毕业设计（论文）-基于单片机的旋转变压器解码器设计.docx

中北大学2015届毕业设计说明书毕业设计说明书基于单片机旋转变压器解码器设计计算机与控制工程学院学生姓名： 学号：电气工程及其自动化学 院： 专 业： 指导教师： 2015年 6 月基于单片机的旋转变压器的解码器设计摘要旋转变压器目前已经广泛的应用于工业制造和军事领域。但由旋转变压器输出的信号为交流模拟信号，不好处理复杂的交流模拟信号。所以需要对模拟信号进行解码，把旋变输出的模拟信号转换为数字信号量，一种是采用集成化高的专用解码芯片，还有一种是利用各个具有特定功能的模块等器件搭建解码系统。但是集成化的芯片通常需要很高的成本才能达到所需求的精度，这样它能适用的其它领域就很局限了。本文的目的是采用单片机89C51搭建旋变的解码系统。在此本文通过对于旋转变压器原理的论述与研究，力图设计一个以单片机89C52为核心，结合模数转化器，充分利用89C52处理的能力，最后利用程序来实现角度输出的旋转变压器解码器关键词：单片机89C51，旋转变压器 AbstractRotating transformer has been widely used in industrial and military fields.But the output of ac analog signal processing is very complicated.To spin variable output analog signals into digital Angle value, you need to decode the analog signals.Decoding usually have two options, one is a spiral varying special decoding chip, another is the use of SCM and FPGA, AD conversion chip separation device structures, decoding system.While the former want to achieve the ideal accuracy usually need high cost, limited its application in other fields. The purpose of this article is to use single chip computer 89 c51 to build rotary decoding system.In this article, , it tries to design a single-chip 89 c52 as the core through the exposition of rotating transformer principle and research, combining with the AD converter, make full use of the 89 c52 processing ability, write a program to implement hardware of rotating transformer decoder decoding algorithm.Key Words：microcontroller 89c51，rotary transforme目录第1章 前言11.1 课题的背景和意义11.2 本课题相关国内外研究现状11.3 本文研究的目的21.4 本文研究的主要内容和工作3第2章 旋转变压器解码器硬件简介42.1 旋转变压器42.1.1 正余弦旋转变压器的结构52.1.2 正余弦旋转变压器数学模型62.1.3 正余弦旋转变压器运行及补偿分析72.1.4 基于旋转变压器的系统误差分析82.2 89C51芯片92.3 旋转变压器解码器102.4.A/D转换芯片ADC0808112.5 分离器件搭建的解码系统112.6 软硬件解码方案的比较122.7 本章小结12第3章 硬件电路设计133.1 旋转变压器的参数计算133.2 A/D转换模块133.2.1 ADC0808内部结构图133.2.2 ADC0808工作原理143.2.3 ADC0808芯片管脚图及其功能表153.2.4工作时序与使用说明153.2.5 ADC0808及其外围电路的设计163.3 单片机及其外围电路的设计173.3.1 AD2S83芯片与单片机的连接173.3.2晶振电路18第 I 页 共 II 页3.4 显示电路及其驱动的设计183.4.1 器件选择183.4.2 显示电路193.5 总电路图19第4章 系统软件设计204.1 Protues简介204.2 硬件描述语言简介204.3 程序流程图204.4 软件编程214.4.1 ADC0808的AD转换程序214.4.2 主程序23第5章 仿真结果28第6章 结论29附录30参考文献31致谢32第 II 页 共 II 页第1章 前言1.1 课题的背景和意义角度的测量在机器人、交直流伺服系统、数控机床工业控制与检测系统等许多的工商业领域都得到了非常广泛的运用。比如随着交流伺服系统传动技术的发展，使得大量复杂的函数计算、参数调节、坐标变换等运算可以在非常短的时间内实现于交流伺服传动系统中，继而可以满足交流伺服传动系统的实时运算要求，也让交流伺服系统逐渐走向现实。 在永磁伺服系统中，系统构成与运行的基本条件，同时矢量控制解耦的必要条件是电机转子的初始定位与位置检测 1。想要根据矢量控制的系列方程，只有准确知道电机的转子位置才行，将电机等价变换成曲坐标系上的等价模型，系统方可根据类似他励直流电机的控制方法对电机进行控制，进而能够达到他励直流电机构成的伺服传动系统的性能指标要求。数字集成电路自身在不断地快速发展。它由早期的电子管、晶体管、小中规模集成电路、发展到超大规模集成电路以及很多具有特定功能的专用模块。但是，由于微电子技术的发展，半导体厂商已经完全不能独立完成设计与制造集成电路的任务2。 数字集成电路的发展为旋转变压器解码系统的设计提供更加广泛的可行性，使解码系统的功能得到质的飞越。1.2国内外研究现状目前，检测转子位置的方法有：无位置传感器位置检测法(有高次谐波注入法、位置检测法、光电编码盘法、旋转变压器法、内置位置传感器法、基于电感信息的位置检测法等，其中绝对式光电编码盘和旋转变压器法中含有转子的初始位置信息，可拿来作初始定位外，其余途径都不能初始定位，还有的方法需要反复定位修改才能得到伺服系统定位，但是这在实际中并没有什么用。对于内置位置传感器法，这种方法对电机设计的要求较高，需要在埋置电机定子绕组的同时埋设检测绕组，不具有通用性。而对于旋转变压器法，从其工作原理可以知道，其输出信号中包含有转子的位置信息，并以的形式出现，式中U为励磁电压的幅值。角就是转子的位置信息，为了得到转子位置信号，这就需要对其输出信号进行解调，从而得出转子位置一，其解调方法比较复杂 3。相对于其他几种转子的位置检测方法，利用旋转变压器具有以下几个明显优势：抗干扰能力强。光电码盘因为其物理结构还有与原理，必须保持码盘表面的干净，但是外界的干扰也容易非常易于损坏光电码盘，但是对于旋转变压器而言，则没有以上问题。如今转子单绕组励磁，定子双绕组的旋转变压器结构得到广泛的使用。齿槽位于定子上，齿槽内绕有励磁线圈和输出线圈，初、次极绕组间的耦合系数受到气隙厚度和转子旋转改变而改变，这样才能使在给交流励磁电压的情况下，输出电压值和转子转过的度数成固定比例。 旋变具有良好的物理特性，是一种很好的电气元件，可用于速度位置反馈元件。在旋转变压器各生产厂家中，日本多摩川的产品有较强的针对性，它生产的旋变起初主要是提供给丰田做混合动力汽车，后陆续发展成系列，并且被凌志、福特等汽车厂家广泛采用4 专用的解码芯片得到广泛运用。解码芯片市场份额占据较大的是美国AD公司。根据不同结构和精度要求可以生产了不同系列的旋变解码芯片。但是在国内，对于解码芯片的开发以及对旋变的研究并不是十分成熟。但是国内的许多厂家也逐步进行了目的性的研究来满足电动汽车的发展，在此期间科学家们取得了一定丰厚的成果5。因此高可靠性，高精度的旋转变压器及其解码电路得到了越来越广泛的应用。 如今，一些关于旋转变压器解码系统的探讨，大部分是基于DSP或单片机而设计的，并且取得了一定的进展。旋转变压器解码算法是基于巨大的运算，DSP的运算速度即使很快，但是解码速度的突破仍是一个最大挑战6。纵观科技的发展，我国的旋变行业现在处于下风，但是在市场需求的刺激下，基于单片机的旋转变压器解码系统的研究具有广阔的开发和应用前景。1.3研究的目的初步了解伺服系统的设计与运行，学会掌握伺服系统的基本知识。进一步提高伺服系统在控制方面的精确度，其核心在于提高检测环节的精确度，尽管当前已经有许多专用的旋转变压器解码芯片，但是由于高额的成本，以至于这些高精度解码芯片的应用受到限制。在此本文通过对于旋转变压器原理的论述与研究，力图设计一个以单片机89C51为核心，结合模数转化器，充分利用89C51处理的能力，编写程序来实现硬件解码算法的旋转变压器解码器。以此来提高对于单片机，旋转变压器的理解和使用，将所学知识更深入实践中，学会学以自用。1.4研究主要内容（1）建立正余弦旋转变压器的输出电压与旋转变压器转子相对于定子的偏转角之间的方程，说明旋转变压器解码器的工作原理，分析旋转变压器解码器误差产生的原因，提出减小误差，提高系统精度的方法，并说明原因；（2）根据旋转变压器的工作原理和解算方法，设计旋转变压器的解码器，该系统包括旋转变压器本体、以单片机为核心的旋转变压器输出电压采集、转换、滤波和结果显示电路；其中，单片机控制A/D芯片对旋转变压器输出的模拟电压信号进行模数转换后，接收该电压信号，通过反正切函数实现算法，解算出旋转变压器转子相对于定子的偏转角，并将结果显示出来，旋转变压器解码器能够实现对旋转变压器偏转角解算的范围为90O+90O； （3）设计旋转变压器输出电压信号的解算算法，主要是反正切函数的单片机实现算法；（4）在Protues软件中建立旋转变压器的解码器仿真电路，其中旋转变压器输出的电压信号由仿真软件中的信号源产生，设计单片机控制程序，仿真并验证利用单片机实现旋转变压器的解码功能。测试结果如图5.1，图5.2所示， 示波器上显示为ADC0808接收到的模拟旋变正弦信号和余弦信号输入波形图， 以及对应所测出的转子与定子的相对角度，由此可见，设计的电路图仿真图可行。感谢有这么一个非常负责任的老师陪我度过大学的最后时光。最后感谢这四年以来， 教我电气专业基础知识的老师还有一起生活的同学 感谢有你们的日子， 我很充实。晶振电路在单片机电路中作用是提供给单片机的整体时钟， 两个电容值一样且都不得大于47PF，以帮助振起测试结果如图5.1，图5.2所示， 示波器上显示为ADC0808接收到的模拟旋变正弦信号和余弦信号输入波形图， 以及对应所测出的转子与定子的相对角度，由此可见，设计的电路图仿真图可行。感谢有这么一个非常负责任的老师陪我度过大学的最后时光。最后感谢这四年以来， 教我电气专业基础知识的老师还有一起生活的同学 感谢有你们的日子， 我很充实。晶振电路在单片机电路中作用是提供给单片机的整体时钟， 两个电容值一样且都不得大于47PF，以帮助测试结果如图5.1，图5.2所示， 示波器上显示为ADC0808接收到的模拟旋变正弦信号和余弦信号输入波形图， 以及对应所测出的转子与定子的相对角度，由此可见，设计的电路图仿真图可行。感谢有这么一个非常负责任的老师陪我度过大学的最后时光。最后感谢这四年以来， 教我电气专业基础知识的老师还有一起生活的同学 感谢有你们的日子， 我很充实。晶振电路在单片机电路中作用是提供给单片机的整体时钟， 两个电容值一样且都不得大于47PF，以帮助振起测试结果如图5.1，图5.2所示， 示波器上显示为ADC0808接收到的模拟旋变正弦信号和余弦信号输入波形图， 以及对应所测出的转子与定子的相对角度，由此可见，设计的电路图仿真图可行。感谢有这么一个非常负责任的老师陪我度过大学的最后时光。最后感谢这四年以来， 教我电气专业基础知识的老师还有一起生活的同学 感谢有你们的日子， 我很充实。晶振电路在单片机电路中作用是提供给单片机的整体时钟， 两个电容值一样且都不得大于47PF，以帮助测试结果如图5.1，图5.2所示， 示波器上显示为ADC0808接收到的模拟旋变正弦信号和余弦信号输入波形图， 以及对应所测出的转子与定子的相对角度，由此可见，设计的电路图仿真图可行。感谢有这么一个非常负责任的老师陪我度过大学的最后时光。最后感谢这四年以来， 教我电气专业基础知识的老师还有一起生活的同学 感谢有你们的日子， 我很充实。晶振电路在单片机电路中作用是提供给单片机的整体时钟， 两个电容值一样且都不得大于47PF，以帮助振起测试结果如图5.1，图5.2所示， 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但是区别于普通变压器：普通变压器的一次绕组和二次绕组的相对位置是固定的，所以它们之间的互感保持不变，输出电压和输入电压之比是常数；而旋转变压器的一次绕组和二次绕组分别放在定子和转子上，则它们随转子的转角发生相对位置的改变，绕组间的电磁耦合程度发生改变，所以其输出电压的大小随转子转角而发生变化8。按输出电压与转子转角间的函数关系，旋变主要分为三大类： 正余弦旋转变压器、线性旋转变压器(隐极式和凸极式)、比例式旋转变压器。本文设计的旋变解码系统是针对正余弦旋变的。2.1.1 正余弦旋转变压器的结构 两极隐极式的定，转子的结构和定，转子对称两套绕组是大多数旋转变压器的物理结构。电磁部分由绕组和导磁的铁芯组成，导磁性能良好的硅钢片薄板冲成的槽状芯片叠装而成旋转变压器的定，转子铁芯。如图2.1为正余弦旋转变压器的结构：1机轴 2机壳 3分解器定子 4变压器定子绕组5变压器转子绕组 6变压器转子 7变压器定子8变压器转子 9分解器定子绕组 10分解器转子绕组图2.1 旋转变压器的物理结构图如图2.2所示，在空间上互差90电角度的定子绕组和转子绕组组成旋转变压器，对称分布绕组是结构上完全相同的。定子绕组有两个，一般是相同的，即导线截面和接线方式以及绕组匝数都相同。分别称为定子励磁绕组（其引线端为S1-S3）和定子交轴绕组（又称补偿绕组，其引线端为S2-S4）。图2中带有圆圈的表示转子，转子上两套绕组与定子一样匝数相等分别用WS和WC表示，R1-R3和R2-R4分别为正弦输出绕组和余弦输出绕组，有的时候也可在转子绕组上励磁，而从定子绕组上输出电压。定子绕组通过固定在壳体上的接线柱直接引出来。定子绕组端点直接引至接线板上，而转子绕组的端点要通过电刷和集电环才能引出。如图2.2 旋转变压器定、转子绕组2.1.2 正余弦旋转变压器数学模型对于正余弦旋转变压器，在各个定子绕组加上交流电压后，转子绕组中由于铰链磁通的变化产生感应电压，感应电压和励磁电压之间相关联的的耦合系数随着转子的转角而改变。因此，根据测得的输出电压，就可以知道转子转角的大小。如图2.3，设R1一R2转子的激磁绕组施加的激磁电压为： 图2.3 旋转变压器原理图 式（2.1）则定子sl-s2、s3-S4之间的正、余弦输出绕组输出电压分别为： 式（2.2） 式（2.3）其中Um为正、余弦绕组感应交流电势的振幅值，为转子激磁绕组轴线 R1-R2与余弦绕组轴线s3-S4之夹角，即被测转轴量旋转的角度9。 求解典型的处理方法是将式(2.2)、式(2.3)相除得表达式(2.4)，即： 式（2.4）则可以求出反正切转角值，即： 式（2.5）其中 。2.1.3 正余弦旋转变压器运行及补偿分析1.空载运行时如图2.4（a）(b)所示，空载时的输出电压，即转子输出绕组R1-R2和R3-R4和定子交轴绕组S3-S4开路，仅将定子励磁绕组S1-S2加上励磁电压U1。此时气隙中将产生一个脉振磁通密度B，脉振磁场的轴线在定子励磁绕组的励磁轴线S1-S2上。根据自整角机的电磁理论，磁场将在二次侧即转子的两个输出绕组中感应出变压器电动势。(a) (b)图2.4 旋转变压器绕组两个输出绕组的感应电动势为： 式（2.6）由此可见，旋转变压器空载时，当电源电压不变时，输出电动势与转角有着严格的正余弦关系。这样转子绕组R1-R2就称为余弦输出绕组，而绕组R3-R4称为正弦输出绕组。2.负载运行当输出绕组接了负载以后，如图2.5：图2.5 旋转变压器负载情况可见，当正弦输出绕组R3-R4接有负载，其输出电压如图2.6所示，其输出电压便不再是转角的正、余弦函数，它偏离了期望的正弦值，这种现象称为输出特性的畸变。图2.6 输出特性的畸变为了消除畸变，就必须设法消除交轴磁通的影响。消除的方法有两种，即一次侧补偿和二次侧补偿10。2.1.4 基于旋转变压器的系统误差分析在采用旋转变压器的系统中，设旋转变压器输出信号经过模拟处理电路后的信号Ux，Uz 为： 式 (2-7) 式 (2-8)其中 Kx，Kz 分别是旋转变压器 X 路和 Z 路的放大倍数。造成 Ux和 Uz 信号存在误差的原因是多方面的，但主要而言有以下两种： （1） 零位误差：是由模拟电路和 A/D 转换器的零点不为零所引起的误差。零位误差将影响到转子侧感应电压的模拟值或数字值，使其变为 Ux=UXL+UX0，UZ=UZL+UZ0，其中 UXL, UZL 是零位准时的感应电压值，UX 和 UZ 是零位不准确时的电压值，UX0 和UZ0 是零点输出值。 （2） 灵敏度误差：由于旋转变压器两个输出端的灵敏度或模拟电路中的两路放大倍数不同而应起的误差。灵敏度误差也最终将影响到转子侧感应电压值，设存在灵敏度误差下的两路感应电压值分别为：UXS 和 UZS，那么则有：UXS=UX*KX；UZS=UZ*KZ（KX 不等于 KZ）。 在理想情况下的任意瞬时都有：KX=KZ，那么 ，UX 和 UZ 的平方和应为 ，所以其轨迹应为一个圆。零位误差的存在相当于偏置了圆心，灵敏度误差的存在相当于使圆变成了椭圆11,如图 2.7 和图 2.8 所示。 图 2.7 零点误差存在 图 2.8 灵敏度误差存在 2.2 89C51芯片由INTEL公司生产的89C52是属于MCS-51系列单片机，其制造工艺中运用了实用的CMOS工艺技术，组成了功能强劲的8位单片机，其满足MCS-51的HCMOS的标准。在物理结构上，采用了CMOS的高速，结合高轻度技术以及CMOS低功耗，它基于标准的MCS-51单片机体系结构和指令系统，属于89C51增强型单片机版本，集成了时钟输出和向上或向下计数器等更多的功能，适合于类似马达控制等应用场合。AT89C52为8位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52 相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC 内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等 12。图2.9为89C52管脚图。图2.9 89C52管脚图其中VCC为供电电压， GND为接地。P0口用于程序存储，其外部必须接上上拉电阻。RST为复位输入，当振荡器复位器件， RST必须接上高电平。ALE/PROG为访问外部存储器时，地址锁存信号。XTAL1为时钟工作的输入端以及以及反向振荡放大器的输入端。XTAL2：作为反向振荡器的输出。2.3 旋转变压器解码器交直流伺服系统里往往要求进行位置测量，常见的测量工具有旋转变压器和光电码盘。旋转变压器具有体积小、精度高、结构简单、误差小、抗干扰能力强等很多优点，与此同时在其应用上也有一个缺点输出的摸你信号处理复杂13。为了普遍采用微处理器控制和微型计算机与适应伺服系统的数字化的要求，就要把旋变输出的正余弦模拟信号转换为数字角度值，因此需要给旋变搭建一个解码系统。对于旋转变压器信号的解码系统，把旋转变压器输出的模拟信号转换为转子位置角的装置称为数字信号旋转变压器解码器其主要有两种类型：一种是利用AD转换芯片、单片机等分离器件搭建的解码系统；另一种是专门为旋转变压器解计的专用的解码芯片。因此根据偏转角度口不同，旋转变压器发送三路信号 、和。本文设计的旋转变压器解码器的输入信号，其中Z是基准信号即旋转变压器的励磁信号。旋转变压器解码器的功能就是根据这三路模拟信号计算并控制输出偏转角度。2.4.A/D转换芯片ADC0808ADC0808是由美国国家芯片公司发明的使用最为广泛的A/D芯片，ADC0808有8个通道，精确度非常高。ADC0808具有丰富的接口，可与许多微处理器链接。ADC0808的主要特点有：接口多； 5V DC的电压范围；不需要0和全量程调节；用地址逻辑来区分的8路通道；一个电源供电供电，输入电压范围0-5v15。2.5 分离器件搭建的解码系统虽然特定的解码芯片物理结构简单、可靠性高、易于调试和可输出多种信号模式等特点，但是这一类解码芯片成本非常高，适用场合不多，不能满足特殊测量的要求，所有为了满足特殊要求，可组建分离器件搭建的解码系统。由分离器件搭建的旋转变压器解码系统一般都由几个部分构成，如图2.10。当励磁信号输入旋转变压器时，旋转变压器转动而输出跟正余弦有关的电压信号，随后该电压信号输入到ADC0808的接收端口，经过ADC0808芯片后，电压信号由模拟量被转变为数字量传输到单片机中，单片机对ADC0808输送的钟脉冲，通过程序运算对ADC0808芯片操作，以便在单片机端口输出角位置信号和速度信号。角位置信号和速度信号通过单片机交由显示电路显示测量结果。单片机数模转换模块旋转变压器正弦波发生器显示电路图2.10 分离器件搭建的解码系统(1) 模数转换 用于将旋转变压器采集的模拟信号转换为数字信号。 (2) 单片机 用于接收AD芯片转换后的数字信号并运用解码算法解算转子位置角。 (3) 显示电路用于显示转子所转角度。分离器件搭建的解码系统的解码方式，一般都采取反正切函数的方法实现，由式可知：计算出定子上正余弦绕组上测得电压的比值后求其反正切函数，就可以得到转子位置角。分离器件搭建的旋转变压器解码系统反正切算法的实现都是基于软件实现2.6 软硬件解码方案的比较轴角测角的核心是如何对角度传感器的输出信号进行解调，对于本论文，就是如何将旋变输出的交流模拟信号转换为便于计算机及其它微处理器可以处理的数字信号。本文解码的核心是利用单片机89C51实现反正切的函数，可以通过软件和硬件来实现。 (1) 软件解码方案：主要有查表法和调用反正切函数两种方法。 查表法是将某些点的函数值构造成表以便需要时查找。算法简单，容易实现，但需要占用较多的硬件资源，且不能兼顾计算精度和运算速度16。因此，只适用于各种计算起来很耗时的函数。(2) 硬件解码方案：基于单片机的硬件算法。用硬件描述语言编写反正切程序，然后利用单片机实现反正切的操作。2.7 本章小结本章对解码系统的各个硬件做了比较详细的介绍，旋转变压器的优缺点、适用范围，分类以及其数学模型进行了比较全面的介绍。 通过公式推导分析了正余弦旋变的工作原理，在研究正余弦旋变数学模型的基础 上，推导出了转子角度值与旋变输出信号之间的数学关系。接着分别介绍了实现反正切算法的单片机89C51，旋变解码芯片AD2S83和由分离器件搭建的解码系统的结构、工作原理以及各自的特点。,最后对软硬件解码算法方案的优缺点进行了对比，确定了用硬件算法实现反正切的函数。第3章 硬件电路设计被测物的转动作为旋变的激励和ADC0808的参考信号输入。由旋变输出的正、余弦波分别经放大器放大至合适幅值后送入ADC0808。ADC0808将正、余弦波转换后得到位置信号、转速信号，提供给单片机。用C语言编写程序通过单片机控制ADC0808的寄存器进行计算，而后由被测出来的角度信号输出到显示管供用户使用。3.1 旋转变压器的参数计算当定子侧加正弦电压励磁时,输出绕组电压分别为: （式3.1） （式3.2）式中: 为放大倍数； 为峰值；为定子轴与转子轴之间的角度。由以上两式可以看出，转子绕组的两相输出之间并无相位上的移动，而只有幅值大小的变化。旋转变压器的输出的电压信号由信号发生器发出，如图3.1：图3.1 信号发生器 仿真启动时，由于程序的控制，自动发出正弦波形来模拟旋转变压器的输出电压。3.2 A/D转换模块3.2.1 ADC0808内部结构图芯片 ADC0808内部结构图,如图3.2图3.2 ADC0808内部结构图3.2.2 ADC0808工作原理ADC0808芯片里头包含有兼容控制逻辑的微处理器，通道一个和A/D转换器。其中，由于8位的A/D转换器其特殊的物理结构与工艺，使其在运行时的有着极其高的稳定性，A/D转换器里头还包含带模拟开关树的256R的分压器和逐次逼近寄存器；然而其通道具有8路，也就是说一个输入信号可以从8个通道中任意选取。具有8通道单端模拟信号的复用器，由地址译码器挑选输入通道。当地址锁存信号由低电平到高电平时，地址锁存。转换器,其核心部件是8位模/数转换器，在转换数据中起到关键作用。它具有宽测量，正实数输出，快速、精确、可重复的转换等特点 17。A/D转换器的精确度由其中的比较器负责，承载着整个转换器的核心任务。所以一个稳定断续比较器的存在尤为关键。DC输入信号输入进稳定断续比较器时，它会把其转换成一个AC信号，然后由一个高增益AC放大器放大，反馈到之前的DC电平。由于DC分量会漂移，AC放大器对DC分量不起任何作用，那么这个技术就使得转换器对于极端的输入信号就不能进行放大了，限制了放大器的作用，容易造成结果的不准确。3.2.3 ADC0808芯片管脚图及其功能表如图显示ADC0808芯片的管脚图:图3.3 ADC0808芯片管脚图对应其管脚功能：（1）IN0IN7模拟输入端口，共八个，需要3根地址译码线ADDA、ADDB、ADDC来选择一路。（2）D7D0数据输出端口，为A/D转换输出数据，共8位。由高到低分别为D7， 最后为D0。（3）ADDA、ADDB、ADDC三根模拟信号地址译码线，ADDA为低位，ADDC为高位。（4）VR(+)、VR(-)正、负参考电压输入端，给片内DAC电阻网络提供基准电压。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。（5）ALE地址锁存允许信号端，高电平有效。当给高电平信号时，模拟通道被选择，地址信号。在使用时，为了方便同时启动A/D转换和锁存通道地址，常与START信号连用。3.2.4工作时序与使用说明如图12所示ADC 0808工作时序：图3.4 ADC 0808工作时序图如用EOC信号去产生中断请求，要设法使它不致产生虚假的中断请求。为此，最好利用EOC上升沿产生中断请求，而不是靠高电平产生中断请求。3.2.5 ADC0808及其外围电路的设计设计如图3.5：图3.5 ADC0808外部设计ADC0808具有8 路模拟量输入信号INoIN7(15脚、2628脚)，地址线 C、B、A(2325脚)决定哪一路模拟输入信号进行AD转换，本电路将地址译码线ADDA、ADDB、ADDC，其中他们都接低电平，根据地址信号与选中通道表，对应关系如表3.1所示，得之选择IN0作为模拟信号的输入端。表3.1 地址信号与选中通道的关系地址选中通道ADDCADDBADDA000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7 CLOCK管脚为实时时钟输入端，作用是接受从30管脚得到时钟信号19。数字量8个输出端接到单片机的P0口。3.3 单片机及其外围电路的设计3.3.1 AD2S83芯片与单片机的连接直接将ADC0808的数据接口通过电压匹配电路与单片机相连，连接电路参见图3.6。图3.6 AD2S83芯片与单片机的连接3.3.2晶振电路图3.7 晶振电路图晶振电路在单片机电路中作用是提供给单片机的整体时钟，两个电容容值一样且都不得大于47PF，以帮助晶振起振。晶振值一般为12MHZ。两边如图15分别连接到单片机的XTAL1和XTAL2端口。其次是单片机复位电路，如图16图3.8 复位电路当开关被摁下一次，使单片机中寄存器处于特定状态，即数据被复位。3.4 显示电路及其驱动的设计3.4.1 器件选择在显示器件选择方面，LED显示器与LCD显示器相比，LED在亮度、功耗、可视角度和刷新速率等方面，都更具优势。LED与LCD的功耗比大约为10:1，而且更高的刷新速率使得LED在视频方面有更好的性能表现，能提供宽达160的视角，而且LED显示屏的单个元素反应速度是LCD液晶屏的1000倍，在强光下也可以照看不误，并且适应零下40度的低温 20。而且由于LED八段数码显示管有以下主要特点： （1）能在低电压、小电流条件下驱动发光，能与cmos、itl电路兼容。 （2）发光响应时间极短（01s），高频特性好，单色性好，亮度高。 （3）体积小，重量轻，抗冲击性能好。 （4）寿命长，使用寿命在10万小时以上，甚至可达100万小时。（5）成本低。 所以此设计中选用LED八段数码显示管作为显示器件。3.4.2 显示电路显示电路如图3.9：图3.9 显示电路3.5 总电路图系统仿真总电路图如图3.10：图3.10 总电路图第4章 系统软件设计4.1 Protues简介Proteus软件是由英国LabcenterElectronics公司开发的EDA工具软件，已有近20年的历史。该软件集成了高级原理布图、混合模式SPICE电路仿真、PCB设计以及自动布线来实现一个完整的电子设计系统。它是一种混合电路仿真工具，包括模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的仿真等。Proteus软件由ISIS和ARES两个软件构成，其中ISIS是一款便捷的电子系统仿真平台软件，ARES是一款高级的布线编辑软件。ISIS是一个操作简便且功能强大的原理绘图工具，它整合了SPICE的仿真模型，拥有超过8000个元件的庞大库结构。ARES则可将ISIS的仿真原理图生成PCB版图。4.2 硬件描述语言简介C语言是在B语言的基础上发展起来的。1967年，英国剑桥大学的马丁理查德推出BCPL语言的特点，设计出了B语言，并用B语言编写了UNIX操作系统，在PDP-7小型机上实现1972年，美国贝尔实验室的戴尼斯M.利奇和布朗W.卡尼汉对B语言进一步进行完善，进而推出了C语言，此后十几年，对C语言又进行了不断发展和扩充。1983年，美国国家标准协会（ANSI）为C制订了新的标准，被称为ANSIC。ANSIC比标准C有了很大的扩充和发展。C语言可以作为系统设计语言， 编写工作系统应用程序，也可以作为应用程序设计语言，编写不依赖计算机硬件的应用程序。因此，它的应用范围广泛。 主要有以下特点：C语言在很多方面都可以用，不仅仅是在软件开发上，各类科研都是需要用到C语言的。C 语言发展如此迅速, 而且成为最受欢迎的语言之一,主要因为它具有强大的功能。许多著名的系统软件,如DBASE PLUS、DBASE 都是由C 语言编写的。用C语言加上一些汇编语言子程序, 就更能显示C 语言的优势了, 像PC- DOS 、WORDSTAR等就是用这种方法编写的。4.3 程序流程图 此软件在系统设计中能够依据89C52芯片的控制ADC0808的运行，同时它可以通过驱动电路控制八段数码显示管的显示，如图4.1为主程序流程图。开始地址指针设置取段码段码左移一位输出一位段码输出一个移动脉冲取段码结束取段码结