數(shù)據(jù)采集顯示系統(tǒng)設(shè)計報告課件

1、數(shù)據(jù)采集顯示系統(tǒng)設(shè)計摘要以AT89C51單片機和模數(shù)轉(zhuǎn)換器件ADC0809為核心，該系統(tǒng)有三部分：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、終端接收顯示。具體包括控制、顯示、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)碼顯示模塊等。設(shè)計中用ADC0809進行8位數(shù)據(jù)的采集，利用AT89C51單片機進行數(shù)據(jù)接收并保存對應(yīng)的內(nèi)存單元，進而把數(shù)據(jù)以數(shù)碼管的形式顯示出來。硬件設(shè)計采用電子設(shè)計自動化工具Protel 99SE以及用Proteus進行硬件仿真等。軟件設(shè)計則采用模塊化編程方式。關(guān)鍵字： AT89C51 AD轉(zhuǎn)換 數(shù)據(jù)采集一、設(shè)計的要求1.1計算機的發(fā)展與數(shù)據(jù)采集近代以來隨著計算機的發(fā)展數(shù)據(jù)計算技術(shù)有了很大的提高，使得高速數(shù)據(jù)處理成為可能，計算

2、機和各種設(shè)備緊密結(jié)合構(gòu)成了靈活多樣的控制系統(tǒng)，也構(gòu)成強有力的信息處理系統(tǒng)，這樣對社會的發(fā)展產(chǎn)生了深遠的影響。作為控制系統(tǒng)的最前端,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在多個領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。數(shù)據(jù)采集是工、農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)中至關(guān)重要的一環(huán),在醫(yī)藥、化工、食品、等領(lǐng)域的生產(chǎn)過程中，往往需要隨時檢測各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的溫度、濕度、流量及壓力等參數(shù)。同時，還要對某一檢測點任意參數(shù)能夠進行隨機查尋，將其在某一時間段內(nèi)檢測得到的數(shù)據(jù)經(jīng)過轉(zhuǎn)換提取出來，以便進行比較，做出決策，調(diào)整控制方案，提高產(chǎn)品的合格率，產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益。1.2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，從嚴格的意義上來說，是用計算機控制的多路數(shù)據(jù)自動檢測或巡回檢測，并且能夠?qū)?shù)據(jù)實行存

3、儲、處理、分析計算以及從檢測的數(shù)據(jù)中提取可用的信息，供顯示、記錄、打印或描繪的系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般由數(shù)據(jù)輸入通道,數(shù)據(jù)存儲與管理，數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)輸出及顯示這五個部分組成。輸入通道要實現(xiàn)對被測對象的檢測，采樣和信號轉(zhuǎn)換等工作。數(shù)據(jù)存儲與管理要用存儲器把采集到的數(shù)據(jù)存儲起來，建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，并進行管理和調(diào)用。數(shù)據(jù)處理就是從采集到的原始數(shù)據(jù)中，刪除有關(guān)干擾噪聲，無關(guān)信息和必要的信息，提取出反映被測對象特征的重要信息。另外，就是對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，以便于檢索；或者把數(shù)據(jù)恢復(fù)成原來物理量的形式，以可輸出的形態(tài)在輸出設(shè)備上輸出，例如打印、顯示、繪圖等。數(shù)據(jù)輸出及顯示就是把數(shù)據(jù)以適當?shù)男问竭M行輸出和顯示

4、。1.3數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)研究前景工、農(nóng)業(yè)的發(fā)展，多路數(shù)據(jù)采集勢必將得到越來越多的應(yīng)用，為適應(yīng)這一趨勢，做這方面的研究就顯得十分重要。在科學(xué)研究中，運用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可獲得大量的動態(tài)信息，也是獲取科學(xué)數(shù)據(jù)和生成知識的重要手段之一?？傊?，不論在哪個應(yīng)用領(lǐng)域中，數(shù)據(jù)采集與處理將直接影響工作效率和所取得的經(jīng)濟效益。在本設(shè)計中對多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)作了基礎(chǔ)的研究，系統(tǒng)主要解決的問題是如何進行數(shù)據(jù)采集以及如何進行多路的數(shù)據(jù)采集，并將所得數(shù)據(jù)保存到指定的存儲單元。設(shè)計對后續(xù)的數(shù)據(jù)到計算機的上傳等問題亦有所涉及。二、任務(wù)分析與方案確定2.1系統(tǒng)的模塊法劃分根據(jù)系統(tǒng)的基本要求，將本系統(tǒng)劃分為以下幾個模塊：l 信號采集、

5、調(diào)理模塊l A/D轉(zhuǎn)換模塊l 單片機89C51最小系統(tǒng)模塊l 人機通信模塊l 數(shù)據(jù)傳輸顯示模塊2.2系統(tǒng)方框圖鍵盤輸入AT89C51信息采集/調(diào)理ADC0809數(shù)碼顯示圖2-12.3信息采集調(diào)理模塊工業(yè)信號幅值范圍很寬，由于轉(zhuǎn)換器的輸入電壓幅值被限制為05V，故在此處必要時需對工業(yè)現(xiàn)場信號進行預(yù)處理，以便使工業(yè)信號滿足處理器的幅值要求。在多路數(shù)據(jù)采集信息中數(shù)據(jù)采集方式有順序控制數(shù)據(jù)采集和程序控制數(shù)據(jù)采集。2.3.1順序控制數(shù)據(jù)采集順序控制數(shù)據(jù)采集，顧名思義，它是對各路被采集參數(shù),按時間順序依次輪流采樣。原理如圖2-2所示，系統(tǒng)的性能完全由硬件設(shè)備決定。在每次的采集過程中,所采集參數(shù)的數(shù)目、采樣

6、點數(shù)、采樣速率、采樣精度都固定不變。若要改變這些指標，需改變接線或更換設(shè)備方能實現(xiàn)。數(shù)據(jù)采集時，控制多路轉(zhuǎn)換開關(guān)的信號來自脈沖分配器，在時鐘脈沖的推動下，這些控制信號不斷循環(huán)，使多路轉(zhuǎn)換開關(guān)以先后順序循環(huán)啟閉。采樣/保持放大器多路轉(zhuǎn)換開關(guān)A/D轉(zhuǎn)換計數(shù)器 時鐘譯碼器采樣/保持放大器圖2-22.3.2程序控制數(shù)據(jù)采集程序控制的數(shù)據(jù)采集是由硬件與軟件兩部分組成。可以根據(jù)不同的需求，通過按鍵選擇的方式進行控制通道的選擇。如圖2-3 所示。程序控制數(shù)據(jù)采集的采樣通道地址可隨意選擇,控制ADC0809的8路模擬選通開關(guān)開啟的通道地址碼由存儲器中讀出的指令確定。即改變存儲器中的指令內(nèi)容便可改變通道地址。由

7、于順序控制數(shù)據(jù)采集的方式缺乏通用性和靈活性，即本次設(shè)計將采用程序控制數(shù)據(jù)采集的方式。當采集高速信號時，A/D 轉(zhuǎn)換器前端還需加采樣/保持(S/H)電路。待測量一般不能直接被轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，通常要進行放大、特性補償、濾波等環(huán)節(jié)的預(yù)處理。被測信號往往因為幅值較小，而且可能還含有多余的高頻分量等原因，不能直接送給A/D轉(zhuǎn)換器，需對其進行必要的處理,即信號調(diào)理。如對信號進行放大、衰減、濾波等。在本次設(shè)計中為了盡量減小采集數(shù)據(jù)的誤差，采用了將被測信號放大至接近A/D轉(zhuǎn)換器的滿量程。即在A/D轉(zhuǎn)換之前接入放大器電路來滿足設(shè)計的需求。A/D轉(zhuǎn)換器采樣/保持放大器采樣/保持放大器3位地址碼圖2-32.4 A/D

8、轉(zhuǎn)換模塊2.4.1A/D轉(zhuǎn)換時間的選擇轉(zhuǎn)換速率是指完成一次A/D 轉(zhuǎn)換所需時間的倒數(shù)，是一個很重要的指標。A/D轉(zhuǎn)換器型號不同，轉(zhuǎn)換速度差別很大。8 位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器一次轉(zhuǎn)換時間為100us 左右，典型的多通道8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器有ADC0808/0809(8通道)、ADC0816（16通道）等。12位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器一次轉(zhuǎn)換時間為25us。，典型的多通道12位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器有AD574、AD1674、ADC1211等。由于本系統(tǒng)的控制時間允許，可選8 位逐次逼近式A/D 轉(zhuǎn)換器。2.4.2A/D轉(zhuǎn)換位數(shù)的選擇A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)決定信號采集的精度和分辨率。本系統(tǒng)所用

9、的A/D轉(zhuǎn)換器為ADC0809，即為8位的A/D轉(zhuǎn)換器，所采集的信號精度為：2-8=0.39%當輸入為05V時，其分辨率為：VFs2N-1=528-1=0.0196VVFsA/D 轉(zhuǎn)換器的滿量量程N ADC的二進制位數(shù)量化誤差為：Q=VFs2N -12=528-12=0.0098VADC0809是TI公司生產(chǎn)的8位逐次逼近式模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包括一個8位的逼近型的ADC部分并提供一個8通道的模擬多路開關(guān)和聯(lián)合尋址邏輯，為模擬通道的設(shè)計提供了很大的方便。用它可直接將8個單端模擬信號輸入，分時進行A/D轉(zhuǎn)換，在多點巡回監(jiān)測、過程控制等領(lǐng)域中使用非常廣泛。 2.5單片機89C51最小系統(tǒng)模塊2.5.1 A

10、T89C51 89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的89C51是一種高效微控制器，89C2051是它的一種精簡版本。89C51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。2.5.2CPU的運算器和控制

11、器的組成1、運算器 運算器以完成二進制的算術(shù)、邏輯運算部件AUL為核心，再加上暫存器TMP、累加器ACC、寄存器B、程序狀態(tài)標志寄存器PSW及布爾處理器。累加器ACC 是一個八位寄存器，它是CPU 中工作最頻繁的寄存器。在進行算術(shù)、邏輯運算時，累加器ACC往往在運算前暫存一個操作數(shù)(如被加數(shù))，而運算后又保存其結(jié)果(如代數(shù)和)。寄存器B主要用于乘法和除法操作。標志寄存器PSW也是一個八位寄存器，用來存放運算結(jié)果的一些特征,如有無進位、借位等。其每位的具體含意如下所示:CYACF0RS1RS0OV-P其中系統(tǒng)設(shè)計過程中我們最為關(guān)注:(1) CY(PSW.7)：進/借位標志位，CY也常寫作C。在執(zhí)

12、行加法（或減法）運算指令時，如果運算中最高位向前有進位（或借位），則CY位由硬件自動置1；否則CY清0。CY也是進行位操作時的位累加器 (2)AC（PSW.6）：輔助進/借位標志，也稱半進位標志。在執(zhí)行加法（或減法）操作時，如果運算中（和或差）的低半字節(jié)（位3）向高半字節(jié)有進位（或借位），則AC位將被硬件置1，否則AC被清0。(3) OV（PSW.2）：溢出標志位，反映帶符號數(shù)的運算結(jié)果是否有溢出，有溢出時,此位1，否則為0。(4)P（PSW.0）：奇偶標志位，反映累加器ACC 內(nèi)容的奇偶性，如果ACC 中的運算結(jié)果有偶數(shù)個1（如11001111B,其中有6 個1），則P 為0，否則，P=1。

13、由于PSW 存放程序執(zhí)行中的狀態(tài)，故又叫程序狀態(tài)字。運算器中還有一個按位（bit）進行邏輯運算的邏輯處理機(又稱布爾處理機)。2、控制器是CPU 的神經(jīng)中樞，它包括定時控制邏輯電路、指令寄存器、譯碼器、地址指針DPTR 及程序計數(shù)器PC、堆棧指針SP 等。這里程序計數(shù)器PC 是由16 位寄存器構(gòu)成的計數(shù)器。要單片機執(zhí)行一個程序，就必須把該程序按順序預(yù)先裝入存儲器ROM 的某個區(qū)域。單片機動作時應(yīng)按順序一條條取出指令來加以執(zhí)行。因此，必須有一個電路能找出指令所在的單元地址,該電路就是程序計數(shù)器PC。當單片機開始執(zhí)行程序時,給PC 裝入第一條指令所在地址，它每取出一條指令（如為多字節(jié)指令,則每取出

14、一個指令字節(jié)），PC 的內(nèi)容就自動加1，以指向下一條指令的地址,使指令能順序執(zhí)行。只有當程序遇到轉(zhuǎn)移指令、子程序調(diào)用指令或遇到中斷時，PC 才轉(zhuǎn)到所需要的地方去。8051CPU 指定的地址,從ROM 相應(yīng)單元中取出指令字節(jié)放在指令寄存器中寄存。然后，指令寄存器中的指令代碼被譯碼器譯成各種形式的控制信號，這些信號與單片機時鐘振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖在定時與控制電路中相結(jié)合，形成按一定時間節(jié)拍變化的電平和時鐘，即所謂控制信息，在CPU 內(nèi)部協(xié)調(diào)寄存器之間的數(shù)據(jù)傳輸、運算等操作。3、存儲器是單片機的又一個重要組成部分，每個存儲單元對應(yīng)一個地址,如256 個單元共有256 個地址，用兩位16 進制數(shù)表示,

15、即存儲器的地址(00HFFH)。存儲器中每個存儲單元可存放一個八位二進制信息,通常用兩位16 進制數(shù)來表示，這就是存儲器的內(nèi)容。2.6人機通信模塊人機通信即指人通過輸入裝置給計算機輸入各種數(shù)據(jù)和命令，以進行操縱和控制，而計算機則執(zhí)行命令和將數(shù)據(jù)處理的結(jié)果及時地顯示出來的人機交互過程。在本次設(shè)計中用鍵盤來進行輸入，鍵盤的設(shè)計有獨立按鍵和矩陣按鍵兩種。2.6.1鍵盤接口鍵盤是單片機應(yīng)用系統(tǒng)中使用最廣泛的一種數(shù)據(jù)輸入設(shè)備。鍵盤是一組按鍵的組合。鍵通常是一種常開型按鈕開關(guān)，常態(tài)下鍵的兩個觸點處于斷開狀態(tài)，按下鍵時它們才閉合（短路）。通常，鍵盤有編碼和非編碼兩種。編碼鍵盤通過硬件電路產(chǎn)生被按按鍵的鍵碼和

16、一個選通脈沖。選通脈沖可作為CPU的中斷請求信號。這種鍵盤使用方便，所需程序簡單，但硬件電路復(fù)雜，常不被單片機采用。非編碼鍵盤按組成結(jié)構(gòu)又可分為獨立式鍵盤和矩陣式鍵盤。獨立式鍵盤的工作過程與矩陣式鍵盤類似，無論是硬件結(jié)構(gòu)還是軟件設(shè)計都比較簡單。圖2-4 獨立鍵盤特點：每個按鍵占用一條I/O線，當按鍵數(shù)量較多時，I/O口利用率不高，但程序編制簡單。適用于所需按鍵較少的場合。圖2-5 44矩陣鍵盤特點：電路連接復(fù)雜，但提高了I/O口利用率，軟件編程較復(fù)雜。適用于需使用大量按鍵的場合。在本次系統(tǒng)設(shè)計中用到的按鍵不多，所以采用的獨立式鍵盤。2.7數(shù)據(jù)傳輸顯示模塊2.7.1數(shù)碼管的介紹數(shù)碼管也稱LED數(shù)

17、碼管，晶美、光電、不同行業(yè)人士對數(shù)碼管的稱呼不一樣，其實都是同樣的產(chǎn)品。數(shù)碼管按段數(shù)可分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元（多一個小數(shù)點顯示）；按能顯示多少個“8”可分為1位、2位、3位、4位、5位、6位、7位等數(shù)碼管。按發(fā)光二極管單元連接方式可分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽級數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管，共陽級數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到+5V，當某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應(yīng)字段就點亮，當某一字段的陰極為高電平時，相應(yīng)字段就不亮。共陰級數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(CO

18、M)的數(shù)碼管，共陰級數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應(yīng)字段就點亮，當某一字段的陽極為低電平時，相應(yīng)字段就不亮。 led數(shù)碼管（LED Segment Displays）是由多個發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個筆劃，公共電極。led數(shù)碼管常用段數(shù)一般為7段有的另加一個小數(shù)點，還有一種是類似于3位“+1”型。位數(shù)有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等，led數(shù)碼管根據(jù)LED的接法不同分為共陰和共陽兩類，了解LED的這些特性，對編程是很重要的，因為不同類型的數(shù)碼管，除了它們的硬件電路有差

19、異外，編程方法也是不同的。圖2-6是共陰和共陽極數(shù)碼管的內(nèi)部電路，它們的發(fā)光原理是一樣的，只是它們的電源極性不同而已。顏色有紅，綠，藍，黃等幾種。 圖2-6 （a）數(shù)碼管內(nèi)部電路 （b）共陰極接法 （c）共陽級接法2.7.2數(shù)碼管的驅(qū)動數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。（1）、靜態(tài)顯示驅(qū)動靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O端口進行驅(qū)動，或者使用如BCD碼二-十進制譯碼器譯碼進行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/O端口多，如

20、驅(qū)動5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要58=40根I/O端口來驅(qū)動，要知道一個89C51單片機可用的I/O端口才32個，實際應(yīng)用時必須增加譯碼驅(qū)動器進行驅(qū)動，增加了硬件電路的復(fù)雜性。（2）動態(tài)顯示驅(qū)動數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是哪個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示

21、出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮?xí)r間為12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。 本系統(tǒng)的顯示模塊采用八段數(shù)碼管進行顯示，驅(qū)動電路采用動態(tài)顯示。三、硬件設(shè)計3.1信號調(diào)理電路的設(shè)計3.1.1傳感器的安裝信號調(diào)理電路主要涉及在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場安裝傳感器。主要為模擬傳感器件。如在溫度采集系統(tǒng)中需

22、要在待測點安裝溫度傳感器以及在測重系統(tǒng)中安裝壓力傳感器等。常用的傳感器有濕度傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、煙霧及有毒氣體傳感器等。3.1.2放大、衰減、濾波等預(yù)處理電路設(shè)計待測量一般不能直接被轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，通常要進行放大、特性補償、濾波等環(huán)節(jié)的預(yù)處理。被測信號往往因為幅值較小，而且可能還含有多余的高頻分量等原因，不能直接送給A/D 轉(zhuǎn)換器，需對其進行必要的處理，即信號調(diào)理。如對信號進行放大、衰減、濾波等。常用方法是添加小信號放大電路進行放大，然后對其幅值做衰減，最后再通過帶通濾波器實現(xiàn)對過低頻或者過高頻的抑制。3.2數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計把連續(xù)變化量變成離散量的過程稱為量化，也可理解為信號的采樣。

23、把以一定時間間隔T 逐點采集連續(xù)的模擬信號，并保持一個時間周期，使被采集的信號變成時間上離散、幅值等于采樣時刻該信號瞬時值的一組方波序列信號，即采樣信號3.2.1A/D轉(zhuǎn)換的步驟A/D轉(zhuǎn)換步驟為：采樣、保持、量化和編碼。1、 采用與保持采樣定理：fs2fimax式中fS為取樣頻率，fimax為輸入信號VI的最高頻率分量的頻率。圖3-1 采樣與保持波形示意圖由于A/D 轉(zhuǎn)換需要一定的時間，所以在每次采樣結(jié)束后，應(yīng)保持采樣電壓在一段時間內(nèi)不變，直到下一次采樣的開始。實際中采樣-保持是做成一個電路。圖3-2 采樣與保持電路如上圖3-2所示，采樣保持電路（a）取樣保持電路原理圖（b）輸出波形圖 2、量

24、化與編碼 如同用天平稱物體質(zhì)量，一般把上述采樣保持后的值以某個“最小數(shù)量單位”的整數(shù)倍來表示，這一過程稱為量化。規(guī)定的最小數(shù)量單位稱為量化單位或量化間隔，用“” 表示。 量化的方法一般有兩種：四舍五入法和舍去小數(shù)法。 （1）四舍五入法：把/2的電壓作為“0”處理，把/2而3/2的電壓作為“1”處理； （2）舍去小數(shù)法：把的電壓作為“0”處理，把而2的電壓作為“1”處理。把上述量化結(jié)果用代碼表示，稱為編碼。本系統(tǒng)設(shè)計用ADC0809芯片來完成。3.2.2ADC0809內(nèi)部功能與引腳功能ADC0809 八位逐次逼近式A/D 轉(zhuǎn)換器是一種單片CMOS 器件，包括8 位模擬轉(zhuǎn)換器、8 通道轉(zhuǎn)換開關(guān)和與

25、微處理器兼容的控制邏輯。8 路轉(zhuǎn)換開關(guān)能直接連通8 個單端模擬信號中的任何一個。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-3所示。圖3-3 ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖1、ADC0809 主要性能l 逐次比較型l CMOS 工藝制造l 單電源供電l 無需零點和滿刻度調(diào)整l 具有三態(tài)鎖存輸出緩沖器，輸出與TTL 兼容l 易與各種微機控制器接口l 具有鎖存控制的8 路模擬開關(guān)l 分辨率:8 位l 功耗:15mWl 最大不可調(diào)誤差小于1LSB（最低有效位）l 轉(zhuǎn)換時間(500 fCLK =500KHz )128usl 轉(zhuǎn)換精度: 0.4% l ADC0809 沒有內(nèi)部時鐘，必須由外部提供，其范圍為101280kHz。典型時鐘頻

26、率為640kHz。2、 引腳排列與各引腳的功能（a）引腳排列如圖3-4所示。圖3-4 ADC0809引腳圖（b）各引腳的功能如下：IN0IN7：8 個通道的模擬量輸入端?？奢斎?5V 待轉(zhuǎn)換的模擬電壓。D0D7：8 位轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出端。三態(tài)輸出，D7 是最高位,D0 是最低位。A、B、C：通道選擇端。當CBA=000 時,IN0 輸入；當CBA=111 時,IN7 輸入。ALE：地址鎖存信號輸入端。該信號在上升沿處把A、B、C 的狀態(tài)鎖存到內(nèi)部的多路開關(guān)的地址鎖存器中，從而選通8 路模擬信號中的某一路。START：啟動轉(zhuǎn)換信號輸入端。從START端輸入一個正脈沖，其下降沿啟動ADC0809開始轉(zhuǎn)

27、換。脈沖寬度應(yīng)不小于100200ns。EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出端。啟動A/D轉(zhuǎn)換時它自動變?yōu)榈碗娖?。CLK：時鐘輸入端。ADC0809 的典型時鐘頻率為640kHz,轉(zhuǎn)換時間約為100s。REF(-)、REF(+)：參考電壓輸入端。ADC0809 的參考電壓為+5V。VCC、GND：供電電源端。ADC0809使用+5V單一電源供電。（c）工作過程為：當ALE 為高電平時，通道地址輸入到地址鎖存器中，下降沿將地址鎖存，并譯碼。在START上升沿時，所有的內(nèi)部寄存器清零,在下降沿時，開始進行A/D轉(zhuǎn)換,此期間START應(yīng)保持低電平。在START下降沿后10us左右，轉(zhuǎn)換結(jié)束信號變?yōu)榈碗娖?，EOC為

28、低電平時，表示正在轉(zhuǎn)換，為高電平時，表示轉(zhuǎn)換結(jié)束。OE為低電平時，D0D7為高阻狀態(tài)，OE為高電平時，允許轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出。通道的選擇如下圖3-5所示：地址碼輸入通道CBA000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7圖3-5 ADC0809通道選擇地址碼3.3AT89C51與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0809的接口電路設(shè)計3.3.1 AT89C51芯片1、引腳圖圖3-6 AT89C51引腳圖2、管腳說明VCC：供電電壓。 GND：接地。P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每個腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。

29、P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個內(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，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個內(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TTL門電流，當P2口被寫“1”時，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

30、時，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口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當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。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：

31、I/O 口管腳備選功能P3.0 /RXD串行輸入口P3.1 /TXD串行輸出口P3.2 /INT0外部中斷0P3.3/ INT1外部中斷1P3.4 /T0定時器0外部輸入P3.5/ T1定時器1外部輸入P3.6 /WR外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通P3.7/ RD外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通圖3-7 P3口的第二功能圖RST：復(fù)位輸入。當振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，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，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， 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，置位無效。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指令期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當/EA保持低