【正文】 許多部分都未能完善，存在著很多錯誤和問題，敬請各位老師同學(xué)提出、指正和批評。而且選用了體積小、功能全的12位TLC2543作為A/D轉(zhuǎn)換器同時采用C51對系統(tǒng)編程，使系統(tǒng)具有易實現(xiàn)、易編程、可移植、體積小、功耗低等優(yōu)點 ,具有良好的推廣與應(yīng)用價值。6 結(jié)束語本設(shè)計是一個綜合型的題目，它涉及硬件設(shè)計、單片機C51高級語言編程和電子專業(yè)的知識。圖15 應(yīng)用程序的界面圖 如圖所示當(dāng)按下確定按鈕時，從通道1到基準(zhǔn)波形3的14路模擬轉(zhuǎn)換通道就開始實時的變化，其中基準(zhǔn)波形1，基準(zhǔn)波形2，基準(zhǔn)波形3這3個為TLC2543的內(nèi)測電壓，AD轉(zhuǎn)換結(jié)果正確與否都主要觀察這個數(shù)值的變化。A/D電路的測試是通過采樣一組確定電壓并通過USB接口送往PC機觀察，由于TLC2543芯片有3個內(nèi)測電壓即REF+、REF、(REF+ +REF)/2，它們的值是固定不變的，分別為5v、可以通過這3個通道的值來確定A/D電路采集的數(shù)據(jù)是否正確，同樣也得到AD電路能夠正常工作的結(jié)論。焊接完畢后加電，如果電路工作不正常，可以先檢查供電、是否存在虛焊、粘連的情況直至排除故障。 (1) 拿到電路板之后不要急于焊接元件，要先認(rèn)真檢查板子連線是否存在短 路、斷路的情況，在確認(rèn)無誤之后，然后可以加電測試電源供電情況。電壓跟隨器A/D轉(zhuǎn)換芯片圖14 USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖在調(diào)試過程中從硬件到軟件由于經(jīng)驗不足和知識水平的限制，走了不少彎路，但最終還是調(diào)試成功。(4)對于轉(zhuǎn)換結(jié)果用二進制方式輸出，當(dāng)輸入電壓等于時，轉(zhuǎn)換結(jié)果為 12個“1”，即(1111 1111 1111)，當(dāng)輸入電壓等于 時，轉(zhuǎn)換結(jié)果為12個“0”，即(0000 0000 0000)，當(dāng)輸入電壓等于( + )/ 2 時，轉(zhuǎn)換結(jié)果為(1000 0000 0000)，供校正參考。本文中端控制轉(zhuǎn)換過程，在輸入輸出數(shù)據(jù)過程必須保持為低，即在輸入12個時鐘信號期間必須保持0之后，端被置高，以便使由高到低的變化，而產(chǎn)生下一工作周期。而在工作周期循環(huán),若累加器 A 中數(shù)據(jù)沒有處理好，容易把非法的控制字帶入TLC2543，引起輸出數(shù)據(jù)格式錯誤，這一點應(yīng)予特別注意。那么對于系統(tǒng)上電后第一個工作周期，從 AD_OUT取出的數(shù)據(jù)是沒有意義的。A/D轉(zhuǎn)換的詳細(xì)程序見附錄A。本程序不僅實現(xiàn)了14路模擬信號的數(shù)據(jù)采集而且可以任意選擇一路或多路進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，同時合成了SPI功能使TLC2543A/D轉(zhuǎn)換芯片和P89C51RA2單片機能夠快速的進行正常通信。在下一個I/O周期中，由數(shù)據(jù)輸出端AD_OUT串行輸出到單片機的外部寄存器。在本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，TLC2543輸出結(jié)果設(shè)置成12位無符號整型數(shù)，輸出順序為高位在前且為單極性。 A/D轉(zhuǎn)化程序設(shè)計在主程序Mainloop中使用函數(shù)init_ADC(m | OUTPUTLENGHT_12 | UNIPOLAR)對A/D芯片進行初始化，定義了系統(tǒng)的初始通道、時鐘模式以及極性。轉(zhuǎn)換完成后EOC變高，轉(zhuǎn)換結(jié)果鎖存在輸出數(shù)據(jù)寄存器中，待下一個I/O周期輸出。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)流程圖如圖13所示。為了對器件初始化，被轉(zhuǎn)為高再回到低后開始下一次I/O周期。EOC開始為高，輸入數(shù)據(jù)寄存器被置為全零。圖11顯示每次轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳遞使用12個時鐘周期和在每次傳遞周期之間插入 的時序，圖12顯示每次轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳遞使用12個時鐘周期，僅在每次轉(zhuǎn)換序列開始處插入一次 時序。 接口時序可以用四種傳輸方法使TLC2543得到全12位分辨率，每次轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳遞可以使用12或16個時鐘周期。轉(zhuǎn)換完成后EOC變高，轉(zhuǎn)換結(jié)果鎖存在輸出數(shù)據(jù)寄存器中，待下一個I/O周期輸出。這個數(shù)據(jù)串是前一次轉(zhuǎn)換的結(jié)果，在第一個輸出數(shù)據(jù)之后的每一個后續(xù)位均有后續(xù)的I/O時鐘下降沿輸出。當(dāng)保持為低時，第一個數(shù)據(jù)出現(xiàn)在EOC的上升沿。當(dāng)工作于12或16位時，在前8個時鐘脈沖之后，DATA INPUT無效。其中前4位為模擬通道地址，控制14通道模擬多路器從11個模擬輸入和3個內(nèi)部測試電壓中選通一路送到采樣保持電路，該電路從第4個I/O CLOCK脈沖的下降沿開始對所選信號進行采樣，直到最后一個I/O CLOCK脈沖的下降沿。器件進入I/O周期后進行兩種操作。4 USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件編程 TLC2543的工作原理 TLC2543的工作過程TLC2543的工作過程分為兩個周期：I/O周期和轉(zhuǎn)換周期。③感光板顯像和蝕刻。②曝光感光板。 (4) 制作電路板①打印PCB圖。 ④模擬電路和數(shù)字電路部分，是否有各自獨立的地線。 ②電源線和地線的寬度是否合適，電源與地線之間是否緊耦合(低的波阻抗)，在PCB中是否還有能讓地線加寬的地方。也有在PCB上不共地的，這由系統(tǒng)設(shè)計來決定。因此在布線時就需要考慮它們之間互相干擾問題，特別是地線上的噪音干擾?；蚴亲龀啥鄬影?，電源，地線各占用一層。l 盡量加寬電源、地線寬度，最好是地線比電源線寬，它們的關(guān)系是：地線＞電源線＞信號線，對數(shù)字電路的PCB可用寬的地導(dǎo)線組成一個回路, 即構(gòu)成一個地網(wǎng)來使用(模擬電路的地不能這樣使用)。所以對電、地線的布線要認(rèn)真對待，把電、地線所產(chǎn)生的噪音干擾降到最低限度。如圖10所示。為了防止外部電磁干擾，采用了電路板外部用相對較寬的銅線構(gòu)成非閉合的保護電路。對于單面板，設(shè)計的難點是如何減少跳線情況下把線路布通。布線的方式也有兩種：自動布線及交互式布線。數(shù)據(jù)通信模塊數(shù)據(jù)采集模塊圖 9 USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)原理圖USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的電源使用外接12V電源供電，而芯片TLC2543所需的5V基準(zhǔn)電壓源則通過LM336穩(wěn)壓管和滑動變阻器將12V電源轉(zhuǎn)換到5V。 畫原理圖原理圖(見圖9)前部分為數(shù)據(jù)采集模塊，電壓跟隨器為TLC2543提供穩(wěn)定的模擬輸入電壓。Altium Designer 6讓用戶可以選擇最適當(dāng)?shù)脑O(shè)計途徑來按自己想要的方式工作。 制作USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)電路板選用Altium公司的Altium Designer 6 DXP電子設(shè)計系統(tǒng)軟件來進行電路板的設(shè)計制作。LM324圖 8電壓跟隨器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖8為其中一路的電路圖。LM324 的引腳排列見圖7。每一組運算放大器可用圖 6所示的符號來表示，它有 5個引出腳，其中“+”、“”為兩個信號輸入端，“V+”、“V”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。 LM324 是四運放集成電路，它采用 14 腳雙列直插塑料封裝。在我們開始設(shè)計的時候采用的是LM084芯片，但是在調(diào)試電路的時候發(fā)現(xiàn)LM084發(fā)熱量太大，在檢查電路沒有問題的情況下，由于LM324發(fā)熱量相對較小而且功能基本相同，所以最后采用了LM324。(3)電路板布線使用TLC2543時一定要注意電路板的布線，電路板的布線要確保數(shù)字信號和模擬信號隔開，模擬線和數(shù)字線特別是時鐘信號線不能互相平行，也不能在TLC2543芯片下面布數(shù)字信號線。(2)接地對模擬器件和數(shù)字器件，電源的地線回路必須分開，以防止數(shù)字部分的噪聲電流通過模擬地回路引入，產(chǎn)生噪聲電壓，從而對模擬信號產(chǎn)生干擾。圖5 TLC2543與單片機的接口電路圖在設(shè)計制作時要注意事項：(1)電源去耦當(dāng)使用TLC2543這種12位A/D器件時，用作去耦電容。如圖5所示，TLC2543和單片機的接口電路。 TLC2543和單片機的接口電路設(shè)計在80C51系列微處理器中都不帶SPI或相同的接口能力，為了和TLC2543模數(shù)轉(zhuǎn)換器接口，需要用軟件來合成SPI的操作，這樣數(shù)據(jù)傳送速率下降，受微處理器指令周期時間控制，因而受微處理器的時鐘頻率影響。圖4 TLC2543內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖TLC2543內(nèi)部由通道選擇器、輸入地址寄存器、采樣保持電路、12位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、輸出寄存器、并→串轉(zhuǎn)換器以及控制邏輯電路等7個部分組成。1 LSB max)，節(jié)省I/O資源，成本較低，特別適用于單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的開發(fā)。開關(guān)電容的設(shè)計可以使在整個溫度范圍內(nèi)有較小的轉(zhuǎn)換誤差。在轉(zhuǎn)換結(jié)束時，轉(zhuǎn)換結(jié)束EOC輸出端變高以指示轉(zhuǎn)換的完成。除了高速的轉(zhuǎn)換器和通用的控制能力外，本器件有一個片內(nèi)的14通道多路器可以在11個輸入通道或3個內(nèi)部自測試(SELFTEST)電壓中任意選擇一個。它還可以通過一個串行的3態(tài)輸出端AD_OUT與主處理器或其外圍的串行口通訊，輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果。在本系統(tǒng)中，根據(jù)實際需要和性價比綜合考慮，采用了TI公司生產(chǎn)的TLC2543C，11路12位開關(guān)電容逐次逼近串行A/D轉(zhuǎn)換器，采樣率為66 kbit /s，在工作溫度范圍內(nèi)10us轉(zhuǎn)換時間。(5) ∑—?式A/D轉(zhuǎn)換器:它兼有反饋比較和積分式的特征，具有較強的抗干擾能力，量化噪聲小、分辨率高和線性度好的優(yōu)點。(4) V/F變換式A/D轉(zhuǎn)換器:由于應(yīng)用了積分電容，具有很好的抗干擾性能、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，通過輔之以一些另外的技術(shù)措施，其轉(zhuǎn)換速度還是比較快的。(2) 余數(shù)反饋比較式A/D轉(zhuǎn)換器：這種轉(zhuǎn)換方式分辨率很高，量化誤差小，轉(zhuǎn)換精度高。但對快速變化的輸入信號應(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。新增的特性使得P89C51RA2成為功能更強大的微控制器，從而更好地支持需要用到脈寬調(diào)制，高速I/O，遞增/遞減計數(shù)功能(如電機控制)等應(yīng)用場合。該系列微控制器是 80C51 微控制器的派生器件是采用先進CMOS工藝制造的8位微控制器，指令系統(tǒng)與80C51完全相同。ISP 通過UART將程序代碼裝入Flash存儲器而Flash代碼中則不需要加載程序，對于IAP用戶程序通過使用片內(nèi)ROM中的標(biāo)準(zhǔn)程序?qū)lash存儲器進行擦除和重新編程 該器件可通過并行編程或在系統(tǒng)編程的方法對一個Flash位進行編程，從而選擇6時鐘或12時鐘模式。在系統(tǒng)編程 ISP(InSystem Programming)，當(dāng)MCU安裝在用戶板上時允許用戶下載新的代碼。一個芯片是否容易開發(fā)，視開發(fā)工具是否容易取得及其品質(zhì)，設(shè)備的驅(qū)動程序，有無示例程序代碼