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1、以AD637为基础的交流毫伏表设计以AD637为基础的交流毫伏表设计摘 要在电量的测量中，电压，电流和频率是最基本的三个被测量。其中，电压量的测量最为经常。而且随着电子技术的发展，更需要测量弱电的电压，所以毫伏电压表就成为一种必不可少的测量仪器。另外，由于数字式仪器具有读数准确方便，精度高，误差小，灵敏度和分辨率高，测量速度快等特点，而倍受用户青睐。本系统以交流毫伏表为核心，以低功耗单片机MCS-51为主控制器，通过数据采集系统采集数据，经设有运算放大电路和微型继电器的衰减模块输出，经衰减放大处理的模拟信号，其中一路信号通过真有效值直流(RMS-DC)变换,经12位快速逐次比较式A/D转换器A
2、D574芯片转换，实时把模拟量转化为数字量，经CPU进行计算、处理后，由七段数码LED显示出来，最终实现对被测输入信号的电压值显示测量。关键词 单片机 数字交流毫伏表 真有效值IThe AD637-based exchange mV table designAbstractIn the measurement of electricity, voltage, current and frequency is the most basic measurement of the three. Among them, the voltage measurement of the volume of
3、the most often. In addition, with the development of electronic technology, but also the need for weak measurements of voltage, so mV voltage meter has become an indispensable instrument. In addition, as a result of digital equipment to facilitate accurate readings with high precision, small error,
4、high sensitivity and resolution to measure the characteristics of speed, and greatly favored customers. MV of the system table to share as the core, low-power single-chip microcomputer-based MCS-51 controller, data acquisition system through data collection, the operator has a micro-amplifier and th
5、e attenuation of the relay output module, with attenuation enlarge analog signal processing, in which the signal all the way through the DC True RMS (RMS-DC) conversion, after 12 successive comparison fast A / D converter conversion AD574 chip, real-time analog to digital conversion for, calculated
6、by the CPU and processed, by the Seven-Segment LED digital display, the ultimate realization of the measured value of the input signal voltage and frequency measurement value display. Key words Single-chip microcomputer Digital AC MillivolII目 录 摘 要IAbstractII1 绪论12 单片机22.1 单片机概述22.2 单片机的内部结构22.3 AT8
7、9C51简介32.4 单片机最小系统93 单元电路设计103.1 衰减、放大倍数可调电路设计103.2 真有效值直流(RMS-DC)变换电路设计123.3 A/D模数转换单元设计153.3.1 A/D转换器概述153.3.2 逐次逼近式A/D原理及AD574芯片153.4 直流稳压电源设计203.4.1 单相桥式整流电路203.4.2 桥式整流电路的技术指标213.4.3 三端固定式集成稳压器223.4.4 稳压电源电路234 数码管LED及可编程接口芯片设计244.1 LED数码管结构与原理244.1.1 LED数码管结构种类244.1.2 LED数码管的工作原理244.2 8155可编程接
8、口芯片设计254.2.1 8155的内部组成及引脚说明264.2.2 8155的RAM和I/O口地址编码274.2.3 8155 I/O的工作方式274.2.4 8155的命令/状态字285 系统设计305.1 数字交流毫伏表概述305.2 系统使用305.3 硬件电路图316 软件设计326.1 量程自动转换326.2 分贝值计算与显示32结 论35致 谢36参考文献37附 录381 绪论自90年代以来，以计算机技术、通信技术和软件技术为核心的信息技术取得了更加迅猛的发展极大的促进了嵌入式系统的发展。随着嵌入式系统应用的不断深入和产业化程度的不断提升，新的应用环境和产业化需求对嵌入式系统软件
9、提出了更加严格的要求。在新需求的推动下，嵌入式操作系统内核不仅需要具有微型化、高实时性等基本特征，还将向高可信性、自适应性、构件组件化方向发展；支撑开发环境将更加集成化、自动化、人性化。同时随着电子技术的迅速发展、数字电路应用领域的不断扩展，当今社会，产品数字化、智能化已成为人们追求的一种趋势，设备的性能、价格、发展空间等备受人们的关注，尤其对电子测量设备的精密度和稳定度最为关注。在电量的测量中，电压，电流和频率是最基本的三个被测量，其中电压量的测量最为经常，而且随着电子技术的发展，更需要测量弱电的电压，所以毫伏电压表就成为一种必不可少的测量仪器。另外，由于数字式仪器具有读数准确方便，精度高，
10、误差小，灵敏度和分辨率高，测量速度快等特点，而倍受用户青睐，人们对数显仪表类器件的精度需求越来越严格。当今社会，仪表制作技术已经很成熟，仪表制作和嵌入式系统结合的越来越紧密，但是交流毫伏表方面特别是数字显示的交流毫伏表技术才刚刚起步且有待发展，高性能的数显交流毫伏表器件的开发和应用存在巨大的发展空间。本设计正是应社会发展的需求，研制出一种基于单片机的高性能的数字显示交流毫伏表。本数字显示交流毫伏表系统测量交流电压精确，电压测量误差5%，测量频率范围广，能有效应用于需要高精度、宽频率范围的交流电压测量等领域。2 单片机2.1 单片机概述单片机自20世纪70年代问世以来，以其极高的性能价格比，受到
11、人们的重视和关注，应用很广，发展很快。单片机体积小，重量轻，抗干扰能力强，环境要求不高，价格低廉，可靠性高，灵活性好，开发较为容易。由于具有上述优点，在我国，单片机已广泛地应用在工业自动化控制、自动检测、智能仪器仪表、家用电器、电力电子、机电一体化设备等各个方面。2.2 单片机的内部结构MCS-51单片机的内部结构如图所示，MCS-51单片机把微型计算机的基本部件，如将中央处理器、随机存储器、程序存储器、并行I/O 接口、串行I/O接口、定时器/计数器、中断系统以及特殊功能寄存器等集成在一块芯片上，并通过单一的内部总线连接起来。图2-1 MCS-51单片机的内部结构（1） 8位的CPU。（2）
12、 4KB的片内程序存储器（ROM/EPROM/EEPROM/Flash）（3）128Byte的片内数据存储器（RAM）（4） 64KB外部RAM寻址空间，即最大可扩展64KB外部RAM。（5）2个16位的定时器/计数器。（6）4个8位并行I/O接口：P0,P1,P2,P3。（7）1个全双工串行I/O口，可实现多机通信。（8）21Byte的专用寄存器（SFR）。（9） 5个中断源，可编程为2个优先级。（10） 片内自带振荡器，还可作为时钟输出。（11） 片内采用单总线结构。（12） 采用单一的+5V电源供电。2.3 AT89C51简介 AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能COM
13、S8位单片机，片内含4Kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大AT89C51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2
14、K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。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MCS-51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，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机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。图2-1 AT89C51管脚分布1.主要性能参数(1)与MCS-51产品指令系统完全兼容(2)4K字节可重擦写Flash闪速存储器(3)1000次擦写周期(4)全静态操作：0Hz24MHz(5)三级加密程序存
15、储器(6)1288字节内部RAM(7)32个可编程I/O口线(8)2个16位定时/计数器(9)6个中断源(10)可编程串行UART通道(11)低功耗空闲和掉电模式2.功能特性概述AT89C51提供以下标准功能：4K字节Flash闪速存储器，128字节内部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，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，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，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件
16、工作直到下一个硬件复位。3.引脚功能说明VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1
17、口作为第八位地址接收。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P
18、3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉电阻的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.5 T1（记时器1外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG
19、：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储
20、器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。 /EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。4.时钟振荡器AT89C51中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体 或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器。用户也可以采用外部时钟。这种情况下，外部时钟脉冲接到XTAL1端，即内部时钟发生
21、器的输入端，XTAL2则悬空。由于外部时钟信号是通过一个2分频触发器后作为内部时钟信号的，所以对外部时钟信号的占空比没有特殊要求，但最小高电平持续时间和最大的低电平持续时间应符合产品技术条件的要求。5. 复位电路MCS-51单片机复位电路是指单片机的初始化操作。单片机启运运行时，都需要先复位，其作用是使CPU和系统中其他部件处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。因而，复位是一个很重要的操作方式。但单片机本身是不能自动进行复位的，必须配合相应的外部电路才能实现。（1）复位功能。复位电路的基本功能是：系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后，撤销复位信号。为可靠起见，电源稳定后还要经一定
22、的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。单片机的复位是由外部的复位电路来实现的。片内复位电路是复位引脚RST通过一个斯密特触发器与复位电路相连，斯密特触发器用来抑制噪声，它的输出在每个机器周期的S5P2，由复位电路采样一次。复位电路通常采用上电自动复位（如图2-2(a)）和按钮复位(如图2-2(b)两种方式。图2-2 RC复位电路（2）单片机复位后的状态：单片机的复位操作使单片机进入初始化状态，其中包括使程序计数器PC0000H，这表明程序从0000H地址单元开始执行。单片机冷启动后，片内RAM为随机值，运行中的复位操作不改变片内RAM区中的内容，21个特
23、殊功能寄存器复位后的状态为确定值，见表2-1。 值得指出的是，记住一些特殊功能寄存器复位后的主要状态，对于了解单片机的初态，减少应用程序中的初始化部分是十分必要的。 说明：表中符号*为随机状态；表2-1 寄存器复位后状态表特殊功能寄存器初始状态特殊功能寄存器初始状态ABPSWSPDPLDPHP0P3IPIE00H00H00H07H00H00HFFH*00000B0*00000BTMODTCONTH0TL0TH1TL1SBUFSCONPCON00H00H00H00H00H00H不定00H0*BPSW00H，表明选寄存器0组为工作寄存器组； SP07H，表明堆栈指针指向片内RAM 07H字节单元，
24、根据堆栈操作的先加后压法则，第一个被压入的内容写入到08H单元中；Po-P3FFH，表明已向各端口线写入1，此时，各端口既可用于输入又可用于输出 。IP00000B，表明各个中断源处于低优先级； IE000000B，表明各个中断均被关断； 系统复位是任何微机系统执行的第一步，使整个控制芯片回到默认的硬件状态下。51单片机的复位是由RESET引脚来控制的，此引脚与高电平相接超过24个振荡周期后，51单片机即进入芯片内部复位状态，而且一直在此状态下等待，直到RESET引脚转为低电平后，才检查EA引脚是高电平或低电平，若为高电平则执行芯片内部的程序代码，若为低电平便会执行外部程序。51单片机在系统复
25、位时，将其内部的一些重要寄存器设置为特定的值，至于内部RAM内部的数据则不变。2.4 单片机最小系统单片机最小系统,或者称为最小应用系统,是指用最少的元件组成的单片机可以工作的系统.对51系列单片机来说,最小系统一般应该包括:单片机、晶振电路、复位电路.下面给出一个51单片机的最小系统电路图。图2-2 最小系统电路图在智能化仪器仪表中，控制核心均为微处理器，而单片机以高性能、高速度、体积小、价格低廉、稳定可靠而得到广泛应用，是设计智能化仪器仪表的首选微控制器。单片机结合简单的晶体振荡电路和复位电路即可构成单片机最小系统，它是智能化仪器仪表的基础，也是测控、监控的重要组成部分。3 单元电路设计3
26、.1 衰减、放大倍数可调电路设计信号的衰减及放大由单片机I/O口通过微型继电器控制，与A/D配合，以实现量程的自动转换。若被测电压高于单片机此时设定的量程，单片机控制相应的继电器对信号衰减，反之则放大，保证输入RMS-DC变换器的信号不超过其工作电压范围，并尽量使RMS-DC变化器工作在最佳状态，提高灵敏度。 1.集成运放集成运放应用首先是构成各种运算电路，在运算电路中，以输入电压自变量，以输出电压作为函数，当输入电压发生变化时，输出电压反映输入电压某种运算的结果，因此，集成运放必须工作在线性区，在深度负反馈条件下，反馈网络可以实现各种数学运算。同相比例运算电路，图3-1所示图3-1 同相比例
27、运算电路同相比例运算电路见图3-1 a），利用“虚断”的概念有 利用“虚短”的概念有最后得到输出电压的表达式 （3-1-1）由于是串联反馈电路，所以输入电阻很大，理想情况下Ri=。由于信号加在同相输入端，而反相端和同相端电位一样，所以输入信号对于运放是共模信号，这就要求运放有好的共模抑制能力。在同相比例运算电路中，若将输出电压的全部反馈到反相输入端，就构成图3-1 b）所示的电压跟随器。 （3-1-2）理想运放的开环差模增益为无穷大，因而电压跟随器具有比射极输出器好得多的跟随特性。2.微型继电器微型继电器本设计中起开关导通作用，MCS-51单片机来控制“1”，“2”管脚与“3”管脚的导通，当“
28、5”管脚加高电平“1”时，“1”管脚与“3”管脚导通，当“5”管脚加低电平“0”时，“2”管脚与“3”管脚导通。微型继电器示意图，如图3-2所示。图3-2 微型继电器示意图3.信号衰减、放大倍数可调电路假定输入信号电压为V，P2.1=0, P2.2=0, P2.3=1则第一个运放输出端电压为V,第二个运放输出端电压为V，第三个运放输出端电压为V= V，因为P2.3=1，所以最后得出第三个继电器末端电压为V，即为衰减了，同理可得以下结果。（1）信号衰减倍数可调电路真值表，如表3-1所示表3-1P2.1P2.2P2.3衰减倍数0101011100001000011000（2）信号放大倍数可调电路真
29、值表，如表3-2所示表3-2P2.1P2.2P2.3放大倍数100111110110100（3）信号衰减、放大倍数可调电路图, 如图3-3所示图3-3 信号衰减、放大倍数可调电路图3.2 真有效值直流(RMS-DC)变换电路设计普通数字电压表只能测量直流电压。如果要测量交流电压，必须增加交流/直流（AC/DC）转换电路。由于本系统采用测交流有效值的方案，所以需要进行真有效值转换。真有效值方法检测电压、电流的核心是TRMS/DC转换器，这类转换电路现已实现单片集成化。AD637是一块高精度单片TRMS/DCC转换器，可以计算各种复杂波形的真有效值。采用了峰值系数补偿，在测量峰值系数高达10的信号
30、时附加误差仅为1，频带宽度在2V输入时可达8MHz。AD637的制造工艺先进，采用激光修正，一般情况下不需要加外部调整元件。惟一的外围元件是平均电容,用来设定平均时间常数，并决定低频准确度、输出波纹的大小及稳定时间。AD637的内部有独立的缓冲放大器，既可作输入缓冲器用，亦可构成有源滤波器来减小纹波，提高测量准确度。此外，芯片内部输入端有过压保护电路，即使输入电压超过电源电压，一般也不会损坏芯片。它具有响应速度快，响应时间和信号幅度无关等特点，根据其特性曲线，AD637在输入电压0.2V2V范围内有最佳频率响应，故衰减放大电路的输出信号应控制在该范围内。本文设计的数字交流毫伏表其衰减放大电路的
31、输出信号在0.2V2V范围内。下图是AD637的内部框图，主要由缓冲器，有源整流器，偏置电路，平方/除法器和滤波电路组成。1. AD637的管脚排列及内部框图图3-4 AD637的管脚排列及内部框图(1 )COM公共地.(2)Vin, -输入电压端，该端输入阻抗的典型值为16.67k，最大值为20k(3) OUT OFFSET-输出补偿端(4)CS片选端，供备用(掉电)模式用(5)DEV IN 基准输入端，侧均方值时用.6)VdB一分贝(电平)电压输出端(7) BUF IN , BUF OUI，一一分别为缓冲器的输入、输出端.缓冲器输入阻抗高达100M,输出阻抗小于0.5,该缓冲器完全独立的，
32、既可接于Vin,端之前，又可接在Vo端之后(8）Vo电压输出端。2. AD637电路主要组成AD637的简化电路如图3-5所示,主要包括5部分:（1）有源整流器(亦称绝对值电路，属全波整流);(2)平方/除法器;（3）滤波放大器;(4)缓冲放大器;(5)偏置电路。图3-5 AD637内部原理图3. 真有效值直流(RMS-DC)变换电路数字交流毫伏表其衰减放大电路的输出信号在0.2V2V之间，被测信号经真有效值直流(RMS-DC)变换电路，如图3-6所示，转换为真有效值从AD637的BUFFOUT端输出，经放大输出到A/D模数转换模块，进行处理。图3-6 真有效值直流(RMS-DC)变换电路3.
33、3 A/D模数转换单元设计在计算机实时数据采集和实时监控系统及智能化仪表中，检测和控制的对象大部分是模拟量，如温度、光强、压力、速度、流量等。由于单片机只能识别和处理数字量，因此这些模拟量必须转换为相应的数字量才能送给单片机，能够把模拟量转换为数字量的器件称为模数转换器（ADC）。模拟接口的作用就是在计算机所能处理得数字量与外部设备的模拟信号之间建立一条信息交换渠道。3.3.1 A/D转换器概述常用的A/D转换器按其转换原理可分为4种：计数式A/D转换器，双积分式A/D转换器，逐次逼近式A/D转换器和并行式A/D转换器。目前，在微机控制领域最常用的是双积分式和逐次逼近式转换器。A/D转换器的主
34、要技术指标 （1）分辨率。分辨率是指A/D转换器能分辨的最小模拟输入量。通常用能转换成的数字量的位数来表示，如8位、10位、12位、16位等。位数越高，分辨率越高。例如，对于8位A/D转换器，当输入电压满刻度为5V时，其输出数字量的变化范围为0255，转换电路对输入模拟电压的分辨能力为5V/25519.5mV。（2）转换时间。转换时间是A/D转换器完成一次转换所需的时间。转换时间是编程时必须考虑的参数。若CPU采用无条件传送方式输入A/D转换后的数据，则从启动A/D芯片转换开始，到A/D芯片转换结束，需要一定的时间，此时间为延时等待时间，实现延时等待的一段延时程序，要放在启动转换程序之后，此延
35、时等待时间必须大于或等于A/D转换时间。（3）量程。量程是指A/D转换器所能转换的输入电压范围。（4）精度。精度是指与数字输出量所对应的模拟输入量的实际值与理论值之间的差值。A/D转换电路中与每一个数字量对应的模拟输入量并非是单一的数值，而是一个范围。目前，常用的A/D转换器的精度为1/42LSB。3.3.2 逐次逼近式A/D原理及AD574芯片1. 逐次逼近式A/D原理概述N位的逐次逼近式A/D转换器（图3-6），由N位寄存器、N位D/A转换器、比较器、逻辑控制电路、输出缓冲器等五部分组成。图3-6 逐次比较式A/D转换器的结构工作原理：启动信号作用后，时钟信号先通过逻辑控制电路使N位寄存器
36、的最高位DN-1为1，以下各位为0，这个二进制代码经D/A转换器转换成电压U0（此时为全量程电压的一半）送到比较器与输入模拟电压UX比较。若UXU0，则保留这一位；若UXU0，则DN-1 位置0。DN-1位比较完毕后，再对下一位即DN-2位进行比较，控制电路使寄存器DN-2为1，其以下各位仍为0，然后再与上一次DN-1结果一起经过D/A转换后再次送到比较器与UX相比较。如此一位一位地比较下去，直至最后一位D0比较完毕为止。最后，发出EOC信号表示转换结束。这样经过N次比较后，N位寄存器保留的状态就是转换后的数字量数据。目前，逐次逼近式A/D转换器大都做成单片集成电路的形式，使用时只需发出A/D
37、转换启动信号，然后在EOC端查知A/D转换过程结束后，取出数据即可。这类芯片有ADC0809、ADC1210、ADC7574、AD574、TLC549、MAX1241等是应用得最多的A/D转换器类型。2. AD574芯片使用AD574是AD公司生产的12位逐次逼近A/D转换芯片。AD574系列包括AD574、AD674和AD1674等型号的芯片。AD574的转换时间为1535 ms。片内有数据输出锁存器，并有三态输出的控制逻辑。其运行方式灵活，可进行以12位转换，也可作8位转换；转换结果可直接以12位输出，也可先输出高8位，后输出低4位。可直接与8位和16位的CPU接口。输入可设置成单极性，也
38、可设置成双极性。片内有时钟电路，无需加外部时钟。AD574适用于对精度和速度要求较高的数据采集系统和实时控制系统。(a) 单极性输入；(b) 双极性输入图3-7 AD574单极性与双极性输入时的连接方法AD574采用双列直插式28引脚,图3-8给出了AD574的双列直插式28引脚封装引脚图，图3-9 给出了AD574原理与引脚图各主要引脚的含义如下：(1)CS ：片选信号，低电平有效。(2)CE：片使能信号，高电平有效。(3)R/C ：读/启动信号，高时读A/D转换结果，低时启动A/D转换。(4)12/8 ：输出数据长度控制信号，高为12位，低为8位。(5)STS：工作状态信号，高为正在转换，
39、低为转换结束。 (6)A0：有两种含义：当R/C为低时，A0为高，启动8位A/D转换；A0为低，启动12位A/D转换。(7)当R/C为高时，A0为高，输出低4位数据；A0为低，输出高8位数据(8)上述5个信号的组合所对应的A/D转换器的状态见表2-2所示。(9)STS：工作状态信号，高表示正在转换，低表示转换结束。(10)REF IN：基准输出线。(11)BIP OFF：单极性补偿。(12)DB11DB0：12位数据线。(13)10VIN，20VIN：模拟量输入端。表3-3 AD574的操作CER/12/A0操作100X012位转换100X18位转换110+5V012位并行输出101接地0输出
40、高8位数据101接地1输出低4位数据图3-9AD57引脚封装图3-8 AD574原理与引脚图3. 本文设计AD574与89C51单片机的接口电路 根据AD574各引脚的功能，89C51单片机与AD574的接口电路可按如图2-10所示电路来安排。由于89C51的高8位地址P2.0P2.7没有使用，故可采用寄存器间接寻址方式。其中启动A/D的地址为1FH，读出低4位数地址为7FH，读出高8位数地址为3FH。 图3-10 AD574与89C51单片机的接口电路图中3-10 STS可有三种接法以对应三种控制方式：（1）如STS空着，单片机只能采取延时等待方式，在启动转换后，延时25ms以上时间，再读入
41、A/D转换结果；（2）如STS接单片机一条端口线，单片机就可以用查询的方法等待STS为低后再读入A/D转换结果；（3） 如STS接单片机外部中断线，就可以在引起单片机中断后，再读入A/D转换结果。 采用延时等待方式的控制程序清单：MOV R0，#1FH；启动MOVXR0，AMOVR7，#10H；延时DJNZR7，$MOVR1，#7FH；读低4位MOVXA，R1MOVR2，A；存低4位MOVR1，#3FH；读高8位MOVXA，R1MOVR3，A；存高8位SJMP$3.4 直流稳压电源设计当今社会人们极大的享受着电子设备带来的便利，但是任何电子设备都有一个共同的电路电源电路。大到超级计算机、小到袖
42、珍计算器，所有的电子设备都必须在电源电路的支持下才能正常工作。由于电子技术的特性，电子设备对电源电路的要求就是能够提供持续稳定、满足负载要求的电能，而且通常情况下都要求提供稳定的直流电能。提供这种稳定的直流电能的电源就是直流稳压电源。在本文设计中同样要用到这种直流稳压电源。3.4.1 单相桥式整流电路电路如图3-11（a）所示，图中Tr为电源变压器，它的作用是将交流电网电压.u变成整流电路要求的交流电压u=Usin，是要求直流供电的负载电阻，四只整流二极管D1 D4接成电桥的形式，故有桥式整流电路之称。图3-11（b）是它的简化画法。 图3-11（a）单相桥式整流电路 图3-11（b）简化画法
43、在电源电压u2的正、负半周内(设a端为正，b端为负时是正半周)电流通路分别用图3-11（a）中实线和虚线箭头表示。负载上的电压uo的波形如图3-11所示。电流的波形与uo的波形相同。显然，它们都是单方向的全波脉动波形。3.4.2 桥式整流电路的技术指标图3-12 单相桥式整流电路波形图ttiLuoo342tooiD1 iD3iD2 iD4D1 D3D2D4D1 D3D2 D4导通导通导通导通u2整流电路的技术指标包括整流电路的工作性能指标和整流二极管的性能指标。整流电路的工作性能指标有输出电压U0和脉动系数S 。二极管的性能指标有流过二极管的平均电流ID和管子所承受的最大反向电压UDRM。下面
44、来分析桥式整流电路的技术指标。（1）输出电压的平均值U0： (3-4-1)直流电流为： （3-4-2）（2）脉动系数S图3-12中整流输出电压波形中包含有若干偶次谐波分量称为纹波，它们叠加在直流分量上。我们把最低次谐波幅值与输出电压平均值之比定义为脉动系数。全波整流电压的脉动系数约为0.67，故需用滤波电路滤除u0中的纹波电压。（3）流过二极管的正向平均电压ID在桥式整流电路中，二极管D1、D3和 D2、D4是两两轮流导通的，所以流经每个二极管的平均电流为= = (3-5-3)（4）二极管承受的最大反向电压UDRM二极管在截止时管子承受的最大反向电压可从图4-11(a)看出。在u正半周时，D1
45、、D3导通， D2、D4截止。此时D2、D4所承受到的最大反向电压均为u的最大值，即= (3-5-4)同理，在u的负半周D1、D3也承受同样大小的反向电压。桥式整流电路的优点是输出电压高，纹波电压较小，管子所承受的最大反向电压较低，同时因电源变压器在正负半周内都有电流供给负载，电源变压器得到充分的利用，效率较高。因此，这种电路在半导体整流电路中得到了广泛的应用。电路的缺点是二极管用的较多。目前市场上已有许多品种的半桥和全桥整流电路出售，而且价格便宜，这对桥式整流电路缺点是一大弥补。3.4.3 三端固定式集成稳压器三端固定集成稳压器有三个端子：输入端Ui、输出U0和公共端COM。输入端接整流滤波电路