多通道动态数字电阻测量仪毕业论文(编辑修改稿)

多通道动态数字电阻测量仪毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

)的 ADC 芯片则不允许数据输出线与系统的数据总线直接相连，而必须通过 I/O 接口与 MPU 交换信息。 （ 2）启动转换的控制方式是脉冲控制式还是电平控制式。 对脉冲启动转换的 ADC 芯片，只要在其启动转换引脚上施加一个宽度符合芯片要 求的脉冲信号，就能启动转换并自动完成。 一般能和 MPU 配套使用的芯片， MPU 的 多通道动态数字电阻测量仪 8 I/O 写脉冲都能满足 ADC 芯片对启动脉冲的要求。 对电平启动转换的 ADC 芯片，在转换过程中启动信号必须保持规定的电平不变，否则，如中途撤消规定的电平，就会停止转换而可能得到错误的结果。 为此，必须用 D 触发器或可编程并行 I/O 接口芯片的某一位来锁存这个电平，或用单稳等电路来对启动信号进行定时变换。 [9] 本设计中所用的的模数转换芯片为 ADC0808/0809， 这两个芯片 除精度略有差别外 (前者精度为 8 位、后者精度为 7 位 )，其余各方面 都是 完 全相同 的。 它们都是 CMOS 器件，不仅包括一个 8 位的逐次逼近型的 ADC 部分，而且还提供一个 8 通道的模拟多路开关和通道寻址逻辑，因而有理由把它作为简单的“数据采集系统”。 利用它可直接输入 8 个单端的模拟信号分时进行 A/D 转换，在多点巡回检测和过程控制、运动控制中应用十分广泛。 1) 主要技术指标和特性 （ 1）分辨率： 8 位。 （ 2）总的不可调误差： ADC0808 为 177。 1/2LSB,ADC0809 为 177。 1LSB。 （ 3 ） 转换 时 间： 取决 于 芯片 时 钟频 率 ，如 CLK=500kHz 时，TCONV=128us。 （ 4）单一电源 ： +5V。 （ 5）模拟输入电压范围： 单极性 0～ 5V；双极性 177。 5V,177。 10V(需外加一定电路 )。 （ 6）具有可控三态输出缓存器。 （ 7）启动转换控制为脉冲式 (正脉冲 )，上升沿使所有内部寄存器清零，下降沿使 A/D 转换开始。 （ 8）使用时不需进行零点和满刻度调节。 2) 内部结构和外部引脚 ADC0808/0809 的内部结构和外部引脚分别如图 24 和图 25 所示。 内部各部分的作用和工作原理在内部结构图中已一目了然，在此就不再赘述，下面仅对各引脚定义分述如下： （ 1） IN0～ IN7—— 8 路模拟输入，通过 3 根地址译码线 ADDA、 ADDB、ADDC来选通一路。 （ 2） D7～ D0—— A/D 转换后的数据输出端，为三态可控输出，故可直接和微处理器数据线连接。 8 位排列顺序是 D7 为最高位， D0 为最低位。 （ 3） ADDA、 ADDB、 ADDC—— 模拟通道选择地址信号 ， ADDA 为低位， ADDC为高位。 地址信号与选中通道对应关系如表 22 所示。 多通道动态数字电阻测量仪 9 图 24 ADC0808/0809 内部结构框图 （ 4） VR(+)、 VR()—— 正、负参考电压输入端，用于提供片内 DAC 电阻网络的基准电压。 在单极性输入时， VR(+)=5V， VR()=0V；双极 性输入时，VR(+)、 VR()分别接正、负极性的参考电压。 图 25 ADC0808/0809 外部引脚图 (5) ALE—— 地址锁存允许信号，高电平有效。 当此信号有效时， A、 B、C 三位地址信号被锁存，译码选通对应模拟通道。 在使用时，该信号常和START 信号连在一起，以便同时锁存通道地址和启动 A/D 转换 [10]。 (6)START—— A/D 转换启动信号，正脉冲有效。 加于该端的脉冲的上升沿使逐次逼近寄存器清零，下降沿开始 A/D 转换。 如正在进行转换时又接到新的启动脉冲，则原来的转换进程被中止，重新从头开 始转换。 多通道动态数字电阻测量仪 10 (7)EOC—— 转换结束信号，高电平有效。 该信号在 A/D 转换过程中为低电平，其余时间为高电平。 该信号可作为被 CPU 查询的状态信号，也可作为对 CPU 的中断请求信号。 在需要对某个模拟量不断采样、转换的情况下，EOC 也可作为启动信号反馈接到 START 端，但在刚加电时需由外电路第一次启动。 表 22 地址信号与选中通道的关系 地 址 选中通道 ADDC ADDB ADDA 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 （ 8） OE—— 输出允许信号，高电平有效。 当微处理器送出该信号时，ADC0808/0809 的输出三态门被打开，使转换结果通过数据总线被读走。 在中断工作方式下，该信号往往是 CPU 发出的中断请求响应信号。 [10] 数码管显示 数码管分为两类，一类是共阴极，一类是共阳极。 所谓共阴极就是他们的公共端接低电平才有效，同样，共阳极就是他们的公共端 要 接 高电平才有效。 另外，数码管又分为 1 位和多位的。 数码管包括段码和位码，段码 即段选信号SEG，它负责数码管显示的内容 ，图 中 ag、 dp 组成的数据 （ a 为最低位， dp为最高位） 就是段码。 位码即位选信号 DIG，它决定哪个数码管工作，哪个数码管不工作。 因此共阴极的数码管，位码为低电平时为选中，段码为高电平时点亮，相反共阳极的数码管，位码为高电平时为选中，段码为低电平是点亮。 多通道动态数字电阻测量仪 11 图 25 1 位数码管结构 图 25 六 位数码管（共阴极） 本设计所使用的是 6 位数码管， 如图所示。 左边 4 位用来显示所测 电阻 数据 ，第 5 位空出 ，最后 1 位用于显示通道数。 由于段码是公用的，为使每个数码管显示不同的数据，我们需要采用动态显示。 动态显示的过程：以显示“ 12346” 为例说明，首先发送“ 1”的段码“ 0x06”至数码管，然后仅使能位信号 DIG6， 左边第一位 就会显示“ 1”， 由于没选中， 其余的数码管都是不工作的；延时一定时间之后再发送“ 2”的段码“ 0x5b”至数码管，同时仅使能位信号 DIG5，这时“ 2”就会在 左边第二位 上显示出来； 同理延时之后会依次显示“ 346”。 然后 循环 ，重复 点亮数码管。 由于相邻两次的时间间隔很短 （ t10ms） ,看起来好像就是数码管一直在显示“ 12346” [11]。 另外还有一种 静态扫描显示，顾名思义就是当显示器显示某一个数字的时候，相应的二极管 恒定导通或截止，由于本设计没用到，顾不做过多介绍。 为了实现以上所说的功能，由单片机 P0 作为段数据口，控制段码输出，由 P2 口作为扫描口，低 6 位控制位码输出。 多通道动态数字电阻测量仪 12 分压电路 根据设计的要求，做出来的电路应该能动态的测电阻，而显然电阻无法直接测得，而且 ADC0809 的 IN0— IN7 端所采集的数据是电压。 如图所示，根据电路的结构我们可以求出一个函数公式，从而将电压变换成电阻。 首先ADC0809 芯片将获取的电压与 VREF（ +） 和 VREF（ ） 的差（一般是 5V 左右）进行模数转换，得到一个 8 位二进制数将数据通过 OUT 口输入到 P1口，即 getdata，然后要将 getdata 进行数模转换，还原成电压，通过公式 v = getdata**5000（ mV） 即可达到要求。 图 27 电阻分压电压模块 然后要将电压变换成电阻值，由于系统 采集到电压是电阻的电压，而要 求测量的电阻是滑动变阻器的电压，根据分压关系，因此可以 用 5000mV 减去所得到的电压 v，再根据分压关系电流 5000 1 0 0 0 .0 * 0vvR x R  () 由 此可知 Rx = ( v)*R0*（ kΩ） 至此，要求测量的电阻阻值就能正确的得到，并传送给单片机处理并输出了。 多通道动态数字电阻测量仪 13 第 3 章 系统设计仿真与软件实现 本章的主要介绍各个模块及其控制连接的实现，包括模拟信号的形成，模拟信号的采集，单片机的处理和控制，以及显示部分等的仿真控制和软件控制。 最终形成的仿真控制关系，仿真则使用 Proteus 进行。 如下图 31 所示。 图 31 多通道数字电阻测量仪的仿真图 该仿真系统能自动的实现电压采集，并进行数模转换，电压电阻转换，模数转换 和数字显示功能，从而实现自动多通道电阻测量的功能。 本章将介绍模块连接问题，仿真，程序控制等问题。 模块及其连接 本设计主要由单片机控制模块，模拟信号形成模块，模拟信号采集、模数转换模块，数码管显示模块这五个模块组成。 第 2 章我们介绍了各种硬件基础，芯片的功能，引脚，用法。 这节我们着重于模块功能的实现和模块的连接和控制。 多通道动态数字电阻测量仪 14 模拟信号形成模块与模拟信号采集模块 模拟信号形成模块是通过两个电阻分压形成的，我们已知总电压，采集点电压，和另外一个电阻，那剩下的那个电阻也就可以求出来了。 如下图 32 所示： 图 32 模拟信号形成模块 滑动变阻器 RV1 与 R2 分压，两者的总电压已知是 5V， R2 电阻的电压 v即可以传送到数据采集模块了。 已知了 R2，总电压 5V，以及 R2 分压 v， 即可求得滑动变阻器 RV1 的阻值。 即有 5 12vvRV R  () 即 RV1=（ 5v） *R2/v 因此这为电阻 R2 的电压 v 传送到系统处理后即可求滑动变阻器的阻值提供了依据。 在单片机的控制下， ADC0809 芯片中的数据采集模块按照单片机给出的地址信号 ADDA、 ADDB、 ADDC 信号，和地址锁存信号 ALE，按照时序控制的有序的进行数据采集。 根据第二章给出的 ADC0809 的地址信号和选中通道关系可知，选中通道跟地址信号数据自然排列关系。 模数转换模块与单片机控制 模拟信号采集、模数转换模块是由 ADC0809 芯片作为数据采集通道，并进行模数转换由 out 口输出。 ADC0809 芯片数据采集的实现需要依靠单片机对其控制信号进行控制，以控制其时序，保证 ADC0809 能够按照时序有 条不紊的进行。 其中此模块包括两个部分，其一是模拟信号采集，其二是模数转换。 这两个部分都在 ADC0809 芯片内部完成。 其内部结构如图 33 所示： 多通道动态数字电阻测量仪 15 图 33 ADC0809 的内部结构 数据采集电路是系统的主要组成部分 如图 34,ADC0809 具 有 8 路模拟量输入通 道 IN0～ IN7,通过 3 位地址输入端 C、 B、 A(引脚 23～ 25)进行选择。 引脚 22 为地址锁存控制端 ALE,当输入为高电平时 ,C、 B、 A 引脚输入的地址锁存于 ADC0809 内部锁存器中 ,经内部译码电路译码选中相应的模拟通道。 图 34 数据采集电路 引脚 6 为启动转换控制端 START,当输入一个 2μ s 宽 的高电平脉冲时 ,就启动 ADC0809 开始对输入通道的模拟量进行转换。 引脚 7 为 A/D 转换器 ,当开始转换时 ,EOC 信号为低电平 ,经过一段时间 ,转换结束 ,转换结束信号EOC 输出高电平 ,转换结果存放于 ADC0809 内部的输出数据寄存器中。 引脚9 脚为 A/D 转换数据输出允许控制端 OE,当 OE 为高电平时 ,存放于输出数据锁存器中的数据通过 ADC0809 的数据线 OUT0～ OUT7 输出。 引脚 10 为ADC0809 的时钟信号输入端 CLOCK。 在连接 时 ,ADC0809 的 数据线 OUT0～ 多通道动态数字电阻测量仪 16 OUT7 与 AT89c52 的 P1 口相连接 ,ADC0809 的地址引脚、地址锁存端ALE、启动信号 START、数据输出允许控制端 OE 分别与 AT89C52 的 P3 口相连接 , 、 、 分别连接 ADC0809 芯片的 START 端， OE 端，EOC 端， 控制 ADC0809 的时钟 clock 和地址锁存信号 ALE。 转换结束信号 EOC 与 AT89c52 的 相连接。 时钟信号输入端 CLOCK 信号 ,由单片机的地址锁存信号 ALE 得到 [12]。 如上图所示是数据采集、模数转换模块。 单片机充当一个 微型系统控制着整个系统中各个模块的运作，它不仅控制着负责控制着数据采集、模数转换模块，它还需要对采集到的信号进行计算处理，并且输出。 它负责将采集到的数字信号转换成模拟信号，并将得到的电压值转换为电阻值。 单片机与数字显示模块 在 8051 单片机应用系统的设计中 ,单片机的 LED 数码 管 显示电路的设计往往是不可缺少的环节，并且单片机可以直接驱动数码管，并不需要外加芯片或者多余的电路。 而且 单片机的应用系统中 ,经常要求运行过程和运行结。