发布时间 : 星期一 文章单片机温度采集系统更新完毕开始阅读
图2-1 信号调理电路
本设计的信号调理电路如图2-1所示，它采用Pt100铂电阻作为工业现场温度测试点的传感器，将温度的变化转换为自身电阻值的变化，但该信号很小，为毫伏级，这里采用了一个电压跟随器，它的作用就是对信号进行隔离，改变输入输出电阻值，使阻抗匹配。它有效的提高了输入电阻值，降低了对输入的微小信号量的要求；同时它使输出电阻值减小，提高了电路的带负载能力。输出的采样信号的电压值为毫伏级，而ADC0804的电压值为伏特级，为了在量化时能准确的将采样值量化，需要加放大电路，这里采用了两级运算放大电路，LM741为比例运放，靠调节滑动变阻器来改变运放的放大倍数，以确保输入信号经量化后得到准确的采样值，来进行后续的处理工作。
2.3 数据采集接口
数据采集系统是计算机对整个系统进行控制和数据处理。它所处理的是数字信号，因此输入的模拟信号必须进行模数（A/D）转换，将连续的模拟信号量化。无论A/D 转换器的速度多快，A/D转换总需要时间。由此产生两个问题，第一，在 A/D转换期间，输入的模拟信号发生变化，将会使A/D转换产生误差，而且信号变化的快慢将影响误差的大小。为减小误差，需要保持信号不变。第二，A/D转换器输出的数字量只能表明采样时刻的信号值，通过采样使输入的连续信号变成离散信号。
2.3.1数据的采样与保持
- 5 -
在A/D转换过程中应该保持输入信号不变。采样/保持器（S/H）可以取出输入信号某一瞬间的值并在一定的时间内保持不变。采样/保持器有两种工作方式，即采样方式和保持方式。在采样方式下，采样/保持器的输出必须跟踪模拟电压；在保持方式下，采样/保持器的输出将保持采样命令发出时刻的电压输入值，直到保持命令撤销为止。
图2-2 是采样/保持器的电路原理图。图中A1为高输入阻抗的场效应管组成的放大器，A2为输出缓冲器，开关K是工作方式控制开关。当开关K闭合时，输入信号Vin经放大器A1向电容充电，在此时为采样工作方式；当开关K断开时为保持方式，由于运算放大器的输入阻抗很高，因此在理想情况下，电容器保持充电的最终值。
图（a）
图 (b)
图2-2 采样/保持器电路
2.3.2 A/D转换
所谓A/D转换器就是模拟/数字转换器(Analog to Digital Converter 简称 ADC)，是将输入的模拟信号转换成数字信号。信号的输入端可以是传感器（Sensor）或转换器(Transducer)的输出，而ADC输出的数字信号可以提供给微处理器，以便更广泛的应用。
该设计使用到ADC0804芯片，它是美国国家半导体器件公司生产的中速廉
- 6 -
价8位CMOS逐次逼近型A/D转换器。它具有包括三态输出缓冲器的完整接口电路,可以直接与8位微处理器连接,在众多8 位并行输出ADC中输出特性具有相当的代表性。 工作状态：
当CS和WR同时变低时，则转换器启动，当INTR为0，表示转换结束。 当要读数据时，CS和RD都变低，三态输出锁存器使能提供8位数字输出。 连续转换：当A/D以自激模式工作时，将CS输入接地，WR输入与INTR输出相连，WR和INTR节点在电源接通以后，有一瞬间被置成低电平以保证正常工作。
ADC0804芯片的引脚结构如图2-3所示：
图2-3 ADC0804引脚结构
ADC0804各管脚功能： 1）CS：芯片选择信号。
2）RD： 外部读取转换结果的控制脚输出信号。
RD为HI时，DB0~DB7处于高阻抗；RD为 LO时，数字数据才会输出。
3）WR：用来启动转换的控制输入,相当于ADC的转换开始(CS=0) 。 当WR由HI变为LO时，转换器被清除；当WR回到HI时，转换正式开始。 4) CLK IN,CLK R：时钟输入或接振荡元件(R,C)，频率约限制在100KHZ~1460KHZ,如果使用RC电路则其振荡频率为1/(1.1RC)。 5）INTR： 终断请求信号输出，低电平动作。 6）VIN(+) 、VIN(-)：差动模拟电压输入。
- 7 -
输入单端正电压时，VIN(-)接地；而差动输入时，直接加入VIN(+)、VIN(-)。 7）AGND,DGND：模拟信号及数字信号的接地。 8) VREF：辅助参考电压。 9) DB0~DB7：8位的数字输出。
10）VCC：电源供电以及作为电路的参考电压。
ADC0804采用+5V单电源供电，数字输入和输出满足MOS和TTL电平规范；转换时间100us，工作时钟可外接，也可由芯片本身产生。A/D的时钟可以从CLK IN输入，典型值为64KHZ，或者外接RC网络构成自己的时钟（在CLK R和CLK IN之间接10K电阻，在CLK IN和地之间接150pF电容）。 功能说明：
① ADC0804将输入模拟值转换成数字值输出到P1，使相对应的LED亮。如输入 3V，ADC0804的输出应为96H=10010110B，此数字信号送入AT89C51的P0，再由P0存入AT89C51的累加器，然后累加器再送至P1，使相对应的LED亮。
② 先将ADC0804的参考电压调整为2.56V。
③ 从ADC0804的VIN接一个可变电阻器，由0V调到5V，根据其关系观察P1的LED变化情形。
2.4 CPU控制单元
在温度采集和控制过程中，单片机是该系统的核心部件。它一方面要接收来自温度传感器的模拟信号，一方面要对这个信号进行处理、标度变换和显示，另一方面要响应串行通信中的呼叫请求。在单片机所实现的这些功能中，特别是数据采样和保持部分，需要单片机有比较快的运算速度，同时考虑选择机型的低价实用性和低功耗、低电压等性能，本设计采用Atmel公司的AT89C51芯片。
2.4.1 AT89C51芯片
AT89C51是一种低功耗/低电压、高性能的8位单片机。片内带有一个4KB的Flash可编程、可擦除只读存储器（EPROM）。 1）主要性能：
? 4KB可改编程序Flash存储器（可经受1 000次的写入/擦除）。 ? 全静态工作：0Hz～24MHz。 ? 3级程序存储器保密。 ? 128×8字节内部RAM。
- 8 -