測(cè)控專業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)(精密測(cè)試系統(tǒng),人機(jī)交互,精密絲桿加工)

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1、第一部分 精密測(cè)試數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)第一章 緒論1.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)簡(jiǎn)介 數(shù)據(jù)采集，是指從傳感器和其它待測(cè)設(shè)備等模擬和數(shù)字被測(cè)單元中自動(dòng)采集信息的過(guò)程。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是結(jié)合基于計(jì)算機(jī)（或微處理器）的測(cè)量軟硬件產(chǎn)品來(lái)實(shí)現(xiàn)靈活的、用戶自定義的測(cè)量系統(tǒng)。本次設(shè)計(jì)的精密測(cè)試數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，是用于將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，將傳感器測(cè)得的微弱電信號(hào)經(jīng)過(guò)放大、濾波，以8051單片機(jī)為核心，配以ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器件，并且通過(guò)RS232協(xié)議將信息送到PC上位機(jī)中進(jìn)行顯示。1.2應(yīng)用背景及意義在計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用的今天，數(shù)據(jù)采集在多個(gè)領(lǐng)域有著十分重要的應(yīng)用。它是計(jì)算機(jī)與外部物理世界連接的橋梁。利用串行或紅外

2、通信方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)數(shù)據(jù)采集器的應(yīng)用軟件升級(jí)，通過(guò)制訂上位機(jī)(PC)與移動(dòng)數(shù)據(jù)采集器的通信協(xié)議,實(shí)現(xiàn)兩者之間阻塞式通信交互過(guò)程。在工業(yè)、工程、生產(chǎn)車間等部門，尤其是在對(duì)信息實(shí)時(shí)性能要求較高或者惡劣的數(shù)據(jù)采集環(huán)境中更突出其應(yīng)用的必要性。例如：在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)研究的各行業(yè)中，常常利用PC或工控機(jī)對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。這其中有很多地方需要對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，如液位、溫度、壓力、頻率等；衛(wèi)星數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是利用航天遙測(cè)、遙控、遙監(jiān)等技術(shù)，對(duì)航天器遠(yuǎn)地點(diǎn)進(jìn)行各種監(jiān)測(cè)，并根據(jù)需求進(jìn)行自動(dòng)采集，經(jīng)過(guò)衛(wèi)星傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心處理后，送給用戶使用的應(yīng)用系統(tǒng)。隨著時(shí)代的發(fā)展，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在各領(lǐng)域的應(yīng)用將越來(lái)重要，發(fā)揮舉

3、足輕重的作用。第二章 設(shè)計(jì)安排2.1設(shè)計(jì)目標(biāo)針對(duì)國(guó)際電工電壓標(biāo)準(zhǔn)（+、-）5v的規(guī)定。要求能根據(jù)信號(hào)源電壓的范圍進(jìn)行調(diào)理和計(jì)算，并能根據(jù)采樣定理設(shè)計(jì)滿足要求的濾波器，然后針對(duì)處理后的電壓值進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)標(biāo)定以及數(shù)碼顯示。2.2設(shè)計(jì)內(nèi)容1利用運(yùn)算電路把不同電壓范圍的信號(hào)處理到0至5V之間。2根據(jù)采樣定理，利用有源濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行抗混濾波。3利用ADC0809等器件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，采用C語(yǔ)言編寫A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程。4編寫C語(yǔ)言上位機(jī)通訊程序（采用RS232協(xié)議）實(shí)現(xiàn)對(duì)底層數(shù)據(jù)的采集與處理。5已知數(shù)據(jù) 信號(hào)電壓范圍：-0.5V2.5V；頻率成分：信號(hào)頻率50100Hz，干擾頻率650750H

4、z；濾波器類型:巴特沃思有源濾波器，通帶增益Kp=1。2.3設(shè)計(jì)分析數(shù)據(jù)采集（Data Acquisition）就是將要獲取的信息通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)換為信號(hào)，并經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理、采樣、量化、編碼和傳輸?shù)炔襟E，最后送到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)行處理、分析、存儲(chǔ)和顯示。相應(yīng)的系統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通常是由傳感器（sensor）、信號(hào)調(diào)理電路（signal conditioning circuit）、A/D轉(zhuǎn)換器（analog-digital converter，ADC）及微型計(jì)算機(jī)等4個(gè)主要部分組成。信號(hào)調(diào)理電路包括信號(hào)放大、隔離、模擬濾波、多路轉(zhuǎn)換等。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的任務(wù)，就是采集傳感器輸出的模擬信號(hào)

5、并轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，然后送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算和處理，得到所需的數(shù)據(jù)。同時(shí)，將計(jì)算機(jī)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示或打印，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)某些物理量的見識(shí)，其中一部分?jǐn)?shù)據(jù)還將被生產(chǎn)過(guò)程中的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)用來(lái)控制某些物理量。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)性能的好壞，主要取決于它的精度和速度。在保證精度的條件下，應(yīng)有盡可能高的采樣速度，以滿足實(shí)時(shí)采集、實(shí)時(shí)處理和實(shí)時(shí)控制對(duì)速度的要求。2.4設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要有硬件和軟件兩部分組成，其中硬件部分又可分為模擬部分和數(shù)字部分。計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件基本組成如下圖2-1所示。圖2-1 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件基本組成 從圖1可以看出，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般有傳感器、前置

6、放大器、濾波器、多路模擬開關(guān)、采樣/保持（/）器、模數(shù)（/）轉(zhuǎn)換器和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成。以下介紹各個(gè)組成部分的功能。2.4.1傳感器傳感器的作用是把非電的物理量（如速度、溫度、壓力等）轉(zhuǎn)變成模擬電量（如電壓、電流、電阻或頻率）。2.4.2前置放大器前置放大器用來(lái)放大和緩沖輸入信號(hào)。由于傳感器輸出的信號(hào)較?。ㄈ纾撼Ｓ脽犭娕嫉妮敵鲎兓趲缀练綆资练g，電阻應(yīng)變片輸出電壓的變化只有幾個(gè)毫伏），因此需要加以放大以滿足大多數(shù)/轉(zhuǎn)換器的慢量程輸入的要求。此外，某些傳感器內(nèi)阻比較大，輸出功率較小，這樣放大器還起到阻抗變換器的作用來(lái)緩沖輸入信號(hào)。由于各類傳感器輸出信號(hào)的情況各不相同，因此放大器的種類也較

7、多。例如，為了減少輸入信號(hào)的共模分量，就產(chǎn)生了各種差分放大器、儀用放大器和隔離放大器；為了減少放大器輸出的漂移，就產(chǎn)生了斬波穩(wěn)零和激光修正的精密放大器。2.4.3濾波器傳感器以及后續(xù)處理電路中的器件常會(huì)產(chǎn)生噪聲，人為的發(fā)射源也可以通過(guò)各種耦合渠道使信號(hào)通道感染上噪聲。例如，工頻信號(hào)可以成為一種人為的干擾源。為了提高模擬輸入信號(hào)的信噪比，常常需要使用濾波器對(duì)噪聲信號(hào)進(jìn)行一定的衰減。2.4.4多路模擬開關(guān)在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，往往要對(duì)多個(gè)物理量進(jìn)行采集，即所謂多路巡回檢測(cè)，這可以通過(guò)多路模擬開關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，降低成本。多路模擬開關(guān)可以分時(shí)選通來(lái)自多個(gè)輸入通道中的某一路通道。因此，在多路模擬

8、開關(guān)后的單元電路，如采樣/保持電路、模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路以及處理器電路等，只需要一套即可，這樣可以節(jié)省成本和體積，但這僅適用于物理量變化比較緩慢、變化周期在數(shù)十至數(shù)百毫秒之間的情況下。因?yàn)檫@時(shí)可以使用普通的微秒級(jí)/轉(zhuǎn)換器從容地分時(shí)處理這些信號(hào)。但當(dāng)分時(shí)通道較多時(shí)，必須注意泄露及邏輯安排等問(wèn)題，當(dāng)信號(hào)頻率較高時(shí)，使用多路分路開關(guān)后，對(duì)A/D的轉(zhuǎn)換速率要求也隨之上升。在數(shù)據(jù)通過(guò)慮超過(guò)4050kHz時(shí)，一般不宜使用分時(shí)的多路開關(guān)技術(shù)。模擬多路開關(guān)有時(shí)也可以安排在放大器之前，但當(dāng)輸入的信號(hào)電平較低時(shí)，需注意選擇多路模擬開關(guān)的類型；若選用集成電路的模擬多路開關(guān)，由于它比干簧或繼電器組成的多路模擬開關(guān)導(dǎo)通電阻大

9、、泄露電流大，因而有較大的誤差產(chǎn)生。所以要根據(jù)具體情況來(lái)選擇多路模擬開關(guān)。一般模擬多路開關(guān)有個(gè)模擬輸入端，N個(gè)通道選擇器，由N個(gè)選通信號(hào)控制選擇其中一個(gè)開關(guān)閉合，使對(duì)應(yīng)的模擬輸入端與多路開關(guān)的輸出端接通，讓該路模擬信號(hào)通過(guò)。有規(guī)律地周期性改變N個(gè)選通信號(hào)，可以按固定的序列周期性閉合各個(gè)開關(guān)，構(gòu)成一個(gè)周期性分組的分時(shí)復(fù)用輸出信號(hào)，由后面的A/D轉(zhuǎn)換器分時(shí)復(fù)用對(duì)個(gè)通道模擬信號(hào)進(jìn)行周期性轉(zhuǎn)換。2.4.5采樣/保持器多路模擬開關(guān)之后是模擬通道的轉(zhuǎn)換部分，它包括采樣/保持電路和A/D轉(zhuǎn)換電路。采樣/保持電路的作用是快速拾取多路模擬開關(guān)輸出的子樣脈沖，并保持幅值恒定，以提高A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度，如果把采

10、樣/保持電路放在模擬多路開關(guān)之前（毎道一個(gè)），還可實(shí)現(xiàn)對(duì)瞬時(shí)信號(hào)同時(shí)進(jìn)行采樣。A/D轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間，在這段時(shí)間內(nèi)希望A/D轉(zhuǎn)換器輸入端的模擬信號(hào)電壓保持不變，以保證有較高的轉(zhuǎn)換精度。這可以利用采樣/保持器來(lái)實(shí)現(xiàn)，采樣/保持器的加入，大大提高了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采樣頻率。2.4.6模/數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣/保持電路輸出的信號(hào)送至A/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器是模擬輸入通道的關(guān)鍵電路。由于輸入信號(hào)變化的速度不同，系統(tǒng)對(duì)分辨率、精度、轉(zhuǎn)換速率及成本的要求也不同，因此/轉(zhuǎn)換器的種類也較多。目前，采樣/保持電路和/轉(zhuǎn)換電路普遍采用單片集成電路，有的單片A/D轉(zhuǎn)換器內(nèi)部還包含有采樣/保持電路、基準(zhǔn)電源和

11、接口電路。A/D轉(zhuǎn)換器的結(jié)果輸出給計(jì)算機(jī)，有的采用并行輸出，有的則采用串行輸出。使用串行輸出結(jié)果的方式對(duì)長(zhǎng)距離傳輸和需要光電隔離的場(chǎng)合較為有利。2.4.7計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是整個(gè)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心。計(jì)算機(jī)控制整個(gè)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的正常工作，并且把A/D轉(zhuǎn)換器輸出的結(jié)果讀入到內(nèi)存，進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)處理。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)硬件和計(jì)算機(jī)軟件，其中計(jì)算機(jī)硬件是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，而計(jì)算機(jī)軟件是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的靈魂。2.4.8定時(shí)與邏輯控制電路定時(shí)電路就是按照各個(gè)器件的工作次序產(chǎn)生各種時(shí)鐘信號(hào)，而邏輯控制電路是依據(jù)時(shí)序信號(hào)產(chǎn)生各種邏輯控制信號(hào)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)個(gè)器件的定時(shí)關(guān)系是比較嚴(yán)格的，如果

12、定時(shí)不合適就會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)的精度。微型計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的特點(diǎn)是：（1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，技術(shù)上容易實(shí)現(xiàn)，能夠滿足中、小規(guī)模數(shù)據(jù)采集的要求。（2）微型計(jì)算機(jī)對(duì)環(huán)境的要求不是很高，能夠在比較惡劣的環(huán)境下工作。（3）微型計(jì)算機(jī)的價(jià)格低廉，降低了數(shù)據(jù)采集的成本。（4）微型計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可作為集散型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的一個(gè)基本組成部分。（5）微型計(jì)算機(jī)的各種I/O模板及軟件比較齊全，很容易構(gòu)成系統(tǒng)，便于使用和維護(hù)第三章 信號(hào)調(diào)理電路的設(shè)計(jì)3.1測(cè)量放大器的介紹和選用在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，被檢測(cè)的物理量經(jīng)過(guò)傳感器變換成模擬電信號(hào)，往往是很微弱的毫伏級(jí)信號(hào)，需要用放大器加以放大。而通用運(yùn)算放大器一般都具有毫伏級(jí)的失

13、調(diào)電壓和毎度數(shù)的溫漂，因此通用運(yùn)算放大器不能直接用于發(fā)達(dá)微弱信號(hào)，而測(cè)量放大器則能較好地實(shí)現(xiàn)此功能。測(cè)量放大器是一種帶有精密差動(dòng)電壓增益的器件，由于它具有高輸入阻抗、低輸出阻抗、強(qiáng)抗共模干擾能力、低溫漂、低失調(diào)電壓和高穩(wěn)定增益等特點(diǎn)，使其在檢測(cè)微弱信號(hào)的系統(tǒng)中被廣泛用作前置放大器。測(cè)量放大器的電路原理如下圖3-1 所示。由圖可見，測(cè)量放大器由三個(gè)運(yùn)放構(gòu)成，并分為二級(jí)：第一級(jí)是兩個(gè)同相放大器、，因此輸入阻抗高；第二級(jí)是普通的差動(dòng)放大器，把雙端輸入變成對(duì)地的單端輸出。圖3-1測(cè)量放大器電路原理圖在此次課程設(shè)計(jì)中，選用了美國(guó)Analog Devices公司提供的AD522型放大器。該放大器就是按照上

14、述原理設(shè)計(jì)的單片集成測(cè)量放大器。AD522集成數(shù)據(jù)采集放大器可以在環(huán)境惡劣的工作條件下進(jìn)行高精度的數(shù)據(jù)采集。它線性好，并具有高共模抑制比、低電壓漂移和低噪聲的優(yōu)點(diǎn)，適用于大多數(shù)12位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。AD522通常用于電阻傳感器（電熱調(diào)節(jié)器、應(yīng)變儀等）構(gòu)成的橋式傳感器放大器以及過(guò)程控制、儀器儀表、信息處理和醫(yī)療儀器等方面。AD522是集成精密測(cè)量放大器，它的非線性度為0.005%（G=100時(shí)），在0.1Hz100Hz頻帶內(nèi)噪聲的峰-峰值為1.5mV，共模抑制比MRR100dB(G=100)。AD522采用14腳雙列直插式封裝，它的引腳功能如下圖及表1所示：圖3-2 AD522引腳表1 引腳功能說(shuō)

15、明引 腳名 稱功 能1+INPUT正輸入端2R GAIN增益被償端3-INPUT輸入端4NULL空端5V-負(fù)電源端6NULL空端7OUTPUT輸出端8V+正電源端9GND地參考端10NC不接11REF參考端12SENSE補(bǔ)償端13DATA GUARD數(shù)據(jù)保護(hù)端14R GAIN增益補(bǔ)償端引腳OFFSET（4，6）用于調(diào)整放大器零點(diǎn)，調(diào)整線路是芯片4、6端接到10電位器的兩個(gè)固定端，電位器滑動(dòng)端接負(fù)電源（腳5），AD522的基本連接如下圖所示。圖3-3 AD522的基本連接引腳2和14連接調(diào)整放大倍數(shù)的電阻。引腳13用于連接信號(hào)傳輸導(dǎo)線的屏蔽網(wǎng)，以減少外電場(chǎng)對(duì)輸入信號(hào)的干擾。AD522具有如下特性

16、：低漂移：2.0V/(AD522B)；非線性低：0.005%（G=100）；高共模抑制比：110dB(G=1000)；低噪聲：1.5Vp-p(0.1100Hz)；單電阻可編程增益：1G1000；具有輸出參考端及遠(yuǎn)程補(bǔ)償端；可進(jìn)行內(nèi)部補(bǔ)償；除增益電阻外，不需其它外圍器件；可調(diào)整偏移、增益和共模抑制比。AD522的器件特性AD522可以提供高精度的信號(hào)調(diào)理，它的輸出失調(diào)電壓漂移小于1V/，輸入失調(diào)電壓漂移低于2.0V/,共模抑制比高于80dB(在G=1000時(shí)為110dB)，G=1時(shí)的最大非線性增益為0.001%，典型輸入阻抗為10 9。AD522使用了自動(dòng)激光調(diào)整的薄膜電阻，因而公差小、損耗低、

17、體積小、性能可靠。同時(shí)，AD522還具有單片電路和標(biāo)準(zhǔn)組件放大器的最好特性，是一種高性價(jià)比的放大器。為適應(yīng)不同的精確度要求和工作溫度范圍，AD522提供有三種級(jí)別。其中“A”和“B”為工業(yè)級(jí)，可用于-25+85。“S”為軍事級(jí)，用于-55+125。AD522可以提供四種漂移選擇。輸出失調(diào)電壓的最大漂移隨著增益的增加而增加。失調(diào)電流漂移所引起的電壓誤差等于失調(diào)電流漂移和不對(duì)稱源電阻的乘積。另外，AD522的非線性增益將隨關(guān)閉環(huán)增益的降低而增加。AD522放大器的共模抑制比的測(cè)量環(huán)境條件為10V,使用阻值為1k的不對(duì)稱電阻。在低增益情況下，共模抑制比主要取決于薄膜電阻的穩(wěn)定性，但由于增益帶寬的影響

18、，AD522在60Hz以下頻率時(shí)相對(duì)比較恒定。但在有限的帶寬中，AD522的相移將隨著直流共模抑制比的升高而增加。在動(dòng)態(tài)性能方面，AD522的穩(wěn)定時(shí)間、單位增益帶寬和增益成正比。第四章 信號(hào)的濾波4.頻率混疊和采樣定理模擬信號(hào)經(jīng)過(guò) A/D 變換轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的過(guò)程稱之為采樣，信號(hào)采樣后其頻譜產(chǎn)生了周期延拓，每隔一個(gè)采樣頻率s，重復(fù)出現(xiàn)一次。1. 頻混現(xiàn)象頻混現(xiàn)象又稱為頻譜混疊效應(yīng)，它是由于采樣信號(hào)頻譜發(fā)生變化，而出現(xiàn)高、低頻成分發(fā)生混淆的一種現(xiàn)象，如圖1所示。信號(hào)x(t)的傅里葉變換為X()，其頻帶范圍為-m+m；采樣信號(hào)x(t)的傅里葉變換是一個(gè)周期譜圖，其周期為s，并且：s=2TsTs為時(shí)

19、域采樣周期當(dāng)采樣周期Ts較小時(shí)，s2m，周期譜圖相互分離如圖1-5中（b）所示；當(dāng)Ts較大時(shí)，s2m，周期譜圖相互重疊，即譜圖之間高頻與低頻部分發(fā)生重疊，如圖1-6中(c)所示，此即為頻混現(xiàn)象，這將使信號(hào)復(fù)原時(shí)丟失原始信號(hào)中的高頻信息。圖4-1 采樣信號(hào)的頻混現(xiàn)象下面從時(shí)域信號(hào)波形來(lái)看這種情況。圖1-6(a)是頻率正確的情況，以及其復(fù)原信號(hào)；(b)是采樣頻率過(guò)低的情況，復(fù)原的是一個(gè)虛假的低頻信號(hào)。圖4-2 發(fā)生頻混現(xiàn)象的時(shí)域信號(hào)波形當(dāng)采樣信號(hào)的頻率低于被采樣信號(hào)的最高頻率時(shí)，采樣所得的信號(hào)中混入了虛假的低頻分量，這種現(xiàn)象叫做頻率混疊。2. 采樣定理上述情況表明，如果s2m，就不發(fā)生頻混現(xiàn)象，因

20、此對(duì)采樣脈沖序列的間隔Ts須加以限制，即采樣頻率s（2Ts）或 fs(1Ts)必須大于或等于信號(hào)x(t)中的最高頻率m的兩倍，即：s2m，或 fs2fm。為了保證采樣后的信號(hào)能真實(shí)地保留原始模擬信號(hào)的信息，采樣信號(hào)的頻率必須至少為原信號(hào)中最高頻率成分的2倍。這是采樣的基本法則，稱為采樣定理。需要注意的是，在對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣時(shí)，滿足了采樣定理，只能保證不發(fā)生頻率混疊，對(duì)信號(hào)的頻譜作逆傅立葉變換時(shí)，可以完全變換為原時(shí)域采樣信號(hào)，而不能保證此時(shí)的采樣信號(hào)能真實(shí)地反映原信號(hào)。工程實(shí)際中采樣頻率通常大于信號(hào)中最高頻率成分的3到5倍。4.2濾波器濾波器是一種用來(lái)消除干擾雜訊的器件，是具有頻率選擇作用的電路或

21、運(yùn)算處理系統(tǒng)。4.2.1濾波器的類型1、按所處理的信號(hào)分為模擬濾波器和數(shù)字濾波器兩種。2、按所通過(guò)信號(hào)的頻段按所通過(guò)信號(hào)的頻段分為低通、高通、帶通和帶阻濾波器四種。低通濾波器：它允許信號(hào)中的低頻或直流分量通過(guò)，抑制高頻分量或干擾和噪聲。 高通濾波器：它允許信號(hào)中的高頻分量通過(guò)，抑制低頻或直流分量。帶通濾波器：它允許一定頻段的信號(hào)通過(guò)，抑制低于或高于該頻段的信號(hào)、干擾和噪聲。帶阻濾波器：它抑制一定頻段內(nèi)的信號(hào)，允許該頻段以外的信號(hào)通過(guò)。3、按所采用的元器件按所采用的元器件分為無(wú)源和有源濾波器兩種。 3.1、無(wú)源濾波器： 僅由無(wú)源元件(R、L 和C)組成的濾波器，它是利用電容和電感元件的電抗隨頻率

22、的變化而變化的原理構(gòu)成的。這類濾波器的優(yōu)點(diǎn)是：電路比較簡(jiǎn)單，不需要直流電源供電，可靠性高；缺點(diǎn)是：通帶內(nèi)的信號(hào)有能量損耗，負(fù)載效應(yīng)比較明顯，使用電感元件時(shí)容易引起電磁感應(yīng)，當(dāng)電感L較大時(shí)濾波器的體積和重量都比較大，在低頻域不適用。 3.2、有源濾波器：由無(wú)源元件(一般用R和C)和有源器件(如集成運(yùn)算放大器）組成。這類濾波器的優(yōu)點(diǎn)是：通帶內(nèi)的信號(hào)不僅沒有能量損耗，而且還可以放大，負(fù)載效應(yīng)不明顯，多級(jí)相聯(lián)時(shí)相互影響很小，利用級(jí)聯(lián)的簡(jiǎn)單方法很容易構(gòu)成高階濾波器，并且濾波器的體積小、重量輕、不需要磁屏蔽(由于不使用電感元件）；缺點(diǎn)是：通帶范圍受有源器件(如集成運(yùn)算放大器）的帶寬限制，需要直流電源供電，

23、可靠性不如無(wú)源濾波器高，在高壓、高頻、大功率的場(chǎng)合不適用。4.2.2三種常用有源濾波器的比較巴特沃斯（Butterworth）、切比雪夫（Chebyshev）和貝塞爾（Bessel），具有相同的基本組成，即電阻R、電容C和運(yùn)算放大器，但通過(guò)各器件的信號(hào)和輸出量是有區(qū)別的，關(guān)鍵在于轉(zhuǎn)折頻率及運(yùn)算放大器的增益。此三種濾波器的復(fù)頻響應(yīng)曲線如下圖4-3所示圖4-3復(fù)頻響應(yīng)曲線巴特沃斯濾波器是最簡(jiǎn)單的一種，只要保證處的轉(zhuǎn)折頻率不變，即不變，R和C的數(shù)值的選擇有較大的自由度。貝塞爾濾波器的增益和時(shí)間常數(shù)都是不同的，因?yàn)椋菢?biāo)準(zhǔn)化系數(shù)，是轉(zhuǎn)折頻率。切比雪夫是復(fù)雜的一種，因?yàn)閭鬟f函數(shù)的極點(diǎn)分布要復(fù)雜得多。4.

24、2.3巴特沃思低通濾波器的設(shè)計(jì)1.1 巴特沃斯低通濾波器簡(jiǎn)介:巴特沃斯濾波器是電子濾波器的一種，特點(diǎn)是通頻帶內(nèi)的頻率響應(yīng)曲線最大限度平坦，沒有起伏，而在阻頻帶則逐漸下降為零。這種濾波器最先由英國(guó)工程師斯替芬巴特沃斯（Stephen Butterworth）在1930年發(fā)表在英國(guó)無(wú)線電工程期刊的一篇論文中提出的，可以構(gòu)成低通、高通、帶通和帶阻四種組態(tài)，是目前最為流行的一類數(shù)字濾波器 ,經(jīng)過(guò)離散化可以作為數(shù)字巴特沃思濾波器 ,較模擬濾波器具有精度高、穩(wěn)定、靈活、不要求阻抗匹配等眾多優(yōu)點(diǎn) ,因而在自動(dòng)控制、語(yǔ)音、圖像、通信、雷達(dá)等眾多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，是一種具有最大平坦幅度響應(yīng)的低通濾波器。1.

25、2巴特沃斯低通濾波器的設(shè)計(jì)原理:巴特沃斯低通濾波器的幅度平方函數(shù)用下式表示：其中 N為濾波器的階數(shù)。當(dāng)=0時(shí)，=1；=時(shí)，=1/,是3dB截止頻率。=時(shí)，逐漸增大，幅度下降非常迅速。、N同幅度特性關(guān)系如圖1.1所示。N決定了幅度下降速度，N越大，通帶就越平坦，過(guò)渡帶也隨之變窄，阻帶幅度同過(guò)渡帶下降的速度越迅速，總體頻響特性同理想低通濾波器的實(shí)際誤差 圖4-4 、N同幅度特性關(guān)系用s代替，把幅度平方函數(shù)變成s的函數(shù)： s=，此公式說(shuō)明了幅度平方函數(shù)有2N個(gè)極點(diǎn)，極點(diǎn)可以用下面的公式來(lái)表達(dá)： k=0,1,2，2N-1。2N個(gè)極點(diǎn)等間隔分布在半徑為的圓上，間隔是/N rad。如圖4-5所示：圖4-5

26、三階巴特沃斯濾波器極點(diǎn)分布為形成穩(wěn)定的濾波器，2N個(gè)極點(diǎn)中只取s平面左半平面的N個(gè)極點(diǎn)構(gòu)成，而右半平面的N個(gè)極點(diǎn)構(gòu)成。的表示式為 例如N=3,通過(guò)下式可以計(jì)算出6個(gè)極點(diǎn)，當(dāng)N=3時(shí)，6個(gè)極點(diǎn)中位于左半平面的三個(gè)分別為:，取s平面左半平面的極點(diǎn)組成： 將對(duì)3dB截止頻率c 歸一化后的表示為： 令，p稱為歸一化拉氏復(fù)變量。 ，稱為歸一化頻率。經(jīng)過(guò)歸一化后巴特沃斯濾波器的傳輸函數(shù)為： (1.1)式中，為歸一化極點(diǎn)，為位于左半平面的極點(diǎn)用下式表示： 將極點(diǎn)表示式代入(1.1)式，得到的的分母是p的N階多項(xiàng)式，用下式表示： 下面來(lái)確定N：由技術(shù)指標(biāo)， 和確定。在定義 (1.2) (1.3) (1.4)

27、中，將=和=分別代入(1.4)式中，得到和，再將和代入(1.2)和(1.3)式中，得到： 整理得： (1.5) (1.6)由(1.5)和(1.6)式得到： 令 (1.7) 則N由下式表示： (1.8) 取大于等于N的最小整數(shù)。關(guān)于3dB截止頻率，如果技術(shù)指標(biāo)中沒有給出，可以按照(1.7)式或(1.8)式求出， (1.9) (1.10) 由(1.9)式得到： 由(1.10)式得到： 1.3傳遞函數(shù)的計(jì)算在本次課程設(shè)計(jì)中，信號(hào)頻率為50100Hz，干擾頻率650750Hz。通帶增益Kp=1，fp=100HZ，p= 0.1dB；fs=650Hz，s=50dB，取截止頻率fc=600Hz.1.該濾波器

28、的技術(shù)要求：p=0.1dB，p=2fp=2100rad/s=200rad/s=628rad/ss=50dB，s=2fs=2650rad/s=1300rad/s=4082rad/s2.確定階數(shù)Nksp=0.00048sp=sp=26502100=6.5N= -lgksplgsp=4.08，取N=5 (實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)具體要求也可能取N=4，指標(biāo)稍微差一點(diǎn)，但階數(shù)低一階，使系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)電路得到簡(jiǎn)化。)3.按照數(shù)字信號(hào)處理156頁(yè)公式，pk歸一化極點(diǎn)，）（k=0,1,2,3,4）故其極點(diǎn)為p0= ，p1= ，p2= ， p3= ， p4=按照課本（6.2.12）式，歸一化低通原型系統(tǒng)函數(shù)為 上式分母可

29、以展開成五階多項(xiàng)式，或者將共軛極點(diǎn)放在一起，形成因式分解式，這里不如直接查表課本157頁(yè)表6.2.1簡(jiǎn)單，由N=5，直接查表得到：極點(diǎn)：，-1.0000歸一化低通原型函數(shù)為 式中b0=1.0000， b1=3.2361， b2=5.2361， b3=5.2361， b4=3.2361分母因式分解形式為以上公式中的數(shù)據(jù)均取小數(shù)點(diǎn)后四位。4.為將Ga(p)去歸一化，先求3dB截止頻率，按照課本（6.2.19）式，得到： =將代入課本（6.2.20）式=得： 此時(shí)算出的比題目中給的小，因此，過(guò)渡帶小于指標(biāo)要求?；蛘哒f(shuō)，在時(shí)衰減大于50dB，所以說(shuō)阻帶指標(biāo)有富余量。將代入中得到：1.4 Matlab仿

30、真MATLAB的信號(hào)處理工具箱提供了濾波器的函數(shù) buttap、buttord、butter。由z,p,k = buttap(n)函數(shù)可設(shè)計(jì)出n階巴特沃斯低通濾波器原型,其傳遞函數(shù)為 所以事實(shí)上z為空陣。上述零極點(diǎn)形式可以化為： 其中，令，得到巴特沃斯濾波器歸一化結(jié)果,如表所示。表 階的巴特沃斯濾波器系數(shù)n b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b01 1.00002 1.4142 1.0000 3 2.0000 2.0000 1.0000 4 2.6131 3.4142 2.6131 1.0000 5 3.2361 5.2361 5.2361 3.2361 1.0000 6 3.8637

31、 7.4641 9.1416 7.4641 3.8637 1.0000 7 4.4940 10.0978 14.5918 14.5918 10.0978 4.4940 1.0000 8 5.1258 13.1371 21.8462 25.8462 21.8462 13.1371 5.1258 1.0000buttord函數(shù)可在給定濾波器性能的情況下 ,選巴特沃斯濾波器的階數(shù) n 和截止頻率,從而可用butter函數(shù)設(shè)計(jì)巴特沃斯濾波器的傳遞函數(shù)。9n , = buttord (,s) 可得到足性能的模擬巴特沃斯濾波器的最小階數(shù) n及截止頻率 ,其中為通帶的拐角頻率, 為阻帶的拐角頻率, 和的單位

32、均為rad/s; 為通帶區(qū)的最大波動(dòng)系數(shù),為阻帶區(qū)的最小衰減系數(shù), 和的單位都為dB。b,a = butter (n,s) 可設(shè)計(jì)截止頻率為的n 階低通模擬巴特沃斯濾波器,其傳遞函數(shù)為: 10具體設(shè)計(jì)步驟經(jīng)過(guò)總結(jié)，巴特沃斯低通濾波器的設(shè)計(jì)步驟大致為：（1）通過(guò),和的值，用公式算出濾波器的階數(shù)（2）根據(jù)公式，求出歸一化極點(diǎn)，將代入 中，得出歸一化傳輸函數(shù)。（3）將去歸一化。將p=s/c代入之中，從而得到實(shí)際的濾波器傳輸函數(shù)。MATLAB程序MATLAB 程序如下:（1）.輸入信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜的設(shè)計(jì)：N=256;t=linspace(0,1,N);dt=t(2)-t(1);xt=cos(2*p

33、i*4*t)+cos(2*pi*10*t)+cos(2*pi*20*t);f=(0:(N/2-1)/(dt*N);Xt=fft(xt,N);subplot(2,1,1),plot(t(1:128),xt(1:128),subplot(2,1,2),plot(f(1:64),abs(Xt(1:64),xlabel(f(kHz)（2）輸出的巴特沃斯低通濾波器的波特圖的設(shè)計(jì)Qc=5.2775;b0=1;b1=3.2361;b2=5.2361;b3=b2;b4=b1;Q=f%Q=linspace(0,25,N);Ha=Qc5./(j*Q).5+b4*Qc*(j*Q).4+b3*Qc2*(j*Q).3+

34、b2*Qc3*(j*Q).2+b1*Qc4*(j*Q)+b0*Qc5);L=length(Ha)Has=20*log10(abs(Ha);figure,plot(Q(1:64),Has(1:64),Q,-30,r*,12,Has,*,5,Has,*),axis(0 30 -70 2),xlabel(f(kHz),ylabel(20lg(abs(H_a(jOmega)(dB);（3）巴特沃斯低通濾波后的時(shí)域波形和頻譜的設(shè)計(jì)Yt=Xt(1:L).*Ha ;yt=ifft(Yt);figure,subplot(2,1,1),plot(t(1:128),abs(yt(1:128),subplot(2,

35、1,2),plot(f(1:64),abs(Yt(1:64);xlabel(f(kHz)圖形結(jié)果顯示：圖4-6輸入信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜圖4-7 輸出的巴特沃斯低通濾波器的波特圖圖4-8 進(jìn)行巴特沃斯低通濾波后的時(shí)域波形和頻譜1.5電路設(shè)計(jì)1. 在電路設(shè)計(jì)中，高階濾波器通常采用一階或二階濾波器級(jí)聯(lián)來(lái)完成。本次課程設(shè)計(jì)中，是5階低通濾波器，所以采用2個(gè)二階低通濾波器和1個(gè)一階低通濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)。本次課程設(shè)計(jì)使用的二階濾波器電路時(shí)薩倫基（Sallen-Key）電路。薩倫基電路看作是壓控電壓源低通濾波器，因?yàn)樗怯靡粋€(gè)運(yùn)算放大器和適當(dāng)連接的兩個(gè)電阻構(gòu)成一個(gè)壓控電壓源。如圖4-9所示：圖4-9巴特沃斯濾波

36、器電路圖在二階低通濾波器的情況下，傳遞函數(shù)為，濾波器參數(shù)：，R0=0. 第一級(jí)二階濾波器：由以上兩式可得：由實(shí)驗(yàn)法得到：，取 第二級(jí)二階濾波器： 由以上兩式可得：由實(shí)驗(yàn)法得到：，取 第三級(jí)一階濾波器：時(shí)一階濾波器傳遞函數(shù)形式為 由實(shí)驗(yàn)法得到：， 表4-1 截止頻率fc,電容C2.由于本次課程設(shè)計(jì)電壓范圍為-0.5V-2.5V，首先利用加法電路變成單級(jí)為0-3V采用圖4-10同相加法電路 圖4-10同相加法電路其中1是輸入信號(hào)電壓范圍-0.5V-2.5V，ui2是固定電壓0.5V，u0是輸出電壓0-3V,電阻R2=R3=R=10，Rf=2R=400，R1=2003.電壓放大到0-3V后必須經(jīng)過(guò)同

37、相比例放大電路，電路圖如4-11圖：圖4-11同相比例放大電路此ui為上級(jí)加法電路輸出0-3V,放大后輸出u0為0-5V。由此確定放大倍數(shù)，故可得到R1=300，R2=10，Rf=200綜上所述，可得到總的濾波器電路圖如圖4-12所示：圖4-12濾波器總電路圖第五章 模數(shù)轉(zhuǎn)換A/D轉(zhuǎn)換器是將時(shí)間上連續(xù)的模擬信號(hào)(通常是電壓信號(hào))轉(zhuǎn)換為n位二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，以便于計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，是計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的重要接口，A/D 轉(zhuǎn)換器常用于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)?，F(xiàn)在，A/D轉(zhuǎn)換電路已集成在一塊芯片上，所以應(yīng)用比較方便。在本次課設(shè)中，選用了ADC0809。 5.1ADC0809與CPU的接口設(shè)計(jì)ADC0809是逐次逼近型

38、8位單片A/D 轉(zhuǎn)換芯片，轉(zhuǎn)換時(shí)間100s。片內(nèi)含8路模擬開關(guān)，可允許8 個(gè)模擬量輸入。另外片內(nèi)帶有三態(tài)輸出緩沖器，因此可直接與系統(tǒng)總線相連。ADC0809 的轉(zhuǎn)換精度和轉(zhuǎn)換時(shí)間都不是很高，但其性能價(jià)格比有較明顯的優(yōu)勢(shì)，是應(yīng)用較廣泛的芯片之一。1.ADC0809的引腳及功能ADC0809 的外部引腳如圖5-1所示。圖5-1 ADC0809引腳圖它是28個(gè)引腳的雙列直插式芯片，其引腳功能如下：(1) D0D7 輸出數(shù)據(jù)線。(2) IN0IN7 8 路模擬電壓輸入端，可連接8 路模擬量輸入。(3) ADDA、ADDB、ADDC 3 個(gè)引腳組合起來(lái)選擇8路模擬量輸入中的一路輸入。ADDC為最高位，A

39、DDA為最低位。如表所示模擬輸入通道的選擇情況，比如要選擇通道IN0，使ADDC=0、ADDB=0、ADDA=0即可。表5-1 模擬輸入通道的選擇模擬通道ADDCADDBADDAIN000IN001IN010IN011IN100IN101IN110IN111(4) START 啟動(dòng)信號(hào)輸入端，下降沿有效。在啟動(dòng)信號(hào)的下降沿，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。(5) ALE 模擬通道地址鎖存信號(hào)，用來(lái)鎖存ADDA、ADDB、ADDC端的地址輸入，上升沿有效。(6) EOC A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號(hào)。當(dāng)該引腳輸出低電平時(shí)表示正在轉(zhuǎn)換，輸出高電平時(shí)表示一次轉(zhuǎn)換已結(jié)束。(7) OE 讀允許信號(hào)，高電平有效。當(dāng)EOC=1 且O

40、E=1 時(shí)，CPU 可將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量讀入。(8) CLK 時(shí)鐘輸入端，作為ADC0809進(jìn)行轉(zhuǎn)換的時(shí)間基準(zhǔn)，可輸入頻率范圍10kHz1.2MHz，一般可取500kHz。(9) VCC 電源端，接+5V。(10) GND 電源地，也是模擬地和數(shù)字地。(11) VREF(+)，VREF(-) 參考電壓輸入端。一般VREF(+)接+5V 電源，VREF(-)接地2.ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)ADC0809 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖所示，它由模擬電壓輸入選擇部分、轉(zhuǎn)換器部分和輸出部分組成。圖5-2 ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖模擬電壓輸入選擇部分包括一個(gè)8路模擬選擇部分、地址鎖存與譯碼電路。輸入的3位通道地址

41、信號(hào)由鎖存器鎖存，經(jīng)譯碼電路譯碼后控制模擬開關(guān)選擇相應(yīng)的模擬輸入。轉(zhuǎn)換器部分主要包括比較器、8位D/A 轉(zhuǎn)換器、逐次逼近數(shù)碼寄存器以及時(shí)序控制邏輯電路等。輸出部分包括一個(gè)8 位三態(tài)輸出鎖存器。3.ADC0809的工作過(guò)程ADC0809 的工作時(shí)序如圖所示，由時(shí)序圖可以看出ADC0809的工作過(guò)程如下：圖5-3 ADC0809工作時(shí)序圖(1) 首先CPU發(fā)出3位通道地址信號(hào)ADDC、ADDB、ADDA。(2) 在通道地址信號(hào)有效期間，使ALE 引腳上產(chǎn)生一個(gè)由低到高的電平變化，即脈沖上升沿，它將輸入的3 位通道地址ADDC、ADDB、ADDA鎖存到內(nèi)部地址鎖存器。ALE的下降沿不影響地址鎖存器原

42、來(lái)鎖存的數(shù)據(jù)。(3) 然后給START引腳加上一個(gè)由高到低變化的電平，即脈沖下降沿，啟動(dòng)A/D 轉(zhuǎn)換；(4) A/D 轉(zhuǎn)換期間，輸出引腳EOC呈現(xiàn)低電平，一旦轉(zhuǎn)換結(jié)束，EOC變?yōu)楦唠娖剑?5) CPU在檢測(cè)到EOC變?yōu)楦唠娖胶螅敵鲆粋€(gè)正脈沖到OE端，然后讀取轉(zhuǎn)換后的8位數(shù)字量。另外，如果只用0809 的一個(gè)模擬輸入通道，ADDC、ADDB、ADDA 均直接接地(即接低電平)，固定使用通道0(IN0)。一般情況下ALE和START 可短接使用，短接后先使該引腳為低電平，當(dāng)通道地址ADDC、ADDB、ADDA信號(hào)輸出后，CPU 往該引腳發(fā)送一個(gè)正脈沖，其上升沿鎖存地址，下降沿啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。根據(jù)實(shí)際情

43、況CPU 可選擇延時(shí)、查詢、中斷和DMA 方式讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量，延時(shí)方式就是在啟動(dòng)A/D 轉(zhuǎn)換后等待一段時(shí)間(大于A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間)后，使OE=1，然后直接讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量；查詢方式就是在啟動(dòng)A/D 轉(zhuǎn)換后檢測(cè)到EOC變?yōu)楦唠娖胶螅筄E=1，然后讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量；中斷方式就是在啟動(dòng)A/D 轉(zhuǎn)換后由EOC由低電平變?yōu)楦唠娖揭餋PU 的一個(gè)外部中斷，然后由CPU 的中斷服務(wù)子程序來(lái)讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。5.2 AT89C51單片機(jī)的主要特性與MCS-51兼容；4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器；壽命：1000寫/擦循環(huán)；數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年；全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz；三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定；1288位

44、內(nèi)部RAM；32可編程I/O線；兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；5個(gè)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(shí)鐘電路。5.3AT89C51單片機(jī)的引腳 圖5-4 AT89C51引腳圖AT89C51引腳圖如圖1-20所示。各引腳定義：（1）VCC：供電電壓。（2）GND：接地。（3）P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。 （4）P1口

45、：P1口是一個(gè)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，可用圖1-11 AT89c51引腳作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。（5）P2口：P2口為一個(gè)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(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，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(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地

46、址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，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(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。（6）P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)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，如下表示：P3口引腳的特殊功能引腳名稱功能引腳名稱功能10P3.0/RXD串行輸入口14P3.4/T0記時(shí)器0外部輸入11P3.1/TXD串行輸出

47、口15P3.5/T1記時(shí)器1外部輸入12P3.2/INT0外部中斷016P3.6/WR外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通13P3.3/INT1外部中斷117P3.7/RD外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。（7）RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。（8）ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，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(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

48、器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)，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(wú)效。（9）/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。（10）/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，在此期間外部程序存儲(chǔ)（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH

49、編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。（11）XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。（12）XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。5.4 AT89C51串行異步通訊的波特率因?yàn)槲覀兪褂脴?biāo)準(zhǔn)串行口進(jìn)行RS-232串行通訊，因此，串行口應(yīng)工作于方式1或方式3（波特率可變的模式）,定時(shí)器 T1 應(yīng)工作于方式2（8位定時(shí)器，自動(dòng)重載模式，用作波特率發(fā)生器）。在這里，對(duì)于CMOS工藝的微處理器，根據(jù)SMOD位是否被設(shè)置，所有的公式均可提供2個(gè)時(shí)間除數(shù)的選擇。對(duì)于NMOS工藝的器件，總是使用默認(rèn)值（SMOD1）。定時(shí)器重載值的基本公式規(guī)定如下：例如當(dāng)晶振頻率為11.0592M

50、HZ時(shí)，如果需要獲得9600波特率的通訊速率，則定時(shí)器重載值為：（十六進(jìn)制的0xFD）也可以根據(jù)公式，從其他一直條件求出波特率和晶振頻率，如下式：所需的最小晶振頻率=設(shè)定的波特率 38（4若SMOD = 1則乘數(shù)為192）按上述公式，對(duì)于SMOD1的CMOS器件，若使用19.2K的通訊波特率，則應(yīng)使用的最小晶振頻率為19200192，即3.6864MHz。當(dāng)使用這個(gè)公式時(shí)，作為最大波特率的定時(shí)器重載值總是為255（十六進(jìn)制數(shù)0xFF），即TH1256-1。因此，按此方法計(jì)算，使用相差偶倍數(shù)的晶振頻率，采用不同的定時(shí)器重載值，可以產(chǎn)生相同的波特率。舉例來(lái)說(shuō)，3.6864MHz的4倍是14.745

51、6MHz。在14.7456MHz的晶振頻率下，只要使用1/4的定時(shí)器溢出率：252（十六進(jìn)制數(shù)0xFC），即TH1256-4，作為定時(shí)器重載值，就可以同樣產(chǎn)生19.2k的通訊波特率。本次設(shè)計(jì)采用波特率9600，晶振頻率為11.0592MHZ5.5硬件連接圖5-5 ADC0809與AT89C51的接口連接圖5.6ADC0809數(shù)據(jù)采集的c語(yǔ)言程序?yàn)榇丝蛇x擇關(guān)于數(shù)據(jù)采集的C程序#include #include #include #define ulong unsigned long#define uint unsigned int #define uchar unsigned charuchar

52、 code LED10=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;sbit g = P20;/個(gè)位sbit sf = P21;/十分位sbit bf = P22;/百分位sbit KA = P26;/百分位sbit START = P34;/啟動(dòng)轉(zhuǎn)換sbit EOC = P33;/轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志sbit OE = P32;/輸出使能sbit ALE = P30;/地址鎖存uint vol=0;/采樣得到的0255之間的離散數(shù)據(jù)ulong V=0;/處理后的電壓數(shù)據(jù)。V的高到低位依次為：整數(shù)位個(gè)位、小數(shù)十分位、百分位。/-void dela

53、y(uint x)for(;x0;x-) ;/-void start(void)ALE=1;_nop_();START=1;_nop_();ALE=0;_nop_();START=0;/-void check(void)while(EOC=1) ; /等待轉(zhuǎn)換結(jié)束_nop_();_nop_();while(EOC=0) ;_nop_();_nop_();OE=1;_nop_();_nop_();_nop_();vol=P1;/ 從P1口讀取數(shù)據(jù)OE=0;/-void deal(void)V = (vol*5);V *= 100;V /= 256;/V的高到低位依次為：整數(shù)位個(gè)位、小數(shù)十分位、百

54、分位。/-void display(void)KA=0;g=0;P0=LEDV/100&0x7f;/共陽(yáng)顯示加小數(shù)點(diǎn)delay(800);g=1;delay(50);sf=0;P0=LED(V/10)%10;/&0x7f;delay(800);sf=1;delay(50);bf=0;P0=LEDV%10;delay(800);bf=1;KA=1;void main()EA=0;while(1)start();check();deal();display(); 第六章 PC機(jī)與單片機(jī)通信(RS232協(xié)議)6.1 RS-232協(xié)議RS-232是串行數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)，最初都是由電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）制訂并發(fā)布的，RS-232在1962年發(fā)布，命名為EIA-232-E，作為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以保證不同廠家產(chǎn)品之間的兼容。RS-422由RS-232發(fā)展而來(lái)，它是為彌補(bǔ)RS-232之不足而提出的。為改進(jìn)RS-232通信距離短、速率低的缺點(diǎn)，RS-422定義了一種平衡通信接口，將傳輸速率提高到10Mb/s，傳輸距離延長(zhǎng)到4000英尺（速率低于100kb/s時(shí)），并允許在一條平衡總線上連接最多10個(gè)接收器。RS-422是一種單機(jī)發(fā)送、多機(jī)接收的單向、平衡傳輸規(guī)范，被命名為TIA/EIA-422-A標(biāo)準(zhǔn)。為擴(kuò)展應(yīng)用范圍，EIA又于1983年在RS-422基礎(chǔ)上