【正文】 電源 25m 處正常工作。高輸出阻抗又能極好的消除電源電壓漂移和紋波的影響，電源由 5V 變到 10V 時(shí)，最大只有 1181。A的電流變化，相等于 1176。 C的等效誤差。輸出特性也使得 AD590 易于老化，可以使 CMOS 多路轉(zhuǎn)換器來開關(guān)期間的輸出電流或用邏輯門的輸出作為器件的工作電源來切換。還要指出的是， AD590 能經(jīng)受高至 44V 的正向電壓和 20V的反向電壓，因而不規(guī)則的電源變化或管腳反接也不會(huì)損壞器件。 如圖 34 傳感器的接口電路 接口電路就是將傳感器與后續(xù)有關(guān)電路相聯(lián)系，構(gòu)成實(shí)用傳感器系統(tǒng)。這種接 口有兩種，即硬件接口和軟件接口。所謂軟件接口就是不管傳感器與微型計(jì)算機(jī)連接方式如何，要在 CPU 控制下用相應(yīng)程序取自傳感器的數(shù)據(jù)存入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。所謂硬件接口，就是考慮傳感器與計(jì)算機(jī)連接采用何種電路，通過什么樣輸入口，獲得期望的精度與響應(yīng)特性。 接口設(shè)計(jì)是應(yīng)考慮以下兩個(gè)問題，其一是傳感器的輸出與計(jì)算機(jī)輸入的匹配。傳感器的輸出信號(hào)有三種形式，即數(shù)字開關(guān)量、數(shù)字脈沖列和模擬信號(hào)，相應(yīng)有三接口，如圖 35所示。 16 (c) 圖 35 如圖 35（ a）為微動(dòng)開關(guān)與光電開關(guān)等傳感器輸出的數(shù)字開關(guān)量。因微動(dòng)開關(guān)有抖動(dòng)，在與計(jì)算機(jī)連接時(shí)必須接入如圖 36 所示。的消除抖動(dòng)電路。 圖 36 消除抖動(dòng)電路 數(shù)字開光量有兩種輸出類型，電壓輸出型和觸點(diǎn)輸出型，傳感器與控制裝置連接有多種形式，一般有傳感器輸出 0V 或 5V電壓信號(hào)可以直接與控制裝置連 17 接。但對(duì)于程序控制器，多半采用觸點(diǎn)輸出形式。而電壓 輸出型傳感器要采用晶體管作為無觸點(diǎn)作用連接。 如圖（ b）所示的數(shù)字脈沖列信號(hào)，一般是用計(jì)數(shù)電路進(jìn)行計(jì)數(shù)，然后送入計(jì)算機(jī)。而（ c）所示傳感器輸出為模擬信號(hào)，對(duì)模擬信號(hào)處理最為復(fù)雜。首先要把模擬信號(hào)變?yōu)檫m合 A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模 /數(shù)轉(zhuǎn)換。雖進(jìn)行了預(yù)處理但還要放大、分壓、濾波、取樣保持和加減運(yùn)算等，這一般采用運(yùn)算放大器電路來實(shí)現(xiàn)，如圖37 所示，下一章節(jié)將具體介紹。 輸出 =輸入（ 1+12RR ） 輸出 =輸入211RR R? 圖 37 放大與分壓電路 其二是器件的選用。分立元件、組件和大規(guī)模集成塊都可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的接口功能。但要兼顧成本、時(shí)間和技術(shù)力量選擇合適的器件。接口的具體實(shí)現(xiàn)可采用硬件或軟件，對(duì)于硬件接口主要考慮 A/D 轉(zhuǎn)換器與計(jì)算機(jī)連接基本方式。首先經(jīng)過預(yù)處理，把傳感器輸出為 0~5V的電壓信號(hào)，再經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換為 8 為數(shù)字信號(hào)。一般是計(jì)算機(jī)發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)，啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換味為數(shù)字信號(hào)。一般是計(jì)算機(jī)發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)，啟動(dòng) A/D 開始轉(zhuǎn)換，并用狀態(tài)標(biāo)志位來檢測(cè)轉(zhuǎn)換的結(jié)束，若轉(zhuǎn)換期 18 間狀態(tài)標(biāo)志位呈現(xiàn)低電平，一 旦轉(zhuǎn)換完成，狀態(tài)標(biāo)志位便呈現(xiàn)高電平，計(jì)算機(jī)的CPU通過各種方法檢測(cè)到這個(gè)狀態(tài)位的高電平的出現(xiàn)，并把數(shù)據(jù)取走。 A/D 轉(zhuǎn)換器的重要之處是轉(zhuǎn)換速度與分辨率。但還要考慮傳感器的響應(yīng)、預(yù)處理電路特性和微處理機(jī)速度等。 消除噪聲的方法有，傳感器與預(yù)處理放大電路接線要盡量短；傳感器信號(hào)界限要采用屏蔽線，外皮接地；放大電路的輸入與輸出之間盡量遠(yuǎn)離；放大電路增益不要太高，以免產(chǎn)生振蕩；放大電路與傳感器遠(yuǎn)離，以免產(chǎn)生強(qiáng)電場(chǎng)、磁場(chǎng)的干擾等。 軟件接口是通過編程來實(shí)現(xiàn)。 CPU 通過 A/D 采集模擬數(shù)據(jù)方法大致有定時(shí)詢問，即定時(shí)查詢標(biāo) 志位，轉(zhuǎn)換結(jié)束取走數(shù)據(jù)；延時(shí)等待，即 CPU 發(fā)出啟動(dòng)轉(zhuǎn)換指令后，延時(shí)一段時(shí)間，轉(zhuǎn)換結(jié)束后取走數(shù)據(jù)；中斷技術(shù)，即采用中斷方式取走數(shù)據(jù)等。消除開關(guān)量抖動(dòng)的軟件方式是在檢測(cè)到開關(guān)狀態(tài)發(fā)生變換時(shí)，進(jìn)行一段的程序延遲，以避開開關(guān)抖動(dòng)所造成的狀態(tài)不穩(wěn)時(shí)間。 A/D 轉(zhuǎn)換的程序?qū)嵗缦拢? START： LD A， 00H OUT （ 00H）， A LD A， 01H OUT （ 00H）， A INPUT： IN A，（ 02） H ANI 01H JP NZ， INPUT IN A，（ 01H） 19 第四章 傳感器的放大電路 集成電路是利用各種不同的加工工藝，在一塊連續(xù)的襯底材料上同時(shí)做出大量的三極管、二極管和電阻等電路元件，并把他們互連而成。這些元件尺寸極小、元件密度高、引線短，使得外部接線大為減少，從而提高了電子設(shè)備的可靠性與靈活性，降低了成本，使電子設(shè)備的裝配大為減化，為電子技術(shù)的應(yīng)用開辟了一個(gè)嶄新的時(shí)代。 集成運(yùn)算放大器就是其中之一，它是一個(gè)具有高放大倍數(shù)的直接耦合放大器。它首先被應(yīng)用于模擬計(jì)算機(jī)的數(shù)值運(yùn)算，所以稱之為運(yùn)算放大器 。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)算放大器的應(yīng)用早已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出數(shù)值運(yùn)算的范疇，作為一種放大器件，它廣泛應(yīng)用在測(cè)量、控制、通信、信號(hào)變換等各個(gè)方面。因此，集成運(yùn)算放大器已成為模擬電路中的一個(gè)基本單元電路?？梢赃@么說，凡需要電壓放大的場(chǎng)合，都會(huì)首先考慮采用運(yùn)算放大器。 集成運(yùn)算放大器的種類繁多，內(nèi)部電路各不相同，但原則上它們都是由輸入級(jí)、中間放大級(jí)、低阻輸出級(jí)偏置電路組成，其構(gòu)成框圖如圖 41（ a）所示。輸入級(jí)有 ?U 和 ?U 兩個(gè)輸入端。當(dāng)在 ?U 端輸入 iU 時(shí)，輸出信號(hào) 0U 與 iU 的極性相同，故稱 ?U 端為同相端；當(dāng)在 ?U 端輸入 iU 時(shí)，輸出信號(hào) 0U 與 iU 的極性相反，故稱?U 端為反相輸入端。圖 41（ b）為集成運(yùn)算放大器的電路符號(hào)。 （ a）電路框圖 20 （ b）符號(hào) 圖 41 集成運(yùn)算放大器內(nèi)部電路框圖 差動(dòng)放大電路 如果將輸入信號(hào)同時(shí)加到運(yùn)算放大器的同相端和反相輸入端，便構(gòu)成了差動(dòng)放大電路，如圖 42 所示。 圖 42 差動(dòng)放大電路 下面討論差動(dòng)放大電路輸入與輸出之間的關(guān)系。 首先假設(shè)同相輸入端對(duì)地短接，顯然電路變成了反相放大器。如果再假設(shè) 1U和 2U 同時(shí)輸入，其輸出電壓 0U 應(yīng)是 1U 和 2U 共同作用的結(jié)果，即 232 31110 ))(1( URR RR RURRU ff ????? 上式右邊第一項(xiàng)代表反向放大器的輸出，而第二項(xiàng)代 表同相放大器的輸出。若令3RRf ? ， 21 RR? 則 )( 1210 UURRU f ?? 上式是差動(dòng)放大電路的常用公式，起輸出增益取決于 1/RRf 21 上式說明在四個(gè)電阻值相等的條件下，差動(dòng)放大電路成為了一個(gè)減法器，其輸出為兩個(gè)輸入信號(hào)直接相減。 這種差動(dòng)放大電路在測(cè)量?jī)x器及儀表中應(yīng)用很廣泛。 儀表放大電路 圖 43 的儀表放大器是由三個(gè)運(yùn)算放大器組成的差動(dòng)放大器，由于它主要用于測(cè)量?jī)x 表中，所以稱為儀表放大器。目前儀表放大器已實(shí)現(xiàn)集成化，即將三個(gè)運(yùn)算放大器集成在一個(gè)硅片上，形成了一種專用的高精密度儀表放大器，像美國(guó)生產(chǎn)的 INA101 就是這種集成電路。 在圖 43中， 1A 和 2A 都為同相放大器， 3A 為差動(dòng)放大器，它把 1A 和 2A 的差動(dòng)輸出變成單端輸出。通常 3A 組成減法器，即 6543 RRRR ??? 。當(dāng) 21 RR? 時(shí)放大器的增益為 1+2（ RPR/1 ），調(diào)節(jié)電位器 RP，便可改變?cè)鲆娴拇笮　? 圖 43 儀表放大器電路 儀表放大器特別適合用于弱信號(hào)的放大，因此它常用作傳感信號(hào)的放大，如熱敏電阻傳感信號(hào)、應(yīng)變式傳感信號(hào)、遠(yuǎn)距離傳感信號(hào)等。因此，它在各種測(cè)量?jī)x器 、儀表和醫(yī)療儀器等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 22 第五章 ADC0809 芯片簡(jiǎn)介及接口 ADC0809 芯片簡(jiǎn)介 常用的集成 A/D 轉(zhuǎn)換器有 8位、 10 位、 12位、 16 位等，每種又可分為不同的型號(hào)。下面以 ADC0809 為例介紹集成 A/D 轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外部特性。 ADC0809 是 CMOS 的 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，采用逐次逼近式進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。芯片內(nèi)有一個(gè) 8 路模擬開關(guān)，一個(gè)比較器，一個(gè)帶有樹狀模擬開關(guān)的 256R 分壓器和一個(gè)逐次逼近的寄存器等等，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 51所示。 圖 51 ADC0809 內(nèi)部邏輯框圖 圖中 8路模擬開關(guān)用于選通 8 個(gè)模擬通道，允許 8路模擬量分時(shí)輸入，并公用一個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 IN0－ IN7 為 8 路模擬量輸入端，模擬量輸入電壓的范圍是 0－ 5V，對(duì)應(yīng)的數(shù)字量為 00H－ FFH，轉(zhuǎn)換時(shí)間為 100μs 。 ADDA、 ADDB、ADDC 為通道地址線，用于選擇通道。 ALE 是通道地址鎖存信號(hào)，其上升沿時(shí)，把ADDA、 ADDB、 ADDC地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。 VREF(+)、 VREF(－ )接基準(zhǔn)電源，在精度要求不太高的情況下，供電電源就可用作基準(zhǔn)電源。 START 是啟動(dòng)引腳，其上脈沖的下降沿啟動(dòng)一次新的 A/D 轉(zhuǎn)換。 EOC是轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，可用于向單片機(jī)申請(qǐng)中斷或供單片機(jī)查詢。 CLK 是時(shí)鐘端，典型的時(shí)鐘頻率為 640KHZ。 DB0－DB7 是數(shù)字量輸出。 樹狀開關(guān)和 256R 分壓器組成一個(gè)基本 D/A 轉(zhuǎn)換器。當(dāng)給 23 ADC0809 一個(gè)啟動(dòng)信號(hào)（ START）后，通過控制與時(shí)序電路以及逐次逼近寄存器，采用逐步逼近的方式進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。 ADC0809 轉(zhuǎn)換后的數(shù) 字量通過三態(tài)緩沖器輸出，當(dāng)輸出允許 OE=“ 1”時(shí)，打開三態(tài)輸出門輸出數(shù)字量。輸入 ADC0809 的模擬信號(hào)是單極性的（ 0～ +5V）。在實(shí)用中，輸入信號(hào)有時(shí)是雙極性的（ 5V～ +5V），此時(shí)可采用圖 11電路。 ADC0809 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的引腳功能 IN0～ IN7:8路模擬量輸入。 A、 B、 C:3 位地址輸入端的不同組合選擇 ,八路模擬量輸入。 ALE:地址鎖存啟動(dòng)信號(hào)，在 ALE 的上升沿， 將 A、 B、 C上的通道地址鎖存到內(nèi)部的地址 鎖存器。 D0～ D7:八位數(shù)據(jù)輸出線， A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果由 這 8根線 傳送給單片機(jī)。 OE:允許輸出信號(hào)。當(dāng) OE=1 時(shí)，即為高電平， 允許輸出鎖存器輸出數(shù)據(jù)。 圖 52 START:啟動(dòng)信號(hào)輸入端， START 為正脈沖，其上升沿清除 ADC0808 的內(nèi)部的各寄存器，其下降沿啟動(dòng) A/D 開始轉(zhuǎn)換。 EOC:轉(zhuǎn)換完成信號(hào)，當(dāng) EOC 上升為高電平時(shí)，表明內(nèi)部 A/D 轉(zhuǎn)換已完成。 CLK:時(shí)鐘輸入信號(hào)， 0809的時(shí)鐘頻率范圍在 10～ 1200kHz，典型值為 640kHz。 VREF9=0， V REF90：參考電壓輸入端。 VCC： +5V 電源。 GND：地。 A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)參數(shù) （ 1） 分辨率 ： 分辨率是指輸出數(shù)字量變化一個(gè)最小單位 (最低位的變化 )，對(duì)應(yīng)輸入模擬量需要變化的量。 輸出位數(shù)越多，分辨率越高。通常以輸出二進(jìn)制碼的位數(shù)表示分辨率。 （ 2）轉(zhuǎn)換特性： 輸入的是 n 位二進(jìn)制數(shù)字信息 B，輸出的是與輸入數(shù)字量 24 成正比例的電壓或電流。 （ 3）線性度 ：當(dāng)數(shù)字量變化時(shí)， D/A 輸出的電模擬量按比例關(guān)系變化的程度。模擬量輸出偏離理想輸出的最大值稱為線性誤差。 （ 4）精度： 實(shí)際輸出值與理論計(jì)算值之差。這種差值是由轉(zhuǎn)換過程中的各種誤差引起 的，主要指靜態(tài)誤差，它包括以下幾種（ 1）非線性誤差（ 2）比例系數(shù)誤差（ 3）漂移誤差（ 4）轉(zhuǎn)換時(shí)間。 此外，還有輸入低電平、電源電壓范圍、基準(zhǔn)電壓范圍、溫度系數(shù)等參數(shù)。 ADC0809 與單片機(jī)接口 圖 53 ADC0809 與 89C51 單片機(jī)的接口電路圖 A/D 轉(zhuǎn)換電路采用了常用的 8 位 8 通道數(shù)模轉(zhuǎn)換專用芯片 ADC0809，電路如圖 45 所示。溫度、煙霧傳感器的輸出分別接到 ADC0809 的 IN0 和 IN1。ADC0809 的通道選擇地址 A， B， C 分別由 AT89C51 的 P0． 0～ P0． 2 經(jīng)地址鎖存器 74LS373 輸出提供。當(dāng) =0 時(shí)，與寫信號(hào) WR 共同選通 ADC0809。圖中ALE 信號(hào)與 ST 信號(hào)連在一起，在 WR 信 號(hào)的前沿寫入地址信號(hào)，在其后沿啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。例如，輸出地址 7FF8H 可選通通道 IN0，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度傳感器輸出的模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換；輸出地址 7FF9H 可選通通道 IN1，實(shí)現(xiàn)對(duì)煙霧傳感器輸出的模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換。圖中 ADC0809 的轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號(hào) EOC 接到 AT89C51 的 INT1引腳，當(dāng) A/D 轉(zhuǎn)換完成后， EOC 變?yōu)楦唠娖?，表示轉(zhuǎn)換結(jié)束，產(chǎn)生中斷。在中 25 斷服務(wù)程序中，將轉(zhuǎn)換好的數(shù) 據(jù)送到指定的存儲(chǔ)單元。 第六章 AT89C51 單片機(jī)性能介紹 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（ FPEROM— Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。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。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器，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。 主要特性 在眾多的 51系列單片機(jī)中，要算 ATMEL 公司的 AT89C5 AT89S51 更實(shí)用，因他不但和 8051 指令、管腳完全兼容，而且其片內(nèi)的 4K程序存儲(chǔ)器是 FLASH 工藝的，這種工藝的存儲(chǔ)器用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫，一般專為 ATMEL AT89xx 做的 編程器 均帶有這些功能。顯 而易見，這種單片機(jī)對(duì)開發(fā)設(shè)備的要求很低，開發(fā)時(shí)間也大大縮短。寫入單片機(jī)內(nèi)的程序還可以進(jìn)行加密，這又很好地保護(hù)了你的勞動(dòng)成果。再著， AT89C5 AT89S51 目前的售價(jià)比 8031 還低，市場(chǎng)供應(yīng)也很充足。 具體特性如下： 與 MCS51 兼容 ； 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 ； 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) ； 數(shù)據(jù)保 26 留時(shí)間： 10 年 ； 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz； 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 ； 128*8 位內(nèi)部RAM； 32 可編程 I/O； 兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ； 5 個(gè)中斷源 ； 可編程串行通道 ；低功耗的閑置和掉電模式 ； 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 管腳說明 VCC：供電電壓。 GND：接地。 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。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1時(shí)，被定義為高阻輸入