【正文】 第四章 基于 8051 單片機(jī)的 PSD 信號(hào)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 。當(dāng) 8051 單片機(jī) 的 查詢到 STS 端轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)后，先將轉(zhuǎn)換后的 12 位 A/D 數(shù)據(jù)的高 8 位讀進(jìn) 單片機(jī)內(nèi) ，然后再將低 4 位讀進(jìn) 單片機(jī) 。 第四章 基于 8051 單片機(jī)的 PSD 信號(hào)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 28 P101P112P123P134P145P156P167P178RST9P32/INT012P30/RXD10P31/TXD11P33/INT113P34/T014P35/T115P36/WR16P37/RD17XTAL118XTAL219Vss20Vcc40P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732EA/Vp31ALE/PROG30PSEN29P2728P2627P2526P2425P2324P2223P2122P20218051（（（ 圖 415 8051引腳圖 AD574A 與單片機(jī)的 接口電路 8051 單片機(jī)與 AD574 A 的 接 口 電 路 圖 見 附 錄 二 ， 其內(nèi)含有三態(tài)鎖存器 74LS373 和 74LS00 與非門電路，邏輯控制信號(hào)（ CS 、 CR/ 、 A0）由 8051 單片機(jī) 的數(shù)據(jù)口 P0 發(fā)出，并由 三態(tài)鎖存器 74LS373 鎖 存 到輸出段的 0 和 Q1 上， 以此來(lái) 控制 AD574A 的工作過(guò)程。 EA /VPP：片內(nèi)、片外程序存儲(chǔ)器選擇輸出 /編程電壓輸入。其引腳圖見圖 415。 表 42 AD574 控制信號(hào)真值表 CE CS R／ C l 2／ 8 A0 操作 0 ? ? ? ? 無(wú)操作 ? 1 ? ? ? 無(wú)操作 1 0 0 ? 0 初始化為 12 位轉(zhuǎn)換器 1 0 0 ? 1 初始化為 8 位轉(zhuǎn)換器 1 0 1 接 +5V ? 允許 12 位并行輸出 1 0 1 接地 0 允許高 8 位輸出 1 0 1 接地 1 允許低 4 位 +4 位尾 0輸出 MCS8051 單片機(jī) MCS8051 為 40 條引腳雙列直插封裝。轉(zhuǎn)換完成 后重新 回到低電平。 STS：輸出狀態(tài)信號(hào)引腳。 BIPOFF：雙極性位置。 REFIN、 EFOUT：參考輸入、輸出。 Vcc： 接 +12V/+15V。在讀出期間： 若是 Ao=0 時(shí)，高 8 位數(shù)據(jù)有效； 若是 Ao＝ l 時(shí)，低 4 位數(shù)據(jù)有效，中間4 位為 “0”，高 4 位為三態(tài)。 A0：字節(jié)選擇控制線。 l2/8 ：數(shù)據(jù) 輸出 格式選擇信號(hào)引腳。 其引腳如圖 414 所示 ： 1Vcc10REFIN9ANGND12BPLRof1310Vspn1420Vspn8REFout7+Vs11VslsbDB016DB117DB218DB319DB420DB521DB622DB723DB824DB925DB1026STATUS28CE6A0/SC4CS3msb1127R/C512/82AD574 圖 414 AD574 引腳圖 AD574 共有 6 個(gè)控制引腳： CS 、 CE 片選信號(hào) 和 片啟動(dòng) 信號(hào) 。 AD574A 是單片高速 12 位逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器， 其 內(nèi)置雙極性電路 ， 組成 混合集成轉(zhuǎn)換顯片， AD574A 外接元器件少 ， 低 功耗 ， 高 精度，并有自動(dòng)校零及 自動(dòng) 的 極性轉(zhuǎn)換 等 功能，只需外接少量的 電容 電阻 ， 就能 組成 一個(gè)完整的 A/D轉(zhuǎn)換器。 A/D 轉(zhuǎn)換器是將模擬量轉(zhuǎn) 變 為數(shù)字量的器件，這個(gè)模擬量 一般 泛指電壓、電阻 、 時(shí)間等 等 ，但 是大部分 情況模擬量 指的是 電壓。 第四章 基于 8051 單片機(jī)的 PSD 信號(hào)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 25 Port1Port2T1220V18VD51Bridge1234C5147μFC524700μFC53C54Vin12+12V 3GNDU9MC781212V31Vin2GNDU10MC7912C55C56D52D53D545VD555VC571000μFC581000μF100R51100R52C59470μFC510470μFC511C512GND+12V 12V+5V5V 圖 413 系統(tǒng)電源電路 AD574 芯片及其接口 智能儀器處理的電路大 都 是 模擬 量，而智能儀器的微處理器能接收處理的是數(shù)字量，因此被測(cè)量的模擬量須 由 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量 。如 上 圖 417， 為 電路中的兩個(gè)電容大都 取 30pf 左右，而晶體振蕩器的振蕩頻率范圍是 。 振蕩電路 ：?jiǎn)纹瑱C(jī)本身是同步時(shí)序電路， 但 為 實(shí)現(xiàn) 同步工作方式，必須 且只能 有一個(gè)時(shí)鐘信號(hào) 。由圖 412 可 知 ，第四章 基于 8051 單片機(jī)的 PSD 信號(hào)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 24 本系統(tǒng)中單片機(jī)最小系統(tǒng)包括單片機(jī)本體、復(fù)位電路 和 時(shí)鐘電路。由 ZHf 500 ? 和運(yùn)算放大器輸入阻抗的限制選定電阻 、 電容 。但是 Q 值太高，濾波器的性能 就 不穩(wěn)定。 第四章 基于 8051 單片機(jī)的 PSD 信號(hào)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 23 +OUT+OUTR RRkR（1k（RC CCGNDVinVout 圖 411 有源 雙 t 陷波電路 雙 t 網(wǎng)絡(luò)中兩支路 中 R， C 的對(duì)稱程度 決定 雙 t 陷波器的頻率特性。由于 存在 工頻干擾，信號(hào)變的很 糟糕 ， 必須用濾波器 對(duì) 工頻干擾 消除 。 V C C14N13M12H11L10F9E8GND7D6C5K4I3B2A1GND+ 5 V+ 5 VR1100R210K+S1+ 5 V 圖 410 外觸發(fā)電路 陷波電路 由于 工作環(huán)境 的惡劣 ， 在電路中， 發(fā)動(dòng)這樣的強(qiáng)干擾源 將 會(huì) 產(chǎn)生工頻干擾，其值約為 50Hz。 第四章 基于 8051 單片機(jī)的 PSD 信號(hào)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 22 當(dāng) 閉合 按鍵 S1 時(shí)， 電容 通過(guò) 1R C 網(wǎng)絡(luò)充電，充電 的 時(shí)間常數(shù)sCR ?? 47011 ?? 。設(shè)計(jì) 電路 如圖 410 所示，電路有兩個(gè) RC 網(wǎng)絡(luò) 和 一個(gè) schmidt（施密特） 觸發(fā)器 。 因此 我選擇 值 為 材料為 聚四氟乙烯 的 保持電容 。當(dāng)保持電容為 ， 結(jié)溫度 為 25176。此時(shí) 的 衰減率為 sV / 4?? ， 捕獲誤差在 % 范圍內(nèi)，捕獲時(shí)間為 300181。 在選擇 電容值 時(shí)， 應(yīng) 該從 精度、衰減率 和 捕獲時(shí)間等參數(shù) 方面 考慮 。 第四章 基于 8051 單片機(jī)的 PSD 信號(hào)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 21 圖 49 采樣保持器 （ 3） 保持電容 Ch 的確定 保持電容 的 選擇 主要從 介質(zhì)材料和電容值 兩個(gè)方面來(lái)考慮。 LF198 型 采樣保持器如圖49 所示。 同時(shí) 雙極性輸入階 使 失調(diào)電壓和寬帶 寬 度 比較低 ， LF198 的失調(diào) 得以通過(guò)片外的某個(gè)引腳來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié) 。 （ 2） 干擾電平的采樣 與 保持 我們采用 LF198 采樣保持器 ，它 的直流精度 非常 高 、捕獲時(shí)間 較低 而且 衰減率 較小 。 （ 1） 消除 背景干擾及暗電流 的 電路 此處 我們 同時(shí) 使 用光學(xué)法和電學(xué)法中的第一種 措施 來(lái) 對(duì) 背景干擾和暗電流進(jìn)行 消除 。 電路 方面： 在幾個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，它 可以 看成是直流電平，因此可 提前 檢出當(dāng) 信號(hào)光源熄滅時(shí) ， 背景干擾 和 暗電流的大小， 之后 點(diǎn)亮信號(hào)光源， 此時(shí)再 將檢測(cè)到的輸出信號(hào)減去背景干擾部分。 背景干擾及暗電流消除 消除背景干擾和暗電流可以考慮從光路 、 電路兩個(gè)方面 來(lái)處理 。由于器件具有 400kHz 帶寬 ,進(jìn)一步加強(qiáng)了實(shí)時(shí)模擬信號(hào)的處理能力 。激光調(diào)整技術(shù)可使乘 /除運(yùn)算誤差控制在輸入幅值的 %的范圍之內(nèi)。 AD538 結(jié)構(gòu)獨(dú)特、工藝精良。3V，則 A0 的取值 為 300 左右 。 放大器的輸出電壓要被送到數(shù)采模塊進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，因此 必須 考慮放大器的輸出與數(shù)采模塊的模擬輸入電壓范圍的匹配。 +IC2OP07R0R1R2 R3GNDGNDVinV0 圖 47 主放大電路圖 圖中 Vin 為前置放大器的輸 入 電壓，前置放大器輸出電阻 R0 數(shù)值 很 小 直接第四章 基于 8051 單片機(jī)的 PSD 信號(hào)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 19 忽略。 （ 2） 主放大電路 前置放大器對(duì) PSD 的輸出電流信號(hào)進(jìn)行 I/V 變換，送入主放大器的為電壓信號(hào)， 由于 PSD 內(nèi)阻的限制， RF 不 允許 太大，主放大器的主要 功能 是將信號(hào)放大到我們 所需 的幅度。 此處 選用 OP07 運(yùn)放，其開環(huán)單位增益帶寬 1? =，差模輸入阻抗?? mZi 50 ，又 ?? kRd 50 ， pFCd 1200? ， di RZ ?? 。 第四章 基于 8051 單片機(jī)的 PSD 信號(hào)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 17 OUT + Zf2 Zi Zf1 Zd Cd Vin Uo 圖 46 等效電路圖 RdZD? （ 46） DIN ZI ??INV （ 47） oFF AZZ ??11 （ 48） 式中FFFF CsRRZ ?? 1 ， 0A 為放大器開環(huán)增益； 則 001////1)1////1(AAZZsCZVAZZsCUoFidDINoFid????? （ 49） 經(jīng)過(guò)整理可得電路的閉環(huán)增益： )1(11 dFDFiFoDFf CsZZZZZAZZA?????? （ 410） 當(dāng) Di ZZ ?? 時(shí)，電路的閉環(huán)增益可簡(jiǎn)化為： 第四章 基于 8051 單片機(jī)的 PSD 信號(hào)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 18 )1(110dFDFDFfCsZZZAZZA????? （ 411）