并啟動(dòng) 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(bào)警裝置 設(shè)計(jì) 22 顯示電路的設(shè)計(jì) 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(jī)應(yīng)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(shè)計(jì)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(gè)發(fā)光二極管組成的，當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的點(diǎn)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(dǎo)通，就可以顯示出不同的 字形。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中常用的 LED 顯示器為七段顯示器，再加上有一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，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