51单片机的角度测量系统设计+仿真图+源码(3)
2.3 系统结构框图
本论文利用传感器SCA60C采集信号，由于信号为模拟电压信号，故需要经过ADC0808芯片将模拟信号转化为数字信号，进而用单片机将其转化成角度值，然后显示在LED上。其结构框图如图1所示。
图1 系统结构框图
3 . 硬件系统设计
3.1 最小系统设计
单片机的最小系统是由电源、复位、晶振、EA=1组成，下面介绍一下每一个组成部分。
VCC为电源端，GND为接地端，工作时需要的电压是+5V。
XTAL1是片内振荡器的反相放大器输入端，XTAL2是输出端，当使用到外部振荡器时，就需要使外部振荡信号直接加到XTAL1，而使XTAL2悬空[9,10]。内部方式时，时钟发生器就会对振荡脉冲进行二分频，例如晶振的频率是12MHz时，时钟的频率就应该是6MHz。晶振的频率可以是在1MHz到24MHz之间，电容可以选择30PF左右即可。单片机的时钟电路设计采用的是内部方式，也就是利用单片机内部的振荡电路。AT89S51单片机内部含有一个高增益的反相放大电路。引脚XTAL1是此放大电路的输入端，XTAL2是此反向放大电路的输出端。这个放大电路与片外晶体谐振器共同构成系统的自激振荡器。外接晶体谐振器和电容C1、C2共同组成系统的并联谐振电路，接在放大器的反馈回路中。虽然系统对外接电容没有具体的要求，但如果电容值过大，就会使震荡器的频率过高，进而影响震荡器的稳定性、起振的快速性等。因此，单片机的晶体振荡器我们通常选用的频率是12MHz，电容应尽可能的选择陶瓷电容。另外，在焊接电路板的时侯，应尽可能的使晶体振荡器和电容焊接得与单片机芯片近一些，以保证震荡器足够的稳定，使系统能够正常可靠地工作。其硬件连接图如图2所示。
图2 晶振连接图
3.2信号采集模块
本论文采用角度传感器SCA60C采集信号，单轴低价倾角传感器SCA60C的特点如下。
(1)单轴倾角传感器。
(2)测量范围 1g(±90 度)。 (3)单极 5V 供电，比例电压输出。 (4)模拟 0.5-4.5V 输出。 (5)工作温度范围宽。
由于在仿真库中没有角度传感器，而且角度传感器的输出信号为模拟电压信号，因此可以用仿真库中的滑动变阻器显示表示，如图3所示。
图3 采集信号仿真图
3.3 ADC0808芯片介绍
3.3.1 引脚说明
ADC0808器件的采样频率的分辨率为8位，它进行A/D转换的原理是逐次逼近的方法[11]。也就是说它是逐次逼近式的A/D转换器，可以和单片机直接接口。它的内部含有一个8通道的多路开关，它可以对地址码锁存的数值进行译码，得到需要的信号值，然后再选通8通道开关中的一个来进行A/D转换。其芯片主要特性有以下几个方面。 (1)分辨率为8位。 (2)具有转换起停控制端。 (3)进行A/D转换需时100μs。 (4)电源电压为＋5V。 (5)模拟输入电压为0～＋5V，不需要进行零点和满刻度的校准。 (6)工作环境应在-40～＋85度之间。
ADC0808是由8路通道选择开关、通道地址锁存器、译码器、8位开关数模转换器、逐次逼近寄存器，定时和控制器、8位锁存和三态门几个部分组成。多路开关可选通8个开关，允许8路模拟数值分时输入，然后进行再模数转换。三态输出锁器主要是用于锁存转换后的数字量，当OE端为1时，三态输出锁存器中的数值才可能输出。