【文章內(nèi)容簡介】 S1VCC/REF8U3ADC0832GND+5V10KR2GND+5V123761ALM339PW1KR11KR5C11KR31KR61KR4 圖 24 模擬量輸入及 AD 轉(zhuǎn)換電路結(jié)構(gòu) 水壓傳感器 力學傳感器的種類繁多，如電阻應變片壓力傳感器、半導體應變片壓力傳感器、電感式壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、電容式壓力傳感器、諧振式壓力傳感器及電容式加速度傳感器等。但應用最為廣泛的是壓阻式壓力傳感器，它具有極低的價格和較高的精度以及較好的線性特性。在水箱的最底部安裝壓力傳感器，水位的不同，傳感器檢測到的壓力值就不同，采集到的模擬量信號經(jīng)過處理和計算，就能換算成水位的高低 ，經(jīng)過單片機顯示。 ADC0832 結(jié)構(gòu)及原理 圖 25 ADC0832 芯片引腳圖 芯片各引腳說明： 40 14 1） CS_ 片選使能，低電平芯片使能。 2） CH0 模擬輸入通道 0，或作為 IN+/使用。 3） CH1 模擬輸入通道 1，或作為 IN+/使用。 4） GND 芯片參考 0 電位（地）。 5） DI 數(shù)據(jù)信號輸入，選擇通道控制。 6） DO 數(shù)據(jù)信號輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。 7） CLK 芯片時鐘輸入。 8） Vcc/REF 電源輸入及參考電壓輸入（復用）。 ADC0832 為 8 位分辨率 A/D 轉(zhuǎn) 換芯片，其最高分辨可達 256 級，可以適應一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復用，使得芯片的模擬電壓輸入在 0~5V 之間。芯片轉(zhuǎn)換時間僅為 32μS，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強。獨立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過 DI 數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實現(xiàn)通道功能的選擇。 單片機對 ADC0832 的控制原理： 正常情況下 ADC0832 與單片機的接口應為 4 條數(shù)據(jù)線，分別是 CS、 CLK、DO、 DI。但由于 DO 端與 DI 端在通信時并未同時有效并與單片 機的接口是雙向的，所以電路設計時可以將 DO 和 DI 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當 ADC0832沒有 工作時其 CS 輸入端為高電平，此時芯片禁用， CLK 和 DO/DI 的電平可任意。當要進行 A/D 轉(zhuǎn)換時，須先將 CS 使能端 為 低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端 CLK 輸入時鐘脈沖， DO/DI 端則使用 DI 端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號。在第 1 個時鐘脈沖的下沉之前 DI 端必 為 高電平，表示啟始信號。在第 3 個脈沖下沉之前DI 端輸入 2 位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能，當此 2 位數(shù)據(jù)為 “ 1” 、 “ 0” 時，只對CH0 進行單通道轉(zhuǎn)換。當 2 位數(shù)據(jù)為 “ 1” 、 “ 1” 時，只對 CH1 進行單通道轉(zhuǎn)換。當 2 位數(shù)據(jù)為 “ 0” 、 “ 0” 時，將 CH0 作為正輸入端 IN+， CH1 作為負輸入端 IN進行輸入。當 2 位數(shù)據(jù)為 “ 0” 、 “ 1” 時，將 CH0 作為負輸入端 IN， CH1 作為正輸入端 IN+進行輸入。到第 3 個脈沖的下沉之后 DI 端的輸入電平就失去輸入作用，此后 DO/DI 端則開始利用數(shù)據(jù)輸出 DO 進行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。從第 4個脈沖下沉開始由 DO 端輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)最高位 DATA7，隨后每一個脈沖下沉 DO端輸出下一位數(shù)據(jù)。直到第 11 個脈沖 時發(fā)出最低位數(shù)據(jù) DATA0，一個字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。也正是從此位開始輸出下一個相反字節(jié)的數(shù)據(jù)，即從第 11 個字節(jié)的下沉輸出 DATA0。隨后輸出 8 位數(shù)據(jù)，到第 19 個脈沖數(shù)據(jù)輸出完成，也標志著一次 A/D 轉(zhuǎn)換的結(jié)束。最后將 CS 置高電平禁用芯片，直接將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進 40 15 行處理就可以了。 電磁開關電路及原理 要實現(xiàn)自動控制，就要有能自動閉合的開關，這里用到的是電磁開關（繼電器），繼電器上有電流時，由于電磁感應就會在鐵心上產(chǎn)生磁性，將開關彈片吸引，使外部電路導通。為了在電磁繼電器上有穩(wěn)定的電流流過，前端就要有相應的控制元器件 ，我選擇的是光電隔離器件，隔離掉了不穩(wěn)定的因素。使光電隔離前端的發(fā)光穩(wěn)定，信號的前端還需要驅(qū)動，提供穩(wěn)定的信號電流。只有發(fā)光部分的穩(wěn)定，后面的信號才能得到穩(wěn)定輸出?？刂萍訜嵫b置和上水裝置的電路如圖26 所示。 控制電路工作原理：單片機根據(jù)處理的結(jié)果，從控制端口輸出低電平控制信號，通過正向驅(qū)動器，得到穩(wěn)定的信號，使得光電隔離前端的發(fā)光二極發(fā)光，電路接通，后續(xù)電路工作，輸出電壓經(jīng)分壓，三極管導通，電磁繼電器工作，彈片向下吸引，開關閉合，后面的電路開始工作。 12345K2Relay1KR121KR11D2IN400112P2GND+5VU6+5V+5V1KR8Q22N39041 2U22A7407 圖 26 電磁開關控制電路 光電隔離 器的原理 光電隔離器（ optical coupler，英文縮寫為 OC）亦稱 光耦合器 ，簡稱光耦。光耦合器以光為媒介傳輸電信號。它對輸入、輸出電信號有良好的隔離作用，所以，它在各種電路中得到廣泛的應用。目前它已成為種類最多、用途最廣的光電器件之一。光耦合器一般由三部分組成：光的發(fā)射、光的接收及信號放大。輸入的電信號驅(qū)動發(fā)光二極管（ LED），使之發(fā)出一定波長的光，被光探測器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過進一步放大后輸出。這就完成了電 到 光 再到 電的轉(zhuǎn)換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。 在發(fā)光二極管上提供一個偏置電流，再把信號電壓通過電阻耦合到發(fā)光二極 40 16 管上，這樣光電晶體管接收到的是在偏置電流上增、減變化的光信號，其輸出電流將隨輸入的信號電壓作線性變化。光電耦合器也可工作于開關狀態(tài)，傳輸脈沖信號。在傳輸脈沖信號時，輸入信號和輸出信號之間存在一定的延遲時間，不同結(jié)構(gòu)的光電耦合器輸入、輸出延遲時間相差很大。 由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，電信號傳輸具有單向性等特點，因而具有良好的電絕緣能力和抗干 擾能力。又由于光耦合器的輸入端 是 電流型工作的低阻元件，因而具有很強的共模抑制能力。所以，它在長線傳輸信息中作為終端隔離元件可以大大提高信噪比。在計算機數(shù)字通信及實時控制中作為信號隔離的接口器件，可以大大增加計算機工作的可靠性。光耦合器的主要優(yōu)點是：信號單向傳輸，輸入端與輸出端完全實現(xiàn)了電氣隔離，輸出信號對輸入端無影響，抗干擾能力強，工作穩(wěn)定，無觸點，使用壽命長，傳輸效率高 [5]。 電耦合器之所以在傳輸信號的同時能有效地抑制尖脈沖和各種干擾，使通道上的信號 穩(wěn)定性 大為提高，主要有以下幾方面的原因： （ 1）光電耦 合器的輸入阻抗很小，只有幾百歐姆，而干擾源的阻抗較大，通常為 105～ 106Ω 。據(jù)分壓原理可知，即使干擾電壓的幅度較大，但饋送到光電耦合器輸入端的 干擾 電壓會很小，只能形成很微弱的電流，由于沒有足夠的能量而不能使二極體發(fā)光，從而被抑制掉了。 （ 2）光電耦合器的輸入回路與輸出回路之間沒有電氣聯(lián)系，也沒有共地；之間的分布電容極小，而絕緣電阻又很大，因此回路一邊的各種干擾都很難通過光電耦合器饋送到另一邊去，避免了共阻抗耦合的干擾信號的產(chǎn)生。 （ 3）光電耦合器可起到很好的安全保障作用，即使當外部設備出現(xiàn)故障，甚至輸入信 號線短接時，也不會損壞儀表。因為光耦合器件的輸入回路和輸出回路之間可以承受幾千伏的高壓。 電磁繼電器的原理 繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種 “ 自動開關 ” 。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用。 電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的 。電磁繼電器的工作原理并不復雜，它主要是利用電磁感應原理而工作的。當線圈通以電流時，線圈便產(chǎn)生磁場，線圈中間的鐵心被磁化 產(chǎn)生磁力 .從而使銜鐵在電磁吸力的作用下吸向鐵心，此時銜鐵帶動支桿將板簧推開，使兩個常閉的觸點斷開。當斷開 40 17 繼電器線圈的電流時，鐵心便失去磁性，銜鐵在板簧的作用下恢復初始狀態(tài)，觸點則又閉合。 觸點的形式一般分為三種 :一種是繼電器線圈未通電時處于接通狀態(tài)的靜觸點 ， 為常閉觸點 。 二種是處于斷開狀態(tài)的靜觸點，稱為常開觸點，還有一種是一個動觸點與一個靜觸點常閉，而同時與一個靜觸點常開，形成一開一閉的轉(zhuǎn)換觸點形式。常閉觸點在線圈通電時由閉合狀態(tài)斷開，所以又稱為動斷觸點，而把常開觸點稱為動合觸點轉(zhuǎn)換觸點有兩種情況，即先合后斷 的轉(zhuǎn)換觸點和先斷后合的轉(zhuǎn)換觸點 。 先了解必要的條件： (1)控制電路的電源電壓，能提供的最大電流； (2)被控制電路中的電壓和電流； (3)被控電路需要幾組、什么形式的觸點。選用繼電器時，一般控制電路的電源電壓可作為選用的依據(jù)。控制電路應能給繼電器提供足夠的工作電流，否則繼電器吸合是不穩(wěn)定的。 單片機控制系統(tǒng) 單片機系統(tǒng)有基本的時鐘電路和復位電路，單片機的頻率一般為 ，復位電路有手動和上電自動復位電路， RST 復位信號復位端，當此引腳保持兩個機器周期的高電平時，就可以完成復位操作。復位電路如圖： 51KR3GND+5V22pFC11KR14S20RST 51KR3GND+5V22pFC1RST 圖 27 手動復位電路 圖 28 自動復位電路 單片機的時鐘信號是由外部接的晶振產(chǎn)生，晶振的連接電路如圖： 12Y122pFC222pFC3GNDXTAL2XTAL1 圖 29 單片機晶振電路 單片機芯片上集成了各種功能部件：中央處理器（ CPU）、隨機存取存儲器（ RAM）、只讀存儲器（ ROM）、定時 /計 數(shù)器、和各種輸入 /輸出（ I/O）接口等。它們之間相互連接，構(gòu)成一個完整的單片機。 89S52 單片機采用 40 引腳的雙列 40 18 直插封裝（ DIP 方式），在單片機的 40 條引腳中有 2 條專用于主電源的引腳， 2條外接晶體振蕩的引 腳， 4 條控制與其它電源復用的引腳， 32 條輸入 /輸出（ I/O）引腳。 AT89S52 單片機是一種低功耗高性能的 COMS8 位微控制器，內(nèi)置 8KB 可在線編程閃存。該器件采用 Atmel 公司的高密度非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，其指令與工業(yè)標準的 80C51 指令集兼容。片內(nèi)程序存儲器允許重復在線編程，允許程序存儲器在系統(tǒng)內(nèi)通過 SPI 串行口改寫或通同用的非易失性存儲器改寫。通過把通過的 8 位 CPU 與可在線下載的 Flash 集成在一個芯片上， AT89S52 便成為一個高效的微型計算機。它的應用范圍廣，可用于解決復雜的控制問題，且成本較低 。 AT89S52 的主要特性有：兼容 MCS51 產(chǎn)品， 8K 字節(jié)可擦寫 1000 次的在線可編程 ISP 閃存， 3 級程序存儲加密， 256 字節(jié)內(nèi)部 RAM， 3 個 16 位定時 /計數(shù)器， 8 個中斷源，低功耗空閑方式和掉電方式，看門狗定時器，雙數(shù)據(jù)指針，靈活的在線編程。其芯片引腳如圖 2－ 10 所示： 圖 210 單片機芯片封裝引腳 RST: 復位輸入。晶體振蕩工作時， RST 引腳持續(xù)兩個機器周期高電平將使單片機復位?？撮T狗計時完成后， RST 腳輸出 96 個晶振周期的高電平。特殊寄存器 AUXR(地址 8EH)上的 DISRTO 位可以使此功能無 效。DISRTO 默認狀態(tài)下，復位高電平有效。 ALE：地址鎖存控制信號（ ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低 8 位地址的輸出脈沖。在一般情況下， ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器或時鐘使用。然而，特別強調(diào)，在每次訪問 40 19 外部數(shù)據(jù)存儲器時， ALE 脈沖將會跳過。 PSEN : 外部程序存儲器選通信號（ PSEN ）是外部程序存儲器選通信號。當 AT89S52 從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時， PSEN 在每個機器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， PSEN 將不被激活。 EA /VPP: 訪問外部程序存儲器控制信號。為使能