無(wú)線數(shù)據(jù)采集器

1 無(wú)線數(shù)據(jù)采集器 摘 要 ： 在電子高科技技術(shù)高速發(fā)展的今天，很多電子產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生。 簡(jiǎn)易 數(shù) 字 電 壓 表 是一 種 實(shí) 時(shí) 測(cè)試電 壓變 化 量 的 數(shù) 碼 智 能 產(chǎn) 品 。 該 系統(tǒng)由 AT89C51 單 片 機(jī) 系 統(tǒng) 、 A/D轉(zhuǎn) 換 模 塊 、 LCD 顯示模 塊 、 電 源模 塊 、 量程 選 擇 模 塊組 成 。 該系 統(tǒng) 能 完成 電 壓 量 的 采 集 、 A/D轉(zhuǎn)換 、 自 動(dòng) 量 程 切 換 、 實(shí)時(shí) 顯 示 采 集 到 電壓 量等 功 能 。 該 系 統(tǒng) 成 本 低， 功 能 實(shí) 用 ，性 能可靠 ，使用 方便， 功 耗低，很受市場(chǎng)的歡迎和青睞。 關(guān) 鍵 詞 ： AT89C51 量程控制轉(zhuǎn)換 液晶顯示 A/D轉(zhuǎn) 換 GPRS 1、 引言 在當(dāng)今的數(shù)字時(shí)代，從大到空間雷達(dá)，地球 衛(wèi)星定位系統(tǒng)，移動(dòng)通信，計(jì)算機(jī)，醫(yī)用斷層掃描設(shè)備，小到家用計(jì)算機(jī)，數(shù)碼影像設(shè)備，數(shù)字錄音筆，數(shù)碼微波爐等設(shè)備中，數(shù)字技術(shù)與數(shù)字電路組成的數(shù)字系統(tǒng)已經(jīng)成為這些現(xiàn)代電子系統(tǒng)的重要組成部分。 數(shù)字電壓表正進(jìn)入一個(gè)蓬勃發(fā)展的新時(shí)期，一方面它開拓了電子測(cè)量領(lǐng)域的先河，另一方面它本身正朝著高準(zhǔn)確度、智能化、低成本的方向發(fā)展。此外，數(shù)字電壓表在安裝工藝、外觀設(shè)計(jì)、安全性、可靠性等方面也在不斷改進(jìn)，日臻完善。 社會(huì)科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展，電子技術(shù)日新月異，隨之而來(lái)的電子產(chǎn)品更是如雨后春筍，它們很好的服務(wù)于人們的生活和生產(chǎn)。信息化時(shí)代 人們離不開電子產(chǎn)品，并且對(duì)電子產(chǎn)品的要求也越來(lái)越高。數(shù)字電 壓 表的 應(yīng) 用很 廣 泛，它 在 水 電 行 業(yè) ， 教學(xué)領(lǐng)域以及人 日常 生 活 中 都擁有很廣闊的市場(chǎng) 。 單片微型計(jì)算機(jī)是隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展而誕生的，由于它具有體積小、功能強(qiáng)、性價(jià)比高等特點(diǎn)，把單片機(jī)應(yīng)用于溫度控制中，采用 單片機(jī) 做主控單元，無(wú)觸點(diǎn)控制，可完成對(duì) 電壓 采集和控制的要求。所以廣泛應(yīng)用于 電子 儀表、家用電器、節(jié)能裝置、機(jī)器人、工業(yè)控制等諸多領(lǐng)域，使產(chǎn)品小型化、智能化，既提高了產(chǎn)品的功能和質(zhì)量，又降低了成本，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)就是采集傳感器輸出的模擬信號(hào)并轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，然后送入計(jì)算機(jī)，根據(jù)不同的需要由計(jì)算機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算和處理，得出所需的數(shù)據(jù)。與此同時(shí)，將計(jì)算得到的數(shù)根進(jìn)行顯示，以便文現(xiàn)對(duì)某些物理量的監(jiān)視。由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的任務(wù)可以知道，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有以下幾方面的功能 :數(shù)據(jù)采集、模擬信號(hào)處理、數(shù)字信號(hào)處理、開關(guān)信號(hào)處 理、屏幕顯示、人機(jī)聯(lián)系。 數(shù)字電壓表是諸多數(shù)字化儀表的核心與基礎(chǔ)，電壓表的數(shù)字化是將連續(xù)的模擬量，如直流電壓，轉(zhuǎn)換成不連續(xù)的離散的數(shù)字形式，并在液晶顯示器上顯示出來(lái)。這有別于傳統(tǒng)的以指針加刻度盤進(jìn)行讀數(shù)的方法，避免了讀數(shù)的視差和視覺(jué)疲勞。目前數(shù)字萬(wàn)用表的內(nèi)部核心部件是 A/D 轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器的精度很大程度上影響著數(shù)字萬(wàn)用表的準(zhǔn)確度，本文 A/D 轉(zhuǎn)換器采用 ADC0809 對(duì)輸入模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，控制核心 AT89C51 再對(duì)轉(zhuǎn)換的結(jié)果進(jìn)行運(yùn)算和處理，最后驅(qū)動(dòng)輸出裝置顯示數(shù)字電壓信號(hào)。 本論文對(duì) 無(wú)線 數(shù)據(jù)采集器的主控單元進(jìn)行 分析 與構(gòu)建，為數(shù)據(jù)采集器的其它部件設(shè)計(jì)提 供開發(fā)與控制平臺(tái)。主控單元猶如嵌入到自動(dòng) 電壓 測(cè) 量 系統(tǒng)中的微型計(jì)算機(jī)，是整個(gè)采集系統(tǒng)的控制與運(yùn)行核心，其性能的好壞直接決定數(shù)據(jù)采集器功能的多寡和性能的優(yōu)異。隨之后 PC 時(shí)代的到來(lái)， 單片機(jī) 系統(tǒng)已經(jīng)廣泛地滲透到大眾生活，是繼 IT 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之后，又一個(gè)新的技術(shù)發(fā)展方向。 單片機(jī) 系統(tǒng) 是以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟件硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 2、方案論證 2 1、主 控制部分的選擇 2 方案一： AT89C51內(nèi)部含 Flash存儲(chǔ)器 ,因此在系統(tǒng)的開發(fā)過(guò)程中可以十分容易進(jìn)行程序的修改 ,這就大大縮短了系統(tǒng)的開發(fā)周期。同時(shí)，在系統(tǒng)工作過(guò)程中，能有效地保存一些數(shù)據(jù)信息，即使外界電源損壞也不影響到信息的保存。和 80C51插座兼容， AT89C51單片機(jī)的引腳是和 80C51一樣的，所以，當(dāng)用 AT89C51單片機(jī)取代 80C51時(shí)，可以直接進(jìn)行代換。這時(shí)，不管采用 40引腳亦或 44引腳的產(chǎn)品，只要用相同引腳的 89系列單片機(jī)取代 80C51的單片機(jī)即可。 AT89C51單片機(jī)采用靜態(tài)時(shí)鐘方式，所以可以節(jié)省電能，這對(duì)于降低便攜式產(chǎn)品的功耗十分有用。錯(cuò)誤編程 亦無(wú)廢品產(chǎn)生，一般的 OTP產(chǎn)品，一旦錯(cuò)誤編程就成了廢品。而 AT89C51單片機(jī)內(nèi)部采用了 Flash存儲(chǔ)器，所以，錯(cuò)誤編程之后仍可以重新編程，直到正確為止，故不存在廢品?？蛇M(jìn)行反復(fù)系統(tǒng)試驗(yàn)用 AT89C51單片機(jī)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，可以反復(fù)進(jìn)行系統(tǒng)試驗(yàn)；每次試驗(yàn)可以編入不同的程序，這樣可以保證用戶的系統(tǒng)設(shè)計(jì)達(dá)到最優(yōu)。而且隨用戶的需要和發(fā)展，還可以進(jìn)行修改，使系統(tǒng)不斷能追隨用戶的最新要求。 方案二： 應(yīng) 用 ICL7107 集成芯 片 制 作 的方案 。 ICL7107 是一塊應(yīng)用非常廣泛的集成電 路 。 它 包含 3 1/2 位數(shù)字 A/D 轉(zhuǎn) 換 器 ， 可直 接驅(qū)動(dòng) LED 數(shù) 碼 管 ， 內(nèi)部 設(shè) 有 參 考 電 壓 、 獨(dú)立模 擬 開 關(guān) 、 邏輯 控 制 、 顯示 驅(qū) 動(dòng) 、 自動(dòng) 調(diào) 零 功 能 等 。 ICL7107 是 一 種 制 作 數(shù) 字 電 壓 表典 型 的 應(yīng) 用 電 路 。 由于 該 集 成 芯 片 在 使 用 上 有 一 定 的 局 限 性 ， 不可 編 程 故 不 能 實(shí) 現(xiàn) 功 能拓 展 ， 無(wú) 法 滿 足 作 品 的 設(shè) 計(jì) 要 求。 綜 合 以 上二種 方 案 分 析 ，采用 AT89C51作 為 主 控 制 系 統(tǒng) ， 其性價(jià)比最高。 2.2、 顯示器的選擇 方案一：采用 LED 數(shù)碼管顯示。采用 ZLG7289 接口接 LED 顯示更方便、可靠，但是設(shè)計(jì)要求能顯示輸出信號(hào)的類型、測(cè)量值，這樣用 LED 顯示就顯得不是那么直觀，不 具有現(xiàn)實(shí)應(yīng)用儀表的那種人性化界面，而且 LED 數(shù)碼管功耗較大，不符合儀器儀表節(jié)能的要求。 方案二：采用 LCD 顯示。即液晶顯示器，是一種數(shù)字顯示技術(shù)，可以通過(guò)液晶和彩色過(guò)濾器過(guò)濾光源，在平面面板上產(chǎn)生圖象。對(duì)于相同尺寸的顯示器來(lái)說(shuō)，液晶顯示器的可視面積要更大一些，而且液晶顯示器更容易在小面積屏幕上實(shí)現(xiàn)高分辨率，液晶顯示器通過(guò)顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來(lái)達(dá)到顯示目的，即使屏幕加大，它的體積也不會(huì)成正比的增加，而且在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。 LCD 占用空間小，低功耗，低輻射，無(wú)閃爍，應(yīng)用范圍廣， 畫面效果好，顯示質(zhì)量高，降低視覺(jué)疲勞，而且液晶顯示器都是數(shù)字式的接口，體積小，應(yīng)用方便，顯示內(nèi)容的范圍廣，完全可以滿足我們?nèi)诵曰缑骘@示的要求，而且有很大的發(fā)揮余地。 綜合考慮兩種方案，方案二結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，更符合儀器制作的要求，使用非常的方便，所以采用方案二。 2.3、直流穩(wěn)壓源的選擇 方案一：采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。其具有穩(wěn)壓性能好，輸出紋波電壓小，成本低等優(yōu)點(diǎn)，并且其性能安全可靠，維護(hù)簡(jiǎn)單，適用于小功率電源中，當(dāng)前正被廣泛采用。 方案二：采用開關(guān)型穩(wěn)壓電源。開關(guān)電源是通過(guò)改變開關(guān)調(diào)整管的導(dǎo)通時(shí)間與導(dǎo)通截止變化周 期的比值來(lái)調(diào)整輸出電壓的，具有效率高、體積小、重量輕的優(yōu)點(diǎn)。在但在實(shí)際應(yīng)用中也還存在一些問(wèn)題，不能十分令人滿意。這暴露出開關(guān)穩(wěn)壓電源的又一個(gè)缺點(diǎn)，那就是電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障率高，維修麻煩。對(duì)此，如果設(shè)計(jì)者和制造者不予以充分重視，則它將直接影響到開關(guān)穩(wěn)壓電源的推廣應(yīng)用。當(dāng)今，開關(guān)穩(wěn)壓電源推廣應(yīng)用比較困難的主要原因就是它的制作技術(shù)難度大、維修麻煩和造價(jià)成本較高。 綜上所述，方案一電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，適用于小功率電源中，因此采用方案一。 3 2.4、 按鍵方案的選擇 方案一：采用獨(dú)立式按鍵電路，每個(gè)按鍵單獨(dú)占有一根 I/O 接口線 ,每個(gè) I/O 口的工作狀態(tài)互不影響，此類鍵盤采用端口直接掃描方式。優(yōu)點(diǎn)為電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，且編程極其容易，缺點(diǎn)為當(dāng)按鍵較多時(shí)， I/O 口線浪費(fèi)較大。 方案二：采用矩陣式鍵盤，此類鍵盤采用矩陣式行列掃描方式，缺點(diǎn)為電路復(fù)雜編程難，優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)按鍵較多時(shí)可降低占用單片機(jī)的 I/O 口數(shù)目，節(jié)省硬件資源。 綜合考慮這二種方案及題目要求，故選擇方案一。 2.5、量程轉(zhuǎn)換控制的選擇 方案一 ： CD4051 是單 8 通道數(shù)字控制模擬 電子 開關(guān) ，有三個(gè)二進(jìn)控制輸入端 A、 B、C和 INH 輸入，具有低導(dǎo)通阻抗和很低的截止漏電流。幅值為 4.5 20V 的數(shù)字信號(hào)可控制峰值至 20V 的模擬信號(hào)。 CD4051 相當(dāng)于一個(gè)單刀八擲開關(guān) ， 開關(guān)接通哪一通道，由輸入的 3位地址碼 ABC 來(lái)決定 ， 具有低導(dǎo)通阻抗和很低的截止漏電流。 方案二： CD4052 是一個(gè)差分 4 通道數(shù)字控制模擬開關(guān)，有 A、 B 兩個(gè)二進(jìn)制控制輸入端和 INH 輸入，具有低導(dǎo)通阻抗和很低的截止漏電流。幅值為 4.5 20V 的數(shù)字信號(hào)可控制峰峰值至 20V 的模擬信號(hào)。二位二進(jìn)制輸入信號(hào)選通 4 對(duì)通道中的一通道，可連接該輸入至輸出。 綜合兩種方案考慮，方案一 是單 8 通道數(shù)字控制模擬 電子 開關(guān) ，更加符合本設(shè)計(jì)，故采用方案一。 2.6、 A/D 轉(zhuǎn)換器的選擇 方案一：采用雙積分 A/D 轉(zhuǎn)換器 MC14433，它有多路調(diào)制的 BCD 碼輸出端和超量程輸出端，采用動(dòng)態(tài)掃描顯示，便 于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。但芯片只能完成 A/D 轉(zhuǎn)換功能，要實(shí)現(xiàn)顯示功能還需配合其它驅(qū)動(dòng)芯片等，使得整部分硬件電路板布線復(fù)雜，加重了電路設(shè)計(jì)和 實(shí) 際 焊 接 的 工 作。 方案二：采用 A/D 轉(zhuǎn) 換 芯片 ADC0809。 ADC0809 是一塊 8 路 8 位模數(shù)轉(zhuǎn) 換 芯片，將模擬電路和數(shù)字電路集成在一個(gè)有 28 個(gè)功能端的電路內(nèi)，包含了 A/D 轉(zhuǎn)換 ,邏輯控制 , 譯碼驅(qū)動(dòng)等電路 ， 其轉(zhuǎn)換時(shí)間為 100 S 左右，符合作品 8路采集要求且電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，電 路板 布 線 不 復(fù) 雜 ， 便 于 焊 接 、 調(diào) 試 。 綜 上 所 述， 故采 用 方 案 二。 2.7、無(wú)線通信模塊選擇 方 案一： DTD433M既可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，也適合于點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)而且分散不便于挖溝布線等應(yīng)用場(chǎng)合，不需要編寫程序，不需要布線。 DTD433M不僅能與 PLC、 DCS、智能儀表及傳感器等設(shè)備組成無(wú)線測(cè)控系統(tǒng)，同時(shí)能與組態(tài)軟件、人機(jī)界面、觸摸屏、測(cè)控終端等工控產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)自由協(xié)議、 PPI協(xié)議、 MODBUS協(xié)議的組態(tài)，為工業(yè)測(cè)控領(lǐng)域提供了中短距離無(wú)線通信的低成本解決方案。 方案二： 內(nèi)嵌 TCP/IP協(xié)議的 GPRS模塊 LT8030，在 8位微控制器 AT89C51上實(shí)現(xiàn)了對(duì)LT8030的控制，并實(shí)現(xiàn)了基于 GPRS的 SOCKET通信 功能，具有外圍器件少、電路簡(jiǎn)單、系統(tǒng)成本低等優(yōu)點(diǎn) 。 根據(jù)實(shí)際情況采用方案二。 根據(jù)以上分析，我們確定了本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。它有數(shù)控部分、鍵盤控制和 LCD 顯示模塊、電壓采集部分、 GPRS 部分、 AD轉(zhuǎn)換部分、量程選擇部分以及穩(wěn)壓電源模塊等部分組成。 被測(cè)電壓 輸入電路 A/D 轉(zhuǎn)換器 4 電路中，電壓通過(guò)輸入電路經(jīng)過(guò)量程轉(zhuǎn)換，模擬電壓信號(hào)從 ADC0809 的 IN0（第 26腳）輸入，采用 AT89C51 的 P0 口讀取 A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)， LCD 液晶顯示用動(dòng)態(tài)顯示連接，通過(guò)總線用 P0 口 控制顯示數(shù)據(jù)，用 P1.5、 P1.6、 P1.7 分別作為 LCD 的 E、 R/W、 RS。其中E 是下降沿觸發(fā)的片選信號(hào)， R/W 是讀寫信號(hào)， RS 是寄存器選擇信號(hào) 。 P2.4P2.7 控制一個(gè)四個(gè)按鍵的獨(dú)立鍵盤，而 RXD/P3.0 與 TXD/P3.1 分別接串行通信 MAX232 的 R1OUT與 T1IN，而 R1IN 與 T1OUT 接 GPRS 模塊，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后的電壓信號(hào)通過(guò) GPRS 模塊發(fā)射至PC機(jī)從而實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)。 3、 硬件設(shè)計(jì) 3.3.1、主控制部分： 數(shù)控部分主要由數(shù)字電路組成，它要完成鍵盤控制、液晶顯示控制、量程轉(zhuǎn)換等相應(yīng)功能。 AT89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)包括了時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM62256、地址鎖存器 74LS573 等。系統(tǒng)提供了鍵盤控制電路、液晶顯示模塊、 AD 轉(zhuǎn)換等眾多外圍器件和設(shè)備接口。 在 AT89C51 引腳 X1 和 X2跨接晶振 Y1 和微調(diào)電容 C3、 C2 構(gòu)成了時(shí)鐘電路。默認(rèn)值是 12MHz。系統(tǒng)時(shí)鐘的脈沖有它提供。 系統(tǒng)板采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位方式。上電復(fù)位要求接通電源后，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。手動(dòng)復(fù)位要求在接通電源的條件下，在單片機(jī)運(yùn)行期間，用按鈕開關(guān)操作 使單 片機(jī)復(fù)位，上電自動(dòng)復(fù)位通過(guò)外部復(fù)位電容 C3 充電來(lái)實(shí)現(xiàn)。按鍵手動(dòng)復(fù)位是通過(guò)復(fù)位端經(jīng)復(fù)位電阻和 VCC 接通而實(shí)現(xiàn)的。 系統(tǒng)核心單片機(jī)部分 -閃電存儲(chǔ)器型器件 AT89C51 電源電路 圖 1 主 要 單 元 電 路 的 設(shè) 計(jì) 5 （ 1） 管腳說(shuō)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。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須 被拉高。 P1 口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出4TTL 門電流。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。 P2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2口被寫“ 1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2口當(dāng)用 于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“ 1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3 口： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4個(gè) TTL 門電流。當(dāng) P3口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 在 AT89C51 中， P3 端口還用于一些專 門功能，這些兼用功能見表 1。 端口引腳 兼用功能 P3.0 RXD （串行輸入口） P3.1 TXD （串行輸出口） P3.2 /INT0 （外部中斷 0） P3.3 /INT1 （外部中斷 1） P3.4 T0 （定時(shí)器 0 的外部輸入） P3.5 T1 （定時(shí)器 1 的外部輸入） P3.6 /WR （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） P3.7 /RD （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） 圖 2 AT89C51 引腳圖 表 1 AT89C51 的 P3 端口兼用功能 6 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE才起作用。另外，該引 腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無(wú)效。 /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn) 。 /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1時(shí)， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA 端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 XTAL1： 反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。 （ 2） 振蕩器特性： XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件， XTAL2 應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 （ 3） 芯片擦除： 整個(gè) PEROM 陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過(guò)正確的控制信號(hào)組合，并保持 ALE 管腳處于低電平 10ms 來(lái)完成。在芯片擦操作中， 代碼陣列全被寫“ 1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。 此外， AT89C51 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下， CPU 停止工作。但 RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。 3.2、顯示電路 3.2.1、 LCD-1602 介紹 LCD 顯示器分為字段顯示和字符顯示兩種。其中字段顯示與 LED 顯示相似，只要送對(duì)應(yīng)的信號(hào)到相應(yīng)的管腳就能顯示。字符顯 示是根據(jù)需要顯示基本字符。本設(shè)計(jì)采用的是字符型顯示。 系統(tǒng)中采用 LCD1602 作為顯示器件輸出信息。與傳統(tǒng)的 LED 數(shù)碼管顯示器件相比，液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富等優(yōu)點(diǎn)，而且不需要外加驅(qū)動(dòng)電路，現(xiàn)在液晶顯示模塊已經(jīng)是單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)中最常用的顯示器件了。 LCD1602 可以顯示 2行 16 個(gè)漢字。 7 （ 1） LCD1602 接口 ： 第 1腳： VSS 為電源地。 第 2腳： VCC 接 5V 電源正極。 第 3腳： V0 為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高（對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì) 產(chǎn)生“鬼影 ”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè) 10K 的電位器調(diào)整對(duì)比度）。 第 4腳： RS 為寄存器選擇，高電平 1時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平 0時(shí)選擇指令寄存器。 第 5腳： RW 為讀寫信號(hào)線，高電平 (1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平 (0)時(shí)進(jìn)行寫操作。 第 6 腳： E(或 EN)端為使能 (enable)端 ,高電平（ 1）時(shí)讀取信息，負(fù)跳變時(shí)執(zhí)行指令。 第 7 14 腳： D0 D7為 8 位雙向數(shù)據(jù)端。 第 15 16 腳：空腳或背燈電源。 15腳背光正極， 16 腳背光負(fù)極。 （ 2） 特性： 3.3V 或 5V 工作電壓，對(duì)比度可調(diào)。 內(nèi)含復(fù)位電路。 提供各種控制命令 ,如：清屏、字 符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能。 有 80字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 DDRAM。 內(nèi)建有 192 個(gè) 5X7 點(diǎn)陣的字型的字符發(fā)生器 CGROM。 8個(gè)可由用戶自定義的 5X7 的字符發(fā)生器 CGRAM。 關(guān)于 E=H 脈沖 開始時(shí)初始化 E 為 0，然后置 E 為 1。 （ 3） 字符集 ： 1602 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（ CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了 160 個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫的英文字母“ A”的代碼是 01000001B（ 41H），顯示時(shí)模 塊把地址 41H 中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來(lái)，我們就能看到字母“ A”。 因?yàn)?1602 識(shí)別的是 ASCII 碼，試驗(yàn)可以用 ASCII 碼直接賦值，在單片機(jī)編程中還可以用字符型常量或變量賦值，如 A。 （ 4） LCD1602 自定義顯示字符的方式共四步 ,如下面所示 : 1)設(shè)置向 CGRAM 中存入這個(gè)數(shù)據(jù) .初始地址是 0x40。然后存一位向后加 8,總共能存8位自定義的字符。 2)然后可以把自定義的數(shù)據(jù)送入到 LCD 的 CGRAM 中。 3)向 LCD 寫指令 ,送入需要顯示數(shù)據(jù)的地址。 4)向 LCD 寫指令 ,把顯示的數(shù)據(jù)指向 LCD 的 CGRAM 存 儲(chǔ)的位置，顯示出自定義字符。 （ 5） LCD 有四種基本操作 ， 具體如表所示 。 圖 3 LCD 引腳圖 8 1） 讀狀態(tài)字 ： 執(zhí)行讀狀態(tài)字操作，滿足 RS=0， R/W=1。根據(jù)管腳功能，當(dāng)為有效電平時(shí)，狀態(tài)命令字可從 LCD 模塊傳輸?shù)綌?shù)據(jù)總線。同時(shí)可以保持一段時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)讀狀態(tài)字的功能。 命令字 ： 其主要介紹了指令名稱、控制信號(hào)及控 制代碼。其指令名稱是指要實(shí)現(xiàn)的功能；控制代號(hào)是采用的十六進(jìn)制的數(shù)值表示的。 1.清零操作是指輸入某命令字后即能將整個(gè)屏幕顯示的內(nèi)容全部清除； 2.歸 home 位：將光標(biāo)送到初始位；其中的號(hào)為任意，高低電平均可； 3.輸入方式：設(shè)光標(biāo)移動(dòng)方向并指定整體顯示，是否移動(dòng)。 I/D=0：減量方式， S=1：移位方式， S=0：不移位； 4.顯示狀態(tài)： D 指設(shè)置整體顯示開關(guān)； C指設(shè)置光標(biāo)顯示開關(guān)； B 指設(shè)置光標(biāo)的字符閃耀； 5.光標(biāo)畫面滾動(dòng)： R/L 指右移或左移； S/C 指移動(dòng)總體或光標(biāo)； 6.功能設(shè)置： DL 接口數(shù)位， L 指顯示行數(shù) ， F 顯示字型；如 DL=1： 8位 =0， 4 位 N=1：2行 =0： 1行， G=1： 5 10=0： 5 7(點(diǎn)陣 )； 7.CGRAM 地址設(shè)制：相當(dāng)于一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，可以在其中選擇所需要的符號(hào)； 8.DDRAM 地址設(shè)制：顯示定位； 9.讀 BF 和 AC： B為最高位忙的標(biāo)志， F為標(biāo)志位； 10.寫數(shù)據(jù)：將數(shù)據(jù)按要求寫入到對(duì)應(yīng)的單元； 11.讀數(shù)據(jù)：讀相應(yīng)單元內(nèi)的數(shù)據(jù)； 2）寫命令字 由表可知當(dāng) RS=0， R/W=0 時(shí)，才可以通過(guò)單片機(jī)或用戶指令把數(shù)據(jù)寫到 LCD 模塊，此時(shí)就對(duì) LCD 進(jìn)行調(diào)制?？刹捎貌樵兎绞剑合茸x入狀態(tài)字，再判斷忙標(biāo)志位 ，最后寫命令字。 3）定義光標(biāo)位置 顯示數(shù)據(jù)的某位，就是把顯示數(shù)據(jù)寫在相應(yīng)的 DDRAM 地址中， DDRAM 地址占 7位。光標(biāo)定位，寫入一個(gè)顯示字符后， DDRAM 地址會(huì)自動(dòng)加 1 或減 1，加或減由輸入方式設(shè)置。第 1行 DDRAM 地址與第 2行 DDRAM 地址并不連續(xù)。 4） 指令集 指令碼 功 能 令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 RS R/W 操作 0 0 寫命令操作 (初始化，光標(biāo)定位等 ) 0 1 讀狀態(tài)操作 (讀忙標(biāo)志位 ) 1 0 寫數(shù)據(jù)操作 (要顯示內(nèi)容 ) 1 1 讀數(shù)據(jù)操作 (可以把顯示存儲(chǔ)區(qū)中的數(shù)據(jù)反讀出來(lái) ) 表 2 LCD 四種基本操作 9 清除顯示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 將 DDRAM 填滿 20H,并且設(shè)定 DDRAM 的地址 計(jì)數(shù)器 (AC)到 00H 地址歸位 0 0 0 0 0 0 0 0 1 X 設(shè)定 DDRAM 的地址計(jì)數(shù)器 (AC)到 00H,并且將游標(biāo)移到開頭原點(diǎn)位置 ;這個(gè)指令不改變 DDRAM 的內(nèi)容 顯示狀態(tài)開/關(guān) 0 0 0 0 0 0 1 D C B D=1: 整體顯示 ONC=1: 游標(biāo) ON B=1:游標(biāo)位置反白允許 進(jìn)入點(diǎn)設(shè)定 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 指定在數(shù)據(jù)的讀取與寫入時(shí) ,設(shè)定游標(biāo)的移動(dòng)方向及指定顯示的移位 游標(biāo)或顯示移位控制 0 0 0 0 0 1 S/C R/L X X 設(shè)定 游標(biāo)的移動(dòng)與顯示的移位控制位 ;這個(gè)指令不改變 DDRAM 的內(nèi)容 功能設(shè)定 0 0 0 0 1 DL X RE X X DL=0/1： 4/8位數(shù)據(jù) RE=1: 擴(kuò)充指令操作RE=0: 基本指令操作 設(shè)定 CGRAM地址 0 0 0 1 AC5 AC4 AC3 AC2 AC1 AC0 設(shè)定 CGRAM 地址 設(shè)定 DDRAM地址 0 0 1 0 AC5 AC4 AC3 AC2 AC1 AC0 設(shè)定 DDRAM 地址（顯示位址）第一行： 80H 87H 第二行： 90H 97H 讀取忙標(biāo)志和地址 0 1 BF AC6 AC5 AC4 AC3 AC2 AC1 AC0 讀取忙標(biāo)志 (BF)可以確認(rèn)內(nèi)部動(dòng)作是否完成 ,同時(shí)可以讀出地址計(jì)數(shù)器 (AC)的值 寫數(shù)據(jù)到RAM 1 0 數(shù)據(jù) 將數(shù)據(jù) D7 D0 寫 入 到 內(nèi) 部 的 RAM (DDRAM/CGRAM/IRAM/GRAM) 讀出 RAM 的值 1 1 數(shù)據(jù) 從內(nèi)部 RAM 讀 取 數(shù) 據(jù) D7 D0(DDRAM/CGRAM/IRAM/GRAM) 5） LCD 初始化 從通電開始延時(shí)，先經(jīng)過(guò)判忙后再進(jìn)行功能設(shè)置，過(guò)一段時(shí)間后可以設(shè)制顯示狀態(tài)（如設(shè)制行、位或陣列）再經(jīng)過(guò)延時(shí)清屏后才可以 設(shè)置輸入方式。 表 3 指令集 10 3.2.2、 LCD-1602 與 AT89C51 的接口 如圖所示：用 AT89C51 的 P0口作為數(shù)據(jù)線，用 P1.5、 P1.6、 P1.7 分別作為 LCD 的E、 R/W、 RS。其中 E 是下降沿觸發(fā)的片選信號(hào)， R/W 是讀寫信號(hào)， RS 是寄存器選擇信號(hào) 。 本模塊設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：顯示模塊初始化：首先清屏，再設(shè)置接口數(shù)據(jù)位為 8 位，顯示行數(shù)為 1 行，字型為 5 7點(diǎn)陣，然后設(shè)置為整體顯示，取消光標(biāo)和字體閃爍 ,最后設(shè)置為正向增量方式且不移位。向 LCD 的與顯示緩沖區(qū)中送字符，程序中采用 2個(gè)字符數(shù)組，一個(gè)顯示字符，另一個(gè)顯 示電壓數(shù)據(jù)，要顯示的字符或數(shù)據(jù)被送到相應(yīng)的數(shù)組中，完成后再統(tǒng)一顯示 .首先取一個(gè)要顯示的字符或數(shù)據(jù)送到 LCD 的顯示緩沖區(qū)，程序延時(shí)2.5ms,判斷是否夠顯示的個(gè)數(shù)，不夠則地址加一取下一個(gè)要顯示的字符或數(shù)據(jù)。 8V 到 15V 再經(jīng) RXD 輸出，接收時(shí)由 RXD 輸入，把 -8V 到 -15V 電位轉(zhuǎn)換為 5V， 8V 到15V 轉(zhuǎn)換為 0V。 MAX232 的工作電壓只需 5V，內(nèi)部有振蕩電路產(chǎn)生正負(fù) 9V 電位。 3.3、穩(wěn)壓電源部分 電子系統(tǒng) (如電視接收機(jī)、 VCD 機(jī)、組合音響等 )都要求用穩(wěn)定的直流電源，而日常生活中使用的都是 220V 交流電源， 因此，需將交流電變換成直流電。將交流電壓變換成直流電壓并使之穩(wěn)定的設(shè)備就是直流穩(wěn)壓電源。直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器 、整 流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路組成。其基本原理框圖如下： 穩(wěn)壓電路是直流穩(wěn)壓電源的核心，因?yàn)檎鳛V波后的電壓雖然已是直流電壓，但它還是隨輸入電網(wǎng)的波動(dòng)而變化，是一種電壓值不穩(wěn)定的直流電壓，而且紋波系數(shù)也較大，所以必須加入穩(wěn)壓電路才能輸出穩(wěn)定的直流電壓。最簡(jiǎn)單的穩(wěn)壓電路是由一只電阻和穩(wěn)壓管組成，它適用于電壓值固定不變，而且負(fù)載電流變化 較小的場(chǎng)合 早期的穩(wěn)壓電路電源 變壓器 濾波電路 整流電路 u1 220V uR uf u2 穩(wěn)壓 電路 uo 圖 4 LCD-1602 與 AT89C51 連接 圖 5 穩(wěn)壓電源基本原理框圖 11 常用穩(wěn)壓管和三極管等組成。由于電路不夠簡(jiǎn)單和功能不強(qiáng)等原因，現(xiàn)已使用很少。隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，穩(wěn)壓電路也制成了集成器件，由于集成穩(wěn)壓器具有體積小、成本低 、性能好 、工作可靠性高、外電路簡(jiǎn)單、使用方便、功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)己廣泛應(yīng)用 。本設(shè)計(jì)時(shí)將要求采用集成穩(wěn)壓器進(jìn)行穩(wěn)壓。 供電部分輸入 220V、 50HZ 的交流，輸出全機(jī)所需的四種電壓：、 +5V、 +12V、 -12V。電路原理圖如下圖。 T1T R A N S 5T2C 112200uFC 152200uFC 120.3 3u FC 160.3 3u FC 130.1 uFC 170.1 uFC 14100uFC 18100uFAC1V+2AC3V-4D2AC1V+3AC2V-4D1B R I D G E 1C 212200uFC 220.3 3u FC 230.1 uFC 2447uFV in1GND2+ 5V3U97805V in1GND2+ 12 V3U77812V in2GND1- 12 V3U87912+ 15 V- 15 V+ 5V整流部分主要采用橋式電路，即由四個(gè)二極管交叉而成 ，其原理就是保證變壓器副邊電壓到的整個(gè)整個(gè) 周期內(nèi)，負(fù)載上的電壓和電流方向始終不變。具有變壓器利用率高、脈動(dòng)小的優(yōu)點(diǎn)。 但使用二極管時(shí)應(yīng)注意以下問(wèn)題： 最大整流電路 If 指二極管長(zhǎng)期運(yùn)行允許通過(guò)的最大正向平均電流。若使用時(shí)超過(guò)此值，有可能燒壞二極管。 最高反向工作電壓 Urm 指允許施加在二極管兩端的最大方向電壓通常為擊穿電壓的一半。 反向電流 Ir 指二極管未擊穿時(shí)的反向電流值 。 其值會(huì)隨溫度的升高而急劇增加 ， 其值越小，二極管的單向?qū)щ娦栽胶?。但是反向電流值?huì)隨溫度的上升而顯著增加。 最高工作頻率 f指保證二極管單向?qū)щ姇r(shí)的最高導(dǎo)電頻率。當(dāng)工作頻率超過(guò)其限度時(shí)， 二極管的單向?qū)щ娦阅芫蜁?huì)變差。 其實(shí)橋式整流電路相當(dāng)于理想二極管，即正偏時(shí)導(dǎo)通，電壓降為零，相當(dāng)于理想開關(guān)閉合；反偏時(shí)截止，電流為零，相當(dāng)于理想開關(guān)斷開。整流電路包括單向半波整流電路和橋式整流電路。半波整流電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用元件少，但整流效率低，輸出電壓脈動(dòng)大。因此，它只適用于要求不高的場(chǎng)合。為了克服半波整流的缺點(diǎn)，常采用橋式整流電路。整流電路將交流電變?yōu)槊}動(dòng)直流電，但其中含有大量的交流成分（稱為紋波電壓）。為了獲得平滑的直流電壓，應(yīng)在整流電路的后面加接濾波電路，以交流部分。此電路采用的是電容濾波電路，即在 橋式整流電路輸出端與負(fù)載之間并聯(lián) 一個(gè)大電容。原理如下： 在整流電路采用電容濾波后使二極管得到的時(shí)間縮短，由于電容 C 充電的瞬時(shí)電流圖 6 穩(wěn)壓電源 12 較大，形成了浪涌電流，容易損壞二極管，故在選擇二極管時(shí)，必須留有足夠的電流裕量，以免燒壞。 穩(wěn)壓器采用 7800系列 和 7900 系列 ，屬于三段固定輸出集成穩(wěn)壓， 整流濾波后的直 流輸入電壓 U3 接在輸入端和公共端之間，在輸出端即可獲得穩(wěn)定的輸出電壓 Uo。為了抵消輸入線較長(zhǎng)帶來(lái)的電感效應(yīng)，防止自激，常在輸入端接入電容（一 般 C 的容量為0.33uF）。同時(shí)，在輸出端接電容 Co，以改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)和消除輸出電壓中的高頻噪聲， Co 的電容量一般為 0.1uF 至幾十微法。兩個(gè)電容直接接在集成穩(wěn)壓器的引腳處。 為了防止電流或電壓過(guò)大用二極管并聯(lián)穩(wěn)壓器，當(dāng)電流、電壓過(guò)大時(shí)二極管起到開關(guān)作 用對(duì)其進(jìn)行保護(hù)。 采用 CW7812 三端集成穩(wěn)壓器和 CW7912 負(fù)電壓輸出集成穩(wěn)壓器各一塊，即可獲得12V 兩組電源。 3.4、 A/D 轉(zhuǎn) 換 模塊 A/D 轉(zhuǎn)換器用于實(shí)現(xiàn)模擬量向數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，由于模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的種類很多，選擇 A/D 的轉(zhuǎn)換器件主要從速度、 精度和價(jià)格方面考慮。目前最常用的是雙積分式和逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器。雙積分式 A/D 轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)換精度高，抗干擾性能好，價(jià)格便宜；但轉(zhuǎn)換速度較慢。因此這種轉(zhuǎn)換器主要用于速度要求不高的場(chǎng)合。逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器是一種速度較快、精度較高的轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換時(shí)間大約在幾微秒到微秒之間。該系統(tǒng)采用的模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片為 ADC0809，該芯片為 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 100 S 左右。 這就是 A/D 轉(zhuǎn)換模塊電路連接，之后的數(shù)據(jù)采集、通道 選擇、量程選擇、數(shù)據(jù) 處理 都由后續(xù)的程序編寫來(lái)完成。 ADC0809和單片機(jī)的連接圖，由 總 電路圖可以看出 ADC0809的數(shù)據(jù)線 DO D7直接與單片機(jī)的總線 P0相連。我們只對(duì)通道 IN0輸入的電壓進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，時(shí)鐘 CLK由單片機(jī)的 ALE取得。對(duì)于晶振為 12MHz的單片機(jī) ALE輸出為 2MHz的方波。但前面提到 ADC0809的時(shí)鐘頻率一般為 500KHz。最大能超過(guò) 1280KHz。但在實(shí)際應(yīng)用中 2MHz的信號(hào)也可以使 ADC0809正常工作。 START、 ALE和 OE分別由單片機(jī)的 WR、 RD和 P2 0經(jīng)或非門后接入 。這樣主要是要滿足 ADC0809的信號(hào)電平與時(shí)序的要求。 ADC0809通道一 IN0的口地址為 00FFH，用數(shù)據(jù)傳送指令 MOVX送入 00H,已啟動(dòng) IN0通道。 單片機(jī)在進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換時(shí) ,因?yàn)檫€要執(zhí)行其他的程序，所以可以將 EOC接在單片機(jī)的中斷上，這樣當(dāng) A/D轉(zhuǎn)換完后， EOC可以對(duì)單片機(jī)產(chǎn)生中斷，使其讀取 A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果，這樣可以提高單片機(jī)的使用效率。 3.4.1、 ADC0809 的 內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) 13 圖 中 多 路 開 關(guān) 可選通 8 個(gè) 模 擬 通 道 ， 允許 8 路 模 擬 量 分 時(shí) 輸 入 ， 共 用一個(gè) A/D 轉(zhuǎn) 換器 進(jìn) 行 轉(zhuǎn) 換，這 是 種 經(jīng) 濟(jì) 的 多 路 采 集 方 法 。地 址 鎖 存 與 譯 碼 電 路 完成對(duì) A、 B、 C 3 個(gè) 地 址 進(jìn)行鎖存譯碼，其譯碼輸出用于通道選擇，其轉(zhuǎn)換結(jié)果通過(guò)三態(tài)輸出鎖存器存 放、 輸出 ， 因 此 可 以 直 接 與 系 統(tǒng) 數(shù) 據(jù) 總 線 。下 表為 通 道 選 擇 表 3.4.2 、 ADC0809 引 腳功能 (1)ADC0809引腳圖： 圖 7 ADC0809 的 內(nèi) 部 邏 輯 結(jié) 構(gòu) 表 4 通道選擇表 14 （ 2） ADC0809 芯片為 DIP-28， 其 主 要 信 號(hào) 引 腳 的 功 能 說(shuō) 明 如 下： IN7 IN0 模 擬 量 輸 入 通 道。 A、 B、 C 地 址 線 。 通道 端 口 選 擇 線 ， A 為 低 地 址 ， C 為 高 地 址 ， 引腳 圖中 ADDC、ADDB 和 ADDC。 其 地 址 狀 態(tài) 與 通 道 對(duì) 應(yīng) 關(guān) 系 見 表 3-6-1 ALE 地 址 鎖 存 允 許 信 號(hào) 。對(duì)應(yīng) ALE 上 跳 沿 ， A、 B、 C 地 址 狀 態(tài) 送 入 地 址 鎖 存 器 中 。 START 轉(zhuǎn) 換 啟 動(dòng) 信 號(hào) 。 START 上 升 沿 時(shí) ， 復(fù)位 ADC0809； START 下 降 沿 時(shí) 啟 動(dòng) 芯 片 ， 開始 進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn) 換 ；在 A/D 轉(zhuǎn) 換 期 間 ， START 應(yīng) 保 持 低 電 平 。寫為 ST。 D4 D0 數(shù)據(jù)輸出線。為三態(tài)緩沖輸出形式?？梢院蛦纹瑱C(jī)的數(shù)據(jù)線直接相連 。 D0 為最 低 位 ， D7 為 最高。 OE 輸 出 允 許 信 號(hào) 。 用于 控 制 三 態(tài) 門 輸 出 鎖 存 器 向 單 片 機(jī) 輸 出 轉(zhuǎn) 換 得 到 的 數(shù) 據(jù) 。OE=0， 輸 出 數(shù) 據(jù) 線 呈 高 阻 ； OE=1， 輸 出 轉(zhuǎn) 換 所 得 到 的 數(shù) 據(jù)。 CLK 時(shí)鐘信號(hào) 。 ADC0809 的內(nèi)部沒(méi)有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)由外界提供，因此有時(shí)鐘 信 號(hào) 引 腳 。 通 常 使 用 頻 率為 500KHZ 的 時(shí) 鐘 信 號(hào)。 EOC 轉(zhuǎn) 換 結(jié) 束 信 號(hào) 。EOC=0， 正 在 進(jìn) 行 轉(zhuǎn) 換 ； EOC=1， 轉(zhuǎn) 換 結(jié) 束 。 使 用 中 該 狀 態(tài) 信 號(hào) 即可 作 為 查 詢 的 狀 態(tài) 標(biāo)志 ， 又 可 以 作 為 中 斷 請(qǐng) 求 信 號(hào) 使 用。 VCC +5V 電 源 。 Vref 參 考 電 源 參 考 電 壓 用 來(lái) 與 輸 入 的 模 擬 信 號(hào) 進(jìn) 行 比 較 ，作為 逐 次 逼 近 的 基 準(zhǔn) 。 起 典 型 值 為 +5V Vref(+)=5V,Vref(-)=-5V。 3.4.3、 AT89C51與 ADC0809 接 口電路 接口電路的連接要涉及兩個(gè)問(wèn)題。一是 8 路模擬信號(hào)通道的選擇，二是 A/D 轉(zhuǎn)換完成后轉(zhuǎn) 換 數(shù) 據(jù) 的 傳 送 還 處 理 。 地址鎖存端由 P0.0 控制 ， 8 路模擬選通地址為 0FEF8H0FEFFH。通道地址選擇以 WR作寫選通信號(hào)，把 ALE 信號(hào)與 STAET 信 號(hào) 接 在 一 起 這 樣 使得 在 信 號(hào) 的 前 沿 寫 入 （鎖 存 ） 通道 地 址 ， 緊接 著 其 后 沿 就 啟 動(dòng) 轉(zhuǎn) 換 。 這 就是 A/D 轉(zhuǎn) 換 模 塊電 路 連 接 ， 之后 的 數(shù) 據(jù) 采 集 、 通道 選 擇 、 量程 選 擇 、 數(shù) 據(jù) 處 理 都 由 后 續(xù) 的 程 序 編 寫 來(lái) 完成。 圖 8 ADC0809 引腳圖 15 由于采集的是模擬信號(hào)，所以無(wú)法被單片機(jī)識(shí)別，因此必須通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，此次采用的是 ADC0809轉(zhuǎn)換芯片， ADC0809是 CMOS單片型逐次逼近式 A/D轉(zhuǎn)換器 ，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 7所示，它由 8路模擬開關(guān)、 地址鎖存 與 譯碼器 、 比較器 、 8位開關(guān)樹型 A/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、邏輯控制和定時(shí)電路組成。首先輸入 3位地址，并使 ALE=1，將地址存入 地址鎖存器 中。此地址經(jīng) 譯碼 選通 8路模擬輸入之一到 比較器 。 START上升沿將逐次逼近 寄存器 復(fù)位。下降沿啟動(dòng) A/D轉(zhuǎn)換，之后 EOC輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到 A/D轉(zhuǎn)換完成， EOC變?yōu)楦唠娖?，指?A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入 鎖存器 ，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。當(dāng) OE輸入高電平 時(shí)，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線 上。 3.5、 量 程 選 擇 模塊 單八路模擬開關(guān) CD4051： CD4051相當(dāng)于一個(gè)單刀八擲開關(guān)，開關(guān)接通哪一通道，由輸入的 3位地址碼 ABC來(lái)決定。其真值表見表 1?！?INH”是禁止端，當(dāng)“ INH” =1時(shí)，各通道均不接通。此外， CD4051還設(shè)有另外一個(gè)電源端 VEE，以作為電平位移時(shí)使用，從而使得通常在單組電源供電條件下工作的 CMOS電路所提供的數(shù)字信號(hào)能直接控制這種多路開關(guān)，并使這種多路開關(guān)可傳輸峰峰值達(dá) 15V的交流信號(hào)。例如，若模擬開關(guān)的供電電源 VDD= 5V， VSS=0V，當(dāng) VEE= 5V時(shí)，只要對(duì)此模擬開關(guān) 施加 0 5V的數(shù)字控制信號(hào)，就可控制幅度范圍為 5V 5V的模擬信號(hào)。 使用單電源時(shí)， CD4051的 VEE可以和 GND相連。強(qiáng)烈建議 A， B， C三路片選端要加上拉電阻。 CD4051的公共輸出端不要加濾波電容（并聯(lián)到地），否則不同通道轉(zhuǎn)換后的電壓經(jīng)電容沖放電后會(huì)引起極大的誤差。禁止輸出端（ INH）為高電平時(shí)，所有輸出切斷，所以在應(yīng)用時(shí)此端接地。作音頻信號(hào)切換時(shí)，最好在輸入輸出端串入隔直電容。 輸入狀態(tài) 接通通道 INH C B A 圖 10 CD4051 引腳 圖 9 AT89C51 與 ADC0809 接 口電路 16 0 0 0 0 “ 0” 0 0 0 1 “ 1” 0 0 1 0 “ 2” 0 0 1 1 “ 3” 0 1 0 0 “ 4” 0 1 0 1 “ 5” 0 1 1 0 “ 6” 0 1 1 1 “ 7” 1 均不接通 CD4051 相當(dāng)于一個(gè)單刀八擲開關(guān)，開關(guān)接通哪一通道，由輸入的 3 位地址碼 ABC來(lái)決定。 “ INH”是禁止端，當(dāng) “ INH” =1 時(shí)，各通道均不接通。此外， CD4051 還設(shè)有另外一個(gè)電源端 VEE，以作為電平位移時(shí)使用，從而使得通常在單組電源供電條件下工作的 CMOS 電路所提供的數(shù)字信號(hào)能直接 控制這種多路開關(guān)，并使這種多路 . 如果在八個(gè)通道輸入一模擬量，在輸出端將輸出什么 輸入什么是自己設(shè)定。 數(shù)據(jù)采集部分，此部分通過(guò)專用的數(shù)據(jù)收集器，然后通過(guò)信號(hào)的放大，會(huì)進(jìn)行模擬信號(hào)的初始放大，采用放大電路，模型為反相放大，這樣會(huì)提高放大倍數(shù)，并且電路簡(jiǎn)單，較為實(shí)用， 反相器是 COMS 電路中的基本增益級(jí)，采用共源結(jié)構(gòu)，負(fù)載可以是有源負(fù)載或者電流源 。 3.6、通信模塊 圖 11 CD4051 量程選擇 R 10013114215312415562out /5v3vdd16ve e7vs s874C9B10A11U5P 1. 4 P 1. 3 P 1. 2+-+-74L SR9R E S 2R8R E S 2+5表 5 通道選擇 17 C 1 9C4 C5C 1 8R 1 I N13T 2 I N10T 2 O U T7R 1 O U T12R 2 O U T9T 1 O U T14C11C 2 -3C24C 2 -5R 2 I N8T 1 I N11v- v+U4M A X 2 3 2V C CP 3 .1P 3 .0G N DR X DT X DG P R S3.6.1、 MAX232 （ 1） 引腳介紹： 第一部分是電荷泵電路。由 1、 2、 3、 4、 5、 6 腳和 4 只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生 +12v和 -12v 兩個(gè)電源，提供給 RS-232 串口電平的需要。 第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由 7、 8、 9、 10、 11、 12、 13、 14 腳構(gòu)成兩個(gè)數(shù)據(jù)通道。其中 13 腳（ R1IN）、 12 腳（ R1OUT）、 11 腳（ T1IN）、 14 腳（ T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。 8腳（ R2IN）、 9腳（ R2OUT）、 10腳（ T2IN）、 7腳（ T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。 TTL/CMOS 數(shù)據(jù)從 11 引腳（ T1IN）、 10 引腳（ T2IN）輸入轉(zhuǎn)換成 RS-232 數(shù)據(jù)從 14腳（ T1OUT）、 7腳（ T2OUT）送到電腦 DB9 插頭； DB9 插頭的 RS-232 數(shù)據(jù)從 13 引腳（ R1IN）、8引腳（