數(shù)控增益放大器畢業(yè)論文

1、<p><b>　　內(nèi)容摘要</b></p><p>　　程控放大器是一種放大倍數(shù)由程序控制的放大器，也稱為可編程放大器。它是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、數(shù)控技術(shù)為一體的機(jī)電一體化高科技產(chǎn)品，具有安全性高，使用方便等優(yōu)點(diǎn)。本論文從數(shù)控增益放大器功能，硬件電路設(shè)計(jì)，單元電路設(shè)計(jì)軟件控制等幾部分，分別論述這一系統(tǒng)。</p><p>　　利用數(shù)字模擬開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)的可控增益

2、放大器,具有增益調(diào)節(jié)范圍寬,電路簡(jiǎn)單、控制方便、成本低廉等優(yōu)點(diǎn),而其由于其調(diào)節(jié)準(zhǔn)確方便,使用壽命長(zhǎng),受物理環(huán)境影響小,性能穩(wěn)定等特點(diǎn),因此其應(yīng)用越來(lái)越廣泛。但由于數(shù)字電位器受制造工藝等因素的制約,其通頻帶受限,利用它實(shí)現(xiàn)的程控增益放大器高頻頻響特性不理想。</p><p>　　本系統(tǒng)考慮到數(shù)控增益放大器成本及體積因素，在設(shè)計(jì)數(shù)控增益放大器部分時(shí)，以模擬開(kāi)關(guān)CD4051、控制芯片STC89C51、集成運(yùn)算放大器LM

3、324為核心構(gòu)成。</p><p>　　數(shù)控增益放大器設(shè)計(jì)綜合應(yīng)用之前所學(xué)的單片機(jī)、微機(jī)控制、電路設(shè)計(jì)等方面的知識(shí)。運(yùn)行表明，其性能高，使用靈活性好，安全系數(shù)高，成本則相對(duì)較小，被廣泛應(yīng)用。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 增益放大 CD4051 單片機(jī)</p><p><b>　　Abstract</b></p><p&g

4、t;　　The numerical control gain amplifier is the collection computertechnology, the electronic technology, the numerical controltechnology is a body integration of machinery high tech product, hasthe security to be high,

5、merit and so on easy to operate. The presentpaper from the numerical control gain amplifier function, the hardwarecircuit design, the unit circuit design software control and so onseveral parts, separately elaborates thi

6、s system</p><p>　　This system considered numerical control gain amplifier cost and bulkfactor, when design numerical control gain amplifier part, takeintegrated circuit and so on the CD4051/CD4052 as the cor

7、e, the chippartially and so on constitutes by CD4051,MCS-51 STC89C51 and operational amplifier LM324.</p><p>　　Before numerical control gain amplifier design synthesis applicationstudies aspect and so on mon

8、olithic integrated circuit, microcomputercontrol, circuit design knowledge. The movement indicated, itsperformance high, use flexibility good, safety coefficient high, thecost then relative is smaller, is widely applied.

9、</p><p>　　Keywords: Operational amplifier MCS-51 LM324 </p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　

10、　1.概述4</b></p><p><b>　　2.方案論證6</b></p><p>　　2.1 功能要求6</p><p><b>　　2.2方案確定6</b></p><p>　　2.2.1單片機(jī)芯片的選擇方案和論證6</p><p>　　2.2

11、.2模擬開(kāi)關(guān)的選擇方案和論證6</p><p>　　2.2.3集成運(yùn)算放大器的選擇方案和論證8</p><p>　　2.2.4單片機(jī)模塊電路設(shè)計(jì)最終方案確定8</p><p>　　2.2.5模擬電路設(shè)計(jì)方案最終確定9</p><p>　　3．主控制器及外圍器件10</p><p>　　3.1AT89S52單

12、片機(jī)10</p><p>　　3.1.1MCS-51的內(nèi)部資源10</p><p>　　3.1.2 MCS-51的內(nèi)部資源11</p><p>　　3.2模擬開(kāi)關(guān)CD4051介紹13</p><p>　　3.2.1 CD4051參數(shù)13</p><p>　　3.2.2 CD4051結(jié)構(gòu)框圖及結(jié)構(gòu)原理

13、14</p><p>　　3.3 CD4051的應(yīng)用16</p><p>　　3.4 LM324型集成運(yùn)算放大器17</p><p>　　3.4.1集成運(yùn)算放大器的基本原理17</p><p>　　3.4.2集成電路運(yùn)算放大器中的電流源17</p><p>　　3.4.3反相比例運(yùn)算電路20</p>

14、;<p>　　3.4.4 同相比例運(yùn)算電路21</p><p>　　3.4.5 LM324的基本特點(diǎn)22</p><p>　　3.4.6 LM324的應(yīng)用23</p><p>　　4. 硬件電路設(shè)計(jì)24</p><p>　　4.1 電路圖設(shè)計(jì)框圖24</p><p>　　4.2系統(tǒng)概述24&

15、lt;/p><p>　　4.3電源設(shè)計(jì)24</p><p>　　4.4單片機(jī)的晶振系統(tǒng)25</p><p>　　4.5單片機(jī)模塊電路設(shè)計(jì)25</p><p>　　4.6數(shù)據(jù)放大電路設(shè)計(jì)26</p><p>　　4.7電路參數(shù)計(jì)算27</p><p>　　4.8 電路分析28</p&

16、gt;<p>　　5. 軟件設(shè)計(jì)29</p><p>　　5.1 C51語(yǔ)言介紹29</p><p>　　5.1.1 C51語(yǔ)言的特點(diǎn)29</p><p>　　5.2 程控放大器的C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)思路29</p><p>　　6. 系統(tǒng)調(diào)試31</p><p>　　6.1 軟件調(diào)試31<

17、;/p><p>　　6.2 硬件調(diào)試31</p><p>　　6.2.1電源調(diào)試31</p><p>　　6.2.2通電檢查32</p><p>　　6.2.3檢查芯片的邏輯關(guān)系是否出錯(cuò)32</p><p><b>　　7. 結(jié)論33</b></p><p><

18、b>　　8.參考文獻(xiàn)34</b></p><p><b>　　9.附錄35</b></p><p><b>　　9.1 程序35</b></p><p>　　9.2 總電路圖37</p><p><b>　　1.概述</b></p>&l

19、t;p>　　在日新月異的21世紀(jì)里，家用電子產(chǎn)品得到了迅速發(fā)展。許多家電設(shè)備都趨于人性化、智能化，這些電器設(shè)備大部分都含有CPU控制器或者是單片機(jī)。單片機(jī)以其高可靠性、高性價(jià)比、低電壓、低功耗等一系列優(yōu)點(diǎn)，近幾年得到迅猛發(fā)展和大范圍推廣，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)、通訊設(shè)備、日常消費(fèi)類產(chǎn)品和玩具等。并且已經(jīng)深入到工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)以及人民生活的各個(gè)方面，隨著近代超大規(guī)模集成電路的出，微處理器及其外圍芯片有了迅速的發(fā)展。集成技術(shù)的最新進(jìn)

20、展之一是將CPU和外圍芯片，如程序存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，并行、串行I/O口、定時(shí)、計(jì)數(shù)器、中斷控制器及其他控制部件集成在一個(gè)芯片中，制成單片計(jì)算機(jī)(Single-chip Microcomputer).而近年來(lái)推出的一些文檔單片機(jī)還包含有許多特殊的功能單元如A/D、D/A轉(zhuǎn)換器、調(diào)制解調(diào)器、通用控制器、鎖相環(huán)、DMA浮點(diǎn)運(yùn)算單元等。因此，只要外加一些擴(kuò)展電路及必要的通道接口就可以構(gòu)成各種計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。如：工業(yè)控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)

21、放大系統(tǒng)等。</p><p>　　模擬開(kāi)關(guān)和多路轉(zhuǎn)換器的作用主要是用于信號(hào)的切換。目前集成模擬電子開(kāi)關(guān)在小信號(hào)領(lǐng)域已成為主導(dǎo)產(chǎn)品，與以往的機(jī)械觸點(diǎn)式電子開(kāi)關(guān)相比，集成電子開(kāi)關(guān)有許多優(yōu)點(diǎn)，例如切換速率快、無(wú)抖動(dòng)、耗電省、體積小、工作可靠且容易控制等。但也有若干缺點(diǎn)，如導(dǎo)通電阻較大，輸入電流容量有限，動(dòng)態(tài)范圍小等。因而集成模擬開(kāi)關(guān)主要使用在高速切換、要求系統(tǒng)體積小的場(chǎng)合。在較低的頻段上f<10MHz），集成模擬

22、開(kāi)關(guān)通常采用CMOS工藝制成：而在較高的頻段（f>10MHz），則廣泛采用雙極型晶體管工藝。因此可以控制模擬開(kāi)關(guān)來(lái)切換輸出電阻，從而實(shí)現(xiàn)改變?cè)鲆妗?lt;/p><p>　　在工業(yè)自動(dòng)控制以及多點(diǎn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、航空及生態(tài)研究中, 離不開(kāi)模擬量的精確測(cè)量。隨著微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用的推廣, 傳感器獲得的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)預(yù)放大后才能送交A / D 轉(zhuǎn)換。這種預(yù)放大線路常推薦采用數(shù)據(jù)放大器。數(shù)據(jù)放大器又稱儀用放大器、側(cè)量放大器、橋

23、路放大器, 是國(guó)內(nèi)外流行的一種前置放大器。它廣泛用于傳感器信號(hào)放大、高阻電橋、熱電偶、光電管, 生物電放大以及高阻比較器等各領(lǐng)域。數(shù)據(jù)放大器由二級(jí)串聯(lián)組成, 前級(jí)是二個(gè)同相放大器組成, 有很高的輸人阻抗。后級(jí)是差動(dòng)放大器,它不僅割斷共模信號(hào)的傳輸, 還將雙端輸人變換成單端輸出, 適應(yīng)對(duì)地負(fù)載的需要。一般的放大器為什么在高精度的前置放大中不能得到廣泛應(yīng)用呢? </p><p>　　本文設(shè)計(jì)的數(shù)控增益放大器，可以通過(guò)

24、單片機(jī)來(lái)控制模擬開(kāi)關(guān)CD4051來(lái)控制數(shù)據(jù)放大器的增益，在改變?cè)鲆娴耐瑫r(shí)還能同時(shí)改變電路的輸入阻抗，采用雙差分形式，消除了長(zhǎng)線傳輸產(chǎn)生的共模干擾，數(shù)據(jù)放大器的輸入形式正好適應(yīng)傳感器等橋路信號(hào)的輸入，只要變換輸入信號(hào)端，就可以使輸出記性相反。此外，數(shù)據(jù)放大器還具有較高的鞏膜抑制比，具有較好的抗干擾能力。</p><p>　　本文將針對(duì)上述情況，進(jìn)行集中介紹：MCS-51片機(jī)及其擴(kuò)展，多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)原理及其應(yīng)用，數(shù)控增

25、益數(shù)據(jù)放大器的原理及其應(yīng)用的情況。</p><p><b>　　2.方案論證</b></p><p><b>　　2.1 功能要求</b></p><p>　　1.數(shù)據(jù)放大器增益可變</p><p>　　2.具有高輸入阻抗（100k）</p><p>　　3.具有較高共模抑制

26、比</p><p>　　4.溫漂小、噪聲低系統(tǒng)工作穩(wěn)定</p><p><b>　　2.2方案確定</b></p><p>　　2.2.1單片機(jī)芯片的選擇方案和論證 </p><p><b>　　方案一：</b></p><p>　　采用89C51芯片作為硬件核心，采用Fla

27、sh ROM，內(nèi)部具有4KB ROM 存儲(chǔ)空間,能于3V的超低壓工作,而且與MCS-51系列單片機(jī)完全兼容,但是運(yùn)用于電路設(shè)計(jì)中時(shí)由于不具備ISP在線編程技術(shù), 當(dāng)在對(duì)電路進(jìn)行調(diào)試時(shí)，由于程序的錯(cuò)誤修改或?qū)Τ绦虻男略龉δ苄枰獰氤绦驎r(shí)，對(duì)芯片的多次拔插會(huì)對(duì)芯片造成一定的損壞。</p><p><b>　　方案二:</b></p><p>　　采用AT89S52,片內(nèi)R

28、OM全都采用Flash ROM；能以3V的超底壓工作；同時(shí)也與MCS-51系列單片機(jī)完全該芯片內(nèi)部存儲(chǔ)器為8KB ROM 存儲(chǔ)空間，同樣具有89C51的功能，且具有在線編程可擦除技術(shù)，當(dāng)在對(duì)電路進(jìn)行調(diào)試時(shí)，由于程序的錯(cuò)誤修改或?qū)Τ绦虻男略龉δ苄枰獰氤绦驎r(shí)，不需要對(duì)芯片多次拔插，所以不會(huì)對(duì)芯片造成損壞。</p><p>　　所以選擇采用AT89S52作為主控制系統(tǒng).</p><p>　　2

29、.2.2模擬開(kāi)關(guān)的選擇方案和論證</p><p>　　選擇開(kāi)關(guān)時(shí)需考察以下指標(biāo)：</p><p>　　1.通道數(shù)量　集成模擬開(kāi)關(guān)通常包括多個(gè)通道。通道數(shù)量對(duì)傳輸信號(hào)的精度和開(kāi)關(guān)切換速率有直接的影響，通道數(shù)越多，寄生電容和泄漏電流就越大。因?yàn)楫?dāng)選通一路時(shí)，其它阻斷的通道并不是完全斷開(kāi)，而是處于高阻狀態(tài)，會(huì)對(duì)導(dǎo)通通道產(chǎn)生泄漏電流，通道越多，漏電流越大，通道之間的干擾也越強(qiáng)。</p>

30、<p>　　2.泄漏電流　一個(gè)理想的開(kāi)關(guān)要求導(dǎo)通時(shí)電阻為零，斷開(kāi)時(shí)電阻趨于無(wú)限大，漏電流為零。而實(shí)際開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)為高阻狀態(tài)，漏電流不為零，常規(guī)的CMOS漏電流約1nA。如果信號(hào)源內(nèi)阻很高，傳輸信號(hào)是電流量，就特別需要考慮模擬開(kāi)關(guān)的泄漏電流，一般希望泄漏電流越小越好。</p><p>　　3.導(dǎo)通電阻 導(dǎo)通電阻的平坦度與導(dǎo)通電阻一致性　導(dǎo)通電阻會(huì)損失信號(hào)，使精度降低，尤其是當(dāng)開(kāi)關(guān)串聯(lián)的負(fù)載為低

31、阻抗時(shí)損失更大。應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇導(dǎo)通電阻足夠低的開(kāi)關(guān)。必須注意，導(dǎo)通電阻的值與電源電壓有直接關(guān)系，通常電源電壓越大，導(dǎo)通電阻就越小，而且導(dǎo)通電阻和泄漏電流是矛盾的。要求導(dǎo)通電阻小，則應(yīng)擴(kuò)大溝道，結(jié)果會(huì)使泄漏電流增大。導(dǎo)通電阻隨輸入電壓的變化會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)，導(dǎo)通電阻平坦度是指在限定的輸入電壓范圍內(nèi)，導(dǎo)通電阻的最大起伏值△RON=△RONMAX—△RONMIN。它表明導(dǎo)通電阻的平坦程度，△RON應(yīng)該越小越好。導(dǎo)通電阻一致性代表各通道導(dǎo)通

32、電阻的差值，導(dǎo)通電阻的一致性越好，系統(tǒng)在采集各路信號(hào)時(shí)由開(kāi)關(guān)引起的誤差也就越小。</p><p>　　4.開(kāi)關(guān)速度　指開(kāi)關(guān)接通或斷開(kāi)的速度。通常用接通時(shí)間TON和斷開(kāi)時(shí)間TOFF表示。對(duì)于需要傳輸快變化信號(hào)的場(chǎng)合，要求模擬開(kāi)關(guān)的切換速度高，同時(shí)還應(yīng)該考慮與后級(jí)采樣保持電路和A/D轉(zhuǎn)換器的速度相適應(yīng)，從而以最優(yōu)的性能價(jià)格比來(lái)選擇器件。</p><p>　　除上述指標(biāo)外，芯片的電源電壓范圍也是

33、一個(gè)重要參數(shù)，它與開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通電阻和切換速度等有直接關(guān)系，電源電壓越高，切換速度越快，導(dǎo)通電阻越小。電源電壓越低，切換速度就會(huì)越慢且導(dǎo)通特性變差。因此對(duì)于3V或5V電壓系統(tǒng)，必須選擇低壓型的器件來(lái)保證系統(tǒng)正常工作。另外，電源電壓還限制了輸入信號(hào)范圍，輸入信號(hào)最大只能到滿電源幅度，如果超過(guò)溝道就會(huì)夾斷。低電壓型的器件通常都是滿電源電壓幅度的，并且采用特殊的工藝來(lái)保證低電壓時(shí)開(kāi)關(guān)具有很低的導(dǎo)通電阻。根據(jù)以上論述，現(xiàn)有兩個(gè)方案可供選擇。<

34、/p><p><b>　　方案一：</b></p><p>　　采用BL1551開(kāi)關(guān)芯片，BL1551是6腳SOT363的2.7Ω低電壓SPDT模擬開(kāi)關(guān)，BL1551是單寬的帶寬，快速singlepole雙擲（SPDT）CMOS開(kāi)關(guān)設(shè)有一個(gè)</p><p>　　2.7歐姆的電阻在VCC= 5.0V和寬電源電壓范圍從1.8V到5.5V。它可以用來(lái)&l

35、t;/p><p>　　作為一個(gè)模擬開(kāi)關(guān)，或作為一個(gè)低延時(shí)的總線開(kāi)關(guān)。在300MHz的高帶寬性</p><p>　　能支持高頻率的應(yīng)用。突破前兩個(gè)部分消除功能從防止切換過(guò)程中信號(hào)中斷</p><p>　　兩個(gè)開(kāi)關(guān)同時(shí)被啟用。但是開(kāi)關(guān)通道較少。</p><p><b>　　方案二：</b></p><p>

36、;　　采用CD4051開(kāi)關(guān)芯片，CD4051/CC4051是單8通道數(shù)字控制模擬電子開(kāi)關(guān)，有A、B和C三個(gè)二進(jìn)制控制輸入端以及INH共4個(gè)輸入，具有低導(dǎo)通阻抗和很低的截止漏電流。幅值為4.5～20V的數(shù)字信號(hào)可控制峰峰值至20V的模擬信號(hào)。例如，若VDD=+5V，VSS=0，VEE=-13.5V，則0～5V的數(shù)字信號(hào)可控制-13.5～4.5V的模擬信號(hào)。這些開(kāi)關(guān)電路在整個(gè)VDD-VSS和VDD-VEE電源范圍內(nèi)具有極低的靜態(tài)功耗，與控制

37、信號(hào)的邏輯狀態(tài)無(wú)關(guān)。當(dāng)INH輸入端=“1”時(shí)，所有的通道截止。只有當(dāng)INH=0時(shí)，三位二進(jìn)制信號(hào)才可以選通8通道中的一個(gè)通道，連接該輸入端至輸出。其中VEE可以接負(fù)電壓，也可以接地。當(dāng)輸入電壓有負(fù)值時(shí)，VEE必須接負(fù)電壓，其他時(shí)候可以接地。</p><p>　　所以，采用CD4051作為開(kāi)關(guān)芯片。</p><p>　　2.2.3集成運(yùn)算放大器的選擇方案和論證</p><

38、p>　　LM324系列集成運(yùn)放，LM324系列器件帶有差動(dòng)輸入的四運(yùn)算放大器。與單電源應(yīng)用場(chǎng)合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點(diǎn)。該四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的電源下，靜態(tài)電流為MC1741的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場(chǎng)合中采用外部偏置元件的必要性。每一組運(yùn)算放大器可用圖1所示的符號(hào)來(lái)表示，它有5個(gè)引出腳，其中“+”、“-”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“V+”、“V-”為正、負(fù)電

39、源端，“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相同。LM324系列由四個(gè)獨(dú)立的，高增益，內(nèi)部頻率補(bǔ)償運(yùn)算放大器，其中專為從單電源供電的電壓范圍經(jīng)營(yíng)。從分裂電源的操作也有可能和低電源電流消耗是獨(dú)立的電源電壓的幅度。應(yīng)用領(lǐng)域包括傳感器放大器，直流增益模塊和所有傳統(tǒng)的運(yùn)算放大器現(xiàn)在可以更容易地在單電源系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的

40、電路。例如，可直接操作的LM324系列，這是用來(lái)在數(shù)字系統(tǒng)中，輕松地將提供所需的接口電路，而無(wú)需額外的±15V電源標(biāo)準(zhǔn)的5V電源電壓。</p><p>　　2.2.4單片機(jī)模塊電路設(shè)計(jì)最終方案確定</p><p>　　綜上所述，對(duì)此作品的單片機(jī)模塊電路設(shè)計(jì)方案選擇為以AT89S52為主控制器，通過(guò)單片機(jī)引腳控制模擬開(kāi)關(guān)CD4051的A、B、C三個(gè)端口來(lái)選擇模擬開(kāi)關(guān)的輸出通道。&l

41、t;/p><p>　　2.2.5模擬電路設(shè)計(jì)方案最終確定</p><p>　　綜上所述，選擇LM324系列集成運(yùn)算放大器來(lái)搭建數(shù)據(jù)放大器。實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的放大。</p><p>　　3．主控制器及外圍器件</p><p>　　3.1AT89S52單片機(jī)</p><p>　　MCS-51是指由美國(guó)INTEL公司生產(chǎn)的一系列單片

42、機(jī)的總稱，這一系列單片機(jī)包括了好些品種，如8031，8051，8751，8032，8052，8752等，其中8051是最早最典型的產(chǎn)品，該系列其它單片機(jī)都是在8051的基礎(chǔ)上進(jìn)行功能的增、減、改變而來(lái)的，所以人們習(xí)慣于用8051來(lái)稱呼MCS51系列單片機(jī)，而8031是前些年在我國(guó)最流行的單片機(jī)，所以很多場(chǎng)合會(huì)看到8031的名稱。Intel公司將MCS51的核心技術(shù)授權(quán)給了很多其它公司，所以有很多公司在做以8051為核心的單片機(jī)，當(dāng)然，功

43、能或多或少有些改變，以滿足不同的需求，其中89C51就是這幾年在我國(guó)非常流行的單片機(jī)，它是由美國(guó)ATME公司開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的。下面將介紹MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部資源及外圍結(jié)構(gòu)。</p><p>　　3.1.1MCS-51的內(nèi)部資源</p><p>　　MCS-51系列單片機(jī)的典型產(chǎn)品為8051、8751、8031.8051匙R(shí)OM型單片機(jī)，內(nèi)部有4K字節(jié)工廠掩膜編程的ROM程序存儲(chǔ)器；8751

44、是EPROM型單片機(jī)，內(nèi)部有4K字節(jié)用戶可編程的EPROM程序存儲(chǔ)器；8031匙無(wú)ROM程序存儲(chǔ)器的單片機(jī)，它必須外接EPROM程序存儲(chǔ)器。除此之外；8051、8751和8031的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是萬(wàn)群相同的，都具有下列硬件資源；</p><p>　　·8位CPU·4kbytes程序存儲(chǔ)器(ROM) (52為8K)</p><p>　　·128bytes的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(

45、RAM) （52有256bytes的RAM）</p><p>　　·32條I/O口線·111條指令，大部分為單字節(jié)指令</p><p><b>　　·21個(gè)專用寄存器</b></p><p>　　·2個(gè)可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器</p><p>　　·5個(gè)中斷源，2個(gè)優(yōu)先級(jí)（52

46、有6個(gè)）</p><p>　　·一個(gè)全雙工串行通信口</p><p>　　·外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器尋址空間為64kB</p><p>　　·外部程序存儲(chǔ)器尋址空間為64kB</p><p>　　·邏輯操作位尋址功能·雙列直插40PinDIP封裝</p><p>　　·

47、單一+5V電源供電</p><p>　　·CPU：由運(yùn)算和控制邏輯組成，同時(shí)還包括中斷系統(tǒng)和部分外部特殊功能寄存器；</p><p>　　·RAM：用以存放可以讀寫的數(shù)據(jù)，如運(yùn)算的中間結(jié)果、最終結(jié)果以及欲顯示的數(shù)據(jù)；</p><p>　　·ROM：用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格；</p><p>　　·

48、;I/O口：四個(gè)8位并行I/O口，既可用作輸入，也可用作輸出；</p><p>　　·T/C：兩個(gè)定時(shí)/記數(shù)器，既可以工作在定時(shí)模式，也可以工作在記數(shù)模式；</p><p>　　·五個(gè)中斷源的中斷控制系統(tǒng)；</p><p>　　·一個(gè)全雙工UART（通用異步接收發(fā)送器）的串行I/O口，用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間或單片機(jī)與微機(jī)之間的串行通信；&l

49、t;/p><p>　　·片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路，石英晶體和微調(diào)電容需要外接。最高振蕩頻率為12M。</p><p>　　3.1.2 MCS-51的內(nèi)部資源</p><p>　　·可以仿真63K程序空間,接近64K 的16位地址空間；</p><p>　　·可以仿真64Kxdata 空間,全部64K 的16位地址空

50、間；</p><p>　　·可以真實(shí)仿真全部32 條IO腳；</p><p>　　·完全兼容keilC51 UV2 調(diào)試環(huán)境,可以通過(guò)UV2 環(huán)境進(jìn)行單步,斷點(diǎn), 全速等操作；</p><p>　　·可以使用C51語(yǔ)言或者ASM匯編語(yǔ)言進(jìn)行調(diào)試 ；</p><p>　　·可以非常方便地進(jìn)行所有變量觀察,

51、包括鼠標(biāo)取值觀察,即鼠標(biāo)放在某 變量上就會(huì)立即顯示出它此的值；</p><p>　　·可選 使用用戶晶振，支持0－40MHZ晶振頻率；</p><p>　　·片上帶有768字節(jié)的xdata,您可以在仿真時(shí)選 使用他們,進(jìn)行xdata 的仿真；</p><p>　　·可以仿真雙DPTR 指針；</p><p>　　

52、·可以仿真去除ALE 信號(hào)輸出. ；</p><p>　　·自適應(yīng)300-38400bps 的所有波特率通訊；</p><p>　　·體積非常細(xì)小,非常方便插入到用戶板中.插入時(shí)緊貼用戶板,沒(méi)有連接電纜,這樣可以有效地減少運(yùn)行中的干擾,避免仿真時(shí)出現(xiàn)莫名其妙的故障；</p><p>　　·仿真插針采用優(yōu)質(zhì)鍍金插針,可以有效地防

53、止日久生銹,選擇優(yōu)質(zhì)園腳IC插座，保護(hù)仿真插針，同時(shí)不會(huì)損壞目標(biāo)板上的插座. ；</p><p>　　?仿真時(shí)監(jiān)控和用戶代碼分離,不可能產(chǎn)生不能仿真的軟故障；</p><p>　　?RS-232接口不計(jì)成本采用MAX202集成電路,串行通訊穩(wěn)定可靠,絕非一般三極管的簡(jiǎn)易電路可比。</p><p>　　3.1.3 MCS-51系統(tǒng)框圖</p><p

54、>　　MCS-51的系統(tǒng)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)框圖如1-1所示；管腳圖見(jiàn)1-2</p><p>　　圖3-1 MCS-51結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖</p><p>　　圖3-2 8051引腳圖</p><p>　　·Vss 接地端 </p><p>　　·Vcc電源端（15V）</p&g

55、t;<p>　　·RST/Vpo 復(fù)位端 </p><p>　　·EA/Vpp8051中接低電平</p><p>　　·XTAL1 振蕩器輸入 </p><p>　　·XTAL2振蕩器輸出</p><p>　

56、　·ALE/PROG鎖存器信號(hào)出現(xiàn)在I/O地址信號(hào)，有時(shí)定時(shí)</p><p>　　·PSEN 用來(lái)信號(hào)選通ROM（外部）</p><p>　　·P0—P3 為四組I/O口共32個(gè)引腳</p><p>　　3.2模擬開(kāi)關(guān)CD4051介紹 </p><p>　　CD4051相當(dāng)于一個(gè)單刀八擲開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)接通哪一通道

57、，由輸入的3位地址碼ABC來(lái)決定。INH”是禁止端，當(dāng) “INH”=1時(shí)，各通道均不接通。此外，CD4051還設(shè)有另外一個(gè)電源端VEE，以作為電平位移時(shí)使用，從而使得通常在單組電源供電條件下工作的 CMOS電路所提供的數(shù)字信號(hào)能直接控制這種多路開(kāi)關(guān)，并使這種多路開(kāi)關(guān)可傳輸峰－峰值達(dá)15V的交流信號(hào)。例如，若模擬開(kāi)關(guān)的供電電源VDD=＋5V，VSS=0V，當(dāng)VEE=－5V時(shí)，只要對(duì)此模擬開(kāi)關(guān)施加0～5V的數(shù)字控制信號(hào)，就可控制幅度范圍為－

58、5V～＋5V的模擬信號(hào)。 . 使用十六進(jìn)制代碼就可以對(duì)CD4051進(jìn)行操作了。比如說(shuō)P1=0X07，這樣CD4051就選擇的是7號(hào)（二進(jìn)制111）通道了。如果在八個(gè)通道輸入一模擬量，在輸出端將輸出什么,輸入什么是自己設(shè)定。例如，若模擬開(kāi)關(guān)的供電電源VDD=＋5V，VSS=0V，只要對(duì)此模擬開(kāi)關(guān)施加0～5V的數(shù)字控制信號(hào)，,ABC數(shù)字控制信號(hào)就可以使用5V信號(hào),因?yàn)閂DD是5v,里面控制部分就都是5V邏輯. </p><

59、;p>　　當(dāng)VEE=－5V時(shí)，就可控制幅度范圍為－5V～＋5V的模擬信號(hào)。 </p><p>　　當(dāng)Vee=-8V時(shí),就可以可控制幅度范圍為－8V～＋5V的模擬信號(hào). </p><p>　　Vee就是電子開(kāi)關(guān)的8個(gè)輸入端可以允許的信號(hào)范圍下限. </p><p>　　注意不要超過(guò)它的極限參數(shù).峰－峰值達(dá)15V</p><p>　　3.2

60、.1 CD4051參數(shù)</p><p>　　?電源電壓范圍…………3V～15V</p><p>　　?輸入電壓范圍…………0V～VDD</p><p><b>　　工作溫度范圍</b></p><p>　　?M類…………－55℃～125℃</p><p>　　?E 類………….－40℃～85℃&l

61、t;/p><p><b>　　極限值：</b></p><p>　　?電源電壓…...－0.5V～18V</p><p>　　?輸入電壓……－0.5V~VDD+0.5V</p><p>　　?輸入電流…………….±10mA</p><p>　　?儲(chǔ)存溫度…………－65℃～150℃</p

62、><p>　　2.3引腳功能描述：</p><p>　　?A B C 地址端</p><p>　　?I0/O0～I(xiàn)7/O7 輸入輸出端</p><p><b>　　?INH 禁止端</b></p><p>　　?O/I 公共輸出/輸入端</p><p><b>　　?

63、VDD 正電源</b></p><p>　　?VEE 模擬信號(hào)地</p><p>　　?Vss 數(shù)字信號(hào)地</p><p>　　3.2.2 CD4051結(jié)構(gòu)框圖及結(jié)構(gòu)原理</p><p>　　圖2-1給出的結(jié)構(gòu)框圖，他由邏輯電平轉(zhuǎn)換器，通路譯碼器，模擬開(kāi)關(guān)組成。引腳A、B、C 為通路選擇控制端，經(jīng)內(nèi)部電平轉(zhuǎn)換和三一八譯碼器輸出8

64、位控制線，分別控制模擬開(kāi)關(guān)0～7的導(dǎo)通和斷開(kāi)，當(dāng)禁止輸入端INH為交電平時(shí)，譯碼器輸出均無(wú)效，使開(kāi)關(guān)0～7都斷開(kāi)，當(dāng)INH為低電平時(shí)，對(duì)應(yīng)于A、B、C的二胡不制信號(hào)譯碼器輸入出線中有效是一個(gè)模擬開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，其余都斷開(kāi)其真值表如表2-1所示。</p><p>　　圖3-3 8路單端模擬開(kāi)關(guān)CD4051結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　VDD為正電源輸入端，VEE為負(fù)電源輸入端。VSS為數(shù)字地。當(dāng)

65、VDD-VEE=15V時(shí)。輸入的模擬信號(hào)范圍（峰-峰值）為15V時(shí)，其導(dǎo)通電阻為80Ω；當(dāng)VDD-VEE=10V時(shí)，其斷開(kāi)時(shí)漏電流為靜態(tài)功耗為/MW。</p><p>　　表3-1CD4051 開(kāi)關(guān)切換真值表</p><p>　　3.3 CD4051的應(yīng)用</p><p>　　使用單電源時(shí)，CD4051的VEE可以和GND相連。 </p><p

66、>　　在A，B，C三路片選端加上拉電阻。使其能更穩(wěn)定的工作</p><p>　　CD4051的公共輸出端不要加濾波電容（并聯(lián)到地），否則不同通道轉(zhuǎn)換后的電壓經(jīng)電容沖放電后會(huì)引起極大的誤差。 </p><p>　　禁止輸出端（INH）為高電平時(shí)，所有輸出切斷，所以在應(yīng)用時(shí)此端接地。作音頻信號(hào)切換時(shí)，最好在輸入輸出端串入隔直電容。 開(kāi)關(guān)在電路中起接通信號(hào)或斷開(kāi)信號(hào)的作用。最常見(jiàn)的可控開(kāi)

67、關(guān)是繼電器，當(dāng)給驅(qū)動(dòng)繼電器的驅(qū)動(dòng)電路加高電平或低電平時(shí)，繼電器就吸合或釋放，其觸點(diǎn)接通或斷開(kāi)電路。CMOS模擬開(kāi)關(guān)是一種可控開(kāi)關(guān)，它不像繼電器那樣可以用在大電流、高電壓場(chǎng)合，只適于處理幅度不超過(guò)其工作電壓、電流較小的模擬或數(shù)字信號(hào)，CD4051是最常用的模擬開(kāi)關(guān)。CD4051相當(dāng)于一個(gè)單刀八擲開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)接通哪一通道，由輸入的3位地址碼ABC來(lái)決定。其真值表見(jiàn)圖1。“INH”是禁止端，當(dāng)“INH”=1時(shí)，各通道均不接通。此外，CD4051

68、還設(shè)有另外一個(gè)電源端VEE，以作為電平位移時(shí)使用，從而使得通常在單組電源供電條件下工作的CMOS電路所提供的數(shù)字信號(hào)能直接控制這種多路開(kāi)關(guān)，并使這種多路開(kāi)關(guān)可傳輸峰－峰值達(dá)15V的交流信號(hào)。</p><p>　　圖3-4 CD4051應(yīng)用電路</p><p>　　CD4051導(dǎo)通電阻小，CD4051在常溫下的導(dǎo)通電阻為幾百歐姆.供電電壓范圍較寬，速度相對(duì)較快，控制簡(jiǎn)單，適合作為量程轉(zhuǎn)換模塊

69、中選擇放大反饋回路的開(kāi)關(guān)。但是，多路模擬開(kāi)關(guān)也有其不利的地方。其導(dǎo)通電阻不恒定，隨電源電壓的增大而減小；控制信號(hào)電平也隨電源電壓增大而增大，在使用時(shí)需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況綜合考慮，添加必要的外圍電路，保證其工作正常。在電源電壓的選擇上要結(jié)合實(shí)際需要，適當(dāng)增大。以上是CD4051作為量程切換的通道選擇（反饋電阻選擇)的參考電路圖。</p><p>　　3.4 LM324型集成運(yùn)算放大器</p><p

70、>　　3.4.1集成運(yùn)算放大器的基本原理</p><p>　　集成電路運(yùn)算放大器是一種高電壓增益、高輸入電阻和低輸出電阻的多級(jí)直接耦合放大電路輸入級(jí)：通常由雙輸入差分放大電路構(gòu)成。主要作用是提高抑制共模信號(hào)能力，提高輸入電阻。如圖4-1所示。</p><p>　　中間級(jí)：帶恒流源負(fù)載和復(fù)合管的差放和共射電路組成的高增益的電壓放大級(jí)，主要作用是提高電壓增益。</p>&l

71、t;p>　　輸出級(jí)：采用互補(bǔ)對(duì)稱功放或射極輸出器組成，主要是降低輸出電阻，提高帶負(fù)載能力。</p><p>　　3.4.2集成電路運(yùn)算放大器中的電流源</p><p>　　基本電流源：分壓式射極偏置電路為基本電流源電路。當(dāng)三級(jí)管工作在放大區(qū)，由于射極電流僅由兩分壓電阻決定，因此當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化（也即集電極電阻發(fā)生變化），輸出電流（即集電極電流）保持不變，體現(xiàn)了恒流特性。</p&g

72、t;<p>　　有源負(fù)載：由于電流源具有直流電阻小而交流電阻大的特點(diǎn)，因此在模擬集成電路中，常把它作為負(fù)載使用，稱為有源負(fù)載。</p><p>　　電流源的應(yīng)用：（1）為集成運(yùn)放各級(jí)提供穩(wěn)定的偏置電流；（2）作為各放大級(jí)的有源負(fù)載，提高電壓增益。</p><p>　　圖3-5 集成運(yùn)放的內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　偏置電路  

73、偏置電路的作用是向各級(jí)放大電路提供合適的偏置電流，決定各級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)。F007的偏置電路由T8～T13組成?；鶞?zhǔn)電流由T12、R5、T11，和電源EC（15V）、EE（- 15V）決定：</p><p>　　T10、T11和R4組成微電流源電路，提供輸入級(jí)所要求的微小而又十分穩(wěn)定的偏置電流，并提供T9所需的集電極電流，即IC10＝IC9 ＋2IB3；T8與T9 組成鏡像恒流源電路，提供T1、T2的集電極電流，即

74、IC1＋I(xiàn)C2＝IC9，T12與T13組成鏡像恒流源電路，提供中間級(jí)T16、T17的靜態(tài)工作電流，并充當(dāng)其有源負(fù)載。</p><p>　　輸入級(jí)：輸入級(jí)對(duì)集成運(yùn)放的多項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)起著決定性的作用。它的電路形式幾乎都采用各種各樣的差動(dòng)放大電路，以發(fā)揮集成電路制造工藝上的優(yōu)勢(shì)。F007的輸入級(jí)電路是由T1～T7組成的帶有恒流源及有源負(fù)載的差動(dòng)放大電路。有源負(fù)載是由T5，T6、T7及R1、R2、R3組成的改進(jìn)型鏡象恒流源

75、電路。用它作差動(dòng)放大電路的有源負(fù)載，不僅可以提高電壓放大倍數(shù)，還能在保持電壓放大倍數(shù)不變的條件下，將雙端輸出轉(zhuǎn)化為單端輸出。</p><p>　　T1～T4組成共集一共基型差動(dòng)放大電路。其中，T1、T2接成共集電極形式，可以提高電路的輸入阻抗，同時(shí)由于UC1＝UC2 = EC - UBE8，，因而共模信號(hào)正向界限接近EC，即提高了共模信號(hào)的輸入范圍；T3、T4，組成共基極電路，具有較好的頻率特性，同時(shí)輸還能完成電

76、位移動(dòng)功能，使輸入級(jí)出的直流電位低于輸入直流電位，這樣后級(jí)就可直接接NPN型管；由于PNP型管的發(fā)射結(jié)擊穿電壓很高，這種差動(dòng)放大電路的差模輸入電壓也很高，可達(dá)30V以上，此外，共基極電路輸入電阻較小，而輸出電阻較大，有利于接有源負(fù)載，并起到將負(fù)載與NPN管隔離開(kāi)的作用。</p><p>　　中間級(jí)：中間級(jí)電路的主要任務(wù)是提供足夠大的電壓放大倍數(shù)，并向輸出級(jí)提供較大的推動(dòng)電流，有時(shí)還要完成雙端輸出變單端輸出，電位移

77、動(dòng)等功能。F007的中間級(jí)是由復(fù)合管T16、T17和電阻R6組成的共發(fā)射極放大電路，T12、T13組成的鏡象恒流源作為它的有源負(fù)載，因而可以獲得很高的電壓放大倍數(shù)。R6起電流負(fù)反饋?zhàn)饔每梢愿纳品糯筇匦浴?lt;/p><p>　　輸出級(jí)：輸出級(jí)的作用是向負(fù)載輸出足夠大的電流，要求它的輸出電阻要小，并應(yīng)有過(guò)載保護(hù)措施。輸出級(jí)大都采用互補(bǔ)對(duì)稱輸出級(jí)，兩管輪流工作，且每個(gè)管于導(dǎo)電時(shí)均使電路工作在射極輸出狀態(tài)，故帶負(fù)載能力較強(qiáng)

78、。F007輸出級(jí)采用的就是由T14和復(fù)合管T18、T19組成的互補(bǔ)對(duì)稱電路。R7、R8和T15組成電壓并聯(lián)負(fù)反饋偏置電路，使T15的c、e兩端具有恒壓特性，為互補(bǔ)管提供合適而穩(wěn)定的偏壓，以消除文越失真。</p><p>　　D1、D2和R9、R10組成過(guò)載保護(hù)電路，正常工作時(shí)，R9、R10上的壓降較小，D1、D2均處于截止?fàn)顟B(tài)，即保護(hù)電路處于斷開(kāi)狀態(tài)，一旦因某種原因而過(guò)載，T14及復(fù)合管的電流超過(guò)了額定值，則R9

79、、R10上的壓降明顯增大，D1、D2將導(dǎo)通，從而對(duì)T14和T15的基極電流進(jìn)行分流，限制了輸出電流的增加，保護(hù)了輸出管。</p><p>　　集成運(yùn)放的新產(chǎn)品不斷出現(xiàn)，它們的性能更加優(yōu)越，除通用型集成運(yùn)放外，還出現(xiàn)了一些專用集成運(yùn)放。 </p><p>　　集成運(yùn)放作為一個(gè)有源放大器件應(yīng)用于實(shí)際電路時(shí)，常用圖Z0608所示符號(hào)表示。它有兩個(gè)輸入端、一個(gè)輸出端。大箭頭表示信號(hào)傳輸方向。當(dāng)信號(hào)

80、從反相端輸入時(shí)，輸出電壓與輸入電壓成反相關(guān)系，當(dāng)信號(hào)從同相端輸入時(shí)，輸出電壓與輸入電壓同相。</p><p>　　在該數(shù)控系統(tǒng)中，由單片機(jī)控制模擬開(kāi)關(guān)來(lái)選擇集成運(yùn)放反相端的輸入電阻，從而改變電壓的放大倍數(shù)。同相輸入放大電路如圖3-1所示，信號(hào)電壓通過(guò)電阻Rs加到運(yùn)放的同相輸入端，輸出電壓Vo通過(guò)電阻R1和Rf反饋到運(yùn)放的反相輸入端，構(gòu)成電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路，同相輸入放大器的有點(diǎn)在于輸入阻抗很高，輸出阻抗很低。由

81、于Vn= Vp= Vs，電路不存在虛地（因?yàn)镹點(diǎn)的電壓被流過(guò)R1的電流i1抬高了），且運(yùn)放存在共模輸入信號(hào)（因?yàn)閂+增加時(shí)V-隨之增加，V+減小時(shí)V-隨之減小），因此要求運(yùn)放有較高的共模抑制比。由此可以通過(guò)調(diào)節(jié)R1與Rf的比值來(lái)調(diào)節(jié)電壓的放大倍數(shù)。</p><p>　　3.4.3反相比例運(yùn)算電路</p><p>　　圖3-6 反相比例放大電路</p><p>　　如

82、圖3-6所示,輸入信號(hào)ui經(jīng)輸入外接電阻R1送到反相輸入端,而同相輸入端通過(guò)電阻R2接地。反饋電阻Rf跨接在輸出端和反相輸入端之間,形成電壓并聯(lián)負(fù)反饋。</p><p>　　根據(jù)運(yùn)算放大器工作在線性區(qū)時(shí)的兩條分析依據(jù):流入放大器的電流趨近于零,i+ ≈i_≈0,反相輸入端與同相輸入端電位近似相等,u_≈u+得:所以u(píng)i- u_/R1= u_-uo/Rf;即ui/ R1=- Rf/R1故閉環(huán)(引入反饋后的)電壓放大

83、倍數(shù)為式中負(fù)號(hào)表明輸出電壓與輸入電壓相位相反。他們的關(guān)系是比例放大的關(guān)系只要R1和Rf的阻值足夠精確,就保證了比例運(yùn)算的精度和工作穩(wěn)定性,與三極管構(gòu)成的電壓放大電路相比較,顯然用運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)電壓放大電路既方便,性能又好,更有意思的是它還可以按比例縮小。</p><p>　　圖中的R2是一個(gè)平衡電阻,其作用是為了使兩個(gè)輸入端的外接電阻相等,從而保證輸入級(jí)差分放大電路的偏置電路對(duì)稱。R2=R1//Rf特例:當(dāng)取R1

84、=Rf,可得uo=-ui,稱為反相器。</p><p>　　圖3-7反相比例運(yùn)算電路</p><p>　　3.4.4 同相比例運(yùn)算電路</p><p>　　如圖4-4所示,輸入信號(hào)ui通過(guò)外接電阻R2輸入送到同相輸入端,而反相輸入端經(jīng)電阻R1接地。反饋電阻Rf跨接在輸出端和同相輸入端之間,形成電壓串聯(lián)負(fù)反饋。</p><p>　　根據(jù)運(yùn)算放大

85、器工作在線性區(qū)時(shí)的兩條分析依據(jù):反相輸入端與同相輸入端電壓相等, u_≈u+≈ui流入放大器的電流趨近于零, i+ ≈i_≈0得:ii=if+ i_≈if由圖可列出0- u_/R1= u_-uo/Rf;即-ui/R1=- (ui- uo/Rf)解之uo=（1+Rf/R1）ui閉環(huán)電壓放大倍數(shù)為Auf= uo/ui=1+ Rf/R1可見(jiàn)uo與ui間的比例關(guān)系也可認(rèn)為與運(yùn)算放大器本身無(wú)關(guān),只取決于電阻,其精度和穩(wěn)定性非常高。注意到Auf為正

86、值,這表示uo與ui相同,且Auf總是大于或等于1,即只能放大信號(hào),這點(diǎn)與反相比例運(yùn)算電路不同。另外,在同相比例運(yùn)算電路中,信號(hào)源提供的信號(hào)電流為0,即輸入電阻無(wú)窮大,這也是同相比例運(yùn)算電路特有的優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　當(dāng)R1=∞(斷開(kāi))或Rf=0時(shí),則Auf= uo/ui=1輸出電壓與輸入電壓始終相同,這稱為電壓跟隨器,我們?cè)谟懻撋錁O輸出器時(shí)提到過(guò),電壓跟隨器放在輸入級(jí)可減輕信號(hào)源的負(fù)擔(dān),放在兩級(jí)電路的中間

87、,可以起到隔離電路的作用。</p><p>　　圖3-8 同相比例運(yùn)算電路</p><p>　　3.4.5 LM324的基本特點(diǎn)</p><p><b>　　·運(yùn)放類型:低功率</b></p><p><b>　　·放大器數(shù)目:4</b></p><p>

88、;　　·帶寬:1.2MHz</p><p><b>　　·針腳數(shù):14</b></p><p>　　·工作溫度范圍:0°C to +70°C</p><p>　　·封裝類型:SOIC</p><p>　　·3dB帶寬增益乘積:1.2MHz</p&

89、gt;<p>　　·變化斜率:0.5V/μs</p><p><b>　　·器件標(biāo)號(hào):324</b></p><p>　　·器件標(biāo)記:LM324AD</p><p>　　·增益帶寬:1.2MHz</p><p>　　·工作溫度最低:0°C</

90、p><p>　　·工作溫度最高:70°C</p><p>　　·放大器類型:低功耗</p><p><b>　　·溫度范圍:商用</b></p><p>　　·電源電壓 最大:32V</p><p>　　·電源電壓 最小:3V</p&g

91、t;<p><b>　　·芯片標(biāo)號(hào):324</b></p><p>　　·表面安裝器件:表面安裝</p><p>　　·輸入偏移電壓 最大:7mV</p><p>　　·運(yùn)放特點(diǎn):高增益頻率補(bǔ)償運(yùn)算</p><p>　　·邏輯功能號(hào):324</p>

92、;<p>　　·額定電源電壓, ±15V</p><p><b>　　·短路保護(hù)輸出</b></p><p><b>　　·真差動(dòng)輸入級(jí)</b></p><p>　　·可單電源工作：3V-32V</p><p>　　·低偏置電

93、流：最大100mA</p><p>　　·每封裝含四個(gè)運(yùn)算放大器</p><p>　　·具有內(nèi)部補(bǔ)償?shù)墓δ?lt;/p><p>　　·共模范圍擴(kuò)展到負(fù)電源</p><p>　　·行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的引腳排列</p><p>　　·輸入端具有靜電保護(hù)功能</p><

94、p>　　·單位增益內(nèi)部頻率補(bǔ)償</p><p>　　·大直流電壓增益100 dB的</p><p>　　·高帶寬（單位增益）1兆赫（溫度補(bǔ)償）</p><p>　　·電源范圍寬：?jiǎn)坞娫?V至32V電源或雙電源±1.5V至±16V</p><p>　　·極低的電源漏電流

95、（700μA）基本上是獨(dú)立的電源電壓</p><p>　　·低輸入偏置電流45 NA（溫度補(bǔ)償）</p><p>　　·低的輸入失調(diào)電壓為2 mV和失調(diào)電流：5 NA</p><p>　　·輸入共模電壓范圍包括地面</p><p>　　·差分輸入電壓范圍的電源電壓等于</p><p&

96、gt;　　·大輸出電壓擺幅0V至V ±1.5V</p><p>　　3.4.6 LM324的應(yīng)用</p><p>　　此電路可將輸入交流信號(hào)分成三路輸出，三路信號(hào)可分別用作指示、控制、分析等用途。而對(duì)信號(hào)源的影響極 小。因運(yùn)放Ai 輸入電阻高，運(yùn)放A1-A4 均把輸出端直接接到負(fù)輸入端，信號(hào)輸入至正輸入端，相當(dāng)于同相放 大狀態(tài)時(shí)Rf=0 的情況，故各放大器電壓放大倍數(shù)均

97、為1，與分立元件組成的射極跟隨器作用相同。</p><p><b>　　4. 硬件電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1 電路圖設(shè)計(jì)框圖</p><p>　　圖4-1 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)框圖</p><p><b>　　4.2系統(tǒng)概述</b></p><p>　　本電路是由A

98、T89S52單片機(jī)為控制核心，具有在線編程功能，低功耗，能在3V超低壓工作；模擬開(kāi)關(guān)模塊由CD4051完成，CD4051具有八路開(kāi)關(guān)，能夠滿足設(shè)計(jì)應(yīng)用需求。通過(guò)單片機(jī)控制模擬開(kāi)關(guān)的控制端來(lái)對(duì)模擬開(kāi)關(guān)的輸出進(jìn)行選擇。數(shù)據(jù)放大器部分由LM324集成運(yùn)算放大器構(gòu)成。</p><p>　　硬件的結(jié)構(gòu)和可靠性直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，所以合理的安排電路能提高電子產(chǎn)品的性能。</p><p><

99、;b>　　4.3電源設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本系統(tǒng)直接使用通用5V變壓器供電。</p><p>　　4.4單片機(jī)的晶振系統(tǒng)</p><p>　　單片機(jī)必須在時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下才能進(jìn)行工作。MCS-51系列單片機(jī)內(nèi)部都有一個(gè)時(shí)鐘振蕩電路，只需外接晶振源，就能產(chǎn)生一定頻率的時(shí)鐘信號(hào)送到單片機(jī)的內(nèi)部的各個(gè)單元，決定單片機(jī)的工作速度。圖4-3就是內(nèi)部時(shí)

100、鐘工作方式的電路圖，這是一種常用的方式。這種方式是外界振蕩源，本設(shè)計(jì)就采用這種外接晶振的方法。電路中的兩個(gè)電容的作用有兩個(gè)：一是幫助振蕩器起振（C1 C2的值大，起振的速度慢；反之，速度快。）；二是對(duì)振蕩器的頻率起到微調(diào)的作用（C1 C2的值大，頻率略有減少，反之，頻率略有提高）。C1 C2的值采用30pF。</p><p>　　圖4-2單片機(jī)內(nèi)部晶振電路連接圖</p><p>　　4.5

101、單片機(jī)模塊電路設(shè)計(jì)</p><p>　　單片機(jī)模塊的主要功能是完成通過(guò)按鍵控制模擬開(kāi)關(guān)的輸出通道選擇不同阻值的電阻來(lái)改變數(shù)據(jù)放大器的放大倍數(shù)。</p><p>　　圖4-3單片機(jī)模塊電路設(shè)計(jì)</p><p>　　4.6數(shù)據(jù)放大電路設(shè)計(jì)</p><p>　　數(shù)據(jù)放大器由二級(jí)串聯(lián)組成, 前級(jí)是二個(gè)同相放大器組成, 有很高的輸人阻抗。后級(jí)是差動(dòng)放大

102、器,它不僅割斷共模信號(hào)的傳輸, 還將雙端輸人變換成單端輸出, 適應(yīng)對(duì)地負(fù)載的需要。一般的放大器為什么在高精度的前置放大中不能得到廣泛應(yīng)用呢？目前確實(shí)有水平較高的低噪聲高精度運(yùn)算放大器。即使采用高性能運(yùn)放組成差分放大器, 也因有下列缺陷而限制了它的應(yīng)用。</p><p>　　不易實(shí)現(xiàn)高輸人阻杭。</p><p>　　2）由于這種電路的物人阻抗不可能作得很高,因而增益將與信號(hào)滾內(nèi)阻有關(guān)。信號(hào)源

103、的內(nèi)阻越大對(duì)放大器增益的影響越嚴(yán)重, 因此它不適宜用作多點(diǎn)貓?jiān)嚒?lt;/p><p>　　3）改變?cè)鲆胬щy。放大器如需調(diào)節(jié)益, 為了保證共模抑制比, 必須實(shí)現(xiàn)其中一對(duì)電阻的同步調(diào)節(jié), 祖是實(shí)際上要做到這點(diǎn)是不容易的。因此其精確度與共模抑制比較差。</p><p>　　使用數(shù)據(jù)放大器作為基本放大電電路有以下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　1） 輸人阻抗高, 數(shù)據(jù)放大器的差動(dòng)輸

104、人端都是,運(yùn)放的同相輸入端, 因此具有很高的輸入阻抗。它一般都在10MΩ左右, 如此大的輸人阻抗不影響訊號(hào)源,</p><p>　　對(duì)增益也不影響, 因此它可以作多點(diǎn)測(cè)試用。</p><p>　　差分雙端輸人形式。為了消除長(zhǎng)線傳輸產(chǎn)生的共模干擾, 變換元件與放大器之間采用雙線傳輸。數(shù)據(jù)放大器的輸入形式, 正好適應(yīng)傳感器等橋路信號(hào)的輸入。只要變換信號(hào)輸入端, 可使輸出極性反轉(zhuǎn)。</p&

105、gt;<p>　　共模抑制比高。數(shù)據(jù)放大器的前級(jí)由于采用對(duì)稱結(jié)構(gòu), 而且挑選參數(shù)基本一致的器件組裝, 因此具有較好的共模抑制比及較強(qiáng)的抗千擾能力,并且有條件通過(guò)曳路技術(shù)獲得更高的共模抑制比。</p><p>　　溫漂小、噪聲低、穩(wěn)定性能好。由于數(shù)據(jù)放大器可作為低于毫伏級(jí)的信號(hào)放大, 因此在裝配前就選擇噪聲小, 溫度漂移對(duì)稱的運(yùn)放, 這樣保證了數(shù)據(jù)放大器在低電平放大時(shí)也具備良好性能。</p>

106、;<p>　　要保證數(shù)據(jù)放大器的高性能指標(biāo), 單個(gè)運(yùn)放的指標(biāo)是十分重要的。該放大器采用對(duì)稱組裝形式, 因此前級(jí)的二個(gè)運(yùn)放, 要挑選失調(diào)電壓、注入電流、失調(diào)電流、共模抑制比、溫度漂移等指標(biāo)在允許范圍內(nèi)對(duì)稱, 同時(shí)還要保證運(yùn)放的噪聲指標(biāo),開(kāi)環(huán)增益、帶寬、單位增益的穩(wěn)定性等參數(shù)能滿足一定的要求。</p><p>　　圖4-4 數(shù)據(jù)放大器原理圖</p><p><b>　　

107、4.7電路參數(shù)計(jì)算</b></p><p>　　“虛短”、“虛斷”的概念，根據(jù)圖4-4所示電路計(jì)算可得:</p><p>　　當(dāng)選通IO0時(shí)電壓增益A=1+（R12/R3）</p><p>　　當(dāng)選通IO1時(shí)電壓增益為A=1+（R12/R4）</p><p>　　當(dāng)選通IO2時(shí)電壓增益為A=1+（R12/R5）</p>

108、<p>　　通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)選擇輸出端電阻則可控制R3/R4/R5，即可調(diào)節(jié)增益。</p><p><b>　　4.8 電路分析</b></p><p>　　該電路可以廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)、生物信號(hào)及其他儀器儀表的數(shù)據(jù)采集、信號(hào)放大中。可以通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)來(lái)輕松的實(shí)現(xiàn)增益控制。在本設(shè)計(jì)中使用單電源接法對(duì)集成運(yùn)放供電，與單片機(jī)供電電壓一致。節(jié)約資源。使得電路更加穩(wěn)定

109、。</p><p><b>　　5. 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　5.1 C51語(yǔ)言介紹</p><p>　　單片機(jī)C51語(yǔ)言是由C語(yǔ)言繼承而來(lái)的。和C語(yǔ)言不同的是，C51語(yǔ)言運(yùn)行于單片機(jī)平臺(tái)，而C語(yǔ)言則運(yùn)行于普通的桌面平臺(tái)。C51語(yǔ)言具有C語(yǔ)言結(jié)構(gòu)清晰的優(yōu)點(diǎn)，便于學(xué)習(xí)，同時(shí)具有匯編語(yǔ)言的硬件操作能力。對(duì)于具有C語(yǔ)言編程基礎(chǔ)的讀者，

110、能夠輕松地掌握單片機(jī)C51語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)。</p><p>　　5.1.1 C51語(yǔ)言的特點(diǎn)</p><p>　　·單片機(jī)C51語(yǔ)言兼?zhèn)涓呒?jí)語(yǔ)言與低級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　·語(yǔ)法結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)C語(yǔ)言基本一致，語(yǔ)言簡(jiǎn)潔，便于學(xué)習(xí)。</p><p>　　·運(yùn)行于單片機(jī)平臺(tái)，支持的微處理器種類繁多，可移植性好

111、。對(duì)于兼容的8051系列單片機(jī)，只要將一個(gè)硬件型號(hào)下的程序稍加修改，甚至不加改變，就可移植到另一個(gè)不同型號(hào)的單片機(jī)中運(yùn)行。</p><p>　　·具有高級(jí)語(yǔ)言的特點(diǎn)，盡量減少底層硬件寄存器的操作。</p><p>　　·單片機(jī)C51語(yǔ)言提供了完備的數(shù)據(jù)類型、運(yùn)算符及函數(shù)供使用。</p><p>　　·C51語(yǔ)言是一種結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，

112、可以使用一對(duì)花括號(hào)“{}”將一系列語(yǔ)句組合成一個(gè)復(fù)合語(yǔ)句，程序結(jié)構(gòu)清晰明了。</p><p>　　·C51語(yǔ)言代碼執(zhí)行的效率方面十分接近匯編語(yǔ)言，且比匯編語(yǔ)言的程序易于理解，便于代碼共享。</p><p>　　5.2 程控放大器的C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)思路</p><p>　　用C語(yǔ)言進(jìn)行了簡(jiǎn)單編程，運(yùn)用單片機(jī)對(duì)模擬開(kāi)關(guān)進(jìn)行切換輸出引腳開(kāi)關(guān)狀態(tài)選擇不同阻值電阻，通

113、過(guò)單片機(jī)P2.0、P2.1、P2.2來(lái)控制模擬開(kāi)關(guān)CD4051的輸入引腳ABC。從而實(shí)現(xiàn)輸出電壓的不同增益。程序流程圖如圖5-1所示。</p><p>　　圖5-1 單片機(jī)軟件流程圖</p><p><b>　　6. 系統(tǒng)調(diào)試</b></p><p>　　單片機(jī)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)總體設(shè)計(jì)，完成了硬件和軟件設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。通過(guò)軟件和硬件相結(jié)合系統(tǒng)即可運(yùn)行。但編制

114、好的程序或焊接好的線路不能按預(yù)計(jì)的那樣正常工作是常見(jiàn)的事，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些硬件、軟件上的錯(cuò)誤，這是軟件和硬件開(kāi)發(fā)者經(jīng)常遇見(jiàn)的，這就需要通過(guò)調(diào)試來(lái)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤并加以改正。調(diào)試可分為硬件調(diào)試和軟件調(diào)試。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的已經(jīng)在PC機(jī)上用模擬開(kāi)發(fā)軟件進(jìn)行了檢測(cè)和調(diào)試，并運(yùn)行成功，最后進(jìn)行實(shí)物圖的硬件組裝與調(diào)試，這樣就給開(kāi)發(fā)者在提供了方便。</p><p><b>　　6.1 軟件調(diào)試</b></p>

115、;<p>　　本設(shè)計(jì)通過(guò)Proteus軟件和Multisim軟件結(jié)合仿真測(cè)試，完全用仿真軟件在PC機(jī)上對(duì)目標(biāo)電路原理圖和程序進(jìn)行檢測(cè)和調(diào)試。通過(guò)仿真測(cè)試之后再進(jìn)行實(shí)物焊接。</p><p><b>　　6.2 硬件調(diào)試</b></p><p>　　單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件調(diào)試和軟件調(diào)試是分不開(kāi)的，許多硬件故障在軟件調(diào)試時(shí)才能發(fā)現(xiàn)，但通常要先排除系統(tǒng)中明顯的硬