PCF8591DA模拟小信号Word文档格式.docx
《PCF8591DA模拟小信号Word文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《PCF8591DA模拟小信号Word文档格式.docx（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
本文在广泛查阅国内外文献的基础上，对磁场传感器进行了系统总结。
从应用的观点出发，根据磁场感应范围将磁场传感器分为三类：
低强度磁场、中强度磁场及高强度磁场传感器[5]。
低强度磁场传感器通常检测1μG以下的磁场；
中强度磁场传感器通常检测1μG～10G磁场；
高强度磁场传感器检测范围通常在10G以上。
1.3课题研究的目的和意义
磁场强度是工业检测的重要手段，利用检测磁场强度检测转速，利用磁场处理水研究，利用检测磁场降低人类血液黏度等。
磁场已经应用于各行各业中，所以其强度的检测也显得很有市场。
本设计原理可将微弱的磁场变化信号放大，并让显示发生变化，变化的电压对应磁场强度的变化值。
通过制作本课程设计，也让自己更加灵活的运用单片机以及信号处理方面的知识，理论与实际紧密结合，增强对理论的分析能力。
本课题基于单片机的磁场强度检测系统设计，系统维护简单，工作应用简单。
因此，本课题是非常有意义的。
二、系统设计
2.1设计任务
1、用DXP软件画出系统原理图；
2、将原理图导入PCB，制作PCB板
3、编写简单程序，对焊完的板子进行简单调试，检查数码管、蜂鸣器等处是否有问题，以及检查整体电路是否缺失、短接；
4、编写程序，实现模拟信号的产生，信号滤波，信号放大，信号AD转换处理等功能。
5、将程序烧进单片机，对实物进行调试，最后完善功能。
2.2系统设计思路
充分设计利用STC89C52的40个引脚，节省其他硬件的使用，主要实现以下功能：
1.当系统上电时，数码管显示的是模拟信号经放大后的电压值。
2.通过按键可改变（增加或减少）产生模拟信号的大小。
3.长按按键1可显示增加的磁场强度单位个数。
4.长按按键2可让模拟信号产生变化的锯齿波。
5.对模拟信号进行放大，数码管实时显示。
2.3系统设计框图
图1系统设计框图
三、硬件设计
系统硬件分为7个模块：
1、主单片机STC89C52部分，主控制芯片。
2、DA转换部分采用的是PCF8591芯片，输出信号为小信号（单个变化6MV多一点，整体变化60MV）变化。
3、信号放大模块采用LM358运放芯片。
4、AD转换采用ADC0809芯片。
5、按键采用四脚轻触开关。
6、显示模块采用四位共阴数码管。
7、报警模块采用5V有源蜂鸣器。
3.1DA模块
此模块采用的是PCF8591芯片来实现，原理如下图2所示：
图2DA转换模块
PCF8591是具有I2C总线接口的8位A/D及D/A转换器。
有4路A/D转换输入，1路D/A模拟输出。
这就是说，它既可以作A/D转换也可以作D/A转换。
A/D转换为逐次比较型。
引脚图如图2所示。
电源电压典型值为5V。
AIN0～AIN3：
模拟信号输入端。
A0～A3：
引脚地址端。
VDD、VSS：
电源端。
（2.5～6V）
SDA、SCL：
I2C总线的数据线、时钟线。
OSC：
外部时钟输入端，内部时钟输出端。
EXT：
内部、外部时钟选择线，使用内部时钟时EXT接地。
AGND：
模拟信号地。
AOUT：
D/A转换输出端。
VREF：
基准电源端。
此模块需要说明的是在PCF8591的VREF引脚接了一个10K的滑动变阻器，其目的是用来改变其基准电压，从而提高其DA输出的信号的最小分辨率。
其中AOUT引脚输出产生的模拟信号，接一了一个10UF电容用来滤除其中的噪声信号，电容容值的选取根据信号频率的大小，本设计产生连续自动变化的模拟小信号时其频率大约为10HZ，因此，其叠加在上面的噪声会比10HZ要高，根据经验因此选用了10UF电容。
3.2信号放大滤波模块
此模块采用LM358芯片构成二阶低通滤波电路实现，其原理如下图3所示：
图3信号放大滤波模块
此二阶低通滤波电路中的电阻与电容值根据信号频率选取，具体内容此处不详述。
下面三个排针引出的分别为模拟的最初小信号输出，一级放大后的输出，二级放大后的输出。
第一级放大倍数为2.5倍，这是因为考虑到二阶低通滤波器增益在2.5倍效果较好，一般不能超过3倍，第二级放大电路放大41倍，所以总的放大倍数为2.5*41=102倍。
其中OUT2输出端接了一个电阻和发光二极管，当DA输出自动变化的小信号经放大后，其灯将闪烁。
3.3AD模块
此模块采用的是ADC0809芯片实现，具体原理如下图4所示：
图4AD转换模块
3.4主单片机STC89C52部分
单片机晶振：
12MHZ,STC89C52；
电源：
VCC=5V，接地GND及复位电路。
如图5所示：
图5单片机最小系统
RST引脚是复位信号输入端，高电平有效。
采用上电加按钮复位，因为本系统设计考虑到该系统比较重要，所以除了采用上电复位的方式外，应该还有按钮复位备用复位方式以防止系统死机时能。
3.5按键模块
图6按键模块
本模块有两个按键，其中K1表示信号增加，当按下该键时，发出相应控制信号，使信号发生器信号输出增加，增加的一个幅度与VREF的基准电压有关，此处经测量增加大约3.5mv，经放大102倍，显示将增加0.35V。
3.6显示模块
在应用系统中，设计要求不同，使用的LED显示器的位数也不同，因此就生产了位数，尺寸，型号不同的LED显示器供选择，在本设计中，选择4位一体的数码型LED显示器，简称“4-LED”。
本系统中前三位显示电压的整数位，最后一位显示转速的小数位。
4-LED显示器引脚如图7所示，是一个共阴极接法的4位LED数码显示管，其中a，b，c，e，f，g为4位LED各段的公共输出端，1、2、3、4分别是每一位的位数选端，dp是小数点引出端，4位一体LED数码显示管的内部结构是由4个单独的LED组成，每个LED的段输出引脚在内部都并联后，引出到器件的外部。
图7四位共阴数码管
在本设计中，数码显示的为小信号经二级放大后的电压值，前三位为有效数值，最后一位显示的是字符“V”。
当然按键切换模式时，显示也会发生相应的变化。
3.7报警模块
该电路中蜂鸣器用的是有源蜂鸣器，如图8蜂鸣器驱动模块：
图8蜂鸣器连接图
3.8整体电路
图9整体电路图
此原理图采用AltiumDesigner软件设计，在保准正确性的前提尽量使布局合理，美观。
其中大部分分连线采用的都网络标号的形式来连接，这样省空间，有时也更一目了然。
四、软件设计
根据上述硬件及框图设计，设计出软件流程图，如图6所示：
图10模式1和模式2软件流程图
其中长按住K2键即可实现模式的切换，在模式2下，自动变化的小信号经放大后到驱动的LED灯会闪烁，因为数值在不断变化，所以数码管显示也是在变化。
再按住K2键软件将又切换回模式1，在模式1下，其信号的增加或者减少只能通过按键来实现。
软件设计中还有一个中断程序，其主要是为了给ADC0809的CLK引脚提供时钟脉冲。
五、系统仿真与调试
5.1Proteus仿真
调试与仿真图如图11、图12所示：
图11整体仿真
图12仿真示波器显示
从仿真上示波器的显示来看，最后经放大后的波形上端有一点被截止了，但实际板子测得的波形没有失真，所以程度调整为适合实际情况。
5.2硬件调试
实物图做的是PCB板，PCB图和实物图如下图所示
图13实物图正面、反面
由于一开始画PCB时有个封装弄错了，导致线路有些地方有点小错误，然后加上ADC0809的引脚本身就很不好连线，所以从实物图的背面可以看到有几根飞线，在设计PCB是我也尽量避免飞线的出现，但板子较小，只有7CM*9CM，所以最终还是有了几根飞线。
在正面图中，下面左边的按键为K1键，右边按键为K2键。
图14PCB设计图
六、设计总结与心得体会
本次设计从选定方案到最终实施花了较长时间，因为涉及到的内容较多。
包括DA模拟，信号放大，信号滤波，AD转换等。
其中在滤波器的设计中花的时间最多，因为以前对这一块接触得较少，但通过这次课程设计后感觉自己收获不少，学会了怎样对模拟电路进行分析，也更加熟悉了仿真软件的作用，其实仿真如果用得好对学电路知识是有很大的帮助的。
比如，在滤波电路中，对电容的选取不太懂，这时可以利用仿真改变电容容值大小，然后观察对波形有什么影响，我觉得这一点对实际分析电路是很有帮助的，因为有时理论计算出电容，电阻值，但有时在实际电路中包含了各种噪声，这时滤波器中的电阻电容可能还得根据实际情况来调整。
本次课设虽然圆满完成，但这之中的过程还是很值得自己去思考，在设计PCB时，有些问题考虑得不周全，以至于后面实际板子做出来后才发现有东西要改，这样就造成了很多的麻烦，因此也就要浪费更多的调试时间。
所以在花原理图时对一些细节就要求考虑全面，要做到先发现错误，先改正错误。
并且做电路板是一件烦琐的事情，对这整个过程不能嫌麻烦，一旦有这种排斥心情是很难将这些事情做好的。
通过这次设计，我对数字电路设计中的逻辑关系等有了一定的认识，对以前学的数字电路又有了一定的新认识，温习了以前学的知识，就像人们常说的温故知新，但在设计的过程中，遇到了很多的问题，有一些知识都已经不太清楚了，但是通过一些资料又重新的温习了一下数字电路部分的内容。
在这次设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。
七、参考文献
【1】彭伟单片机C语言程序设计实训100例电子工业出版设2009
【2】阎石数字电子技术基础高等教育出版社2006
【3】李朝青单片机原理及接口技术北京航空航天大学出版2006
【4】张国雄测控电路-第4版机械工业出版社2011
附录一源程序
#include<
reg52.h>
#defineuintunsignedint
#defineucharunsignedchar
#defineSCL_SETSCL=1//DA
#defineSCL_CLRSCL=0//DA
#defineSDA_SETSDA=1//DA
#defineSDA_CLRSDA=0//DA
#defineAddWr0x90//写数据地址
sbitK1=P1^4;
//按键增加送入DA的数字量
sbitK2=P1^5;
//按键减少送入DA的数字量
sbitSCL=P1^0;
//DA时钟脉冲
sbitSDA=P1^1;
//DA双向输入输出数据端
sbitST=P1^2;
//ADC0809各引脚
sbitEOC=P1^3;
sbitOE=P1^7;
sbitCLK=P2^0;
sbitbeep=P1^6;
//蜂鸣器
sbitP07=P0^7;
//数码管小数点
bitm
升级会员 