【正文】 存器第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平時進(jìn)行讀操作，低電平時進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時可以讀忙信號，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線第15腳：背光源正極第16腳：背光源負(fù)極 A/D轉(zhuǎn)換單元在系統(tǒng)中的位置ADC0809是8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器。它由一個8路模擬開關(guān)、一個地址鎖存譯碼器、一個A/D轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成見圖410。圖410 AD0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖多路開關(guān)可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)[19]。其在系統(tǒng)中連接方式如圖411所示。 (1) IN0－IN7：8條模擬量輸入通道ADC0809對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是0~5V，若信號太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。(2) 地址輸入和控制線：4條ALE為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng)ALE線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將A， B，C三條地址線的地址信號進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。A，B和C為地址輸入線，用于選通IN0－IN7上的一路模擬量輸入。其選通狀態(tài)如下表43所示。(3) 數(shù)字量輸出及控制線：11條(4) ST為轉(zhuǎn)換啟動信號：當(dāng)ST上跳沿時，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時，開始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，ST應(yīng)保持低電平。EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。當(dāng)EOC為高電平時，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，表43 通道選擇表CBA選擇的通道000011110011001101010101IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE＝1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE＝0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。D7－D0為數(shù)字量輸出線。圖411 AD0809在系統(tǒng)中的位置(5) CLK為時鐘輸入信號線：因ADC0809的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號必須由外界提供，通常使用頻率為500KHz。(6) VREF（+），VREF（）為參考電壓輸入。綜上所述，ADC0809在本設(shè)計(jì)中的位置確定如圖411所示，其已中斷方式與單片機(jī)89C51，數(shù)據(jù)由前端處理電路輸入，其一直處于讀的狀態(tài)，當(dāng)前端電路檢測到脈沖信號峰值到來時，AD控制端口將輸入一個高電平信號，轉(zhuǎn)換器開始轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)有INT產(chǎn)生的外部中斷由INT0口輸入單片機(jī)。 系統(tǒng)工作條件的保障系統(tǒng)的探測元件在室溫下是不能使用的，另外本環(huán)節(jié)在使用過程中還需要高壓偏置電源的接入，為保證系統(tǒng)正常工作就必須嚴(yán)格按照探測元件的使用條件的要求。所以，我們有必要對系統(tǒng)探測部分的電源及致冷環(huán)節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 高壓偏置電源的設(shè)計(jì)SIPIN探測器工作時，需要配備90~110V，10μA的高壓偏置電源。目前，核儀器與相關(guān)探測設(shè)備中常用的高壓產(chǎn)生電路一般有兩大類。第一類高壓產(chǎn)生與穩(wěn)壓的原理是：先由振蕩電路產(chǎn)生交變信號（一般為矩形波），然后由變壓器升壓，再整流濾波得到直流高壓。穩(wěn)壓環(huán)節(jié)一般是后加穩(wěn)壓二極管或其它并聯(lián)型穩(wěn)壓元件，也有通過輸出電壓采樣，反饋調(diào)節(jié)交變信號幅度實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓的。該電路方案由于采用變壓器，一方面使系統(tǒng)體積增加，另一方面變壓器的工作效率一般較低。而且，通過變壓器后交變信號的頻率譜復(fù)雜化，因而不利于噪聲控制。第二類是基于脈寬調(diào)制（PWM）控制器產(chǎn)生占空比可控的矩形波，通過電感元件或變壓器升壓。調(diào)節(jié)管工作于開關(guān)狀態(tài)而稱為開關(guān)型高壓電源。其穩(wěn)壓是通過輸出電壓采樣，反饋調(diào)節(jié)矩形波的占空比實(shí)現(xiàn)的。開關(guān)型高壓電源具有轉(zhuǎn)換效率高、體積小的特點(diǎn)。但是紋波噪聲大，而且脈動噪聲的頻譜復(fù)雜，其中就有與X熒光脈沖信號接近的噪聲信號。為了確保系統(tǒng)能獲得高的能量分辨率，不宜采用開關(guān)型高壓產(chǎn)生與穩(wěn)壓電路。為了提高SIPIN探測器的工作條件，和目標(biāo)儀器整體的性能，有必要提出新的設(shè)計(jì)思路，所以我們設(shè)計(jì)了一套兼?zhèn)涓叻€(wěn)定性、低噪聲、低功耗和小體積等綜合指標(biāo)的高壓偏置電源。對高壓偏置電源模塊的設(shè)計(jì)思路是：(1) 工作波形應(yīng)優(yōu)選正弦波。因?yàn)楣ぷ鞑ㄐ晤l率單一，頻譜相對簡單，有利于降低紋波噪聲；(2) 無變壓器設(shè)計(jì)。減小體積，提高轉(zhuǎn)換效率；(3) 由于SIPIN探測器的偏置高壓不是很高（+100V無高次諧波，噪聲的左右），可采用BTL（BridgedTired Load）驅(qū)動電路結(jié)合多倍壓整流電路實(shí)現(xiàn)升壓；(4) 適當(dāng)提高工作頻率。不受變壓器頻率特性限制，提高頻率可以減小濾波電容的容量，有利于進(jìn)一步減小體積；(5) 采用線性串聯(lián)式穩(wěn)壓，在保證穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步降低紋波噪聲。根據(jù)上述思路設(shè)計(jì)的無變壓器式高壓偏置電源電路結(jié)構(gòu)如圖412所示，無變壓器式高壓偏置電源的電路原理如圖413。正弦波發(fā)生器與BTL驅(qū)動器由9V穩(wěn)壓電源供電，輸出正弦波信號幅度約為15V，經(jīng)多倍壓整流獲得+110V左右的直流高壓。通過低功耗線性穩(wěn)壓電路，輸出穩(wěn)定的高壓偏置電壓。該電路方案不需要升壓變壓器，體積小。加上工作波形為正弦波（無高次諧波），而且后續(xù)線性穩(wěn)壓電路也不會引入高頻噪聲，所以紋波噪聲指標(biāo)好。圖412 無變壓器式高壓偏置電源電路結(jié)構(gòu)其中，運(yùn)算放大器USA與R1，R2，R3，R4，C53和C54等外圍元件構(gòu)成文氏橋正弦波發(fā)生器。R1，R2，C53和C54等。RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)組成選頻和正反饋網(wǎng)絡(luò)。式（44）、式（45）分別為其幅頻特性和相頻特性[12]： （44） ?。?5）當(dāng)振蕩頻率時，且相移為零，滿足自激振蕩的相位條件；要圖413無變壓器式高壓偏置電源的電路原理圖滿足起振的幅值條件，還要，即。但是過大的放大倍數(shù)會使放大器工作于非線性區(qū)而產(chǎn)生諧波失真，因此同向比例放大電路的電壓增益應(yīng)略大于3。實(shí)際電路中，振蕩頻率為：。電壓增益為。理論上，在同等負(fù)載和相同濾波電容容量條件下，正弦波發(fā)生器選取較高的振蕩頻率有利于降低高壓輸出的紋波噪聲。但實(shí)際調(diào)試發(fā)現(xiàn)，頻率高于30kHz后，運(yùn)算放大器易出現(xiàn)飽和失真，反而使紋波系數(shù)劣化，最終采用16kHz。對BTL驅(qū)動器由電壓增益式分別為+1和1的兩個運(yùn)算放大器構(gòu)成。圖413中，在運(yùn)算放大器U5A的基礎(chǔ)上，只需增加U5B與RR6，則A、B點(diǎn)之間便構(gòu)成BTL輸出形式。即Av為+1的電壓跟隨器可以和文氏橋正弦波發(fā)生器共用一個放大器單元，減少硬件開銷。運(yùn)算放大器采用驅(qū)動能力較強(qiáng)的低噪聲集成雙運(yùn)放NE5532。圖中電路在供電電壓為177。9V的條件下，即可實(shí)現(xiàn)輸出100V偏置電壓。 開關(guān)型溫控致冷電源的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)SIPIN探測器額定工作環(huán)境溫度為?30186。C。XR100CR探測器組件內(nèi)帶電致冷器的最大允許供電電壓為+，此時電流約為650mA。生產(chǎn)廠商對內(nèi)置致冷器的工作建議是：一般沒有必要采用精密溫控致冷，因?yàn)橹灰ぷ鳒囟冉抵?10186。C以下（就算有幾度的變化），XR?100CR探測器系統(tǒng)的性能也不會下降。然而，在采用電池供電的情況下，如果在溫度降至?10186。C以下后就減小致冷功率，可以有效降低功耗而提高電池使用時間。因此，進(jìn)行溫控致冷設(shè)計(jì)，使溫度下降時致冷電源的電壓也隨之降低，對于使用電池供電的野外儀器，具有實(shí)用意義。所以，我們選擇電路原理圖414所示電路實(shí)現(xiàn)溫控致冷的電路設(shè)計(jì)方案，主要由降壓型PWM壓控電源與溫度信號處理電路兩部分組成。溫度信號處理包括差動放大、電平移位與鉗位等。圖414 溫控致冷電源電路原理圖圖414溫控致冷電源電路根據(jù)PWM開關(guān)調(diào)節(jié)器的電壓輸出特性，電源電路的控制特性公式為： （46）式（46）中為穩(wěn)控致冷電源的輸出，為基準(zhǔn)電壓源，為溫度傳感器后續(xù)模擬信號處理電路輸出。用于控制PWM變換電路的最終輸出，在通用開關(guān)穩(wěn)壓電源中=0V，即接零電位參考點(diǎn)。取，當(dāng)=0V時，而當(dāng)=，=0V。在該方案中，與溫度之間的關(guān)系，即溫度信號處理電路的輸出特性為： （47）式（47）中K為熱力學(xué)溫度（單位為186。K），It為探測器內(nèi)置溫度傳感器的靈敏系數(shù)（實(shí)際為1μA/186。K），Rs為電流取樣電阻（實(shí)際電路中取值2k?），“”與”分別是差動放大器和第二級放大器的電壓增益，而“－”是根據(jù)控制需要而引入的電平移位處理。由式（46）與式（47）可得：當(dāng)溫度從0℃降至－30℃時。設(shè)致冷器為阻性負(fù)載，則理論上， W，%。當(dāng)然此狀態(tài)在外界溫度接近－30℃時也是存在的。針對不同的外界溫度，維持功耗會不同。由式（46）與式（47）還能得出：當(dāng)溫度高于5℃時，這就超出探測器內(nèi)置致冷器的安全工作電壓。因此系統(tǒng)設(shè)置了鉗位電路，限制的電位不會低于－， V以下。即：　　 　 （48）根據(jù)式特性曲線，式（46）與式（48），可以繪制該致冷電源的“溫度/輸出電壓”控制見圖415：圖415 “溫度/致冷電壓”控制特性理論曲線 5．無公害蔬菜生長環(huán)境檢測儀軟件系統(tǒng) 編程語言的選擇目前，常用的單片機(jī)開發(fā)語言有匯編和C51，但是C語言兼顧了多種高級語言的特點(diǎn)，并具備匯編語言的特點(diǎn)。C語言是為了能夠勝任系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)的要求而開發(fā)的，因此有很強(qiáng)的表達(dá)能力，能夠描述系統(tǒng)軟件各方面特性。它有較高的可移植性，提供了種類豐富的運(yùn)算符和數(shù)據(jù)類型，極大的方便了程序設(shè)計(jì)。同時它有功能豐富的函數(shù)庫、運(yùn)算速度快、編譯效率高，且可以直接實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)硬件的控制。目前，使用C語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)已成為軟件開發(fā)的一個主流。 匯編與C語言的優(yōu)缺點(diǎn)在研制單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)時，匯編語言是一種常用的軟件工具。它能直接操作硬件，指令的執(zhí)行速度快。但其指令系統(tǒng)的固有格式受硬件結(jié)構(gòu)的限制很大，且難于編寫與調(diào)試，可移植性也差。尤其是在數(shù)據(jù)的處理上，匯編語言在多字節(jié)數(shù)據(jù)處理、浮點(diǎn)數(shù)處理上有著很大的難度[17]。隨著單片機(jī)硬件性能的提高，其工作速度越來越快，因此在編寫單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)程序時，更著重于程序本身的編寫效率。為了提高應(yīng)用程序效率，改善程序的可讀性和可移植性，采用高級語言C語言編程。C語言是一種源于UNIX操作系統(tǒng)的語言，它是一種結(jié)構(gòu)化語言，可以產(chǎn)生緊湊的代碼。采用C語言編程，可以以縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)成本，而且開發(fā)出的系統(tǒng)易于維護(hù)，可靠性高，可移植性好，其有以下一些特點(diǎn)：(1) 通用性強(qiáng)，隨著微處理器技術(shù)的不斷發(fā)展，其功能越來越具體，種類越來越多，而不同種類的微處理器都有自己專用的匯編語言。這就為系統(tǒng)開發(fā)者設(shè)置了個巨大的障礙，使得系統(tǒng)編程更加困難，軟件重用無法實(shí)現(xiàn):而高級語言一般和具體機(jī)器的硬件結(jié)構(gòu)聯(lián)系較少，比較流行的高級語言對多數(shù)微處理器都有良好的支持，通用性較好。(2) 容易編程，隨著嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大和應(yīng)用層面的不斷深入，系統(tǒng)規(guī)模越來越大，結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，設(shè)計(jì)變得越來越困難。一個系統(tǒng)內(nèi)有多種微處理器己是常見的事情。這時，要用匯編語言編程不僅要求編程人員要對所有微處理器的匯編語言都了如指掌，而且隨著任務(wù)復(fù)雜程度的不斷提高，用匯編語言實(shí)現(xiàn)規(guī)模較人的任務(wù)難度極大；而高級語言的語意層次較高，且有豐富的程序庫支持，因此，編寫較復(fù)雜的程序相對簡單。使用高級語言編程，不僅能夠加快系統(tǒng)開發(fā)進(jìn)程，節(jié)省大量時間，同時也有利于系統(tǒng)調(diào)試及維護(hù)工作。(3) 容易閱讀，由于匯編語言的語意層次較低，在閱讀匯編語言程序時，往往要花費(fèi)大量精力分析“細(xì)節(jié)”問題，如為什么把一個數(shù)據(jù)傳送給一個寄存器，為什么把某個標(biāo)志位清零等。當(dāng)把注意力放在這些“細(xì)節(jié)”上的時候，往往又把程序的主線忘記了。因此，匯編語言程序不僅難寫，而且難讀。采用高級語言就可以很好地解決這些問題。因?yàn)楦呒壵Z言的語意層次較高，表達(dá)方式更接近人們?nèi)粘５乃季S方法，一些數(shù)學(xué)表達(dá)式可以直接用一條語句表達(dá)，程序的思路更加清晰、簡捷。因此，程序也就容易閱讀。(4) 可移植性好，由于匯編語言和具體的微處理器密切相關(guān)，為某個微處理器設(shè)計(jì)的程序不能直接移植到另一個不同種類的微處理器上使用，因此，移植性差；而高級語言對所有微處理器都是通用的，因此，程序可以在不同的微處理器上運(yùn)行，可移植性較好。這是實(shí)現(xiàn)軟件重用的基礎(chǔ)。(5) 可維護(hù)性好，高級語言程序往往是模塊化設(shè)計(jì)，各個模塊之間的接口是固定的。因此，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)問題時，可以很快地將問題定位到某個摸塊內(nèi)，并盡快得到解決。另外，模塊化設(shè)計(jì)也便于系統(tǒng)功能的擴(kuò)充和升級。(6) 直接支持中斷管理，中斷是嵌入式系統(tǒng)最重要也是最常用的信息交換方式，因此中斷系統(tǒng)是否靈活，中斷功能是否強(qiáng)大對系統(tǒng)的性能影響極大。在高級語言中，一般都有強(qiáng)大的中斷管理機(jī)制，以便構(gòu)建高效靈活的中斷系統(tǒng)；而在匯編語言中，一般要由程序設(shè)計(jì)者自己編程來進(jìn)行中斷管理。這不僅增加了編程的難度，而且效果也不一定好。(7) 支持軟件重用，由于匯編語言的可移植性極差，使得其軟件重用性嚴(yán)重受阻；而高級語言具有較好的通用性和可移植性，這就使得高級語言程序可以在不同時間、不同地點(diǎn)、不同系統(tǒng)、不同人員之間分享，實(shí)現(xiàn)軟件重用。這不僅可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，縮短開發(fā)周期，降低產(chǎn)品成本，而目，還可以使軟件開發(fā)走上正規(guī)化、產(chǎn)業(yè)化的道路。鑒于高級語言的優(yōu)越性，設(shè)計(jì)選用C語言為軟件設(shè)計(jì)語言即可完成預(yù)期目標(biāo)。 數(shù)據(jù)采集有關(guān)軟件設(shè)計(jì)這里所指的軟件是指工作在系統(tǒng)硬件平臺上與數(shù)據(jù)處理相關(guān)的程序模塊，是整個軟件系統(tǒng)的重要組成部分，直接與硬件接口，實(shí)現(xiàn)硬件驅(qū)動，具體說來主要完成以下任務(wù)：(1) 對控制電路的控制作用；(2) A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的讀取；(3) 外部RA M的存??；(4) 鍵盤的控制；(5) LCD的控制；