基于at89s52单片机的煤矿瓦斯监测系统的研制(6)

江苏大学硕士学位论文 O∞IvST Vin+ Vin一 6勘I VDD SQ工 Dmzt Vref

圈3．5 A1)7810引脚功能 2．AD7810主要参数 1)分辨率：10位二进制 2)转换时间：2u s 3)非线性误差：±1LSB

4)电源电乐范嗣：2．7--5．5V

5)电源功耗：高速方式时为17．5mW，低功耗方式时为5 u w 6)参考电压Vm?范围：1．2V～VDD 7)模拟电压输入范同：OV～Vref

8)输出形式：SPI同步串行输出，与TTL电平兼容。 3．AD7810的丁作模式 3．1高速模式

图3．6是AD7810 T作在高速模式时的时序图。在此模式下，启动信号CONVST 一般处于高电乎。在CONVST端输入一个负脉冲，其下降沿将启动一次转换。若 采用内部时钟，那么，转换需要2p s的时间(图中t1)。当转换结束时，AD7810 会自动将转换结果锁存到输出移位寄存器中。此后，在每一个SCLK脉冲的上升 沿，数据按由高到低的原则(首先发送DB9，最后发送DBo)依次出现在DOUT上。 如果在转换还未结束之前就发出SCLK信号来启动数据输出，那么， 在DOIJT上 出现的将是上一次转换的结果。

江苏大学硪士学位论文 SCLK DoLt

圈3．6 AD7810高速模式时序图

启动信号CONVST应在转换结束前变为高电平，即t2应小于tl，否则器件将 自动进入低功耗模式。另外，串行时钟SCLK的最高频率不能超过20MHz。 3．2自动低功耗模式

图3．7是AD7810 T作在自动低功耗模式时的时序图。在此模式下，启动信号 CONVST为低电平时，器件处于低功耗休眠状态。当在CONVST端输入一个正脉冲 时，可在其上升沿将器件从休眠状态唤醒，唤醒过程需要1 p s的时间(图中t2)。 当器件被唤醒后，系统将自动启动一次转换，转换时间也是2p s(图中t1)。转 换结束时，AD7810将转换结果锁存到输出移位寄存器中，同时自动将器件再一 次置于低功耗状态。 9cLX Dolt

圉3．7^D7810自动低功耗模式

寤动信号CONVST正脉冲的宽度(图3．7中t2)应小于1 u s，否则器件被唤

醒后将4i会自动启动转换，而是梅A／D转换的启动时间顺延至CONVST的下降沿 处。自动低功耗模式是AD7810的一大特色，一般当数据吞吐率小于IOOkSPS时， 席使器件丁作在此模式下。在5v电源电压下，当数据吞吐率为IOOkSPS时，器 件的功耗2．7mW：而当数据吞吐率为IOkSPS时，功耗为270 uw；若数据吞吐率 为lkSPS，则其功耗仅27“w。

江苏大学硕士学位论文 4．AD7810的麻用电路

AD7810应用时几乎不需外围元件。图3．8所示是其应用电路，其参考电压Vref 连接全参考电源VH，模拟输入VIN一接至GND，而待由气体传感器输出的信号从 VIN+输入。

AI)781n AT89S52

用3．8 AD7810应用电路

AD7810几乎可与各种MCU进行接口，图3．8中的WCU可以是5l系列或

PICl6C6X／7X单片机。在本论文中AD7810与AT89S52接口时，电路采用的是一 种模拟串口方式，AD7810的SCLK、DoUT和CONVST分别接至AT89S52的P1．5、 PI．6和P1．7，只要严格按照AD7810的时序要求操作，一般接口都不会有问题。 这种方式实际上可扩展到所有的MCU种类。另外，AT89S52也可利用其串行口工 作方式0与AD7810进行通讯(图中未画出)，但这时应解决好两个问题；一是由 于AT89S52在TXD的上升沿进行采样，这样，TXD应经过一个反相器再接到SCLK， 而将RXD接全Dout，然后将CONVST接至任意一个输出端口。二是AT89S52串行 口旨先接收低位数据，这一点与AD7810刚好相反，编程时需要注意。 3．2．5 IIAX7219显示电路

本课题中气体监测系统的T作环境是处于比较黑暗的矿井巷道中，所以不宜

采用液晶显示模块，而采用了发光柔和的LED数码管作显示，显示颜色为红色。 发光数码管的优点在于防潮防湿，温度特性极佳，而且有远距离视觉效果，很适 合矿井下恶劣环境的需要。而我们使用的单片机AT89S52本身并无显示接口部 分，需要外接显示的译码驱动电路。LED数码管显示有动态显示和静态显示两种 方式。通常小管采用哪种显示方式，单片机往往都T作于并行I／O或存储器方式。 在奉课题的单片机数据采集控制系统中，利用MAXIM公司的串行接口8位LED显 2l

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示驱动器MAX7219构成显示接口电路，仅需使用单片机3个引脚，即可实现对8 位LED数码管的显示控制和驱动，线路非常简单，控制简单方便。 1、姒X7219的功能和设置

MAX7219芯片为MAXIM公司推出的串行输入／输出共阴极显示驱动器，是用一 个芯片实现以往用软件完成的动态显示电路扫描工作的器件。每片可控制显示8 个七段LED数码管、条形图或64个发光二极管，控制字简单。为24引脚芯片， 除与显示器连接外。与微机串行口为3线连接，芯片外部电路仅为一限制峰值段 电流的电阻，线路简单，极大地方便了对显示器件的控制。该芯片控制的显示位 数多，控制宁少．可对全部或个别显示位的数据进行更新。并可方便地进行多个 芯片的级联，扩展显示容量。MAX7219有多种封装形式，如窄式DIP封装和SOP 封装等。

MAX7219的串行数据格式如表3．1所示。其中：D12～D15位不用；D8～D11 为显示位和各种丁作方式的控制寄存器地址位，可选择要显示的位、解码方式、 显示亮度、扫描位数、停止方式、显示测试等，其地址分布如表3．2所示；Do～ D7为数据位，其形式与显示出的数宁间的关系与解码方式有关。表3．2中x可 为16进制任意值，一般取为0。每组16位数据中，首先接收的为最高有效位， 最后接收的为最低有效位。 表3．1 MAX7219串行数据格式

D15 D14 D13 D12 Dll D10 D9 D8 1)7 96 D5 D4 D3 D2 DI DO x X X X 地址MSB DATA LSB

解码方式寄存器可设置备位数码管为解码显示方式，或非解码的数据位与显 示段直接对应的显示方式。亮度寄存器用于与外部电阻配合控制数码管的显示亮 度。扫描限制寄存器控制显示的位数。停机寄存器控制显示器为停机或正常工作 状态，停机状态下描振荡器停止工作，消隐所有显示位。显示测试寄存器设置器 件为正常T作或测试状态。空操作寄存器用于多个MfiX7219级连。器件上电后所 有控制寄存器复位。解码方式寄存器的值为非解码方式，亮度寄存器的值设置为 最小，扫描寄存器设置为仅显示1位，停机寄存器处于停机状态，显示消隐。因 此mX7219必须经过初始化后才可正常_[作。

MAX7219的T作时序如图3．9所示。数据由DIN引脚输入，最先输入的为最 高位，在CLK的上升沿将数据位移入器件内的移位寄存器，LOAD引脚信号的上

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升沿将最后移入的16位数据锁存入相鹿的寄存器中，LOAD信号的上升沿必须与 CLK的上升沿同时，或在其后。从DIN输入的数据经过16．5个CLK脉冲后移到 DoUT引脚上。

袭3．2姒x7219地址格式 2．单片机的串行T作方式

AT89S52单片机串行口有四种发送_T作方式，其中方式0每帧共发送8位数， 其他T作方式下每帧发送均不为8位数或其倍数。因此只能考虑使用方式0。串 行口T作于方式0时，通过P1．0引脚发送／接收串行数据，通过P1．1引脚发送 移位时钟脉冲。发送顺序为低位在前，高位在后，与MAX7219的接收顺序相反。 从单片机时序上看，只需在发送前将显示数据和地址码的高低位顺序颠倒，利用 串行方式0进行发送，每发送两次，就可向MAX7219输出一个要显示的数据或控 制寄存器参数。而在单片机与MAX7219的时序配合中，时钟脉冲的配合是非常关 键的。

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