第二章系统的硬件设计
2.1 概述
本设计是基于STC89C52单片机的硬件设计。控制电路以单片机为中心，控
制其他部分完成各自的功能。其中模/数转换部分采用高精度AD转化器AD7705，AD7705的硬件设计，采用AD7705系统校准，提高其抗干扰能力和精度。
系统总原理框图如图2.1所示。
PT100传感器AD7705 AD转换器STC89C52单片机数码显示
图2.1 系统框图
2.2 STC89C52单片机的外围电路设计
STC89C52系列单片机是新一代强抗干扰、高速、低功耗的单片机，内部含有程序存储器，不需外扩程序存储器即可正常工作，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟机器周期和6时钟机器周期可任意选择，最新D版本中集成了MAX810专用复位电路。
单片机为本设计的核心控制部分，它与系统各个模块相联系，实现了系统的智能化，其外围电路设计如图2.2所示。
P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.710uFS100?10KP3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.71234567891011121314151617181920T2VCCT2EXAD0ECIAD1CEX0AD2CEX1AD3CEX2AD4CEX3AD5CEX4AD6RSTAD7RXDEA/VPPTXDALE/PTOGINT0PSENTNT1A15T0A14T1STC89C52A13WRA12RDA11XTAL1A10XTAL2A9VSSA8VCC4039P0.038P0.137P0.236P0.335P0.434P0.533P0.632P0.731302928P2.027P2.126P2.225P2.324P2.423P2.522P2.621P2.7VCC+22pF12M22pF
图2.2 单片机最小系统
主单片机电路由STC89C52单片机、复位电路和晶振电路组成。
由于计算机的串行口输出是RS232 信号，逻辑“1”用-3V～-25V信号表示，逻辑“0”用+3V～+25V 信号表示，不是TTL 信号，与单片机信号不同，因此二者进行通信必须进行电平转换，本设计选用MAX232 芯片来实现这种转换。
图2.3为下载电路。
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JP1162738495C8VCCC5100pFC4100pF100pF213811TXD1013C6100pFV+616R1 OUTR2 OUTT1 OUTT2 OUTC2+C2-R1 INR2 INT1 INT2 INCI+CI-129RXD14745GNDMAX23215VCCV-
图2.3 下载电路
2.3 模/数转换电路设计
AD部分采用16位高精度模/数转换器AD7705。A/D转换电路使用双通道、低成本、高精度模/数转换功能的AD7705，用单片机控制其单双极性、增益倍数和选择通道的输入等。
电路原理图如图2.4所示。
2.4576MAD7705P0.51SCLKGND2VDDMCLK IN3MCLK OUTDIN4P0.4CSDOUTP0.35RESETDRDY6AIN2(+)AIN2(-)7AIN1(+)REF IN(-)8AIN1(-)REF IN(+)10K10uF0.1uF1615141312111091K1KLM285 2.5VP0.0P0.1P0.2VCC10uF+5V0.1uFVCC1KLM285 2.5V2K10K2K0.01 uF
图2.4 AD7705硬件电路图
2.3.1 AD7705寄存器介绍
AD7705有几个片内寄存器，可通过7705的串行口进行访问。第1个是通信寄存器，用来控制通道选择。它的内容决定了下一步将对哪个片内寄存器进行“读” 操作还是“写”操作，单片机与7705的全部的信息交流都必须从写入通信寄存器入手。第2个是设置寄存器，用它来确定校准模式，增益选择，单/双极操作选择，缓冲器的模式。第3个是时钟标志寄存器，其中包含有滤波器选择位和时钟控制位。第4个是输出数据寄存器，最后一个寄存器是校准寄存器，用来存储通道的校准数据。
1.通信寄存器，用来控制通道选择。
2.数据寄存器，是16位只读存储器，它存储由AD7705产生的转换结果。 3.测试寄存器，用于对装置进行测试。
4.零刻度校准寄存器，是24位读/写寄存器。
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5.满刻度校准寄存器。
6.设置寄存器，是即可读出又可写入的8位寄存器。 7.时钟寄存器，是8位寄存器，可对它进行读/写。 表2.1所示为各寄存器的指令说明。 表2.2所示为设置寄存器的指令说明。
表2.1 AD7705各寄存器指令说明
写允许 寄存器选 读/ 标准 通道选择 0/DRDY择 写 CH1(0) CH(0) (0) RS2(0) RS1(0) STBY(0) RS0(0) R/W(0) 0 0 0写 0校准寄存器对0对应 0 1读 模拟通道AIN1 固定为指下固定为0 固定 0 0 0 一次为0 1校准寄存器对1对应1 操作模拟通道AIN2 0 1 对所0 选寄0 1 存器1 是读1 0 还是0 写 1 1 0 1 1 1 如上寄存器选择中 指令 0 0 0 对应 通信寄存器 指令 0 0 1 对应 设置寄存器 指令 0 1 0 对应 时钟寄存器 指令 0 1 1 对应 16位数据寄存器 指令 1 0 0 对应 测试寄存器 指令 1 1 0 对应 24位偏移寄存器 指令 1 1 1 对应 24位增益寄存器
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工作模式 MD1(0) MD(0) 表2.2 AD7705设置寄存器指令说明 增益选择 双/单缓冲器控G2(0) G1(0) G0(0) 操作 制 B/U(0) BUF(0) 滤波器同步FSYNC(0) 0状态 0 0执行 0模拟输入正常 0 0 0 增益为1 双/单端的缓冲A/D转换 0 0 1 增益为2 极性 器为短路 0 1 0 增益为4 操作0输出 0 1自我0 1 1 增益为8 双 1模拟输入校准 1 0 0 增益为16 1单 串联状态 1 0 1 增益为32 高阻运行 1 0零刻1 1 0 增益为64 一般设 度校 1 1 1 增益为置为一般设置准 128 “1”单为“1”缓 极性工冲输入 1 1满刻作 度校 准 工作模式选择： 1.正常模式：这种方式下，执行常规A/D转换。
2.自我校准模式：这种方式下，对通信寄存器CH1 CH0两位选定的模拟信道进行自我校准。当自我校准工作开始时，AD7705的12脚DRDY为“1”，当自我校准工作完成时，变为“0”，这时数据寄存器中的新一组A/D转换数据可有效输出。 3.零刻度校准模式：在通信寄存器CH1 CH0选定的通道上（指选定的模拟信号输入端）进行零刻度系统校准。在校准过程中，在AD7705模拟输入端加上输入电压，按照选定的增益进行校准，在校准期间，所加输入电压一定要保持稳定。校准开始时数据输出允许端12脚，即DRDY，为高电平“1”，校准完毕自动变“0”，在数据寄存器中的这个新的对应热偶低端数据即可被访问。
4.满刻度系统校准：在通信寄存器CH1、CH0选定的通道上进行满刻度系统校准。在校准过程中，在AD7705模拟输入端加上输入电压（即用户热电偶使用中所需的高温对应的电压值），按照选定的增益进行校准。在校准期间，所输入电压一定要保持稳定。同零刻度系统校准一样，校准开始时数据输出允许端12脚，即DRDY，为高电平“1”，校准完毕自动变“0”，在数据寄存器中的这个新的对应热电偶高端数据即可被访问。校准结束后，AD7705自动回到正常模式---即MD1 MD0=0 0。 2.3.2 AD7705的校准
本设计应用系统校准，在此详细介绍系统校准。
AD7705的系统校准能够补偿系统增益、偏移量和内部误差。系统校准同自校准一样，也能完成倾斜因素计算，但所使用的电压值是由系统提供到AIN端子的。整个系统校准过程两步进行：先零刻度校准，再满刻度校准。
对于一个完整的系统校准，第一步应设置零点。先要设置好零刻度电压，并且在进行零刻度校准过程中要保持该电压稳定，此后再在设置寄存器中写入MD1
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