【文章內(nèi)容簡介】 字節(jié)的最高有效位（即第 7 位和第 3 位）是留給未來的功能，必須設置為邏輯 振蕩器在節(jié)能時被禁止。模擬輸出被切換到高阻態(tài)。 DA 轉(zhuǎn)換 發(fā)送給 PCF8591 的第三個字節(jié)被存儲到 DAC 數(shù)據(jù)寄存器，并使用片上 DA轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成對應的模擬電壓。這個 DA轉(zhuǎn)換器由連接至外部的參考電壓的具有 256 個接頭的電阻分壓電路和選擇開關組成。接頭譯碼器切換一個接頭至 DAC 輸出線 模擬輸出電壓由自動清零單位增益放大器緩沖。這個緩沖放大器可通過設置控制寄存器的模擬輸出容許標志來開戶或關閉。在激活狀態(tài)，輸出電壓將保持到新的數(shù)據(jù)字節(jié)被發(fā)送。 第 頁 14 DAC 電阻電路 片上 DA轉(zhuǎn)換器也可用于逐次逼近 AD 轉(zhuǎn)換 .為釋 放用于 AD轉(zhuǎn)換周期的 DAC，單位增益放大器還配備了一個跟蹤和保持電路。在執(zhí)行 AD轉(zhuǎn)換時該電路保持輸出電壓。 ７．４ AD 轉(zhuǎn)換 ＡＤ轉(zhuǎn)換器采用逐次逼近轉(zhuǎn)換技術，在ＡＤ轉(zhuǎn)換周期將臨時使用片上ＤＡ轉(zhuǎn)換器和高增益比較器。一個ＡＤ轉(zhuǎn)換周期總是開始于發(fā)送一個有效模式地址給ＰＣＦ８５９１之后，ＡＤ轉(zhuǎn)換周期在應搭時鐘脈沖的后沿觸發(fā)，所選通道的輸入電壓采樣保存到芯片并被轉(zhuǎn)換為對應的８位二進制碼。 取自差分輸入的采樣將被轉(zhuǎn)換 為對應的８位二進制碼。轉(zhuǎn)換結(jié)果被保存在ＡＤＣ數(shù)據(jù)寄存器等待傳輸。如果自動增量標志被置１ .將選擇下一個通道。 在讀周期傳輸?shù)牡谝粋€字節(jié)包含前一個讀周期的轉(zhuǎn)換結(jié)果代碼。以上電復位之后讀取的第一個字節(jié)是０Ｘ８０，Ｉ２Ｃ總線協(xié)議的讀周期如圖所示。 最高 AD 轉(zhuǎn)換速率取決于實際的 I2C 總線速度。 第 頁 15 參考電壓 對 DA 和 AD轉(zhuǎn)換，穩(wěn)定的參考電壓和電源電壓必須提供給電阻分壓電路（引腳 ＶＲＥＦ 和 ＡＧＮＤ ）。 AGND 引腳必須連接到系統(tǒng)模擬地，并應該有一個參考 VSS 的直流偏置。 低頻可應用于 VREF 和 AGND 引腳，這容許 DA 轉(zhuǎn)換器作為一象限乘法器使用； AD 轉(zhuǎn)換器也可以用作一個或兩個象限的模擬除法。模擬輸入電壓除以參考電壓。其結(jié)果是被轉(zhuǎn)換為二進制碼。在這種應用中，用戶必須保持在轉(zhuǎn)換周期的參考電壓穩(wěn)定。 振蕩器 片上振蕩器產(chǎn)生 AD 轉(zhuǎn)換周期和刷新自動清零緩沖放大器需要的時鐘信號。在使用這個振蕩器時 EXT 引腳必須連接到 VSS，在 OSC 引腳振蕩頻率是可用的。 如果 EXT 引腳被送到 VDD，振蕩輸出 OSC 將切換到高阻態(tài)以容許用戶連接外部時鐘信號至 ＯＳＣ 總線的特性 Ｉ２Ｃ 總線是不同的ＩＣ或模塊之間的雙向兩線通信。這兩條線是 穿行數(shù)據(jù)線（ＳＤＡ）和串行時鐘線（ＳＣＬ）。這兩條線必須通過上拉電路連接至上電源。數(shù)據(jù)傳輸只能在總線不忙時啟動。 位傳輸 第 頁 16 一個數(shù)據(jù)位在每一個時鐘脈沖期間傳輸。 SDA 線上的數(shù)據(jù)必須在時鐘脈沖的高電壓期間保持穩(wěn)定，這個數(shù)據(jù)線上的改變將被當作控制信號。 位傳輸 8 .2 開始或停止條件 數(shù)據(jù)和時鐘線在總線不忙時保持高電平。在時鐘為高電平時，數(shù)據(jù)線上的一個由高到低的變化被定義為開始條件。時鐘為高電平時，數(shù)據(jù)線上的一個由低到高的變化被定義為停止條件。 開始和停止條件定義 8 .3 系統(tǒng)配置 產(chǎn)生信息 的器件稱作“發(fā)送機”，接收信息的器件稱作“接收機”?？刂菩畔⒌钠骷Q作“主機 ” ,被控制的器件稱作“從機”。 第 頁 17 系統(tǒng)配置 8 .4 應答 在開始和停止條件之間從發(fā)送機傳送到接收機的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)是沒有限制的，每個 8 位數(shù)據(jù)字節(jié)之后緊跟著一個應答位。應答位是由發(fā)送機放在總線的一個高電平，而主機他產(chǎn)生一個額外的與應答有關的時鐘脈沖。地址匹配的從接收機必須在接收每個字節(jié)后產(chǎn)生一個應答。然而主機在接收到每個已經(jīng)被從發(fā)送機終止的字節(jié)后必須產(chǎn)生一個應答，在應答 時鐘脈沖期間，應答的器件必須將 SDA 線拉低，因此在應答相應的時鐘脈沖的高電平期間， SDA線必須保持穩(wěn)定的低電平。在由從機終止的最后一個字節(jié)，主接收機必須通過產(chǎn)生一個低電平應答向發(fā)送機發(fā)出一個數(shù)據(jù)結(jié)束信號，這樣發(fā)送機必須將數(shù)據(jù)線拉高以容許主機產(chǎn)生停止條件。 主發(fā)送、接收機 從接收機 從發(fā)送、接收機 主發(fā)送機 主發(fā)送、接收機 第 頁 18 I2C 總線應答 8 .5 I2C 總線協(xié)議 在開始條件后一個有效的硬件地址必須發(fā)送至 PCF8591。讀寫位定義了以后單個或多個字節(jié)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较?。開始條件、停止條件和應答位的格式和定時參考 I2C 總線特性。在寫模式，數(shù)據(jù)傳輸通過發(fā)送下一個數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐?止條件或開始條件來結(jié)束。 寫模式的總線協(xié)議 DA 轉(zhuǎn)換 啟動 地址 1 A 控制字 A 數(shù)據(jù)字節(jié) N A P 從機應答 主機應答 無應答 啟動 地址 0 A 控制字 A 數(shù)據(jù)字節(jié) A P/S 從機應答 從機應答 從機應答 第 頁 19 讀模式的總線協(xié)議， AD 轉(zhuǎn)換 各部分電路說明 單片機控制部分 在本設計中，采用了 AT89C51 單片機作為本電路的核心電路的設計。 AT89C51是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（ FPEROM— Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機。 AT89C2051 是一種帶 2K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除 100 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術制造，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， AT89C2051 是它的一種精簡版本。 AT89C 單片機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。 （ 1） 振蕩器特性： XTAL1 和 XTAL2 的 反向放大器的輸入和 輸出。 該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件， XTAL2 應不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 （ 2）單片機 芯片 的 擦除： 整個 PEROM 陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE 管腳處于低電平 10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫 “1” 且在任何非空存儲字節(jié)被重復編程以前，該操作必須被執(zhí)行。 AT89C51 的 穩(wěn)態(tài)邏輯可以在低到零頻率的條件下靜態(tài) 邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下， CPU 停止工作。但 RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復位為止。 （ 3）單片機的時鐘電路 第 頁 20 圖 AT89C1 單片機內(nèi)部的振蕩電路是一個高增益反向放大器，引線 XTAL1 和XTAL2 分別是放大器的輸入端和輸出端。單片機內(nèi)部雖然有振蕩電路，但要形成時鐘，外部還需附加電路。 AT89C51 的時鐘產(chǎn)生方式有兩種：內(nèi)部時鐘電方式和外部時鐘方式 。由于外部時鐘方式用于多片單片機組成的系統(tǒng)中，所以此處選用內(nèi)部時鐘方式。即利用其內(nèi)部的振蕩電路在 XTAL1和 XTAL2引線上外接定時元件，內(nèi)部振蕩電路產(chǎn)生自激振蕩。最常用的是在 XTAL1 和 XTAL2 之間接晶體振蕩器與電路構成穩(wěn)定的自激振蕩器，如圖 電路所示為單片機最常用的時鐘振蕩電路的接法，其中晶振可選用振蕩頻率為 6MHz的石英晶體，電容器一般選擇 30PF左右。 （ 4）單片機的復位電路 本設計中 AT89C51 是采用上電自動復位和按鍵復位兩種方式。最簡單的復位電路如圖 所 示。上電瞬間， RC 電路充電， RST 引線端出現(xiàn)正脈沖，只要 RST端保持 10ms 以上的高電平，就能使單片機有效地復位。其中 R1 和 R2 分別選擇200Ω和 1KΩ的電阻，電容器一般選擇 22μ F。 （ 5） AT89C51 的最小應用系統(tǒng) AT89C51 是片內(nèi)有程序存儲器的單片機，要構成最小應用系統(tǒng)時只要將單片機接上外部的晶體或時鐘電路和復位電路即可，如圖 所示。這樣構成的最小系統(tǒng)簡單可靠，其特點是沒有外部擴展，有可供用戶使用的大量的 I∕ O 線。 圖 AT89C51 的復 位電路 第 頁 21 圖 AT89C51單片機構成的最小系 傳感器數(shù)據(jù)采集電路 傳感器數(shù)據(jù)采集電路主要指 DS18B20 溫度傳感器與單片機的接口電路。DS18B20 可以采用兩種方式供電，一種是采用電源供電方式，如圖 所示，此時 DS18B20 的 1 腳接地， 2 腳作為信號線， 3 腳接電源。另一種是寄生電源供電方式，如圖 所示單片機端口接單線總線，為保證在有效的 DS18B20 時鐘周期內(nèi)提供足夠的電流，可用一個 MOSFET 管