【正文】 K 并從 DATA OUT 接收前次轉(zhuǎn)換結(jié)果。最大輸入電壓 范圍為所確定的差別電壓適用于參考 +和電壓適用于參考 . REF– (3):較低的基準(zhǔn)電壓值（標(biāo)稱地面）適用于參考 . VCC (8):正電源電壓 工作原理 在芯片選擇（ CS）無效情況下， I/O CLOCK 最初被禁止且 DATA OUT 處于高阻狀態(tài)。 (3)轉(zhuǎn)讓控制轉(zhuǎn)換的內(nèi)部狀態(tài)控制器的下降沿十時(shí)鐘 。 I / O 時(shí)鐘接收串行 I / O 時(shí)鐘輸入和執(zhí)行下列三個(gè)功能： (1)在第三個(gè)下降沿的 I / O 時(shí)鐘，模擬輸入電壓開始充電電容陣列和繼續(xù)這樣做，直到第十下降沿的 I / O 時(shí)鐘。十下降沿的 I / O 時(shí)鐘，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)低邏輯電平的串行接口，使數(shù)據(jù)傳輸?shù)某^ 10 個(gè)時(shí)鐘產(chǎn)生的未使用的零 LSBs 。以有效的芯片選擇，數(shù)據(jù)是從高阻抗?fàn)顟B(tài)，并驅(qū)車前往相應(yīng)的邏輯電平的最高有效位價(jià)值先前的轉(zhuǎn)換結(jié)果。低到高過渡禁用 I / O 時(shí)鐘設(shè)置時(shí)間內(nèi)下降的邊緣加兩國的內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘。 CS (5):芯片選擇。外部驅(qū)動(dòng)源的模擬 ,應(yīng)該有一個(gè)電流能力。 圖 33 TLC1549 引腳圖 管腳說明 ANALOG IN (2):模擬信號(hào)輸入。 TLC1549 是美國德州儀器公司生產(chǎn)的 10 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。 根據(jù)設(shè)計(jì)題目要求，需要選擇基于 SPI 接口 A/D轉(zhuǎn)換芯片。 ∑ △式 A/D 轉(zhuǎn)換器：它兼有反饋比較和積分式的優(yōu)點(diǎn)，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，量化噪聲小、分辨率高和線性度好的優(yōu)點(diǎn)。 V/F變換式 A/D轉(zhuǎn)換器：由于應(yīng)用了積分電容，具有很多的抗干擾性能、良好的線性度和高的分辨率，電路結(jié)構(gòu)簡單。目前，采用這種方式的 A/D 芯片，通過輔助一些另外的技術(shù)措施，其轉(zhuǎn)換速度也可以較快。 余數(shù)反饋比較式 A/D 轉(zhuǎn)換器：這種轉(zhuǎn)換方式分辨率高，量化誤差小，轉(zhuǎn)換精度高。但對于快速變化的輸入信號(hào)應(yīng)配備采樣保持器才能保證轉(zhuǎn)換精度的要求。其 A/D轉(zhuǎn)換器的種類也越來越多，目前使用廣泛的有：逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器、余數(shù)反饋比較式A/D 轉(zhuǎn)換器、雙積分 A/D 轉(zhuǎn)換器、 V/F 變換式 A/D 轉(zhuǎn)換器和∑ △式 A/D轉(zhuǎn)換器等等。所以最終選擇 89C51單片機(jī)。 該單片機(jī)提供了足夠的接口，允許硬件上進(jìn)一步拓展，而且其軟件千變?nèi)f化?？臻e方式停止 CPU 的工作，但允 許 RAM，定時(shí) /計(jì)數(shù)器， 串行通信 口及 中斷系統(tǒng) 繼續(xù)工作。 特性概述 AT89C51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 4k 字節(jié) Flash 閃速存儲(chǔ)器 ， 128 字節(jié)內(nèi)部 RAM， 32 個(gè)I/O 口線，兩個(gè) 16位定時(shí) /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 5 向量兩級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工 串行通信 口，片內(nèi)振蕩器及 時(shí)鐘電路 。 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。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。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)。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)用紙 第 8 頁 共 48 頁 8 /PSEN：外部 程序存儲(chǔ)器 的選通信號(hào)。另外，該 引腳 被略微拉高。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。在 FLASH 編程 期間，此 引腳 用于輸入 編程 脈沖。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。 P3口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： 口管腳 備選功能 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（計(jì)時(shí)器 0外部輸入） T1（計(jì)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) 。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。 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) 。 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。并因此作為輸入時(shí)， P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為低八位地址接收。 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。 P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù) 存儲(chǔ) 器 ，它可以桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)用紙 第 7 頁 共 48 頁 7 被定義為數(shù)據(jù) /地址的低八位。 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。 圖 32 芯片引腳圖 管腳說明 VCC：供電電壓。 AT89C51 單片機(jī) 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。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。 AT89C2051 是一種帶 2K 字節(jié) 閃存可編程可擦除 只讀存儲(chǔ)器 的 單片機(jī) 。 51 系列單片機(jī)目前得到廣泛使用，如 AT89C51。AVR 單片機(jī)內(nèi)嵌高質(zhì)量的 Flash 程序存儲(chǔ)器，增強(qiáng)性的高速同 /異步串口，具有硬件產(chǎn)生校驗(yàn)碼、硬件檢測和校驗(yàn)偵錯(cuò)、兩級(jí)接受緩沖、波特率自動(dòng)調(diào)整定位（接受時(shí)）、屏蔽數(shù)據(jù)幀等功能，提高了通信的可靠性，方便程序編寫，更便于組成分布式網(wǎng)絡(luò)和實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信系統(tǒng)的復(fù)雜應(yīng)用，串口功能大大超過MCS51/96 單片機(jī)的串口，加之 AVR 單片機(jī)高速，中斷服務(wù)時(shí)間短，故可實(shí)現(xiàn)高波特率通訊。 各個(gè)模塊方案 單片機(jī)選擇 【方案一】選用 AVR系列單片機(jī)。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)用紙 第 5 頁 共 48 頁 5 系統(tǒng)總方案 圖 31 系統(tǒng)總體方案圖 如圖 31 所示：采用單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)的核心，計(jì)算出電壓、電流頻率信號(hào)的大小，用按鍵進(jìn)行復(fù)位，并采用串 口輸出，將測試結(jié)果送到電腦進(jìn)行處理。同理，電壓轉(zhuǎn)換成電流和頻率，或者頻率轉(zhuǎn)換成電壓和電流，都是經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路和 AD轉(zhuǎn)換，并經(jīng)過單片機(jī)處理系統(tǒng)， LCD 顯示系統(tǒng)。通過聯(lián)想所學(xué)習(xí)知識(shí)，最終決定采用芯片來實(shí)現(xiàn)電壓、電流和頻率之間的轉(zhuǎn)換。常用的隔離方法有：光電隔離，采用隔離放大器等。高的共模電壓會(huì)擊穿器件，即使沒有損壞器件，也會(huì)影響測量的精度。用二極管和穩(wěn)壓管的限幅方法會(huì)產(chǎn)生一定的非線性，且靈敏度下降，這可以通過后級(jí)增益調(diào)整和非線性校正補(bǔ)償。常用于前置放大器的有 uA741,LF347（低精度）， OP07(中精度 )， ICL7650（高精度）。解決的辦法有 ：采用熱電阻溫度變送器，智能傳感器加通訊方式連接，采用三線制連接方法。電橋的典型應(yīng)用之一就是熱電阻測溫。 （ 4） 信號(hào)調(diào)理電路包括電橋，放大，濾波，隔離等電路。 （ 2） 某 些惡劣條件下，共模電壓干擾很強(qiáng)，如共模高達(dá) 220V，不采用隔離的辦法無法完成數(shù)據(jù)采集處理的任務(wù)，因此，必須根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境，考慮共模干擾的抑制，甚至采用隔離措施，包括地線隔離，路間隔離等等。系統(tǒng)框圖如圖 21 表示。而電流電壓轉(zhuǎn)換，即是將輸入的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，并實(shí)現(xiàn)輸出；頻率電壓轉(zhuǎn)換是將輸入的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)，并 實(shí)現(xiàn)輸出；頻率電流信號(hào)是將輸入的頻率信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)并實(shí)現(xiàn)輸出。其用于信號(hào)處理或者控制技術(shù)，常見于 FM 解調(diào)，電機(jī)變頻控制領(lǐng)域。正是電流傳輸具備這樣的有點(diǎn)，有時(shí)候必須將電壓轉(zhuǎn)換成電流。電壓傳送過程中會(huì)有桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)用紙 第 3 頁 共 48 頁 3 電壓損失，信號(hào)容易受到干擾。 頻率 — 電壓 — 電流轉(zhuǎn)換系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 電壓 — 電流轉(zhuǎn)換即 V/I 轉(zhuǎn)換，是將輸入的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成滿足一定關(guān)系的電流信號(hào)，轉(zhuǎn)換后的電流相當(dāng)一個(gè)輸出可調(diào)的恒流源，其輸出電流應(yīng)能夠保持穩(wěn)定而不會(huì)隨著負(fù)載的變化而變化。 （ 3） 能通過實(shí)物檢測。設(shè)計(jì)完整的系統(tǒng)電路。 （ 5）供電電源：子機(jī) 3V~5V；主機(jī) 12V。頻率測量范圍 0Hz~10kHz；測量精度≤ 1Hz。 （ 4）指標(biāo)：電壓測量范圍 0V~5V；測量精度≤ 。 （ 2）主機(jī)顯示器件： LCD。而本次研究就實(shí)現(xiàn)了很多企業(yè)的需求，而且成本相對低廉，維護(hù)方便，為很多的企業(yè)節(jié)約了經(jīng)費(fèi)。此外，現(xiàn)在還有很多電子器件輸出的信號(hào)是頻率信號(hào)，而有些電子器件的輸入信號(hào)是電壓或者電流，實(shí)現(xiàn)頻率轉(zhuǎn)換成電壓或者電流就顯得十分有意義。現(xiàn)在絕大多數(shù)的提供電量的多是電壓源，所以在 某些場合必須要將電壓轉(zhuǎn)換成電流；在現(xiàn)在電路設(shè)計(jì)中，通常需要知道某一個(gè)未知電流源信號(hào)的值，而普通測量電壓的方式是采用萬用表直接測量，但是有時(shí)候需要時(shí)時(shí)監(jiān)測電流，并將測量到的電流值輸入電腦進(jìn)行處理，這時(shí)萬用表測電壓顯然不適用了；現(xiàn)在采用單片機(jī)為核心來時(shí)時(shí)檢測電流的值，需要進(jìn)行 AD 轉(zhuǎn)換，而 AD 轉(zhuǎn)換芯片的輸入信號(hào)是電壓值，所以需要將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)；此外，在工業(yè)控制中各類傳感器常輸出標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，需要先將其轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，以便送給各類設(shè)備進(jìn)行處理。本設(shè)計(jì)就是一種以單片機(jī)為核心，以 MAX47 AD694 和 LM331 為主要轉(zhuǎn)換器件，并用TLC1549 作為 A/D 轉(zhuǎn)換器件的電壓、電流、頻率轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)裝置。而購買專用的轉(zhuǎn)換裝置不僅價(jià)格昂貴，而且因?yàn)閷υO(shè)備原理不甚了解，維護(hù)不方 便。但是很多傳感器只提供 4~20mAH 或者 0~5V 的直流模擬信號(hào)輸出，比如我國煤礦使用的煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)大部分只允許接入 1~5mA 或者 200~1000Hz 的模擬信號(hào)，所以一般工業(yè)現(xiàn)場使用的傳感器要實(shí)現(xiàn)在煤礦的應(yīng)用，除了考慮防爆因素外，還必須進(jìn)行輸出模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換。 關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)換測量； 51 單片機(jī) ； TLC1549 ； MAX472 ； AD694 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)用紙 第 2 頁 共 48 頁 2 Abstract Microcontroller has a very wide range of applications in signal detection and control system, voltage, current, frequency measurement signal conversion for many industrial production with a very real sense. This paper describes a simple voltage, current frequency signal conversion measurement system. System uses the AD694, MAX472, LM331 chip as the main signal conversion to AD conversion chip TLC1549 as to 51 puters to build the system as the control core. The system has a signal conversion, measurement and display functions, and enables the serial output in industry and agriculture and other fields have a wide range of applications. This paper describes in detail the voltage, current and frequency measurement signal conversion system design solutions, hardware and software design, and part of the hardware and development of the C language program for validation. Analyzing the feasibility of the system, based on the reliability, with reference to engineering design, to establish a structured design ideas. This last chapter of this design are summarized and presented inadequacies of the system laid the foundation for the further development of the future. The design of the voltage, current, a frequency converter for voltage measurement system, current, frequency conversion between the signal and measured, to solve some of the difficulties of the display in the industry and agriculture, as wel