图4-5 热电偶冷端补偿
4.3 A/D转换
经过测量放大器放大后的电压信号，其电压范围为1～5V，此信号为模拟信号，计算机(单片机)无法接受，故必须进行A/D转换。
A/D转换器是将模拟电压或电流转换成数字量的器件或装置，是模拟输入信道的核心部件。
4.3.1 A/D转换的主要指标
A/D转换的主要指标主要有：
电压输出A/D转换器的输入/输出的一般表达式为：D=（2n-1）V/VREF。式中，D为数字量输出，V为输入电压，VREF为参考电压。当VREF确定时，其输入与输出为线性关系。
A/D转换器的主要技术指针有转换时间、分辨率、转换误差、转换速度、量程、精度等。
转换时间——指完成一次模拟量到数字量转换所需要的时间。
分辨率——说明A/D转换器对输入信号的分辨能力。一般以输出二进制（或十进制）数的位数表示。因为，在最大输入电压一定时，输出位数愈多，量化单位愈小，分辨率愈高。
转换误差——它表示A/D转换器实际输出的数字量和理论上的输出数字量之间的差别。常用最低有效位的倍数表示。
转换速度——可用转换时间表示,指从转换控制信号到来开始，到输出端得到稳定的数字信号所经过的时间。
量程——即所能转换的电压范围。
4.3.2 A/D转换器ADC0804[8]
在第三章已经阐述了本设计采用ADC0804的理由，下面对ADC0804进行介绍。
ADC0804是用CMOS集成工艺制成的逐次比较型摸数转换芯片。分辨率8位，转换时间100μs，输入电压范围为0至5V，增加某些外部电路后，输入模拟电压可为 5V。该芯片内有输出数据锁存器，当与计算机连接时，转换电路的输出可以直接连接在CPU数据总线上，无须附加逻辑接口电路。主要引脚见图4.6所示。
ADC0804技术参数如下：
● 三态锁定输出；
● 转换时间：100μs
● 分辨率：8位；
● 转换时间：100Ps；
● 总误差：±1LSB
● 工作温度：-40℃——85℃ 图4-6 ADC0804引脚
ADC0804的主要引脚介绍：
VIN+、VIN-：ADC0804的两模拟信号输出端，用以接受单极性、双极性和差摸输入信号。
D7至D0：A/D转换器数据输出端，该输出端具有三态特性，能与微机总线相接。
AGND：模拟信号地。
DGND：数字信号地。
CLKIN：外电路提供时钟脉冲输入端。
CLKR：内部时钟发生器外接电阻端，与CLKIN端配合可由芯片自身产生时钟脉冲，其频率为1/1.1RC。
：片选信号输入端，低电平有效，一旦CS有效，表明A/D转换器被选中，可启动工作。
：写信号输入，接受微机系统或其它数字系统控制芯片的启动输入端，低电平有效，当CS、WR同时为低电平时，启动转换。
：读信号输入，低电平有效，当CS、RD同时为低电平时，可读取转换输出数据。
：转换结束输出信号，低电平有效。输出低电平表示本次转换已完成。该信号常作为向微机系统发出的中断请求信号。
被转换的电压信号可从VIN+和VIN-输入，本设计的模拟信号由VIN+输入，并将VIN-接地。模拟地DGND和数字地AGND相连后共同接地。参考电压VREF/2端无需外加任何电压，而由内部电源分压得到。本设计在外部“CLKR”和“CLK”两端外接一对电阻电容产生A/D转换所需要的时钟，其振荡频率为fclk≈1/1.1RC。根据一般情况取R=10kΩ，C=150pF，fclk≈640kHz，每秒钟可转换1万次。同时在VCC端外接一块容值为100μF的电容。ADC0804的量程范围为0至5V，分辨率为8位，所以可以对满量程的1/ -1=1/255即19.608mv的增量做出反应。5000/19.608≈255，即ADC0804可以分辨约255个增量，完全满足本设计测温0至200℃即200个增量的实际需求。
ADC0804转换流程：
图4-7 A/D转换时序图
ADC0804用脉冲启动信号。本系统中的ADC0804的片选信号由地址译码器74LS138控制。当89C51发出指令使CS和WR同为低电平时，A/D转换被启动，ADC0804开始工作。A/D转换被启动而在WR上升沿后100μs模数完成转换，同时INTR自动变为低电平，表示本次转换已结束。至此，本系统中的ADC0804即完成了设计所需要的A/D转换，转换后的数字量交由下一环节的CPU进行处理。
4.4 数据处理
当ADC0804将模拟信号转换为数字信号后，输送到CPU进行数据处理，并将处理后的结果显示出来。CPU采用Intel公司的MCS-51系列单片机，显示部分采用LED数码管。
4.4.1 MCS-51单片机
MCS—51系列单片机研制于1980年，由Intel公司所开发，其结构是8048的延伸，改进了8048的缺点，其ROM、RAM都可扩充至64KB，也增加了如乘(MUL)、除(DIV)、减(SUBB)、比较(CJNE)、栈入(PUSH)、栈出(POP)、16位数据指针、布尔代数运算等指令，以及串行通信能力和5个中断源。MCS—51系列单片机特点如下：
● 专为控制应用所设计的八位CPU
● 32条双向且可被独立寻址的I/O口
● 芯片内打128字节可供储存数据的RAM
● 内部有两组16位定时器
● 具有全双工传输信号UART
● 5个中断源，从具有两级(高/低)优先权顺序的中断结构
● 芯片内有4KB的程序内存(ROM)
● 芯片内有时钟(CLOCK)振荡器电路
● 程序内存可扩展至64KB(ROM) 图4-8 89C51引脚图
● 数据存储器可扩展至64KB(RAM)
AT89C51引脚说明如下：
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FLASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FLASH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口作为第八位地址接收。
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