【正文】 存器第5腳：R/W為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時(shí)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(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時(shí)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(shí)，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(gè)8路模擬開關(guān)、一個(gè)地址鎖存譯碼器、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)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(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)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(shí)，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(duì)輸入模擬量要求：信號(hào)單極性，電壓范圍是0~5V，若信號(hào)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(shí)，地址鎖存與譯碼器將A， B，C三條地址線的地址信號(hào)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(dòng)信號(hào)：當(dāng)ST上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)，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(hào)。當(dāng)EOC為高電平時(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)，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(shí)鐘輸入信號(hào)線：因ADC0809的內(nèi)部沒有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)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(cè)到脈沖信號(hào)峰值到來時(shí)，AD控制端口將輸入一個(gè)高電平信號(hào)，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(cè)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(cè)元件的使用條件的要求。所以，我們有必要對(duì)系統(tǒng)探測(cè)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(cè)器工作時(shí)，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(cè)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(hào)（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(hào)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(hào)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(dòng)噪聲的頻譜復(fù)雜，其中就有與X熒光脈沖信號(hào)接近的噪聲信號(hào)。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(cè)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?cè)O(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(duì)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(duì)簡(jiǎn)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(cè)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(dòng)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(dòng)器由9V穩(wěn)壓電源供電，輸出正弦波信號(hào)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(huì)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） 　（45）當(dāng)振蕩頻率時(shí)，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(huì)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(duì)BTL驅(qū)動(dòng)器由電壓增益式分別為+1和1的兩個(gè)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(gè)放大器單元，減少硬件開銷。運(yùn)算放大器采用驅(qū)動(dòng)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(cè)器額定工作環(huán)境溫度為?30186。C。XR100CR探測(cè)器組件內(nèi)帶電致冷器的最大允許供電電壓為+，此時(shí)電流約為650mA。生產(chǎn)廠商對(duì)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(cè)器系統(tǒng)的性能也不會(huì)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(shí)間。因此，進(jìn)行溫控致冷設(shè)計(jì)，使溫度下降時(shí)致冷電源的電壓也隨之降低，對(duì)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(hào)處理電路兩部分組成。溫度信號(hào)處理包括差動(dòng)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(hào)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(shí)，而當(dāng)=，=0V。在該方案中，與溫度之間的關(guān)系，即溫度信號(hào)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(cè)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(dòng)放大器和第二級(jí)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(shí)。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(shí)也是存在的。針對(duì)不同的外界溫度，維持功耗會(huì)不同。由式（46）與式（47）還能得出：當(dāng)溫度高于5℃時(shí)，這就超出探測(cè)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(huì)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(zhǎng)環(huán)境檢測(cè)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(jí)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(shí)它有功能豐富的函數(shù)庫(kù)、運(yùn)算速度快、編譯效率高，且可以直接實(shí)現(xiàn)對(duì)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(gè)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(shí)，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(shí)，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(jí)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(gè)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(jí)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(jí)語言對(duì)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(gè)系統(tǒng)內(nèi)有多種微處理器己是常見的事情。這時(shí)，要用匯編語言編程不僅要求編程人員要對(duì)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(jí)語言的語意層次較高，且有豐富的程序庫(kù)支持，因此，編寫較復(fù)雜的程序相對(duì)簡(jiǎn)單。使用高級(jí)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(shí)間，同時(shí)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(shí)，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(gè)數(shù)據(jù)傳送給一個(gè)寄存器，為什么把某個(gè)標(biāo)志位清零等。當(dāng)把注意力放在這些“細(xì)節(jié)”上的時(shí)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(jí)語言就可以很好地解決這些問題。因?yàn)楦呒?jí)語言的語意層次較高，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(jiǎn)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(gè)微處理器設(shè)計(jì)的程序不能直接移植到另一個(gè)不同種類的微處理器上使用，因此，移植性差；而高級(jí)語言對(duì)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(jí)語言程序往往是模塊化設(shè)計(jì)，各個(gè)模塊之間的接口是固定的。因此，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)問題時(shí)，可以很快地將問題定位到某個(gè)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(jí)。(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(duì)系統(tǒng)的性能影響極大。在高級(jí)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(jí)語言具有較好的通用性和可移植性，這就使得高級(jí)語言程序可以在不同時(shí)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(jí)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(tái)上與數(shù)據(jù)處理相關(guān)的程序模塊，是整個(gè)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(dòng)，具體說來主要完成以下任務(wù)：(1) 對(duì)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；