【文章內容簡介】 可編程 I/O 可編程串行口 中斷 控制 并行 I/O 口 串行輸入 圖 38 原理框圖 P 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78R S T9P 3 . 0 / R X D10P 3 . 1 / T X D11P 3 . 2 / I N T 012P 3 . 3 / I N T 113P 3 . 4 / T 014P 3 . 5 / T 115P 3 . 6 / W R16P 3 . 7 R D17X T A L 218X T A L 119V s s20P 2 . 021P 2 . 122P 2 . 223P 2 . 324P 2 . 425P 2 . 526P 2 . 627P 2 . 728P S E N29A L E30EA31P 0 . 732P 0 . 633P 0 . 534P 0 . 435P 0 . 336P 0 . 237P 0 . 138P 0 . 039V c c408 9 C 5 1圖 39 STC89C52 引腳圖 唐 山 學 院 畢 業(yè) 設 計 13 時的功能控制。功能包括對會聚主 IC 內部寄存器、數據 RAM 及外部接口等功能部件的初始化，檢測信號的接收及處理和輸出控制信號等。單片機的主要管腳有：XTAL1（ 19 腳）和 XTAL2（ 18 腳）為晶振電路的兩個引出口，外接 的晶振和兩個 30pF 的電容。 RST（ 9 腳）為復 位電路的端口，外接電阻、電容、開關組成的復位電路。 VCC（ 40 腳）和 GND（ 20 腳）為供電電源的端口，用于連接 +5V直流電源的正負端。 P0P3 均為串行口，其中 P0~P2 為可編程通用 I/O 端口， P3 口有特殊的定義，應用的是其什么功能可由軟件去控制。對于 EA/Vpp(31 腳 )，當接高電平時，單片機在復位后從內部 ROM 的 0000H 開始執(zhí)行，當接低電平時，復位后直接從外部 ROM 的 0000H 開始執(zhí)行。本設計使用的內部 ROM，所以直接將此引腳接 +5V 電源。 STC89C52 單片機正常工作時，都需要有一個時鐘電路和一個復位電路。本設計中選擇了內部時鐘方式和按鍵電平復位電路，來構成單片機的最小系統(tǒng)。單片機最小系統(tǒng)，是指可以使單片機正常工作的應用最少的元件組成的系統(tǒng)。對 51 系列單片機來說，最小系統(tǒng)一般應該包括：單片機芯片、晶振電路、復位電路等。其中晶振電路的主要功能是：產生時鐘信號，供單片機及外圍電路使用。復位電路的主要功能是：把單片機的 PC 值初始化為 0000H，這樣單片機即可從 0000H 單元開始執(zhí)行相應的程序。 復位電路：復位通常有 2 種基本形式：上電復位和開關復位。上電復位 要求接通電路后，自動實現復位操作。開關復位則要求接通電源后，在單片機運行期間，假如發(fā)生死機，需要用按鈕實現單片機的手動開關復位，典型的 51 單片機當 RST腳的高電平持續(xù)兩個機器周期以上就可以完成復位。復位電路由電阻、電容和開關三個器件連接而成。上電后，電容即會被充電，會給單片機一個高電平信號，按鍵按下時，單片機的復位端口又會被給予低電平信號。因此無論單片機發(fā)生死機還是正在運行中，都可使單片機的 RST 端口持續(xù)一定時間段的高電平信號完成上電復位。本次設計中應用的是上電且開關復位。 晶振電路：晶振的經常取值為 ，原因是此頻率的晶振可以得到精確地波特率 9600/19200，本次設計需得到的是 9600 的波特率，此波特率可廣泛應用與串口通訊。 12MHz 也是常用的單片機的頻率，這個頻率會為定時操作產生很大的便利。本設計所使用的是 的晶振。晶振的振蕩頻率的選取很重要，會直接影響單片機的處理速度，振蕩頻率越大單片機的處理速度越快。激起震蕩的電路中，電容 C C3 一般采用 1533pF，并且電容與晶振的距離以及晶振與單片機的距離都是越近越好。 唐 山 學 院 畢 業(yè) 設 計 14 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節(jié)、安全保護、轉換電路等作用。當輸入量 (如電壓、電流 )達到規(guī)定值時，使被控制的輸出電路導通或斷開的電器。具有動作快、工作穩(wěn)定、使用壽命長、體積小等優(yōu)點。廣泛應用于電力保護、自動化、運動、遙控、測量和通信等裝置中。 電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產生電磁效應 ，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）吸合。這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導通、切斷的目的。對于繼電器的“常開、常閉”觸點，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態(tài)的靜觸點，稱為“常開觸點”；處于接通狀態(tài)的靜觸點稱為“常閉觸點”。 數據采集模塊設計 數據采集系統(tǒng)的基本構成如圖圖 36 所示。主要包 括 多路模擬開關、 信號調理器和 A/D 轉換器這三大部分。 圖 36 數據采集系統(tǒng)的基本構成 信號調理器一般是通過可編程增益放大器（ PGA）、自動補償或校準電路對模擬信號進行調理，使之能滿足 A/D 轉換器對輸入電壓的要求。新型 A/D 轉換器一般都包含采樣 /保持器（部分 A/D 轉換器中無采樣 /保持器）、量化器和編碼器。圖36 中 A 點為模擬信號， B 點為幅度連續(xù)但在時間上離散的信號（亦稱離散時間信號或序列）， C 點為幅度和時間均被離散化的信號，經過編碼器即可輸出數字信號。 多路模擬 開關亦稱多路轉換器（ Multiplexer， MUX），其作用是按規(guī)定順序依次從多路模擬輸入信號中選擇其中一路送至 A/D 轉換器進行模 /數轉換。 A/D 轉換器件的主要作用是實現量化和編碼。量化就是模擬信號先經過在時間 A B C A/D 轉換器 信號調理器 采樣 /保持器 量化器 編碼器 模擬信號輸入 數字信號輸出 唐 山 學 院 畢 業(yè) 設 計 15 軸上抽樣后獲得取樣電平值，再用一個預定精度的數值來近似表示的過程。 目前， A/D 轉換器集成電路的開發(fā)應用技術受到了人們的普遍關注，國內外許多半導體公司相繼推出一批各具特色的 A/D 轉換芯片。其設計目標是通過單片 IC將模擬輸入信號轉換成脈沖形式的數字輸出信號。從電路結構上看，目前實現 A/D轉換的主要類型 有閃爍式、積分式、逐次逼近式、 ∑△ 式和流水線式。 本設計的數據采集部分主要由單片機 STC89C52 及芯片 ADC0832 和 CD4051組成，以采集一路信號為例，其硬件連接圖如圖 37 所示 . 圖 37 數據采集部分硬件連接圖 A/D 轉換芯片 ADC0832 ADC0832 是美國半導體公司生產的一種 8 位分辨率、雙通道 A/D 轉換芯片，其最高分辨可達 256 級，可以適應一般的模擬量轉換要求。其內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 05V 之 間。芯片轉換時間僅為 32μS，據有雙數據輸出可作為數據校驗，以減少數據誤差，轉換速度快且穩(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得更加方便。通過 DI 數據輸入端，可以輕易的實現通道功能的選擇。 ADC0832 具有以下特點： （ 1） 8 位分辨率； （ 2）雙通道 A/D 轉換； （ 3） 輸入輸出電平與 TTL/CMOS 相兼容； （ 4） 5V 電源供電時輸入電壓在 05V 之間； （ 5）工作頻率為 250KHZ，轉換時間為 32μS； 唐 山 學 院 畢 業(yè) 設 計 16 （ 6）一般功耗僅為 15mW； （ 7） 8P、 14P—DIP（雙列 直插）、 PICC 多種封裝； （ 8） 商用級芯片溫寬為 0176。C 到 +70176。C，工業(yè)級芯片溫寬為 ?40176。C 到 +85176。C； 芯片接口說明： CS_ 片選使能，低電平芯片使能。 CH0 模擬輸入通道 0，或作為 IN+/使用。 CH1 模擬輸入通道 1，或作為 IN+/使用。 GND 芯片參考 0 電位（地） 。 DI 數據信號輸入，選擇通道控制。 DO 數據信號輸出，轉換數據輸出。 CLK 芯片時鐘輸入。 Vcc/REF 電源輸入及參考電壓輸入（復用） 。 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條數據線，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 并聯在一根數據線上使用。 當 ADC0832 未工作時其 CS 輸入端應為高電平，此時芯片禁用， CLK 和 DO/DI的電平可任意。當要進行 A/D 轉換時，須先將 CS 使能端置于低電平并且保持低電平直到轉換完全結束。此時芯片開始轉換工作，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據信號。在第 1個時鐘脈沖的下沉之前 DI 端必須是高電平，表示啟始信號。在第 3 個脈沖下沉之前 DI 端應輸入 2 位數據用于選擇通道功能，其功能項見表 1。 表 1 ADC0832 功能表 如表 1 所示，當此 2 位數據為 “1”、 “0”時，只對 CH0 進行單通道轉換。當 2 位數據為 “1”、 “1”時，只對 CH1 進行單通道轉換。當 2 位數據為 “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 位數據為 “0”、 “1”時，將 CH0 作為負輸入端 IN， CH1 作為正輸入端 IN+進行輸入。 MUX ADDRESS CHANNEL SGL/DIF ODD/SIGN 0 1 1 0 + 1 1 + 0 0 + — 0 1 — + 唐 山 學 院 畢 業(yè) 設 計 17 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 端則開始利用數據輸出 DO 進行轉換數據的讀取。從第 4 個脈沖下沉開始由 DO 端輸出轉換數據最高位 DATA7，隨后每一個脈沖下沉 DO 端輸出下一位數據。直到第 11個脈沖時發(fā)出最低位數據 DATA0，一個字節(jié)的數據輸出完成。最后將 CS 置高電平禁用芯片，直接將轉換后的數據進行處理就可 以了。 多路模擬開關 CD4051 對多個多個變化較為緩慢的模擬信號進行 A/D 轉換時，利用多路開關將各路模擬信號輪流與 A/D 轉換器接通，使一個 A/D 轉換器能完成多個模擬信號的轉換，節(jié)省硬件開銷。 對 A/D 通道，需要用多路輸入、一路輸出的模擬開關，使輸入的多路模擬信號輪流與與 A/D 轉換器接通 對 D/A 通道，要在 D/A 轉換器之后加一個一路輸入、多路輸出的模擬開關，使輸出的模擬信號輪流分配到各模擬通路。 CD4051 為雙向切換芯片，它既可作多路輸入、一路輸出的模擬開關，也可作一路輸入、多路輸出的模擬開關 。 CD4051 的引腳圖如圖 310 所示。 圖 310 CD4051 引腳圖 引腳 S 為選通端。當 S 為低電平時，選中某一通道，使開關接通。 A2～ A0 是開關通道號輸入端。當 A2～ A0 輸入 000～ 111 時，分別對應 0～ 7通道上的開關處于閉合狀態(tài)。 通常 S 和 A2～ A0 信號由接在 CPU 數據總線上的一個鎖存器提供，這樣就可以用輸出指令實現通道選擇。 I/O 7～ I/O 0 為 8 路模擬輸入。 O/I 為 1 路模擬輸出。 AD4051 的真值表如表 2 所示 。 唐 山 學 院 畢 業(yè) 設 計 18 表 2 AD4051 真值表 S’ A2 A1 A0 選通 0 0 0 0 I/O0 0 0 0 1 I/O1 0 0 1 0 I/O2 0 0 1 1 I/O3 0 1 0 0 I/O4 0 1 0 1 I/O5 0 1 1 0 I/O6 0 1 1 1 I/O7 1 * * * * 唐 山 學 院 畢 業(yè) 設