单通道动态数字电阻测量仪毕业论文(编辑修改稿)

单通道动态数字电阻测量仪毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

于位数和时钟周期，逐次逼近型 A/D 转换器转换速度快，因而在实际中广泛使用。 逐次逼近型 A/D 转换器 [10]，最开始时，寄存器各位清零，转换时，先将最高位置 1，把数据送入 A/D 转换器转换，转换结果与输入的模拟量比较，如果转换的模拟量比输入的模拟量小，则 1 保留，如果转换的 模拟量比输入的模拟量大，则 1 不保留，然后从第二位依次重复上述过程直至最低位，最后寄存器中的内容就是输入模拟量对应的二进制数字量。 单通道动态数字电阻测量仪 7 图 25 逐次逼近型 A/D 转换器的工作原理图 ADC0808 主要特性 ： （ 1） 8 路 8 位 A/D 转换器，即分辨率 8 位。 （ 2） 具有转换起始控制端。 （ 3） 转换时间： 128μ s；转换精度： %；单个 +5V 电源供电。 （ 4） 模拟输入电压范围 0 +5V，不需外部零点和满刻 度调整。 （ 5） 低功耗，约 15mW[6]。 （ 6）工作温度范围为 40 摄氏度到 +85 摄氏度。 ADC0808 是 CMOS 单片型逐次逼近式 A/D 转换器，带有使能控制端，与微机直接接口，片内带有锁存功能的 8 路模拟多路开关，可以对 8 路 05V 输入模拟电压信号分时进行转换，与各种微控制器接口，可锁存三态输出 ，输出与 TTL 兼容。 由于 ADC0808 设计时有考虑到若干种模 /数变换技术的长处，所以该芯片非常适应于过程控制，微控制器输入通道的接口电路，智能仪器和机床控制等领域。 ADC0808 是 ADC0809 的简化版本，功能基本相同。 区别在于 ADC0808 的输出端口 D0D7 是高位到低位，而 ADC0809 是低位到高位。 一般在硬件仿真时采用 ADC0808 进行 A/D 转换，实际使用时采用 ADC0809进行 A/D 转换。 ADC0808 外部各引脚功能 ADC0808 芯片有 28 条引脚，采用双列直插式封装，其引脚图如图 3 所示。 下面说明各个引脚功能： IN0IN7（ 8 条）： 8 路模拟量输入线，用于输入和控制被转换的模拟电压。 D0D7(8 条 )： 8 位数字量输出端 D0 是高位。 ALE：地址锁存允许输入线，高电平有效，当 ALE 为高电平时，为地址输入线，用于选择 IN0IN7 上那一条模拟电压送给比较器进行 A/D 转换。 单通道动态数字电阻测量仪 8 图 26 ADC0808 引脚图 ADDA,ADDB,ADDC： 3 位地址输入线，用于选择 8 路模拟输入中的一路，其对应关系如表 2 所示： 表 21 ADC0808 通道选择表 地址码 对应的 输入通道 C B A 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 START： START 为“启动脉冲”输入法，该线上正脉冲由 CPU 送来，宽度应大于 100ns，上升沿清零 SAR,下降沿启动 ADC 工作。 EOC： EOC 为 A/D 转换结束 信号 输出线，该线上高电平表示 A/D 转换已结束，数字量已锁入三态输出锁存器，转换期间一直是低电平。 OE： OE 为 数据 输出允许端，高电平 有效。 当 A/D 转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开三态输出门，输出数字量。 REF+、 REF： 参考电压输入量，给电阻阶梯网络供给标准电压。 VCC、 GND： VCC 为主电源输入端， 单一接 +5V。 GND 为接地端，一般REF+与 Vcc 连接在一起， REF与 GND 连接在一起。 CLK： 时钟 脉冲 输入端。 要求时钟频率不高于 640KHz。 单通道动态数字电阻测量仪 9 ADC0808 内部逻辑结构 ADC0808 由一个八路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个 A/D 转换器和一个三态输出锁存器组成。 如下图所示。 图 27 ADC0808 内部逻辑结构图 （ 1） 地址锁存与译码器用于当 ALE 信号有效时，锁存从 ADDA、 ADDB、ADDC 3 根地址线上送来的 3 位地址，译码后产生通道选择信号，从 8 路模拟通道中选择当前模拟通道。 （ 2） 8 路模拟通道选择开关实现 从 8 路输入模拟量中选择一路送给后面的比较器进行比较。 （ 3）比较器 8 位开关树型 A/D 转换器 逐次逼近型寄存器，定时和控制电路组成 8 位 A/D 转换器，当 START 信号有效时，就开始对当前通道的模拟信号进行转换，转换完成后，把转换得到的数字量送到 8位三态锁存器，同时通过引脚送出转换结束信号。 （ 4）三态输出锁存器保存当前模拟通道转换得到的数字量，当 OE 信号有效时，把转换的结果送出。 ADC0808 内部的工作过程： 首先输入三位地址，并使 ALE=1，将地址存入锁存器中。 此地址经译码选通 8 路模拟输入之一到比较器。 START 上升沿将逐次逼近寄存器复位。 下降沿启动 A/D 转换，之后 EOC 输出信号变低，指示转换正在进行。 直到 A/D 转换完成。 EOC 变为高电平，指示 A/D 转换结束，结果数据已经存入锁存器，这个信号可做终端申请。 当 OE 输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量单通道动态数字电阻测量仪 10 输出到数据总线上。 数据处理模块 AT89C51 单片机性能介绍 数据处理模块由单片机系统完成，在这里我采用的是美国 ATMEL 公司生产的 AT89C51[9]。 它是一款 低电压，高性能 CMOS8 位单片机，片内含有 4KB的可反复擦写的只读程序存储器 和 128 字节的随机存储器。 该器件采用ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS51 指令集和输出管脚相兼容，由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器，它为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 AT89C51 的 性能 [8]： 与 MCS51 成品指令系统完全兼容； 4KB 可编程闪速存储器；寿命： 1000 次写 /擦循环；数据保留时间： 10 年；全静态工作： 024MHz；三级程序存储器锁定； 128*8B 内部 RAM； 32 个可编程 I/O 口线 ； 2个 16 位定时 /计数器； 5 个中断源；可编程串行 UART 通道；片内震荡器和掉电模式。 AT89C51 外部 引脚功能 AT89C51 采用 PDIP 封装形式，引脚配置如图 5 所示。 图 28 AT89C51 的引脚图 AT89C51 芯片的各引脚功能 [11]为： P0 口：这组引脚共有 8 条， 为最低位。 这 8 个引脚有两种不同的功能，分别适用于不同的情况，第一种情况是 89C51 不带外存储器， P0 口可以为通用 I/O 口使用， 用于传送 CPU 的输入 /输出数据，这时输出数据单通道动态数字电阻测量仪 11 可以得到锁存，不需要外 接专用锁存器，输入数据可以得到缓冲，增加了数据输入的可靠性；第二种情况是 89C51 带片外存储器， 在 CPU 访问片外存储器时先传送片外存储器的低 8 位地址，然后传送 CPU 对片外存储器的读 /写数据。 P0 口为开漏输出，在作为通用 I/O 使用时，需要在外部用电阻上拉。 P1 口：这 8 个引脚和 P0 口的 8 个引脚类似， 为最高位， 为最低位，当 P1 口作为通用 I/O 口使用时， 的功能和 P0 口的第一功能相同，也用于传送用户的输入和输出数据。 P2 口：这组引脚的第一功能与上述两组引脚的第一 功能相同即它可以作为通用 I/O 口使用，它的第一功能和 P0 口引脚的第二功能相配合，用于输出片外存储器的高 8 位地址，共同选中片外存储器单元，但并不是像 P0 口那样传送存储器的读 /写数据。 P3 口：这组引脚的第一功能和其余三个端口的第一功能相同，第二功能为控制功能，每个引脚并不完全相同，如下表 22 所示： 表 22 P3口各位的第二功能 P3 口各位 第二功能 RXT（串行口输入） TXD（串行口输出） /INT0（外部中断 0输入） /INT1(外部中断 1输入 ) T0（定时器 /计数器 0 的外部输入） T1（定时器 /计数器 1 的外部输入） /WR（片外数据存储器写允许） /RD(片外数据存储器读允许 ) Vcc 为 +5V 电源线， Vss 接地。 ALE：地址锁存允许线，配合 P0 口的第二功能使用，在访问外部存储器时， 89C51 的 CPU 在 引脚线去传送随后而来的片外存储器读 /写数据。 在不访问片外存储器时， 89C51 自动在 ALE 线上输出频率为 1/6 震荡器频率的脉冲序列。 该脉冲序列可以作为外部时钟源或定时脉冲使用。 /EA： 片外 存储器访问选择线，可以控制 89C51 使用片内 ROM 或使用片外 ROM， 当 /EA=1 的时候 ，允许使用片内 ROM, 当 /EA=0 的时候 ，只使用片外 ROM。 /PSEN：片外 ROM 的选通线，在访问片外 ROM 时， 89C51 自动在 /PSEN单通道动态数字电阻测量仪 12 线上产生一个负脉冲，作为片外 ROM 芯片的读选通信号。 RST：复位线，可以使 89C51 处于复位 (即初始化 )工作状态。 通常 89C51复位有自动上电复位和人工按键复位两种。 XTAL1 和 XTAL2：片内震荡电路输入线，这两个端子用来外接石英晶体和微调电容，即用来连接 89C51 片内 OSC(震荡器 )的定时反馈回路。 AT89C51 提供以下标准功能： 4KB 的 Flash 闪速存储器， 128B 内部RAM， 32 个 I/O 口线，两个 16 位定时 /计数器，一个 5 向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内震荡器及时钟电路，同时， AT89C51 可降至0Hz 静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。 空闲方式停止CPU 的工作，但允许 RAM，定时 /计数器，串行通信口及中断系统继续工作，掉电方式保存 RAM 中的内容，但震荡器停止工作并禁止其他所有工作直到下一个硬件复位。 单片机系统的相关电路 复位 电路 单片机在启动运行时都需要复位，使 CPU 和系统中的其他部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。 MCS51 单片机有一个复位引脚RST[11],采用施密特触发输入。 当震荡器起振后，只要该引脚上出现 2 个机器周期以上的高电平即可确保时器件复位。 复位完成后，如果 RST 端继续保持高电平， MCS51 就一直处于复位状态，只要 RST 恢复低电平后，单片机才能进入其他工作状态。 单片机的复位方式有上电自动复位和手动复位两种，图6 是 51 系列单片机统常用的上电复位和手动复位组合电路，只要 Vcc 上 升时间不超过 1ms，它们都能很好的工作。 复位电路如图 29 所示。 图 29 单片机复位电路 时钟发生电路 单片机中 CPU 每执行一条指令，都必须在统一的时钟脉冲的控制下严格单通道动态数字电阻测量仪 13 按时间节拍进行，而这个时钟脉冲是单片机控制中的时序电路发出的。 CPU执行一条指令的各个微操作所对应时间顺序称为单片机的时序。 MCS51 单片机芯片内部有一个高增益反相放大器，用于构成震荡器， XTAL1 为该放大器的输入端， XTAL2 为该放大器输出端，但形成时钟电路还需附加其他电路。 本设计系统采用内部时钟方式，利用单片机 内部的高增益反相放大器，外部电路简，只需要一个晶振和 2 个电容即可，如图 210 所示。 图 210 单片机时钟发生电路 电路中的器件选择可以通过计算和实验确定，也可以参考一些典型电路 [12]的参数，电路中，电容器 C1 和 C2 对震荡频率有微调作用，通常的取值范围是 30177。 10pF，在这个系统中选择了 33pF；石英晶振选择范围最高可选24MHz，它决定了单片机电路产生的时钟信号震荡频率，在本系统中选择的是 12MHz，因而时钟信号的震荡频率为 12MHz。 显示模块 显示模块采用的是四位一体的数码管 ，如图 211 所示。 图 211 显示模块图 LED 是发光二极管显示器的缩写。 LED 由于结构简单、价格便宜、与单片机接口方便等优点而得到广泛应用。 LED 显示器 [13]即数码管 是由若干个发光二极管组成显示字段的显示器件。 在单片机中使用最多的是七段数码显示器。 七段数码 管 由 8 个发光二极管组成显示字段，其中 7 个长条形的发光二极管排列成“日”字形，另一个圆点形的发光二极管在显示器的右下角作为显示小数点用，其通过不同的组合可用来显示各种数字。 单通道动态数字电阻测量仪 14 四位数码管概述 四位 数码管 是一种半导体发光器件，其基本单元是 发光二极管。 能显示 4个数码管叫四位数码管。 数码管按段数分为 七段数码管 和八段数码管，八。