【正文】 A/D轉(zhuǎn)換器的控制邏輯和時(shí)序 3. 模擬量輸入信號(hào)的連接 2. 數(shù)字量引腳的連接 3. A/D轉(zhuǎn)換器的啟動(dòng)方式 4. 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)的處理方法 5. 參考電平的連接 6. 時(shí)鐘的連接 XVII 7. 接地問題 在本課題中由設(shè)計(jì)的任務(wù)和目標(biāo)的要求，所選擇的是 8位的轉(zhuǎn)換器 的過程如下： 當(dāng) D=40MM時(shí) ,其中 D為管道的直徑，最小流量 Qvmin = (m3/h), 最大流量 Qvmax = (m3/h),所以采用 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(jì)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(shí)間 100MS,片內(nèi)含 8路模擬開關(guān)，可允許 8 個(gè)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(shí)間都不是很高，但其性能價(jià)格 有較明顯的優(yōu)勢(shì)，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(gè) 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(gè) 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(dòng)信號(hào)輸入端，下降沿有效。在啟動(dòng)信號(hào)的下降沿，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。 ⑤ ALE模 擬通道地址鎖存信號(hào)，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(hào)。當(dāng)該引腳輸出低電平時(shí)表示正在轉(zhuǎn)換，輸出高電平時(shí)表示一次轉(zhuǎn)換已結(jié)束。 ⑦ OE 讀允許信號(hào)，高電平有效。當(dāng) EOC=1 且 OE=1 時(shí)， CPU 可將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量讀入。 ⑧ CLK 時(shí)鐘輸入端，作為 ADC0809進(jìn)行轉(zhuǎn)換的時(shí)間基準(zhǔn)，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(shí)序 ① 首先 CPU 發(fā)出 3位通道地址信號(hào) ADDC、 ADDB、 ADDA。 ② 在通道地址信號(hào)有效期間，使 ALE 引腳上產(chǎn)生一個(gè)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(gè)由高到低變化的電平，即脈沖下降 沿，啟動(dòng) 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(cè)到 EOC變?yōu)楦唠娖胶?，輸出一個(gè)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(gè)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(dāng)通道地址 ADDC、 ADDB、 ADDA信號(hào)輸出后， CPU 往該引腳發(fā)送一個(gè)正脈沖，其上升沿鎖存地址，下降沿啟動(dòng)轉(zhuǎn) 換。根據(jù)實(shí)際情況 CPU 可選擇延時(shí)、查詢、中斷和 DMA 方式讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量，延時(shí)方式就是在啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換后等待一段時(shí)間 (大于A/D轉(zhuǎn)換時(shí)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(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換后檢測(cè)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(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換后由 EOC由低電平變?yōu)楦唠娖揭?CPU 的一個(gè)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(shí)序圖 （ 6） A/D轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)的接口電路 以 ADC0809的第三通道為模擬信號(hào)的輸入端，參考電壓為 5V另一個(gè)接地。 START為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，當(dāng) START處于上升沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；當(dāng) START處于下降沿時(shí)，開始進(jìn)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(hào)，當(dāng)EOC為上升沿時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換。 OE為輸出允許信號(hào)，用于控制輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)； D7D0為數(shù)字量輸出線。 CLK為時(shí)鐘信號(hào)輸入線。因?yàn)?ADC0809沒有內(nèi)部時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)有外部提供，本設(shè)計(jì)以 500Khz,該 系統(tǒng)中時(shí)鐘信號(hào)由單片機(jī)的 ALE引腳接一個(gè) 2分頻電路取得。 圖 ADC與單片機(jī)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(hào)進(jìn)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(jì)和詳細(xì)說明，通過對(duì)整個(gè)電路的了解和設(shè)計(jì)的要求，做出符合設(shè)計(jì)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(jì) 單片機(jī)控制模塊 的 選型 一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)包含兩部分內(nèi)容：一是系統(tǒng)擴(kuò)展，即單片機(jī)內(nèi)部的功能單元，如 ROM、 RAM、 I／ O、定時(shí)器／計(jì)數(shù)器、 中斷系統(tǒng)等不能滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求時(shí)，必須在片外進(jìn)行擴(kuò)展，選擇適當(dāng)?shù)男酒?，設(shè)計(jì)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(jī)、 A／ D、 D／ A轉(zhuǎn)換器等，要設(shè)計(jì)合適的接口電路。系統(tǒng)擴(kuò)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(dāng)余地，以便進(jìn)行二次開發(fā)。 近年來，單片機(jī)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(jī)往往是作為一個(gè)核心部件來使用，但僅僅具備單片機(jī)方面的知識(shí)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(duì)象的軟件特點(diǎn)來設(shè)計(jì) 系統(tǒng)。 硬件電路設(shè)計(jì)的核心是單片機(jī)控制模塊里的單片機(jī)的選擇，它決定整體方案的設(shè)計(jì)和其它硬件的選擇。 單片機(jī)是單片微型計(jì)算機(jī)的簡稱，是最典型、最廣泛、最普及的嵌入式計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，用來實(shí)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(jī)為核心的硬件電路稱為單片機(jī)系統(tǒng)。 單片機(jī)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(jī)存取存儲(chǔ)器 RAM、只讀存儲(chǔ)器 ROM,輸入 /輸出端口 I/O等主要的計(jì)算機(jī)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(jì)算 機(jī)。 單片機(jī)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(shí)現(xiàn)。單片機(jī)的 ROM, RAM 的大小及輸入和輸出端口 I/O的多少隨單片機(jī)的種類和型號(hào)的不同 而不同。 現(xiàn)代的單片機(jī)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(dòng)電路、電壓監(jiān)控、 “ 看門狗 ” 電路、低壓檢測(cè)電路等 。 XXII 圖 單片機(jī)的一般結(jié)構(gòu) 特點(diǎn)： （ 1）存儲(chǔ)器 ROM和 RAM嚴(yán)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(jī)的幾個(gè)重要指標(biāo)：位數(shù)、存儲(chǔ)器、 I/O口、速度、工作電壓、功耗、溫度。 AT89C51單片機(jī)簡介 在本課題中基于 AT89C51單片機(jī)為核心的智能電磁流量計(jì) ,這是從指令結(jié)構(gòu)、程序存儲(chǔ)方式和功能等幾個(gè)方面考慮的， ATMEL公司生產(chǎn)了 AT89C5 AT89C52和 AT89C105AT89C2051等，這些單片機(jī)片內(nèi)采用可加密閃速存儲(chǔ)器，性能優(yōu)良，性價(jià)比及高， 靈活性高 指令和引腳都與 MCS51單片機(jī)兼容， 在我國單片機(jī)應(yīng)用產(chǎn)品中被大量使 用。臺(tái)灣也在生產(chǎn) 51內(nèi)核的單片機(jī)。所以，本項(xiàng)目所選的單片機(jī)就是國內(nèi)很常見的 AT89C51單片 機(jī)。 （ 1） AT89C51單片機(jī)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(chǔ)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(jī)。該器件采用 ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)器組合在單個(gè)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(jià)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(jī)的主要特性 ： 與 MCS51 兼容 4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 壽命： 1000寫 /擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10 年 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz 三級(jí)程序 存儲(chǔ)器鎖定 128*8位內(nèi)部 RAM 32可編程 I/O線 XXIV 兩個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 5個(gè)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(shí)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(gè) 8位漏級(jí)開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0輸出原碼，此時(shí) P0外部必須被 拉高。 P1口： P1口是一個(gè)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(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。 P2 口： P2 口為一個(gè)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(gè) TTL門電流，當(dāng) P2 口被寫“ 1”時(shí)，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(shí)， 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(dāng)用于 外部程序存儲(chǔ)器或 16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“ 1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， 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(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3 口： P3 口管腳是 8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL 門電流。當(dāng) 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(shí)器 0外部輸入） XXV T1（記時(shí)器 1外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，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(shí)， ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時(shí)， 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(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩 次 /PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1 時(shí)， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA 端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)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(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 (3) 振蕩器特