【正文】 轉(zhuǎn)換芯片。這有兩個(gè)方面的好處，一方面使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單明了，另一方面使電容的變化與CAV424芯片輸出的直流電壓成正比，同時(shí)為后繼對信號(hào)處理提供了方便。 CAV424簡介CAV424是一個(gè)多用途的處理各種電容式傳感器信號(hào)的完整的轉(zhuǎn)換接口集成電路。它同時(shí)具有信號(hào)采集(相對電容量變化)、處理和差分電壓輸出的功能，能夠測量出一個(gè)被測電容和參考電容的差值。在相對于參考電容值(10 pF~1nF)5％～100％的范圍內(nèi)，可以檢測0pF一2nF的電容值，且其輸出差分電壓最大可達(dá)士1．4 V；同時(shí)，CAV424還具有內(nèi)置溫度傳感器。 CAV424的檢測原理 1個(gè)通過電容C確定頻率的參考振蕩器驅(qū)動(dòng)2個(gè)構(gòu)造對稱的積分器，并使它們在時(shí)間和相位上同步。這2個(gè)積分器的振幅通過電容C和C確定。這里，C作為參考電容，而C作為被測電容。由于積分器具有很高的共模抑制比和分辨率，所以比較2個(gè)振幅的差值得到的信號(hào)反映出2個(gè)電容C和C的相對變化量。該差分信號(hào)通過1個(gè)二級(jí)低通濾波器轉(zhuǎn)換成直流電壓信號(hào)，并經(jīng)過輸出可調(diào)的差分級(jí)輸出。只要簡單調(diào)整很少的元件，就可以改變低通濾波器的濾波常數(shù)和放大倍數(shù)。參考振蕩器對外接的振蕩器電容C和與它相關(guān)的內(nèi)部寄生電容C、PAR、INT以及外接的寄生電容C、PAR、EXT充電，然后放電。振蕩器的電容近似地取為C=1．6C。參考振蕩器電流I=VM／R。實(shí)測振蕩器的輸出波形，即是任一片CAV424的12腳輸出波形。CAV424應(yīng)用電路原理框圖： 電容式積分器的工作方式與參考振蕩器的工作方式接近，區(qū)別在于前者放電時(shí)間是參考振蕩器的一半，其次前者的放電電壓被鉗制在一個(gè)內(nèi)部固定的電壓VCLAAMP上，實(shí)測2片CAV424的14腳和16腳(電容積分器的輸出電壓)， 兩個(gè)積分器的輸出電壓經(jīng)內(nèi)部信號(hào)調(diào)理后的輸出，在理想狀況下應(yīng)為：VLPOUT=VDIFF+VM （8） 其中差分信號(hào)VDIFF=（1+） (VV) V（9）上式中VM為參考電壓，并取VM=。在被設(shè)計(jì)中，CAV424的參考電容大小取為傳感器沒傾斜是動(dòng)極板與靜極板產(chǎn)生的電容C，這樣就使C和C的開始電容大小相等，同時(shí)CAV424輸出的直流電壓信號(hào)與電容的變化量成正比。假設(shè)此正比系數(shù)為k，電容C和C的相對變化為C= A，則由（9）式得：VDIFF= k（1+） A V （10）式中為傳感器傾斜角度。R和R為外接電阻。在實(shí)際的測量中，傳感器為了減小現(xiàn)場環(huán)境和傳感器內(nèi)部環(huán)境的改變使傳感器的靈敏度下降，傳感器往往被做成差動(dòng)式，故在被設(shè)計(jì)中要用2片CAV424芯片，并接成差動(dòng)式。： 實(shí)際CAV424應(yīng)用電路圖傾角傳感器放在水平位置時(shí)，差動(dòng)電容C10=C20=50pF，所以應(yīng)CAV424的參考電容C11=C21=50pF，振蕩電容C12=C22==80pF，低通濾波電容C13=C14=C23=C24=200C11=10nF，穩(wěn)定參考電壓VM的電容負(fù)載C15=C25=100nF，電流調(diào)整電阻R11=R12=R21=R22=500kΩ。參考振蕩器電流設(shè)定電阻R13=R23=250kΩ。為了調(diào)整VLPOUT，把輸出級(jí)電阻均調(diào)整為100kΩ的電位器。另外，為了提高電路的穩(wěn)定性，在CAV424的引腳4和地之間接了10nF的電容C16和C26。 放大電路的設(shè)計(jì)運(yùn)放電路用來合成和放大2片CAV424輸出的電壓信號(hào)，使其轉(zhuǎn)換為易被單片機(jī)處理的O～5V直流電壓。若按一般設(shè)計(jì)原則，這里應(yīng)選用儀用放大器；但考慮到儀用放大器成本較高，而且由于前級(jí)使用了兩片CAV424，其輸出電壓已經(jīng)較高，所以這里選用了性價(jià)比較高的四運(yùn)放TL084作為信號(hào)調(diào)理電路。實(shí)驗(yàn)表明其精度完全達(dá)到了預(yù)定的設(shè)計(jì)要求?？紤]到后級(jí)電路的簡易性，這里采用兩級(jí)運(yùn)放。第一級(jí)用兩片CAV424的VLPOUT分別作為運(yùn)放的正反相輸入，使傾角傳感器在177。15176。變化時(shí)，V輸出為177。，用2片CV424的任一V端作為第二級(jí)運(yùn)放的同相輸入端，使V輸出電壓為0～5V。然后，再把此信號(hào)作為單片機(jī)的模擬輸入信號(hào)，： 實(shí)際運(yùn)算放大電路這里，選取R1=R2=R3=R4=R5=Rf2=10kΩ，Rf1=Rp1=100kΩ，則U =R/R (VlpoutlVlpout2) （11）U=VU（13）把式(1)代入式(2)，可得U= V+ R／R (Vlpout1Vlpout2)；由（10）、 (11)、(12)可知：U= V+ k（1+） A V（13）所以在電路中可以通過調(diào)整R和R，使傾角傳感器在177。15176。內(nèi)變化時(shí)，U在0～5V內(nèi)變化。 采用ADC0809芯片做A/D轉(zhuǎn)換ADC0809芯片簡介 8路模擬信號(hào)的分時(shí)采集，片內(nèi)有8路模擬選通開關(guān)，以及相應(yīng)的通道抵制鎖存用譯碼電路，其轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μs左右。一、ADC0809的主要性能： 　　(1) 8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，所有引腳的邏輯電平與TTL電平兼容。 　　(2) 帶有鎖存功能的8路模擬量轉(zhuǎn)換開關(guān)，可對8路0～5V模擬量進(jìn)行分時(shí)切換。 　　(3) 輸出具有三態(tài)鎖存功能。 　　(4) 分辨率：8位，轉(zhuǎn)換時(shí)間：100μs。 　　(5) 不可調(diào)誤差：177。1LBS，功耗：15mW。 　　(6) 工作電壓：+5V，參考電壓標(biāo)準(zhǔn)值+5V。 　　(7) 片內(nèi)無時(shí)鐘，一般需外加640KHz以下且不低于100KHz的時(shí)鐘信號(hào)。 　二、ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)： ADC0809是CMOS的8位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，采用逐次逼近原理進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，芯片內(nèi)有模擬多路轉(zhuǎn)換開關(guān)和A/D轉(zhuǎn)換兩大部分，可對8路0～5V的輸入模擬電壓信號(hào)分時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。模擬多路開關(guān)由8路模擬開關(guān)和3位地址鎖存譯碼器組成，可選通8路模擬輸入中的任何一路，地址鎖存信號(hào)ALE將3位地址信號(hào)ADDA、ADDB、ADDC進(jìn)行鎖存，然后由譯碼電路選通其中的一路，被選中的通道進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換部分包括比較器、逐次逼近寄存器（SAR）、256R電阻網(wǎng)絡(luò)、樹狀電子開關(guān)、控制與時(shí)序電路等。另外ADC0809輸出具有TTL三態(tài)鎖存緩沖器，可直接連到CPU數(shù)據(jù)總線上。 三、ADC0809的多路轉(zhuǎn)換： 在實(shí)時(shí)控制與實(shí)時(shí)檢測系統(tǒng)中，被控制與被測量的電路往往是幾路或幾十路，對這些電路的參數(shù)進(jìn)行模/數(shù)、數(shù)/模轉(zhuǎn)換時(shí)，常采用公共的模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路。因此，對各路進(jìn)行轉(zhuǎn)換是分時(shí)進(jìn)行的。此時(shí)，必須輪流切換各被測電路與模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路之間的通道，以達(dá)到分時(shí)切換的功能。 四、ADC0809轉(zhuǎn)換時(shí)序：首先輸入地址選擇信號(hào)，在ALE信號(hào)作用下，地址信號(hào)被鎖存，產(chǎn)生譯碼信號(hào)，選中一路模擬量輸入。然后輸入啟動(dòng)轉(zhuǎn)換控制信號(hào)START（不小于100ns ），啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換結(jié)束，數(shù)據(jù)送三態(tài)門鎖存，同時(shí)發(fā)出EOC信號(hào)，在允許輸出信號(hào)控制下，再將轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出到外部數(shù)據(jù)總線。五、ADC0809與單片機(jī)接口電路 MCS51與ADC0809接口電路 如圖9所示，模擬通道信號(hào)選擇A、B、。 控制，則8路模擬通道的控制地址為0FEF8H~0FEFFH。此外，通道地址選擇以作為選通信號(hào)。A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)送入單片機(jī)，在這過程中關(guān)鍵問題是如何確定A/D轉(zhuǎn)換完成，因?yàn)橹挥写_定后才能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。判斷A/D是否完成主要有三種方法：定時(shí)傳輸方式、中斷式、查詢方式。在本設(shè)計(jì)中我選擇了延時(shí)（定時(shí)）方式進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，這樣選擇主要是讓單片機(jī)節(jié)約時(shí)間及處理更多的數(shù)據(jù)。 AT89C51芯片AT89C51是一個(gè)低電壓，高性能CMOS 的8位單片機(jī)帶有4K字節(jié)的可反復(fù)擦寫的程序存儲(chǔ)器（PENROM）。和128字節(jié)的存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），這種器件采用ATMEL公司的高密度、不容易丟失存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，并且能夠與MCS51系列的單片機(jī)兼容。片內(nèi)含有8位中央處理器和閃爍存儲(chǔ)單元，有較強(qiáng)的功能的AT89C51單片機(jī)能夠被應(yīng)用到控制領(lǐng)域中。AT89C51提供以下的功能標(biāo)準(zhǔn)：4K字節(jié)閃爍存儲(chǔ)器，128字節(jié)隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，32個(gè)I/O口，2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，1個(gè)5向量兩級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，1個(gè)串行通信口，片內(nèi)震蕩器和時(shí)鐘電路。另外，AT89C51還可以進(jìn)行50HZ的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件的節(jié)電模式。閑散方式停止中央處理器的工作，能夠允許隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的內(nèi)容，但震蕩器停止工作并禁止其它所有部件的工作直到下一個(gè)復(fù)位。AT89C51的復(fù)位電路： RC復(fù)位電路 顯示電路在本設(shè)計(jì)中采用串行靜態(tài)顯示，硬件接口如圖11: 串行3位顯示硬件電路 軟件設(shè)計(jì) 軟件主要處理數(shù)據(jù)的A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波、標(biāo)度變換、顯示、懸架控制等的程序。采集數(shù)存于30H~37H；A/D轉(zhuǎn)換數(shù)存于38H~40H；滑動(dòng)濾波占RAM內(nèi)存地址為：41H~49H；標(biāo)度變環(huán)存于50H~57H；顯示存于58H~60H。在本設(shè)計(jì)中，主程序的初始化只對A/D進(jìn)行初始，其它的初始化程序放到相應(yīng)的子程序中。開始初始化程序調(diào)A/D轉(zhuǎn)換子程序調(diào)數(shù)字濾波子程序調(diào)工程量變換子程序調(diào)顯示子程序程序調(diào)懸架控制子程序 主程序流程圖 A/D轉(zhuǎn)換程序由圖9的硬件連接方式得：，在啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換時(shí)。由于ALE與START連在一起，ADC0809在鎖存通道地址的同時(shí)也啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。在讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果時(shí)，用以打開三態(tài)輸出鎖存器。 RET開始初始化啟動(dòng)A/D存儲(chǔ)數(shù)據(jù)在38H延時(shí) 一路A/D轉(zhuǎn)換流程圖程序： ADC0809：MOV R1，30H ；