【正文】 采用 8位的 A/D 轉(zhuǎn)換器的話其中滿量程的誤差為 r = %,可以滿足設(shè)計的要求。（其中 Qvmax = **15/4,r = Qvmax/(281)*100%） 。 （ 2） ADC0809 的介紹 ADC0809 是逐次逼近型 8 位單片 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，轉(zhuǎn)換時間 100MS,片內(nèi)含 8路模擬開關(guān)，可允許 8 個模擬量輸入。另外片內(nèi)帶有三態(tài)輸出緩沖器，因此可直接與系統(tǒng)總線相連。ADC0809 的轉(zhuǎn)換精度和轉(zhuǎn)換時間都不是很高，但其性能價格有較明顯的優(yōu)勢，是應(yīng)用較廣泛的芯片之一。 圖 ADC0809的引腳圖 （ 3） ADC0809的引腳及功能 ADC0809 的 外部引腳 如圖 。它是 28個 引腳 的雙 列 直 插 式 芯片 ，其 引腳功 能如下： ① D0～ D7 輸出數(shù) 據(jù)線 。 ② IN0～ IN7 8路 模擬電壓輸入端，可 連 接 8 路 模擬量輸入。 ③ ADDA、 ADDB、 ADDC 3個 引腳組 合 起 來 選擇 8路 模擬量輸入中的一 路 輸入。 ADDC為最高位， ADDA為最低位。 ④ START 啟動信號輸入端，下降沿有效。在啟動信號的下降沿，啟動轉(zhuǎn)換。 ⑤ ALE模擬通道地址鎖存信號，用來鎖存 ADDA、 ADDB、 ADDC端的地址輸入，上升沿有效。 ⑥ EOC A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號。當該引腳輸出低電平時表示正在轉(zhuǎn)換，輸出高電 平時表示一次轉(zhuǎn)換已結(jié)束。 ⑦ OE 讀允許信號，高電平有效。當 EOC=1 且 OE=1 時， CPU 可將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量讀入。 ⑧ CLK 時鐘輸入端，作為 ADC0809進行轉(zhuǎn)換的時間基準，可輸入頻率范圍 10kHz～ XVIII ，一般可取 500kHz。 ⑨ VCC 電源端，接 +5V。 ⑩ GND 電源地 ,也是模擬地和數(shù)字地， VREF(+)， VREF() 參考電壓輸入端。一般VREF(+)接 +5V 電源， VREF()接地。 （ 4） ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖 圖 ADC內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 （ 5） ADC0809時序 ① 首先 CPU 發(fā)出 3位通道地址信號 ADDC、 ADDB、 ADDA。 ② 在通道地址信號有效期間，使 ALE 引腳上產(chǎn)生一個由低到高的電平變化，即脈沖上升沿，它將輸入的 3 位通道地址 ADDC、 ADDB、 ADDA 鎖存到內(nèi)部地址鎖存器。 ALE的下降沿不影響地址鎖存器原來鎖存的數(shù)據(jù)。 ③ 然后給 START引腳加上一個由高到低變化的電平，即脈沖下降沿，啟動 A/D 轉(zhuǎn)換； ④ A/D 轉(zhuǎn)換期間，輸出引腳 EOC呈現(xiàn)低電平，一旦轉(zhuǎn)換結(jié)束， EOC變?yōu)楦唠娖剑? ⑤ CPU在檢測到 EOC變?yōu)楦唠娖胶?，輸出一個正脈沖到 OE端，然后讀取轉(zhuǎn)換后的 8 位數(shù)字量。另外，如果只用 0809 的一個模擬輸入通道， ADDC、 ADDB、 ADDA 均直接接地 (即接低電平 )，固定使用通道 0(IN0)。一般情況下 ALE和 START 可短接使用，短接后先使該引腳為低電平，當通道地址 ADDC、 ADDB、 ADDA信號輸出后， CPU 往該引腳發(fā)送一個正脈沖，其上升沿鎖存地址，下降沿啟動轉(zhuǎn)換。根據(jù)實際情況 CPU 可選擇延時、查詢、中斷和 DMA 方式讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量，延時方式就是在啟動 A/D 轉(zhuǎn) 換后等待一段時間 (大于A/D轉(zhuǎn)換時間 )后，使 OE=1，然后直接讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量；查詢方式就是在啟動 A/D 轉(zhuǎn)換后檢測到 EOC變?yōu)楦唠娖胶?，?OE=1，然后讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量；中斷方式就是在啟動 A/D 轉(zhuǎn)換后由 EOC由低電平變?yōu)楦唠娖揭?CPU 的一個外部中斷，然后由 CPU 的中斷服務(wù)子程序來讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。 XIX 圖 ADC0809的工作時序圖 （ 6） A/D轉(zhuǎn)換器與單片機的接口電路 以 ADC0809的第三通道為模擬信號的輸入端，參考電壓 為 5V另一個接地。 START為轉(zhuǎn)換啟動信號，當 START處于上升沿時，所有內(nèi)部寄存器清零；當 START處于下降沿時，開始進行 A/D轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間， START應(yīng)保持低電平。 EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，當EOC為上升沿時，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進行 A/D轉(zhuǎn)換。 OE為輸出允許信號，用于控制輸出鎖存器向單片機輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)； D7D0為數(shù)字量輸出線。 CLK為時鐘信號輸入線。因為 ADC0809沒有內(nèi)部時鐘電路，所需時鐘信號有外部提供，本設(shè)計以 500Khz,該系統(tǒng)中時鐘信號由單片機的 ALE引腳接一個 2分頻電路取得 。 圖 ADC與單片機接口電路圖 XX 本章小結(jié) 本章主要是介紹如何把傳感器的信號進行放大然后濾除掉干擾到 A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入通道的硬件電路的設(shè)計和詳細說明，通過對整個電路的了解和設(shè)計的要求，做出符合設(shè)計的硬件電路 。 XXI 第 4章 網(wǎng)絡(luò)式電磁流量 儀控制模塊和 顯示 電路 設(shè)計 單片機控制模塊 的 選型 一個單片機應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計包含兩部分內(nèi)容：一是系統(tǒng)擴展，即單片機內(nèi)部的功能單元，如 ROM、 RAM、 I／ O、定時器／計數(shù)器、中斷系統(tǒng)等不能滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求時，必須在片外進行擴展 ，選擇適當?shù)男酒?，設(shè)計相應(yīng)的電路。二是系統(tǒng)的配置，即按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備，如鍵盤、顯示器、打印機、 A／ D、 D／ A轉(zhuǎn)換器等，要設(shè)計合適的接口電路。系統(tǒng)擴展與外圍設(shè)備的配置水平應(yīng)充分滿足應(yīng)用系統(tǒng)的功能要求，并留有適當余地，以便進行二次開發(fā)。 近年來，單片機系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。在醫(yī)療、航空、交通、軍事技術(shù)、工業(yè)控制、科學(xué)研究等領(lǐng)域，單片機往往是作為一個核心部件來使用，但僅僅具備單片機方面的知識是不夠的，還應(yīng)結(jié)合具體的硬件結(jié)構(gòu)以及應(yīng)用對象的軟件特點來設(shè)計系統(tǒng)。 硬件電路設(shè)計的核心是單片機控制模塊里的單片機的選 擇，它決定整體方案的設(shè)計和其它硬件的選擇。 單片機是單片微型計算機的簡稱，是最典型、最廣泛、最普及的嵌入式計算機應(yīng)用系統(tǒng)，用來實現(xiàn)被控要求的數(shù)據(jù)采集、分析處理、狀態(tài)顯示、輸出控制等功能。 以單片機為核心 的硬 件電路 稱為單 片機系 統(tǒng)。 單片機 在國際 上統(tǒng)稱 為微 控制器(microcontroller, MCU)，就是把中央處理器 CPU,隨機存取存儲器 RAM、只讀存儲器 ROM,輸入 /輸出端口 I/O等主要的計算機功能部件，都集成在一塊電路芯片上，從而形成一部完整的 微型計算機。 單片機的一般結(jié)構(gòu)可以用圖 。各模塊之間 的信息傳遞通過總線來實現(xiàn)。單片機的 ROM, RAM 的大小及輸入和輸出端口 I/O的多少隨單片機的種類和型號的不同 而不同。 現(xiàn)代的單片機又加入了許多新的功能部件，如模擬 /數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ ADC）、數(shù)字 /模擬轉(zhuǎn)換器（ DAC）、溫度傳感器、液晶驅(qū)動電路、電壓監(jiān)控、 “ 看門狗 ” 電路、低壓檢測電路等 。 XXII 圖 單片機的一般結(jié)構(gòu) 單片機的特點和重要指標 特點： （ 1）存儲器 ROM和 RAM嚴格分工 （ 2）采用面向控制的指令系統(tǒng) （ 3）輸入 /輸出端口引腳具有復(fù)用 功能 （ 4）品種規(guī)格的系列化 （ 5）硬件功能具有廣泛的通用性 單片機的幾個重要指標：位數(shù)、存儲器、 I/O口、速度、工作電壓、功耗、溫度。 AT89C51 單片機簡介 在本課題中基于 AT89C51單片機為核心的智能電磁流量計 ,這是從指令結(jié)構(gòu)、程序存儲方式和功能等幾個方面考慮的， ATMEL公司生產(chǎn)了 AT89C5 AT89C52和 AT89C105AT89C2051等，這些單片機片內(nèi)采用可加密閃速存儲器，性能優(yōu)良，性價比及高， 靈活性高 指令和引腳都與 MCS51單片機兼容， 在我國單片機應(yīng)用產(chǎn)品中被大量使 用。臺灣也在生產(chǎn) 51內(nèi)核的單片機。所以，本項目所選的單片機就是國內(nèi)很常見的 AT89C51單片 機。 （ 1） AT89C51單片機總體介紹 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。該器件采用 ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)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 XXIII 的 AT89C51是一種高效微控制器，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。 其外觀圖及引腳排列如圖 ， 圖 AT89C51引腳排列 AT89C51單片機的主要特性 ： 與 MCS51 兼容 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時間： 10年 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz 三級程序存儲器鎖定 128*8位內(nèi)部 RAM 32可編程 I/O線 XXIV 兩個 16位定時器 /計數(shù)器 5個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 (2)AT89C51 的管腳說明 VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口： P0口為一個 8位漏級開路雙向 I/O口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當 P1口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當 FIASH 進行校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0 外 部必須被拉高。 P1 口： P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P1口緩沖器能接收輸出4TTL 門電流。 P1 口管腳寫入 1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗時， P1 口作為第八位地址接收。 P2 口： P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4個 TTL 門電流，當 P2 口被寫“ 1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2口當用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時， P2口輸出地址的高八位。在給出地址“ 1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3 口： P3口管腳是 8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O口，可接收輸出 4個 TTL 門電流。當 P3 口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3 口也可作為 AT89C51的一些特 殊功能口，管腳備選功能 如下： RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時器 0外部輸入） XXV T1（記時器 1外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 RST：復(fù)位輸入。當振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平 用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時， ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機 器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當 /EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1 時， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當 /EA 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V編程電源（ VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 (3) 振蕩器特性 ： XTAL1 和 XTAL2 分別為反 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(yīng)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。 在本課題中用的是內(nèi)部時鐘方式， （ 4） 芯片擦除： 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，