【正文】 下“ ”鍵，系統(tǒng)就進入到查詢模式，屏幕顯示清零狀態(tài)，等待數(shù)據(jù)的輸入，當輸入數(shù)據(jù)時， 屏幕顯示輸入的數(shù)據(jù)，當數(shù)據(jù)輸入完畢以后，系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)的查詢，查詢到的數(shù)據(jù)按統(tǒng)統(tǒng)顯示在屏幕上，如過此時按下打印鍵“ ”，系統(tǒng)就進入打印模式，把查詢到的數(shù)據(jù)打印出 來。當傳感器變化時。當 FIFO存儲器有數(shù)據(jù)時， IRQ信號變?yōu)楦唠娖健?FIFO/傳感器 RAM是一個 8 8RAM，在鍵盤和選通方式工作時，它是 FIFO存儲器，其輸入或讀出遵循先入先出的原則。 掃描輸出和回掃線可以構(gòu)成對鍵的一個掃描陣列。顯示寄存器通過 OUTA和 OUTB同步輸出顯示 RAM的內(nèi)容。即 A0= WR =0命令寫到定時器與控制寄存器去，對 8279進行編程， RD =0讀 FIFO/傳感器 RAM狀態(tài)寄存器的內(nèi)容； A0= WR =0數(shù)據(jù)寫到顯示 RAM， RD =0讀顯示 RAM或 FIFO/傳感器 RAM的內(nèi)容。數(shù)據(jù)線上的信息是命令或狀態(tài)。當 CS =0時，選中 8279。在硬件上它占用兩個地址，在軟件上省去了顯示和鍵盤掃描，使用程序變得簡潔、易讀和模塊化。但它們共同的缺點是，需要編制定時掃描顯示和掃描鍵盤的程序，使整個系統(tǒng)軟件變得比較復雜。當 8051產(chǎn)生 RD 讀信號時，則由一個或非門產(chǎn)生 OE輸出允許信號（高電平有效），使 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果讀入 8051單片機。當轉(zhuǎn)換信號結(jié)束時，轉(zhuǎn)換結(jié)束信號 EOC變高電平。 系統(tǒng)中的 ADC0809 轉(zhuǎn)換器的片選信號由 ，若假設(shè)地址中的無關(guān)位均為 1，則其通道 IN0IN7的地址為 7FF8H7FFFFH。 ALE為高電平時，地址譯碼與對應通道選擇見表 32 。當轉(zhuǎn)換結(jié)束后， EOC 恢復高電平，此時，如果對輸出允許 OE輸入一高電平命令，則可讀出數(shù)據(jù)。下面轉(zhuǎn)換時序圖 其轉(zhuǎn)換過程表述如下：首先 ALE 的上升沿將地址代碼鎖存、譯碼后選通模擬開關(guān)中的某一路，使該路模擬量進入到 A/D轉(zhuǎn)換器中。 21 LSB，抗干擾能力較強，比較適合于信號變化緩慢，現(xiàn)場干擾嚴重的場合。也就是說 A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時間為 100μ s，轉(zhuǎn)換期間，保持器輸出電壓下降約 V。而且應該選用聚苯乙烯、聚四氟乙烯等高質(zhì)量電容器作 HC 。保持電容 HC 是外接的，其取值與采樣頻率和精度有關(guān)，常選用 510~1000pF。 T 為采樣周期。所以在 A/D轉(zhuǎn)換前，加上保持器做信號保持。最終獲得所需要的數(shù)字信號。 SHA 先完成模擬信號的離散化。則數(shù)字化的最大正弦信號頻率為： )(2 11m ax HzTf aM ??? 如欲以 8位分辨率去量化 1kHz的正弦波，可計算出所需孔徑時間為 160ns，根據(jù)給定的在正弦信號頻率與 ADC的分辨率確定要求的孔徑時間。 在本系統(tǒng)中 M=8， TCONV =100us帶入公式就可得 )(1002 118m a x Hzf ??? )(139Hz?????? ? 14 如果我 們在數(shù)據(jù)采集器的模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC前再加一個采樣保持放大器 SHA（它的任務是把要轉(zhuǎn)換的信號快速采樣后保持一段時間，以備轉(zhuǎn)換用），這相當于在 ADC 轉(zhuǎn)換時間內(nèi)開可一個窄“窗孔”，將此窗孔開啟瞬間內(nèi)的模擬信號以量化形式記錄下來，此窗孔稱為“孔徑時間” Ta， Ta一般遠小于轉(zhuǎn)換時間 TCONV。 所以數(shù)字化的最大正弦信號頻率可用下式計算。此時進行量化顯然會產(chǎn)生一定的誤差。模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時間決定于轉(zhuǎn)換的位數(shù)、轉(zhuǎn)換方法、采用的器件等因素。 功能模塊電路設(shè)計 以 8051 為 CPU 設(shè)計一個單片機應用系統(tǒng)，在其外部擴展 64KB SRAM，本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集模塊以ADC0809為核心， LF398采樣保持來實現(xiàn)一秒中采集 8次數(shù)據(jù)，輸出數(shù)字量直接與總線的數(shù)據(jù)線連接，從而掛在總線上的存儲器，打印 機， LED很方便的進行數(shù)據(jù)讀取。 5V~177。 在保持模式下的低輸出噪聲 LF398 的邏輯輸入是完全差分的，具有低輸入電流，允許與 TTL、 PMOS 和 LMOS 直接連接差分閥值為 。 低輸人偏差 低于 10us采集時間，與 TTL , PMOS , CMOS邏輯輸人兼容 5V~177。總體設(shè)計確保在保持模式下，從輸人到輸出沒有藕合，即使對輸人信號等于電源電壓的情況也是如此： 輸人阻抗允許使用高源阻抗，而且不會使精度降低，使用 1μ F的保持電容， P通道結(jié)型場效應管與在輸出放大器的兩極性器件一起，實現(xiàn)低至 5mV／分鐘的下降率。用一個引腳來達到調(diào)整輸人偏差，并且不降低輸入偏差漂移。 LF398芯片介紹 LF398是單片采樣 /保持器，它使用 BIFET技術(shù)以獲得快速捕捉信號的超高直流精度和低下降率。 IRQ線是漏極開路輸入，要求外接上接電阻。 IRQ(中斷申請輸入 )：低電平有效，可作微處理的中斷輸入。在此模式下， R/W 管腳與通用 RAM 的寫允許信號 (WE)的含義相同。 R/W(讀 /寫輸入 )： R/W管腳也有兩種操作模式。 DS(數(shù)據(jù)選通或讀輸入 )： DS/RD 管 腳有兩種操作模式，取決于 MOT 管腳的電平，當使用MOTOROLA時序時， DS是一正脈沖，出現(xiàn)在總線周期的后段，稱為數(shù)據(jù)選通；在讀周期， DS指示 DS12887驅(qū)動雙向總的時刻，在寫周期， DS的后沿使 DS12887鎖存寫數(shù)據(jù)。 AD0～ AD7(雙向地址 /數(shù) 據(jù)復用線 )：總線接口，可與 MOTOROLA微機系列和 INTEL微機系列接口。 MOT(模式選擇 )： MOT管腳接到 VCC時，選擇 MOTOROLA時序，當接到 GFND時，選擇 INTEL時序。 管腳 功能： GND， VCC：直流電源 +5V 電壓。 (4)12小時或 24小時制， 12小時時鐘模式帶有 PWM和 AM 指導，有夏令時功能。 (2)計秒、分、時、天、星期、日、月、年，并有閏年補償功能。 DS12887芯片具有微 功 耗、外圍接口簡單、精度高、工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點，可廣泛用于各種需要較高精度的實時時鐘場合中。沒有調(diào)整時， ADC 0809的這個電壓在士 1/2LSB范圍內(nèi)，在大多數(shù)情況下，在引腳 15上加上 1kΩ 的電位器可實現(xiàn)這個調(diào)整。在引腳 5和地之間接一475Ω 電阻是實現(xiàn)零點調(diào)整的最 好近似。 GND：電源地 零點調(diào)整：這是當輸入電壓是 1 / 2LSB （滿量程 時為 20mV ) ，輸出從 11111111 變?yōu)? 11111110 。取決于被轉(zhuǎn)換的模擬電壓范圍，通常 VR+ = ?5V DC， VR = 0V DC。當脈沖頻率為 640kHz時， A/D轉(zhuǎn)換時間為 100?s。由于有三態(tài)輸出鎖存，可與主機數(shù)據(jù)總線 直接相連。 D0～ D7： 8 位數(shù)字量輸出。 OE：輸出允許信號，輸入，高電平有效。上升沿時將轉(zhuǎn)換器內(nèi)部清零，下降沿時啟動 A/D轉(zhuǎn)換。上升沿時鎖存 3位通道選擇信號。允許 8路模擬量分時輸入，共用一個 A/D轉(zhuǎn)換器。這些特點使該器件非常適合于從過程和機器控制到消耗裝置及自動化的應用。鎖存及譯碼的多路地址輸人和鎖 存的 TTL 三態(tài)輸出使該器件易于和微處理器接口。該轉(zhuǎn)換器的主要特點是：具有一高阻抗斬波穩(wěn)定比較器，帶有模擬開關(guān)樹的 256R 分壓器、以及一逐位逼近寄存器， 8個通道的模擬開關(guān)可以直接訪問 8個單端信號中的任何一個。正常工作時 Vss引腳接地。正常工作 時 Vcc引腳接 +5V電源電壓。對于 EPROM 型單片機，在對片內(nèi) EPROM編程時， Vpp引腳輸入21V的編程電源電壓。當 EA =“ 1”時選擇訪問單片機內(nèi)部的程序存儲器；當 EA =“ 0”時選擇訪問外部的程序存儲器。 EA ：內(nèi)、外程序存儲器選擇信號。 RD 、 WR 是用于讀 /寫數(shù)據(jù)存儲器的，而 PSEN 是用于讀程序代碼的，他在應用系統(tǒng)中接程序存儲器的讀控制端。 PSEN ：外部程序存儲器讀寫信號，輸出，低電平有效。 PROG：片內(nèi)程序存儲器編程脈沖，輸入。在每一個機器周期（ MOVX指令除外）出現(xiàn)兩個 ALE正脈沖，當 ALE為高電平時，地址鎖存的輸出隨輸入變化（這時 P0口輸出的是低 8 位地址信息）；當 ALE有高電平變成低電平時，鎖存器將地址鎖定，即輸出不再隨輸入變化（ P0口可傳送數(shù)據(jù)信息）。 ALE：地址鎖存信號，輸出。兩引腳連接于單片機內(nèi)部的一個高增益反向放大器，用于與外部振蕩源一起構(gòu)成振蕩電路。當 Vcc恢復時，備用電源仍然保持一定時間，以便完成復位操作，然后重新開始工作。在振蕩信號正常運行情況下，只要 RST引腳保持兩個機器周期以上時間的高電平，系統(tǒng)復位。 ~： P3口是帶內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口，它是雙功能 I/O端口。 ~： P2口是帶內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口。 9 ~： P1口是帶內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口，它是通用 I/O端口。 管腳功能： ~： P0口是一個漏極開路型準雙向 I/O口。因此，這個系列成為主流單片機。 功能強大的芯片可以代替若干普通芯片，隨著生產(chǎn)工藝的提高，新型芯片的價格不斷下降，體積不斷縮小，具有很高的性價比，是硬件設(shè)計的首選。 主要芯片介紹 在系統(tǒng)設(shè)計中，硬件系統(tǒng)設(shè)計和軟件系統(tǒng)設(shè)計兩者相互滲透，不可分離。 8 第 3 章 單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件設(shè)計 在整個系統(tǒng)中硬件是基礎(chǔ)，也是系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)，硬件系統(tǒng)的建立才使系統(tǒng)有運算的可能，硬件的參數(shù)決定了系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)。如果被測量處于動態(tài)變化中，用一般的顯示儀表讀數(shù)就十分困難，這時可將輸出信號送給計算機進行圖像顯示或送至記錄儀 ，從而描繪出被測量隨時間變化的曲線，并以之作為檢測結(jié)果，供分析使用。這類檢測儀器還可附加打印機，打印記錄測量數(shù)值，并易于計算機聯(lián)機，使數(shù)據(jù)處理更加方便。但這種顯示方式的精度受標尺最小分度限制，而且讀數(shù)時易引入主觀誤差。目前常用的顯示方式有模擬顯示、數(shù)字顯示、圖像顯示三種方式。 測量的目的是使人們了解被測量的數(shù)值，所以必須有顯示裝置。 為了讓系統(tǒng)便于操作，按照需要和設(shè)定模式進行運行，那就需要人機交互裝置 —— 鍵盤。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)與機器時間是一一對應的，一個數(shù)據(jù)唯一的對應一個數(shù)據(jù)，這就方便了數(shù)據(jù)查詢和顯示。單片機控制整個計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的正常工作，并且把 A/D 轉(zhuǎn)換器輸出的結(jié)果讀入到內(nèi)存，進行必要的數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)處理。本系統(tǒng)采用的 ADC0809 采用的是逐次逼近式，此種轉(zhuǎn)換器采用一種極有效的方案來改變比較器的參考輸入，從而只需要 n個時鐘周期就能完成 n位轉(zhuǎn)換。模擬輸入信號的采樣脈沖應做得很窄，以便在采樣脈沖空余時間可以進行多路復用。 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的任務在于把一個未知的連續(xù)的模擬輸入信號（通常為電壓）轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，即微型計算機能接受的二進制數(shù)。 A/D 轉(zhuǎn)換器將結(jié)果輸出給計算機，有的采用并行碼輸出，有的則采用串行碼輸出。因此 A/D 轉(zhuǎn)換器的種類也比較多。 采樣保持電路輸出的信號送至 A/D 轉(zhuǎn)換器， A/D 轉(zhuǎn)換器是模擬輸入通道的關(guān)鍵電路。這樣S/H A/D 單 片 機 存儲 查詢打印 顯示 數(shù)據(jù)通信 7 就可以把許多采集的樣本合成一個采樣密度較高的波形。 （ 2）“等效時間采樣”技術(shù)要求信號波形是可以重復產(chǎn)生的。這種方法不論被測信號頻率如何，一個信號周期內(nèi)均勻采樣的點總數(shù)為 N 個。實際測量時信號往往會混入各種噪聲，諧波成分豐富，頻帶很寬，智能儀表的采樣速度很難達到采樣定理的要求，這時就應在 A / D 轉(zhuǎn)換 之前加入抗混疊模擬濾波器，濾掉多余的高頻分量。為了不丟失被采樣信號所攜帶的信息，實時采樣的采樣頻率應滿足采樣定理（香農(nóng)定理）的要求，當采樣頻率不滿足采樣定理時將產(chǎn)生信號混疊現(xiàn)象，使采樣后波形中增加了額外的低頻成分．造成失真，引起誤差。 數(shù)據(jù)采集的采樣方式有兩種選擇：一為“實時采樣”；一為“等效時間采樣”。 數(shù)據(jù)處理部分 從傳感器采集來的數(shù)據(jù)經(jīng)過信號調(diào)理電路，信號做好了模數(shù)轉(zhuǎn)換的準備。模擬開關(guān)也可以根據(jù)需要安排在放大器之前，但當輸入的信號電平較低時，需注意選擇多路模擬開關(guān)的類型；若選用繼承電路的模擬多路開關(guān)，由于它比干簧和繼電器組成的多路模擬開關(guān)導通電阻大、泄露電流大，因而有較大的誤差 產(chǎn)生。但當分時通道較多時，必須注意泄露及邏輯安排等問題，當信號頻率較高時，使用多路開關(guān)后，對A/D轉(zhuǎn)換速率要求也隨之上升。因此，在多路模擬開關(guān)后的單元電路，如采樣 /保持電路、模 /數(shù)轉(zhuǎn)換電路以及處理電路等，只需要一套即可，這樣可以節(jié)省成本和體積，但這僅 適用于物理量變化比較緩慢、變化周期在數(shù)十至數(shù)百毫秒之間的情況下。 （ 4）在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，往往要對多個物理量進行采集，即所謂多路巡回檢測，這可以通過多傳感器 前置放大 濾波器 多 路 模 擬 開 關(guān) 傳感器 前置放大 濾波器 傳感器 前置放大 濾波器 . . . . . . . . . 6 路模擬開關(guān)來實現(xiàn)，這樣可以簡化設(shè)計，降低成本。 （ 3） 傳感器以及后續(xù)處理電路中的器件常會產(chǎn)生噪聲，人為的發(fā)射源也可以通過各種耦合渠道使信號通道感染