【正文】 機檢測 ，就可以按預定算法對教室燈光完成自 動控制。 圖 可見光探測組件接口電路 內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 19 光照 采 樣保持器 設計 A/D 轉換器 原理 A/D 轉換器是用來通過一定的電路將模擬量轉變?yōu)閿?shù)字量。模擬量可以是電壓、電流等電信號， 也可以是壓力、溫度、濕度、位移、聲音等非電信號。但在A/D 轉換前，輸入到 A/D 轉換器的輸入信號必須經各種傳感器把各種物理量轉換成電壓信號。 A/D 轉換后，輸出的數(shù)字信號可以有 8 位、 10 位、 12 位和 16 位等。 A/D 轉換器的工作原理 ， 主要介紹以下三種方法： ★ 逐次逼近法 ★ 雙積分法 ★ 電壓頻率轉換法 (1) 逐次逼近法 逐次逼近式 A/D 是比較常見的一種 A/D 轉換電路，轉換的時間為微秒級。采用逐次逼近法的 A/D 轉換器是由一個比較器、 D/A 轉換器、緩沖寄存器及控制邏輯電路組成，如圖 所示?；驹硎菑母呶坏降臀恢鹞?試探比較，好像用天平稱物體，從重到輕逐級增減砝碼進行試探。 控 制 邏 輯電 路D / A轉 換 器逐 次 逼 近寄 存 器緩 沖 寄 存 器比 較 器啟 動 信 號C L K轉 換 結 束V IV 0 圖 逐次逼近法 AD 轉換原理框 圖 (2) 雙積分法 采用雙積分法的 A/D 轉換器由電子開關、積分器、比較器和控制邏輯等部件組成 ， 如圖 所示。基本原理是將輸入電壓變換成與其平均值成正比的時間間隔，再把此時間間隔轉換成數(shù)字量，屬于間接轉換。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 20 電 子開 關計 算 器控 制 邏 輯+積分輸出時 鐘數(shù) 字 量+V iV R E FR積 分 器比 較 器 圖 雙積分 AD 轉換原理框 圖 (3) 電壓頻率轉換法 采用電壓頻率轉換法的 A/D 轉換器，由計數(shù) 器、控制門及一個具有恒定時間的時鐘門控制信號組成，如圖 所示。它的工作原理是Ｖ /F 轉換電路把輸入的模擬電壓轉換成與模擬電壓成正比的脈沖信號。 V / F 計 算 器定 時 器V i數(shù) 據(jù) 輸 出 圖 電壓頻率式 A/D 轉換原理框 ADC0832 的主要性能 ADC0832 是美國國家半導體公司生產的一種 8 位分辨率、雙通道 A/D 轉換芯片。由于它體積小，兼容性強，性價比高而深受單片機愛好者及企業(yè)歡迎，其目前已經有很高的普及率。學習并使用 ADC0832 可是使我們了解 A/D 轉換器的原理 ，有助于我們單片機技術水平的提高。 ADC0832 具有以下特點： 8 位分辨率； 雙通道 A/D 轉換； 內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 21 輸入輸出電平與 TTL/CMOS 相兼容； 5V 電源供電時輸入電壓在 0~5V 之間； 工作頻率為 250KHZ，轉換時間為 32μ S； 一般功耗僅為 15mW； 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 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 [11]。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(shù)據(jù)信號。在第 1 個時鐘脈沖的下降之前 DI 端必須是高電平， 表示啟始信號。在第2,3 個脈沖下降之前 DI 端應輸入 2 位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能，其功能項見表 。 表 選擇模擬輸入通道信號 工作模式 MUX 地址 通道 號 SGL/DIF ODD/SIGN 0 1 差分模式 0 0 + 0 1 + 單通道模式 1 0 + 1 1 + 如表 所示， 當此 2 位數(shù)據(jù)為“ 1”、“ 0”時，只對 CH0 進行單通道轉換。當 2 位數(shù)據(jù)為“ 1”、“ 1”時，只對 CH1 進行單通道轉換。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 進行轉換數(shù)據(jù)的讀取。從第 4 個脈沖下沉開始由 DO端輸出轉換數(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 DATD0。內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 22 隨后輸出 8 位數(shù)據(jù)，到第 19 個脈沖時數(shù)據(jù)輸出完成，也標志著一次 A/D 轉換的結束。最后將 CS 置高電平禁用芯片 。直接將轉換的數(shù)據(jù)進行處理 ， 其時序如圖 所示。 圖 ADC0832 時 序圖 ADCO0832 與單片機的接口電路 如圖 所示 ： 圖 ADC0832 與單片機接口電路 人 機接口電路設計 鍵盤 接口模塊 系統(tǒng)采用了 4 鍵輸入以實現(xiàn)系統(tǒng)功能的設定，有在手動自動切換、手動控制調整 。鍵盤連接直接采用了每個按鍵占用一個端口的形式，如圖 所示。因為 P1 口是帶內部上拉電阻的，所以直接連接即可。鍵盤的讀取采用掃描的形式，當檢測到有按鍵按下時，消抖動后進行鍵值判斷。 圖 鍵盤輸入電路連接原理圖 內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 23 LCD 顯示模塊 LCD1602 可以在 LCD 顯示 屏上完整顯示 32 個英文字符和日文等一些字符，適合顯示英文文字信息量較小的地方。 在日常生活中，我們對液晶顯示器并不陌生。液晶顯示模塊已作為很多電子產品的通過器件，如在計算器、萬用表、電子表及很多家用電子產品中都可以看到，顯示的主要是數(shù)字、專用符號和圖形。在單片機的人機交流界面中，一般的輸出方式有以下幾種：發(fā)光管、 LED 數(shù)碼管、液晶顯示器。發(fā)光管和 LED 數(shù)碼管比較常用，軟硬件都比較簡單 。 液晶顯示器 不僅結構簡單清新可見，而且省電也容易控制。本次設計應用 字符型液晶顯示器 來顯示信息。 (1)液晶顯示模塊概述 字符型 液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等點陣式 LCD，目前常用 16*1， 16*2， 20*2 和 40*2 行等的模塊。 1602LCD 分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為 HD44780。液晶顯示器作為輸出器件有顯示質量高、數(shù)字式接口、體積小、重量輕、功耗低等優(yōu)點。 液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區(qū)域進行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅動、易于實現(xiàn)全彩色顯示的特點，目前已經被廣泛應用在便攜式電腦、數(shù)字攝像機、 PDA 移動通信工 具等眾多領域 [12]。 液晶顯示的分類方法有很多種，通?？砂雌滹@示方式分為段式、字符式、點陣式等。除了黑白顯示外，液晶顯示器還有多灰度有彩色顯示等。如果根據(jù)驅動方式來分，可以分為靜態(tài)驅動 (Static)、單純矩陣驅動 (Simple Matrix)和主動矩陣驅動 (Active Matrix)三種。 1602LCD 主要技術參數(shù)： 顯示容量 :162 個字符 芯片工作電壓 :— 工作電流 :() 模塊最佳工作電壓 : 字符尺寸 :(WH)mm 工作溫度 (Ta)： 0~60 度 (常溫 )/20~75 度 (寬溫 ) (2)引腳功能說明 內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 24 1602LCD 采用標準的 14 腳 (無背光 )或 16 腳 (帶背光 )接口，各引腳接口說 明如 表 所 示 。 表 引腳接口說明表 編號 符號 引腳說明 編號 符號 引腳說明 1 VSS 電源地 9 D2 數(shù)據(jù) 2 VDD 電源正極 10 D3 數(shù)據(jù) 3 VL 液晶顯示偏壓 11 D4 數(shù)據(jù) 4 RS 數(shù)據(jù) /命令選擇 12 D5 數(shù)據(jù) 5 R/W 讀 /寫選擇 13 D6 數(shù)據(jù) 6 E 使能信 號 14 D7 數(shù)據(jù) 7 D0 數(shù)據(jù) 15 BLA 背光源正極 8 D1 數(shù)據(jù) 16 BLK 背光源 負 極 VL為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產生 “鬼影 ”，使用時可以通過一個 10K 的電位器調整對比度。 RS 為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。R/W 為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當 RS 和 R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當 RS 為低電平 R/W 為高電平時可以讀忙信號，當 RS 為高電平 R/W 為低電平時可以 寫入數(shù)據(jù)。 E 端為使能端，當 E 端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。 D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線 [8]。 液晶顯示外圍電路原理如圖 所示。 圖 液晶顯示外圍電路原理圖 內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 25 通信模塊設計 RS232 接口設計 計算機與計算機 、 計算機與終端之間 或者單片機與單片機 的數(shù)據(jù)傳送可以采用串行通訊和并行通訊二種方式。由于串行通訊方式具有使用線路少、成本低，特別是在遠程傳輸時，避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用。 在串行通訊時，要求通訊雙方都采用一個標準接口，使不同的設備可以方便地連接起 來進行通訊。 RS232C 接口（又稱 EIA RS232C）是目前最常用的一種串行通訊接口。它是在 1970 年由美國電子工業(yè)協(xié)會（ EIA）聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調制解調器廠家及計算機終端生產廠家共同制定的用于串行通訊的標準。它的全名是 “數(shù)據(jù)終端設備（ DTE）和數(shù)據(jù)通訊設備（ DCE）之間串行二進制數(shù)據(jù)交換接口技術標準 ”該標準規(guī)定采用一個 25 個腳的 DB25 連接器，對連接器的每個引腳的信號內容加以規(guī)定，還對各種信號的電平加以規(guī)定 [13]。 （ 1）接口的電氣特性 在 RS232C 中任何一條信號線的電壓均為負邏輯 關系。即：邏輯 “1”， 5 — 15V；邏輯 “0” +5 — +15V 。噪聲容限為 2V。即要求接收器能識別低至 +3V 的信號作為邏輯 “0”，高到 3V 的信號作為邏輯 “1”。 （ 2） 接口的物理結構 RS232C 接口連接器一般使用型號為 DB25 的 25 芯插頭座 ,通常插頭在 DCE 端 ,插座在 DTE 端 . 一些設備與 PC 機連接的 RS232C接口 ,因為不使用對方的傳送控制信號 ,只需三條接口線 ,即 “發(fā)送數(shù)據(jù) ”、 “接收數(shù)據(jù) ”和 “信號地 ”。所以采用 DB9 的 9 芯插頭座，傳輸線采用屏蔽雙絞線。 電路連接如圖 所示 。 圖 RS232 接口 電路 原理圖 內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 26 RS485 接口電路設計 網(wǎng)絡通信是實現(xiàn)遠程控制高度集中管理的必要手段和設備。在本設計在我們基于 RS485 的 Modbus 總線搭建總線通信控制系統(tǒng) ， Modbus 協(xié)議的物理層一般都采用 RS485 半雙工結構作為通信接口標準 ， 著經濟的發(fā)展 和教學設施的擴建教室的數(shù)量大幅的增加， 迫切需要一種總線能適合遠距離的數(shù)字通信 [14]。在RS232 標準的基礎上， EIA 研究出了一種支持多節(jié)點、遠距離和接收高靈敏度的 RS485 標準。 RS485 標準采有用平衡式發(fā)送 ，差分式接收的數(shù)據(jù)收發(fā)器來驅動總線，具體規(guī)格要求： 1. RS485 的電氣特性：邏輯 “1”以兩線間的電壓差為 +（ 2 6） V 表示；邏輯“0”以兩線間的電壓差為 （ 2 6） V 表示。接口信號電平比 RS232 降低了，就不易損壞接口電路的芯片， 且該電平與 TTL 電平兼容，可方便與 TTL 電路連接。 2. RS485 的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為 10Mbps 。 3. RS485 接口是采用平衡驅動器和差分接收器的組合，抗共模干能力增強，即抗噪聲干擾性好。 4. RS485 接口的最大傳輸距離標準值為 4000 英尺，實際上可達 3000 米，另外 RS232 接口在總線上只允許連接 1 個收發(fā)器， 即單站能力。而 RS485 接口在總線上是允許連接多達 128 個收發(fā)器。即具有多站能力 ,這樣用戶可以利用單一的 RS485 接口方便地建立