多路壓力監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

1、 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：多路壓力監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計院 （系）： 電子信息工程學院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 2009年 06月多路壓力監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計摘要 在企業(yè)生產(chǎn)中，準確及時地得到壓力參數(shù)對生產(chǎn)管理、產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)安全具有十分重要的意義。本文論述了基于單片機的多路壓力監(jiān)測系統(tǒng)硬件設(shè)計。該硬件的主要模塊包括：信號采集、信號調(diào)理、結(jié)果顯示、報警電路、看門狗模塊。本系統(tǒng)運行可靠、性能穩(wěn)定、性價比高、應(yīng)用前景十分廣闊。本文提出了針對多壓力點進行計算機集中實時監(jiān)測系統(tǒng),介紹了它的基本原理、硬件組成，所以其結(jié)構(gòu)清晰，易于修改,調(diào)試方便，大大提高了系統(tǒng)開發(fā)效率。關(guān)鍵詞：單片機；傳感器；lcd顯示；壓力監(jiān)測

2、hardware design of multi-channel pressure monitoring systemabstract in production, access to accurate and timely pressure parameters on production management, product quality and production safety is of great significance. this paper discusses the hardtware design of multi-channel pressure monitorin

3、g system based on scm（the single chip machhine）. the main modules of the hardware include: signal acquisition, signal processing, the result showed and watchdog module. the system has reliable operation, stable performance, cost-effective and very broad prospects for application. this paper presents

4、 a multi-point pressure real-time monitoring system, and introduces its basic principle, components of hardware, so its structure is clear and easy to transplant and also convenient to debug. these greatly increase the efficiency of the systems development.key words : scm , sensors, lcd display, pre

5、ssure monitoring目錄摘要iabstractii1 緒論11.1課題的背景11.2課題的研究意義11.3壓力監(jiān)測技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢21.4 課題的主要內(nèi)容及技術(shù)指標21.4.1課題的主要內(nèi)容21.4.2課題的技術(shù)指標22 系統(tǒng)的要求及設(shè)計原則32.1系統(tǒng)的要求32.2系統(tǒng)的設(shè)計原則33 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計43.1系統(tǒng)的組成43.2系統(tǒng)的工作原理43.3系統(tǒng)主要芯片簡介53.3.1壓力變送器53.3.2多路選擇開關(guān)73.3.3i/v轉(zhuǎn)換器83.3.4信號放大器93.3.5a/d轉(zhuǎn)換器103.3.6單片機at89c51123.3.7 8255153.3.8外部時鐘ds12877173

6、.3.9液晶顯示電路183.3.10外部存儲電路193.3.11報警電路213.3.12復(fù)位電路223.3.13串行口電路243.3.14電源電路264.系統(tǒng)電路板設(shè)計及調(diào)試284.1 protel 簡介284.2 pcb布局、布線基本原則284.2.1 元件布局基本規(guī)則284.2.2 元件布線規(guī)則294.3 系統(tǒng)調(diào)試295 結(jié)論31參考文獻32致謝33畢業(yè)設(shè)計（論文）知識產(chǎn)權(quán)聲明34畢業(yè)設(shè)計（論文）獨創(chuàng)性聲明35附錄361 緒論1.1課題的背景在工業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常需要對壓力信號進行監(jiān)測。壓力監(jiān)測系統(tǒng)主要用于汽車輪胎、煤礦、油田、鍋爐等許多領(lǐng)域。壓力監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用范圍非常廣泛，例如用于在汽車行駛時

7、對輪胎氣壓進行自動監(jiān)測，輪胎漏氣和低氣壓是自動報警，以保證行車安全；還有用在供水管網(wǎng)上，通過對管道水壓的實時監(jiān)測，防止漏水等，在現(xiàn)實生活中，要實現(xiàn)智能化、自動化、機械化就必須做到對壓力信號的及時采集與處理，壓力信號就是一個常見的最基本的信號，所以目前國內(nèi)外有好多關(guān)于壓力方面的研究。尤其是其中的單片機以其優(yōu)越的性能、成熟的技術(shù)及高可靠性和高性能價格比，迅速占領(lǐng)了工業(yè)測控和自動化工程應(yīng)用的主要市場，成為國內(nèi)單片機應(yīng)用領(lǐng)域中的主流。由于壓力控制在生產(chǎn)過程中起著決定性的安全作用，因此有必要準確測量壓力。由于在進行監(jiān)測時往往需要對多處的信息進行測量和監(jiān)控，因此，設(shè)計多路壓力監(jiān)測系統(tǒng)十分必要。1.2課題的

8、研究意義隨著電子技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)的迅速發(fā)展，工業(yè)測控領(lǐng)域采用先進的技術(shù)對現(xiàn)場的工業(yè)生產(chǎn)參數(shù)進行監(jiān)測，監(jiān)測是實現(xiàn)工業(yè)自動化的重要標志。據(jù)不完全統(tǒng)計，在工業(yè)生產(chǎn)中被監(jiān)測最多的參數(shù)是壓力、流量、溫度這三大參數(shù)，無論在石油、化工、煤炭、水利等行業(yè)，還是電力、機械、航天、國防等部門，都離不開對這些參數(shù)的監(jiān)測，當然除此之外，還有諸如液位、扭矩、密度、濃度、速度、位移、距離、電參量等眾多物理參數(shù)的監(jiān)測。壓力測量的領(lǐng)域十分廣泛，其實，不僅在工業(yè)領(lǐng)域，而且在民用領(lǐng)域、軍用領(lǐng)域壓力的測量隨處可見。當然，不同的場合，對測壓范圍的要求不一，即使相同的測壓范圍，測量不同的對象，其測量的精度要求也不盡相同。當然

9、，我們做任何一件物品，都是在滿足要求的前提下，越簡單越好，成本越低越好，作為工業(yè)、民用、軍用等領(lǐng)域的測量，這個原則也不例外，但作為人類對客觀事務(wù)的認識，從測量的角度，從誤差的概念，從真值的理解來看，我們應(yīng)該在一定的條件下盡量地將測量的精度提高。隨著工、農(nóng)業(yè)的發(fā)展，多路壓力監(jiān)測系統(tǒng)勢必將得到越來越多的應(yīng)用，為適應(yīng)這一趨勢，作這方面的研究就顯得十分重要?？傊?，不論在哪個應(yīng)用領(lǐng)域中多路壓力監(jiān)測系統(tǒng)將直接影響工作效率和所取得的經(jīng)濟效益。因而，多路壓力監(jiān)測系統(tǒng)的研發(fā)有著廣闊的前景和市場。1.3壓力監(jiān)測技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢壓力是一般工業(yè)領(lǐng)域最容易碰到的監(jiān)測參數(shù)，市場上專用的各類壓力監(jiān)測產(chǎn)品也比較豐富，國內(nèi)

10、外的壓力監(jiān)測儀器的發(fā)展水平主要體現(xiàn)在儀器的智能化水平、測量的壓力范圍、測量的精度以及儀器的功耗技術(shù)指標上，目前國內(nèi)的壓力測量，在精度上很少高于0.1%。在同一個行業(yè)，各個企業(yè)之間的現(xiàn)代化水平的差異也十分大，盡管目前的計算機技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展水平都十分迅猛，但仍有一部分企業(yè)對壓力的測量場合還停留在簡單的測量工具上。近年來，信息化一詞在自動化領(lǐng)域內(nèi)十分叫響，它在一定程度上推動了自動化技術(shù)的發(fā)展，我們的許多廠礦企業(yè)，運用計算機的水平不再體現(xiàn)在辦公室的管理上，而是深入到生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，各種可能導(dǎo)致安全生產(chǎn)隱患的各個環(huán)節(jié)在可能的條件下均運用了先進的計算機監(jiān)控。1.4 課題的主要內(nèi)容及技術(shù)指標1.4.1

11、課題的主要內(nèi)容掌握壓力監(jiān)測的基本工作原理，利用單片機設(shè)計一個供水管網(wǎng)壓力監(jiān)測系統(tǒng)，要求能夠?qū)?6路壓力信號進行監(jiān)測，如果壓力超出設(shè)定閾值需給報警信號，同時要求測量結(jié)果能夠較長時間存儲，并可與上位機進行通信。1.4.2課題的技術(shù)指標 （1）壓力監(jiān)測范圍0-6.5mpa； （2）壓力監(jiān)測通道16； （3）監(jiān)測精度1%。2 系統(tǒng)的要求及設(shè)計原則2.1系統(tǒng)的要求隨著我國在水利、電力、風力等各方面的迅速發(fā)展，實行以經(jīng)濟手段為基礎(chǔ)的商業(yè)化管理模式和加強動態(tài)監(jiān)視管理已迫在眉睫。傳統(tǒng)的計量方式不能滿足商業(yè)化運營的需要，采用準確可靠、經(jīng)濟實用的自動化系統(tǒng)是必然趨勢。 本系統(tǒng)的構(gòu)建需要滿足能完成一些基本的遠程數(shù)據(jù)

12、采集和傳輸?shù)囊?，同時考慮滿足市場發(fā)展及經(jīng)濟調(diào)度的需求，具備一些開關(guān)量的輸入輸出控制功能和抗干擾能力。根據(jù)系統(tǒng)需求，系統(tǒng)需要提供的功能如下： 采集功能：對經(jīng)過傳感器轉(zhuǎn)變的標準電壓或電流信號，進行a/d轉(zhuǎn)換，變成數(shù)字化的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以通過單片機進行處理，并送到顯示器顯示。外部時鐘電路：可以顯示時間和日期?？撮T狗電路：x25045的看門狗定時器對單片機提供獨立的保護系統(tǒng)，保證了單片機可靠復(fù)位鍵盤和顯示：鍵盤的作用可設(shè)定一些參數(shù)。而前面單片機處理的數(shù)據(jù)可由lcd進行顯示。 報警功能：當壓力高于某個值則系統(tǒng)就會報警。2.2系統(tǒng)的設(shè)計原則 該系統(tǒng)本著安全、精確、可靠、先進、實用、經(jīng)濟、合理的原則進行

13、設(shè)計，在設(shè)計過程中應(yīng)該把握以下系統(tǒng)設(shè)計原則：準確性：系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲等環(huán)節(jié)均應(yīng)采取相應(yīng)措施確保數(shù)據(jù)的準確性。具體包括量測值準確、數(shù)據(jù)時標準確、量綱準確?？煽啃裕合到y(tǒng)的數(shù)據(jù)作為計量依據(jù)，必須具有高度的連續(xù)性和完整性，萬一發(fā)生丟失也必須有彌補的手段。及時性：系統(tǒng)數(shù)據(jù)需要有一定的及時性，即在一個數(shù)據(jù)召喚周期內(nèi)應(yīng)能將所有數(shù)據(jù)傳輸一次，對于各種異常情況，能在短時間內(nèi)解決。安全性：盡可能確保數(shù)據(jù)采集和處理中數(shù)據(jù)不被修改或刪除。先進性：系統(tǒng)設(shè)計盡可能不以降低系統(tǒng)可靠性為代價，真正做到不僅具有當今先進技術(shù)，采用先進的概念、技術(shù)和方法，而且具有發(fā)展?jié)摿??？垢蓴_性：是系統(tǒng)設(shè)計不可缺少的一部分，它包括芯片

14、、器件選擇、去耦濾波、印刷電路板布線等。3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計3.1系統(tǒng)的組成 壓力監(jiān)測系統(tǒng)的硬件電路主要由壓力變送器、多路選擇開關(guān)、電流電壓轉(zhuǎn)換器、信號放大器、a/d轉(zhuǎn)換器、單片機，液晶顯示電路，報警電路，看門狗電路，外部時鐘電路，外部存儲電路和串行口電路組成。系統(tǒng)硬件電路框圖如圖3.1示： 壓力信號 串行口電路 外部存儲電路 外部時鐘電路 看門狗 報警電路 lcd顯示電路 單 片 機 a/d轉(zhuǎn)換器 信號放大器 i/v轉(zhuǎn)換器多路選擇開關(guān) 壓力變送器 圖3.1系統(tǒng)硬件電路框圖3.2系統(tǒng)的工作原理系統(tǒng)的cpu選用at89系列單片機at89c51,測力敏感元件為壓力變送器，將壓力引起的微小變化轉(zhuǎn)換為

15、相應(yīng)的電流信號變化,經(jīng)多路選擇開關(guān)選擇信號通道送入i/v轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為電壓信號，該電壓信號經(jīng)放大電路放大、調(diào)零后送a/d轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量送到單片機at89c51，at89c51讀入數(shù)據(jù)并對其進行數(shù)據(jù)濾波、存儲和送液晶顯示器顯示，當數(shù)據(jù)大于6.5mpa進行報警處理。3.3系統(tǒng)主要芯片簡介3.3.1壓力變送器lt-yg智能壓力變送器如圖3.2所示具有多種型號，多種量程，多種過程連接形式及材料?？蓮V泛應(yīng)用于石油、化工、電力、冶金、制藥、食品等許多工業(yè)領(lǐng)域，可適應(yīng)于工業(yè)測量的各種場合及介質(zhì)，是傳統(tǒng)壓力表及傳統(tǒng)變送器的理想升級換代產(chǎn)品，是工業(yè)自動化領(lǐng)域理想的壓力測量儀表。 圖3.2lt-yg智能壓

16、力變送器（1）lt-yg型壓力變送器的特性：小型輕巧，有利于抗震；螺紋連接型：0.8kg；內(nèi)藏大屏幕數(shù)字lcd，外型尺寸3636mm,字高為16mm，精度為1個字；分兩行顯示，上行顯示單位，下行顯示數(shù)據(jù)；（可選帶背光的液晶顯示器，是國內(nèi)唯一的帶背光的二線智能壓力變送器。帶背光的壓力變送器顯示非常直觀，有利于現(xiàn)場人員在遠距離或黑暗的情況下清晰讀數(shù)。） 采用計算機數(shù)字自動調(diào)校；全開放的用戶自設(shè)定界面；（支持變送輸出值零點遷移，測量值零點與量程范圍設(shè)定，輸出方式設(shè)定。支持測量值增益放大功能，變送輸出值增益放大功能。）可任意設(shè)定量程，提高量程變化的靈活性，能有效減少備品庫存；故障自診斷功能；設(shè)定參數(shù)斷

17、電永久保留及參數(shù)密碼鎖定功能；無源標定功能；（該功能使用戶在不使用壓力源和校驗儀的情況下進行量程遷移。）供電不分正負；（該儀表接線不分正負，任意接線均輸出4-20ma。）hart通訊功能；工作可靠，免維護。（2）lt-yg型壓力變送器的技術(shù)指標如表3.1所示：表3.1lt-yg型壓力變送器的技術(shù)指標參數(shù)名稱說明過程連接g1/2外螺紋，1/2npt內(nèi)螺紋，m20c1.5外螺紋材質(zhì)膜片 氧化鋁陶瓷或sus316l過程連接件 不銹鋼 316l（美國標準） 1.4581（德國標準） lcr18n19ti(中國標準) 哈氏合金c密封件 氟橡膠 丁腈橡膠 聚四氟乙烯外殼 鋁合金外部環(huán)境溫度范圍-30- +

18、70接觸液體溫度范圍-40- +110防爆等級隔爆型exd ll c t6 1區(qū)(不含乙炔)本安型號exia lic t4 0區(qū)電氣管道連接g1/2 內(nèi)螺紋，1/2npt內(nèi)螺紋涂裝丙烯烘漆，金屬綠輸出4-20ma dc 二線制hart數(shù)字通訊供給電源11.5-30v dc說明：量程范圍/測量范圍/精度/最大工作電壓：請參照 “標準量程表”外型尺寸如表3.2所示：表3.2外形尺寸過程接口型號l(mm)g1/2外螺紋g41341/2npt內(nèi)螺紋n4m20x1.5外螺紋ph標準量程表如表3.3所示：表3.3標準量程表測量方式量程范圍測量范圍訂貨代號精度最大工作壓力表壓40-800kpa0-800kp

19、a10.21.6mpa0.1-2mpa0-2mpa20.24mpa0.5-10mpa0-10mpa30.220mpa1.25-25mpa1-25mpa40.260mpa絕壓40-800kpa0-800kpa10.21.6mpa0.1-2mpa0-2mpa20.24mpa0.5-10mpa0-10mpa30.220mpa1.25-25mpa0-35mpa40.260mpa負壓-35-3.5kpa-35-0kpa10.20.6mpa-100-10kpa-100-0kpa20.20.6mpa正負壓復(fù)合9.8-100kpa-100-100kpa10.2200kpa4-400kpa-100-400kpa

20、20.2800kpa0.2-2mpa0.1-2mpa30.24mpa1-10mpa-0.1-10mpa40.220mpa端子說明如表3.4a,3.4b，3.4c所示：表3.4a端子說明記號序號端子supply+3電源和輸出信號+supply-2電源和輸出信號-1接地表3.4b端子說明端口名稱端子序號端子說明g200串行通訊口1電源+2usart同步時鐘線3usart同步數(shù)據(jù)線4電源-表3.4c端子說明記號序號功能set3設(shè)定鍵+2增加鍵-1減少鍵打開變送器后蓋，可見端子，方為接線端子，序號由左至右為1-3，左側(cè)為通訊端子，序號由上到下為1-4，詳見表3.4a，表3.4b。打開變送器后蓋，擰松鍵

21、盤蓋板鎖定螺絲可取下鍵盤蓋板，進行參數(shù)設(shè)置。鍵的序號由左至右為1-3。功能定義見表3.4。電氣連接： 出線方式：具有180度雙側(cè)出線口，g1/2螺紋配標準的密封電纜接頭。 防護等級：ip65負載特性：供給電源/負荷阻抗特性。3.3.2多路選擇開關(guān)多路選擇開關(guān)采用cd4067,cd4067的引腳圖見圖3.3。cd4067相當于一個單刀十六擲開關(guān)，具體接通哪一通道，由輸入地址碼abcd來決定,其真值表如表3.5所示。 圖3.3cd4067引腳圖表3.5cd4067真值表dcbainh接通通道000000000101001002001103010004010105011006011107100008

22、100109101001010110111100012110101311100141111015xxxx1均不接通cd4067是模擬開關(guān)，數(shù)字電路中模擬開關(guān)是很有用的器件，用它來切換數(shù)字信號的傳輸是十分方便的。cd4067是單16路（單刀16位）模擬開關(guān)，各開關(guān)由外部輸入二進制的地址碼a、b、c、d來切換。其中腳10、11、13和14是地址碼a、b、c、d的輸入端；腳29和1623是開關(guān)的輸入/輸出端（開關(guān)位）；腳1是開關(guān)的輸出/輸入公共端（開關(guān)刀）；腳15為控制端，低電平有效（選通），高電平禁止（開關(guān)開路）。cd4067的4位二進制碼a、b、c、d共有16種狀態(tài)，所以可以控制16個開關(guān)的通斷

23、。3.3.3i/v轉(zhuǎn)換器 i/v轉(zhuǎn)換器采用iso-a-p-o系列，其規(guī)格如表3.6所示：表3.6iso-a-p-o系列i/v轉(zhuǎn)換器規(guī)格輸入額定電流輔助電源輸出a1:0-1map1:24vdc01:4-20maa2:0-10map2:12vdco2:0-20maa3:0-20map3:5vdco4:0-5va4:4-20map4:15vdco5:0-10va5:自定義p5:自定義o6:1-5viso-a-p-o系列i/v轉(zhuǎn)換器具有如下特性：低成本，精度等級：0.1級，0.2級，0.5級；輸入:0-20ma/4-20ma等（阻抗250）標準電流信號；輸出:0-10ma/0-20ma/4-20ma隔

24、離變換的電流信號；0-5v/0-10v/1-5v等隔離變換的的電壓信號；信號輸入/輸出/輔助電源：隔離電壓3000vdc三隔離；全量程內(nèi)很高的線性度（非線性度0.2%）；小體積12pin sip，符合ul94-0標準阻燃封裝；工業(yè)級寬溫度范圍:-40c +85c ；iso-a-p-o 系列直流電流信號隔離放大器是一種將電流信號轉(zhuǎn)換成按比例輸出的隔離電流或電壓信號的混合集成電路。該ic內(nèi)部含有一組高隔離的dc/dc電源和電流信號高效率耦合隔離變換電路等，可以將直流電流小信號進行隔離放大（i/i）輸出或直接轉(zhuǎn)換為直流電壓（i/v）信號輸出。很小的輸入電阻（250）,較強的帶負載能力（電流輸出650

25、,電壓輸出2k）能實現(xiàn)小信號遠程無失真的傳輸。ic內(nèi)部可采用陶瓷基板、印刷電阻全smt的可靠工藝制作及使用新技術(shù)隔離措施，使器件能滿足信號輸入/輸出/輔助電源之間3kv三隔離和工業(yè)級寬溫度、潮濕震動等現(xiàn)場環(huán)境。要求外接200k的滿度校正多圈電位器，可實現(xiàn)4-20ma/0-20ma/0-5v/0-10v/1-5v等信號隔離轉(zhuǎn)換和一進二出、二進二出功能的變換。3.3.4信號放大器美國國家半導(dǎo)體公司(national semiconductor corporation)近日宣布推出一款偏置電流低于所有競爭產(chǎn)品的高精度放大器。這款型號為lmp7721的芯片無論在室溫之下還是在攝氏-40度至125度的廣

26、闊溫度范圍內(nèi)，其輸入偏置電流保證只有20fa，因此可大幅提高光電二極管及高阻抗傳感器的系統(tǒng)靈敏度及準確度。換言之，這款放大器可大幅提高便攜式系統(tǒng)及電化傳感器接口電路的靈敏度及準確度。lmp7721芯片是美國國家半導(dǎo)體高能源效率powerwise系列的最新型號產(chǎn)品，該芯片僅用1.3ma電流就可提供高達17mhz的增益帶寬。lmp7721芯片采用美國國家半導(dǎo)體專有vip50 bicmos工藝技術(shù)制造，因此內(nèi)置輸入偏置電流消除電路可降低輸入偏置電流。而其他競爭產(chǎn)品在高溫區(qū)的輸入偏置電流便遠比lmp7721芯片高。以攝氏85度的溫度為例來說，lmp7721芯片的輸入偏置電流保證只有900fa，比最強勁

27、的競爭對手還低50%。此外，美國國家半導(dǎo)體還為高精度系統(tǒng)提供一個完備的信號路徑解決方案。（1）lmp7721高精度放大器的主要特色：lmp7721高精度放大器的輸入偏置電流最低可達3fa，攝氏25度時輸入偏置電流保證不超過20fa，攝氏85度時這個電流值保證不超過900fa，攝氏125度時則保證不超過5pa，而且在整個輸入共模電壓范圍內(nèi)輸入偏置電流都能保持在極低的水平。此外，這款放大器芯片的增益帶寬也極高，開環(huán)增益更高達120db，因此可確保信號調(diào)整更為準確。此外，lmp7721輸入電壓噪聲只有6.5nv/sqrthz，攝氏25度時直流偏移電壓不超過150uv，偏移電壓溫度系數(shù)只有1.5uv/

28、c，上述優(yōu)點對改善系統(tǒng)的靈敏度及準確度極有幫助。lmp7721芯片可在1.8v至5.5v的供電電壓范圍內(nèi)操作。其采用的8引腳soic封裝特別將放大器的供電輸入與輸出引腳相隔離。這種獨特的設(shè)計可以避免印制電路板的漏電流流入輸入引腳，進一步減少系統(tǒng)錯誤。系統(tǒng)設(shè)計工程師只要采用這款lmp7721芯片，便可取代放大器及分立式雙輸入mosfet晶體管，為印制電路板節(jié)約約50%的空間。（2）lmp7721高精度放大器的技術(shù)指標如表3.7所示：表3.7lmp7721高精度放大器的技術(shù)指標25c輸入偏置電流20fa85c輸入偏置電流900fa失調(diào)電壓26uv失調(diào)電壓漂移-1.5uv/cdc開環(huán)增益120dbd

29、c共模抑制比100db輸入電壓噪聲（在f=1khz）6.5nv/sqrthzthd0.0007%電源電流1.3ma增益帶寬積（gbw）17mhz壓擺率（下降邊沿）12.76v/us電源電壓1.8v-5.5v工作溫度范圍-40c - +125c3.3.5a/d轉(zhuǎn)換器ad574a 是美國模擬數(shù)字公司（analog）推出的單片高速 12 位逐次比較型 a/d 轉(zhuǎn)換器，內(nèi)置雙極性電路構(gòu)成的混合集成轉(zhuǎn)換顯片，具有外接元件少，功耗低，精度高等特點，并且具有自動校零和自動極性轉(zhuǎn)換功能，只需外接少量的阻容件即可構(gòu)成一個完整的 a/d 轉(zhuǎn)換器。（1）ad574a主要功能特性如下：分辨率：12 位 非線性誤差：小

30、于1/2lbs 或1lbs轉(zhuǎn)換速率：25us 模擬電壓輸入范圍：010v和020v，05v和010v兩檔四種電源電壓：15v和5v數(shù)據(jù)輸出格式：12位/8位 芯片工作模式：全速工作模式和單一工作模式（2）ad574a引腳說明如下：1pin1(+5v)+5v電源輸入端；2pin2(12/8)數(shù)據(jù)模式選擇端，通過此引腳可選擇數(shù)據(jù)縱線是12位或8位輸出；3pin3(cs)片選端；4pin4(a0)字節(jié)地址短周期控制端。與端用來控制啟動轉(zhuǎn)換的方式和數(shù)據(jù)輸出格式。須注意的是，12/8端ttl電平不能直接與+5v或0v連接；5pin5(r/c)讀轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)控制端；6pin6(ce)使能端； ad574a的c

31、e、12/8、cs、r/c和a0對其工作狀態(tài)的控制過程：在 ce=1,cs=0同時滿足時,ad574a才會正常工作,在ad574a處于工作狀態(tài)時,當r/c=0時a/d 轉(zhuǎn)換,當r/c=1時進行數(shù)據(jù)讀出。12/8和a0端用來控制啟動轉(zhuǎn)換的方式和數(shù)據(jù)輸出格式。a0=0時,啟動是按完整12位數(shù)據(jù)方式進行的。當a0=1時，按8位a/d轉(zhuǎn)換方式進行。當r/c =1,也即當 ad574a 處于數(shù)據(jù)狀態(tài)時，a0和12/8控制數(shù)據(jù)輸出狀態(tài)的格式。當12/8=1時,數(shù)據(jù)以12位并行輸出,當12/8=0 時，數(shù)據(jù)以8位分兩次輸出。而當a0=0時，輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的高8位，a0=1時輸出a/d轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的低4位，這四位占

32、一個字節(jié)的高半字節(jié)，低半字節(jié)補零。其控制邏輯真值表如表3.8所示。表3.8ad574a控制邏輯真值表cecsr/c12/8a0工作狀態(tài)0xxxx禁止x1xxx禁止100x0啟動12位轉(zhuǎn)換100x1啟動8位轉(zhuǎn)換101按+5vx12位并行輸出有效101按0v0高8位并行輸出有效101按0v1低4位并行輸出有效7pin7(v+)正電源輸入端，輸入+15v電源；8pin8(ref out)10v基準電源電壓輸出端；9pin9(agnd)模擬地端；10pin10(ref in)基準電源電壓輸入端；11pin11(v-)負電源輸入端，輸入-15v電源；12pin12(v+)正電源輸入端，輸入+15v 電源

33、；13pin13(10v in)10v量程模擬電壓輸入端；14pin14(20v in)20v量程模擬電壓輸入端；15pin15(dgnd)數(shù)字地端；16pin16pin27(db0db11)12條數(shù)據(jù)總線，通過這12條數(shù)據(jù)總線向外輸出a/d轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)；17pin28(sts)工作狀態(tài)指示信號端,當sts=1時,表示轉(zhuǎn)換器正處于轉(zhuǎn)換狀態(tài),當sts=0時,聲明a/d轉(zhuǎn)換結(jié)束,通過此信號可以判別a/d轉(zhuǎn)換器的工作狀態(tài),作為單片機的中斷或查詢信號之用；ad574a的工作模式：以上我們所述的是ad574a的全控狀態(tài)，如果需ad574a 工作于單一模式,只需將ce、12/8端接至+5v電源端，cs和a0接

34、至0v,僅用r/c 端來控制a/d轉(zhuǎn)換的啟動和數(shù)據(jù)輸出。當r/c =0時,啟動a/d轉(zhuǎn)換器，經(jīng)25us后sts=0,表明a/d轉(zhuǎn)換結(jié)束,此時將r/c置1,即可從數(shù)據(jù)端讀取數(shù)據(jù)。3.3.6單片機at89c51at89c51是一種帶4k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲（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。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at89c51

35、是一種高效微控制器，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。制造工藝為cmos的at89c51單片機采用的是40只引腳的雙列直插封裝（dip）方式如圖3.4所示，其片內(nèi)的結(jié)構(gòu)如圖3.5所示。如果按功能劃分，它由8個部件組成，即微處理器（cpu），數(shù)據(jù)存儲器（ram），程序存儲器（e2prom），i/o 口（p0口、p1口、p2口、p3口），串行口，定時器/計數(shù)器，中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器（sfr）。圖3.4at89c51引腳圖圖3.5at89c51片內(nèi)結(jié)構(gòu)圖（1）對各功能部件的說明： a、數(shù)據(jù)存儲器（ram）：片內(nèi)為256個字節(jié)（單元），片外最多擴至64k字節(jié)。b、程序存儲器（e2

36、prom）：at89c51單片機含有8k字節(jié)的快擦寫可編程/擦除只讀存儲器（e2prom）,片內(nèi)最多可擴至64k字節(jié)。c、中斷系統(tǒng)：具有5個中斷源，2級中斷優(yōu)先權(quán)。d、定時器/計數(shù)器:3個16位的定時器/計時器，具有四種工作方式。e、串行口：1個全雙工的串行口，具有四種工作方式。f、p0 口、p1 口、p2 口、p3 口：為4個并行8 位i/o 口。g、特殊功能寄存器（sfr）：共有21個，用于對于片內(nèi)各功能模塊進行管理，控制監(jiān)視。實際上是一些控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個特殊功能的ram區(qū)。h、微處理器（cpu）：為8位的cpu，且內(nèi)含一個1位cpu（微處理器），不僅可處理字節(jié)數(shù)據(jù)，還可進行

37、位變量的處理。（2）at89c51芯片的特性： 與mcs-51 兼容 4k字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命：1000寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時間：10年全靜態(tài)工作：0hz-24hz三級程序存儲器鎖定 128*8位內(nèi)部ram32條可編程i/o線兩個16位定時器/計數(shù)器5個中斷源 可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路（3）at89c51芯片引腳功能： 1vcc：供電電壓。2gnd：接地。3p0口：p0口為一個8位漏級開路雙向i/o口，每腳可吸收8個ttl門電流。當p1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。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flash編程

38、時，p0口作為原碼輸入口，當flash進行校驗時，p0輸出原碼，此時p0外部必須被拉高。4p1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4個ttl門電流。p1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高電平時，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。5p2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，p2口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

39、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。6p3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，由于外部下拉為低電平，p3口將輸出電流這是由于上拉的緣故。p3口也可作為at89c51的一些特殊功能口，如表3.9所示：表3.9at89c51p3口的特殊功能口口管腳備選功能p3.0rxd串行輸入口p3.1txd串行輸出口p3.2int0外部中斷0

40、p3.3int1外部中斷1p3.4t0計時器0外部輸入p3.5t1計時器1外部輸入p3.6wr外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通p3.7rd外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通 i/o口作為輸入口時有兩種工作方式即所謂的讀端口與讀引腳，讀端口時實際上并不從外部讀入數(shù)據(jù)而是把端口鎖存器的內(nèi)容讀入到內(nèi)部總線經(jīng)過某種運算或變換后再寫回到端口鎖存器，只有讀端口時才真正地把外部的數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)部總線。cpu將根據(jù)不同的指令分別發(fā)出讀端口或讀引腳信號以完成不同的操作這是由硬件自動完成的不需要我們操心。 讀引腳時也就是把端口作為外部輸入線時首先要通過外部指令把端口鎖存器置1然后再實行讀引腳操作否則就可能讀入出錯。如果不對端口置1端口鎖存器

41、原來的狀態(tài)有可能為0，q端為0，q非為1加到場效應(yīng)管柵極的信號為1，該場效應(yīng)管就導(dǎo)通對地呈現(xiàn)低阻抗,此時即使引腳上輸入的信號為1也會因端口的低阻抗而使信號變低使得外加的1信號讀入后不一定是1。若先執(zhí)行置1操作則可以使場效應(yīng)管截止引腳信號直接加到三態(tài)緩沖器中實現(xiàn)正確的讀入。由于在輸入操作時還必須附加一個準備動作所以這類i/o口被稱為準雙向口。at89c51的p0/p1/p2/p3口作為輸入時都是準雙向口。7rst：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。 8ale/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低位字節(jié)。在flash編程期間，此引

42、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指令時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。9psen：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，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)。10ea/vpp：當ea保持低電平時，則在此期間不管是否有

43、內(nèi)部程序存儲器讀外部程序存儲器（0000h-ffffh）。注意加密方式1時，ea將內(nèi)部鎖定為reset；當ea端保持高電平時，此間讀內(nèi)部程序存儲器。在flash編程期間，此引腳也用于施加12v編程電源（vpp）。11xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。12xtal2：來自反向振蕩器的輸出。（4）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。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，xtal2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的

44、寬度。3.3.7 8255單片機系統(tǒng)里常用的8255芯片是一個典型的可編程通用并行接口芯片,用來擴展單片機的端口，8255內(nèi)部包括三個并行數(shù)據(jù)輸入/輸出端口，兩個工作方式控制電路，一個讀/寫控制邏輯電路和8位總線緩沖器。其引腳圖如圖3.6所示。圖3.6 8255引腳圖（1）8255引腳功能如下：reset:復(fù)位輸入線，當該輸入端外于高電平時，所有內(nèi)部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有i/o口均被置成輸入方式。cs:片選信號線，當這個輸入引腳為低電平時，表示芯片被選中，允許8255與cpu進行通訊。rd:讀信號線，當這個輸入引腳為低電平時，允許8255通過數(shù)據(jù)總線向cpu發(fā)送數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息，

45、即cpu從8255讀取信息或數(shù)據(jù)。wr:寫入信號，當這個輸入引腳為低電平時，允許cpu將數(shù)據(jù)或控制字寫入8255。d0d7:三態(tài)雙向數(shù)據(jù)總線，8255與cpu數(shù)據(jù)傳送的通道，當cpu 執(zhí)行輸入輸出指令時，通過它實現(xiàn)8位數(shù)據(jù)的讀/寫操作，控制字和狀態(tài)信息也通過數(shù)據(jù)總線傳送。pa0pa7:端口a輸入輸出線，一個8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器，一個8位的數(shù)據(jù)輸入鎖存器。pb0pb7:端口b輸入輸出線，一個8位的i/o鎖存器，一個8位的輸入輸出緩沖器。pc0pc7:端口c輸入輸出線，一個8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器，一個8位的數(shù)據(jù)輸入緩沖器。端口c可以通過工作方式設(shè)定而分成2個4位的端口，每個4位的端口

46、包含一個4位的鎖存器，分別與端口a和端口b配合使用，可作為控制信號輸出或狀態(tài)信號輸入端口。a1、a0:端口地址總線，8255中有端口a、b、c和一個內(nèi)部控制字寄存器，共4個端口，由a0、a1輸入地址信號來尋址。（2）8255各部分功能概括如下：端口a、b、ca口：是一個8位數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器和一個8位數(shù)據(jù)輸入鎖存器。b口：是一個8位數(shù)據(jù)輸入/輸出鎖存器/緩沖器和一個8位數(shù)據(jù)輸入鎖存器。c口：是一個8位數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器和一個8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器（輸入不鎖存）。通常a口、b口作為數(shù)據(jù)輸入/輸出端口，c口作為控制/狀態(tài)信息端口，它在“方式控制字”的控制下可分為兩個4位端口，每個端口有一個4位

47、鎖存器，分別與a口、b口配合使用，作為控制信號輸出或狀態(tài)信息輸入端口。工作方式控制電路工作方式控制電路有兩個，一個是a組控制電路，另一個是b組控制電路。這兩組控制電路具有一個控制命令寄存器，用來接受中央處理器發(fā)來的控制字，以決定兩組端口的工作方式，也可根據(jù)控制字的要求對c口按位清“0”或者按位置“1”。 a組控制電路用來控制a口和c口的上半部分（pc7-pc4）。b組控制電路用來控制b口和c口的下半部分（pc3-pc0）?？偩€數(shù)據(jù)緩沖器總線數(shù)據(jù)緩沖器是一個三態(tài)雙向8位緩沖器，作為8255與系統(tǒng)總線之間的接口，用來傳送數(shù)據(jù)、指令、控制命令以及外部狀態(tài)信息。讀/寫控制邏輯電路讀/寫控制邏輯電路接受

48、cpu發(fā)來的控制信號rd、wr、reset、地址信號a1-a0等，然后根據(jù)控制信號的要求，將端口數(shù)據(jù)讀出，發(fā)往cpu，或者將cpu送來的數(shù)據(jù)寫入端口。3.3.8外部時鐘ds12877（1）ds12877時鐘芯片特點：可作為ibm at計算機的時鐘和日歷；與mc14681b和ds1287的管腳兼容；在沒有外部電源的情況下可工作10年；自帶晶體振蕩器及電池；可計算到2100年前的秒、分、小時、星期、日期、月、年七種日歷信息并帶閏年補償；用二進制碼或bcd碼代表日歷和鬧鐘信息；有12和24小時兩種制式，12小時制時有am和pm提示；可選用夏令時模式；可以應(yīng)用于motorola和intel兩種總線；數(shù)

49、據(jù)/地址總線復(fù)用；內(nèi)建128字節(jié)ram，14字節(jié)時鐘控制寄存器，114字節(jié)通用ram；可編程方波輸出；總線兼容中斷（/irq）；三種可編程中斷，時間性中斷可產(chǎn)生每秒一次直到每天一次中斷，周期性中斷122ms到500ms，時鐘更新結(jié)束中斷。（2）ds12877引腳圖如圖3.7所示。 圖3.7ds12877引腳圖引腳說明如表3.10所示：表3.10ds12877引腳說明引腳名稱功能1mot總線類型選擇端，高為motorola型，低為intel型。2，3nc保留4-11ad0-ad7地址、數(shù)據(jù)復(fù)用線12gnd地13/cs片選輸入，低電平有效14as地址選通輸入，高電平有效15r/wmot=1時，表明

50、當前處于讀周期（高）或?qū)懼芷冢ǖ停?；mot=0時，r/w即為wr，低電平有效16nc保留17ds數(shù)據(jù)選通輸入18/reset復(fù)位輸入，低電平有效19/irq中斷請求輸出，低電平有效20-22nc保留23sqw方波輸出24vcc電源電壓。+5v3.3.9液晶顯示電路 （1）液晶顯示電路簡介 液晶顯示模塊在各類測量及控制儀表中由于其功耗低、壽命長、價格低、接口控制方便等優(yōu)點而被廣泛的應(yīng)用。其中字符型液晶顯示模塊是一類專用于顯示字母、數(shù)字、符號的點陣式液晶顯示模塊。以hd44780(hitachi)為主控制驅(qū)動電路及其擴展驅(qū)動電路hd44100的液晶顯示模塊是以若干個58或511點陣塊組成的字符塊集

51、。該字符塊集中的每一個字符塊為一個字符位, 字符間的點距和行距均為一個點的寬度。它的內(nèi)部具有字符發(fā)生器rom 以及可顯示192 種字符和64個字節(jié)的自定義字符ram, 因而可自定義8個5 8 點陣字符或4 個5 11 點陣字符。而且模塊的接口信號和操作指令具有廣泛的兼容性,并能直接與單片機接口。另外,它還具有專用指令,可方便地實現(xiàn)各種不同的操作。 （2）hd44780點陣式lcd 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) hd44780 控制部分的時序發(fā)生電路主要用來產(chǎn)生計算機的響應(yīng)時序、ddram和cgram的存取時序以及光標和閃爍的產(chǎn)生時序等,其時鐘頻率范圍為125k350khz,典型值為250khz；地址指針計數(shù)器ac是ddram和cgram共用的地址指針計數(shù)器, 可用于指示當前ddram和cgram的地址；字符發(fā)生器包括cgrom已固化好的字模庫(含有208 種