【正文】 信號(hào)變?yōu)榈碗娖剑?EOC 為低電平時(shí)，表示正在轉(zhuǎn)換，為高電平時(shí)，表示轉(zhuǎn)換結(jié)束。 當(dāng) ALE 為高電平時(shí)，通道地址輸入到地址鎖存器中，下降沿將地址鎖存，并譯碼。 VCC、 GND：供電電源端。 REF()、 REF(+)：參考電壓輸入端。 CLK：時(shí)鐘輸入端。啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換時(shí)它自動(dòng)變?yōu)榈碗娖?。脈沖寬度應(yīng)不小于 100～ 200ns。 START：啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)輸入端。 ALE：地址鎖存信號(hào)輸入端。 A、 B、 C：通道選擇端。 D0～ D7： 8 位轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出端。 圖 43 ADC0809 引腳圖 各引腳的功能如下： IN0～ IN7： 8 個(gè)通道的模擬量輸入端。1LSB（最低有效位） ? 轉(zhuǎn)換時(shí)間（ 500CLKf KHz? ） 128us ? 轉(zhuǎn)換精度： %? ADC0809 沒有內(nèi) 部時(shí)鐘，必須由外部提供，其范圍為 10～ 1280kHz。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 42 所示。 ADC0809 八位逐次逼近式 A／ D 轉(zhuǎn)換器是一種單片 CMOS 器件，包括 8 位模擬轉(zhuǎn)換器、 8 通道轉(zhuǎn)換開關(guān)和與微處理器兼容的控制邏輯。 以上為 A/D 轉(zhuǎn)換的一般步驟，在本電路中由 ADC0809 芯片完成。 （ 2） 量化與 編碼 8路輸入模擬信號(hào)數(shù)值顯示器的設(shè)計(jì) 16 模擬信號(hào)經(jīng)采樣 保持電路后，得到了連續(xù)模擬信號(hào)的樣值脈沖，他們是連續(xù)模擬信號(hào)在給定時(shí)刻上的瞬時(shí)值，并不是數(shù)字信號(hào)。 a. A/D 轉(zhuǎn)換 的 知識(shí)概要 （ 1） 采樣 保持 為了能不失真的恢復(fù)原模擬信號(hào)，采樣頻率應(yīng)不小于輸入模擬信號(hào)的頻譜中最高頻率的兩倍，這就是采樣定理，即 s Imax2ff? 由于 A/D 轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間，所以在每次采樣結(jié)束后，應(yīng)保持采樣電壓在一段時(shí)間內(nèi)不變，直到下一次采樣的開始。 XTAL2： 振蕩器反相放大器的輸出端 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC0809 把連續(xù)變化量變成離散量的過程稱為量化，也可理解為信號(hào)的采樣。 Flash 存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上 +12V 的編程允許電源 Vpp,當(dāng)然這必須是該器件是使用 12V 編程電壓 Vpp。欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲(chǔ)器 (地址為OOOOHFFFFH), EA 端必須保持低電平 (接地 )。在此期間，當(dāng) 訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，這兩次有效的 PSEN 信號(hào) 不 出現(xiàn) 。該位置位后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指令 ALE 才會(huì)被激活。 對(duì) Flash 存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖 (PROG)。即使不訪問外部存儲(chǔ)器， ALE 仍以時(shí)鐘振蕩頻 8路輸入模擬信號(hào)數(shù)值顯示器的設(shè)計(jì) 15 率的 1/6 輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此它可對(duì) 外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。當(dāng)振蕩器工作時(shí)， RST 引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。作輸入端時(shí)，被外部拉低的 P3 口將用上 拉電阻輸出電流 (IIL ). P3 口除了作為一般的 I/0 口線外，更重要的用途是它的第二功能，如 表 41 所示： 表 41 P3 口的第二功能 端 口引腳 第二功能 RXD(串行輸入口 ) TXD(串行輸出口 ) (外中斷 0) (外中斷 1) T0(定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0) T1(定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1) (外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通 ) (外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 ) P3 口還接收一些用于 FLASH 閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。 P3 口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng) (吸收或輸出電流 )4 個(gè) TTL 邏輯門電路。對(duì)端口寫 ”1” ，通過內(nèi)部的 上 拉電 阻時(shí)把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口 .作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在 上 拉 電阻 ，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流 (IIL ) 在訪問外部程 序存儲(chǔ)器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (例如執(zhí)行 MOVX DPTR 指令 )時(shí)， P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。對(duì)端口寫 ”1”,通過內(nèi)部的上拉電阻時(shí)把端口拉到高電平，此時(shí)叫一作輸入口。 在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址 (低 8 位 )和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。低功耗空閑和掉電模式 b 引腳功能說明 引腳圖如圖 41 8路輸入模擬信號(hào)數(shù)值顯示器的設(shè)計(jì) 13 圖 41 AT89C52 引腳圖 引腳功能說明 ： Vcc： 電源電壓 GND： 地 P0 口 ： PO 口是一組 8 位漏極開路型雙向 I/0 口，也即地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。 8 個(gè) 中 斷源 32 個(gè)可 編程 I/O 口線 三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 1000 次擦寫 周期 與 MCS51 產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容 掉電方 式保存 RAM 中 的內(nèi)容，但振蕩器停 止 工作并禁 止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù) 位。同時(shí)， AT89C52 可 降至 OHz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可 選的 節(jié)電工作模式。 系統(tǒng)各個(gè)模塊的最終方案 經(jīng) 上述一系列的 理論分析，本系統(tǒng) 最終 采用 AT89C52單片機(jī)， 數(shù)據(jù)采集 核心采用模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC0809， 采 用 7段共陽 LED數(shù)碼管 動(dòng)態(tài)顯示采集到的數(shù)據(jù) 。 當(dāng)顯示裝置中有多個(gè)多段 LED 時(shí)，通常采用動(dòng)態(tài)掃描驅(qū)動(dòng)電路，節(jié)省開銷。對(duì)于顯示器的每一位而言，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次， 需要 CPU 時(shí)刻對(duì)顯示器件進(jìn)行數(shù)據(jù)刷新，顯示數(shù)據(jù)會(huì)有閃爍感，占用的 CPU 時(shí)間多。但引線多，線路復(fù)雜，硬件成本高。 b 顯示方法 方案一：靜態(tài)顯示 靜態(tài)顯示，顯示驅(qū)動(dòng)電路具有輸出鎖存功能，單片機(jī)將所要顯示的數(shù)據(jù)送出 后停止傳送 ，直到下一次顯示數(shù)據(jù)需要更新時(shí)再傳送一次數(shù)據(jù)。 方案二：軟件譯碼 軟件譯碼是用軟件來完成硬件的功能，接線靈活，顯示段碼完全由軟件來處理，是目前常用的顯示驅(qū)動(dòng)方式。 用單片機(jī)驅(qū)動(dòng) LED 數(shù)碼管有很多方法，按譯碼方式可分 為 硬件譯碼和軟件譯碼 ； 按顯示方式 可 分 為 靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)（掃描）顯示 。 數(shù)據(jù)顯示模塊分析 與 選擇 用單片機(jī)作為這一控制系統(tǒng)的核心，接 收 來自 ADC0809 的數(shù)據(jù)，經(jīng)處理后通過串口傳送，由于系統(tǒng)功能簡單，單片機(jī)通過與 LED 數(shù)碼顯示器相連，驅(qū)動(dòng) LED顯示器顯示相應(yīng)通道采集到的數(shù)據(jù)。這樣，不僅可以節(jié)省了器件，而且又不會(huì)出現(xiàn)因?yàn)橛布栴}而產(chǎn)生錯(cuò)誤。所以，只要能讓 ADC0809的 CLOCK 引腳得到一個(gè)能夠工作的時(shí)鐘脈沖，那么 A/D 轉(zhuǎn)換也就基本能實(shí)現(xiàn)。 方案二：簡易接口方式。由于 ALE 和 START 連在一起，因此ADC0809 在鎖存通道地址的同時(shí)也啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。其對(duì)應(yīng)關(guān)系如表 31所示。 由于 ADC0809 內(nèi)部設(shè)有地址鎖存器，所以通道地址由 P0 口的低 3 位直接與ADC0809 的 A、 B、 C 相連。 ALE 引腳得脈沖頻率是 AT89C52 時(shí)鐘頻率的 1/6。 ADC0809 與單片機(jī)的接口電路如圖 36 所示。 d ADC0809 與單片機(jī)的 接口 ADC0809 與單片機(jī)的接口 方式 是該系統(tǒng)的核心部分，選擇好的接口 方式 是實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)功能的重要步驟。 對(duì)于該 8 個(gè)通道的輸入信號(hào)， 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，其精度為 8 %2? ? 輸入為 0～ 5V 時(shí)，分辨率為 85 0 .0 1 9 61122FsN Vv ???? Fsv — A/D 轉(zhuǎn)換器的滿量程值 N — ADC 的二進(jìn)制位數(shù) 量化誤差為 8 5 0 . 0 0 9 8( 1 ) 2 ( 1 ) 222FsNQVv? ? ?? ? ? ? ADC0809 是 TI 公司生產(chǎn)的 8 位逐次逼近式模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包括一個(gè) 8 位的逼近型的 ADC 部分，并提供一個(gè) 8 通道的模擬多路開關(guān)和聯(lián)合尋址邏輯，為模擬通道的設(shè)計(jì)提供了很大的方便。由于本系統(tǒng)的控制時(shí)間允許， 可選 8 位逐次比較式 A/D 轉(zhuǎn)換器。 A/D轉(zhuǎn)換器型號(hào)不同，轉(zhuǎn)換速度差別很大。用高頻率標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘 脈沖來測(cè)量積分時(shí)間 t2（或 t2’），即可得到對(duì)應(yīng)于模擬電壓 VIN的數(shù)字量。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)電壓的積分時(shí)間 t2（或 t2’）正比于模擬輸入電壓 VIN。 D/ A轉(zhuǎn) 換器鎖存緩存器N位 寄存器控制邏輯V INV NSTARTEOCV REFOE數(shù)據(jù)輸出 8路輸入模擬信號(hào)數(shù)值顯示器的設(shè)計(jì) 7 圖 34 雙積分式 A/D 轉(zhuǎn)換器 圖 35 是雙積分式 ADC 的工作原理圖。轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，控制邏輯使 EOC 變?yōu)楦唠娖剑硎?A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束，此時(shí)的 D7~D0 即為對(duì)應(yīng)于模擬輸入信號(hào) VIN的數(shù)字量。反之，若使 D7=1 后，經(jīng)比較，若 VIN小于 VN，則使 D7=0， D6=1，所得新值 VN再與 VIN比較，重復(fù)前述過程。此時(shí)該寄存器輸出的內(nèi)容為 80H，此值經(jīng) DAC 轉(zhuǎn)換為模擬量輸出為 VN， 與待轉(zhuǎn)換的模擬輸入信號(hào) VIN相比較，若 VIN大于等于 VN，則比較器輸出為 1。由圖可見， ADC 由比較器、 D/A 轉(zhuǎn)換器 、逐次逼近寄存器和控制邏輯組成。按工作方式原理分， ADC 的主要種類有：逐次逼近式 和 雙積分式。 數(shù)據(jù)采集 模塊 的 分析與 選擇 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，該設(shè)計(jì)需要對(duì) 8路模擬信號(hào)進(jìn)行采樣，并且最小分辨率為 。 由于外部時(shí)鐘方式 常用于多片單片機(jī)同時(shí)工作 ，以便于各單片機(jī)同步。 CMOS 工藝的 MCU 其 XTAL1 端接外部時(shí)鐘信號(hào)， XTAL2 端可懸空。對(duì)外接電容 C1, C2 雖然沒有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英 晶 體，我們推薦電容使用 30pF 士 10pF，而如使用陶瓷諧振器建議選擇 40pF士 l0pF。 這個(gè)放大器與作為反饋的元件的片外石英晶體和陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器。 考慮到該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所需的程序空間 (ROM)和數(shù)據(jù)空間 (RAM)較小，選用AT89C52 單片機(jī)作為該系統(tǒng)的核心，它含有 8K 字節(jié)的 EPROM 和 256 字節(jié)的 RAM足夠本設(shè)計(jì)所用 ，并且 功能強(qiáng)大的 AT89C52 單片機(jī)可 提供許 多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，所以采用 AT89C52 單片機(jī)作為本設(shè)計(jì)的主控制器。 各模塊方案選擇和論證 根據(jù)該設(shè)計(jì)所完成的功能，可以將系統(tǒng)分為 3 個(gè)模塊：單片 機(jī)模塊、 數(shù)據(jù)采集模塊、顯示模塊。 系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 方案 的選擇 8 路輸入模擬信號(hào)數(shù)值顯示器 的 硬件電路 可以分為三個(gè) 模塊 ： 主控制器模塊 ； 數(shù)據(jù)采集模塊 ； 顯示 模塊 。 3 系統(tǒng)方案的選擇和論證 8 路輸入模擬信號(hào)數(shù)值顯示器，采用 AT89C52 單片機(jī)控制，由集 成電 路 0809完成模數(shù)轉(zhuǎn)換。 8路輸入模擬信號(hào)數(shù)值顯示器的設(shè)計(jì) 3 顯示程序設(shè)計(jì) 我們要的是一個(gè)能夠用眼睛直接接受的一個(gè)結(jié)果，而不是眼睛看不到，需要在各種仿真軟件里才能看到結(jié)果的設(shè)計(jì)，所以數(shù)碼管顯示程序的設(shè)計(jì)也是該系統(tǒng)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的主要部分。通過單片機(jī)的 P1 口進(jìn)行數(shù)碼管的輸出顯示口， P3 口作為數(shù)碼管的位選擇口。控制相應(yīng)的二極管導(dǎo)通，就能顯示出對(duì)應(yīng)字符。 顯示 模塊 顯示器是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)常用的設(shè)備，包括 LED、 LCD 等。通過單片機(jī)提供的時(shí)鐘頻率， 通過一個(gè) I/O 口 送入 ADC0809 的 CLOCK 引腳，使 ADC0809 得到一個(gè)能夠可靠工作的時(shí)鐘脈沖。所以，單片機(jī)與 A/D 轉(zhuǎn)換接口技術(shù)是構(gòu)成單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的重要內(nèi)容之一。 數(shù)據(jù)采集模塊 工程實(shí)踐中經(jīng)常遇到被測(cè)對(duì)象的一些物理參數(shù)，如溫度 、流量、壓力、位移、速度等，這些參數(shù) 都是模擬量。 2 系統(tǒng) 概述 8 路輸入模擬信號(hào)數(shù)值顯示器 實(shí)際上就是一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，任務(wù)是把由電壓表輸出的 0~5V 的模擬電壓信號(hào)送給模數(shù)轉(zhuǎn)換器，然后 A/D 轉(zhuǎn)換器將該模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為 00H~FFH 的數(shù)字信號(hào)，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)發(fā)送轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)給單片機(jī) AT89C52，單片機(jī)對(duì)其轉(zhuǎn)換后的結(jié)果進(jìn)行 處理，處理后的結(jié)果送往 LED 數(shù)碼管進(jìn)行顯示。 在本論文中， 主要 討論 以單片機(jī)為主控技術(shù)的 8 路輸入模擬信號(hào)數(shù)值顯示 電路的 實(shí)現(xiàn) 。 在科學(xué)研究中，運(yùn)用 多路輸入模擬信號(hào)數(shù)值顯示 系統(tǒng)可獲得大量的動(dòng)態(tài)信息，也是獲取科學(xué)數(shù)據(jù)和生成知識(shí)的重要手段之一。同時(shí)，還要對(duì)某一檢測(cè)點(diǎn)任意參數(shù)能夠進(jìn)行隨機(jī)查 尋，將其在某一時(shí)間段內(nèi)檢測(cè)得到的數(shù)據(jù)經(jīng)過轉(zhuǎn)換提取出來，以便進(jìn)行比較，做出決策，調(diào)整控制方案，提高產(chǎn)品的合格率，產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益 。 關(guān)鍵詞 ： AT89C52，單片機(jī) ， 模數(shù)轉(zhuǎn)換， ADC0809， LED 數(shù)碼管 8路輸入模擬信號(hào)數(shù)值顯示器的設(shè)計(jì) II