音乐喷泉.doc

摘　要

随着人们生活水平的提高和建立绿色城市的向往，音乐喷泉以其独特的魅力和特殊的功能，愈来愈成为休闲娱乐产业中的一项重要产品,音乐喷泉的兴建也越来越多。
根据目前音乐喷泉的发展现状，完成了小型音乐喷泉系统硬件结构设计和控制系统设计。控制系统是通过A/D对音频信号进行采样和处理，利用AT89C51单片机分级控制电动机，最终达到控制水泵电机的方法。采用程序控制控制电磁阀来控制花型、灯光色彩和灯光光线明暗的变化。从而使灯光色彩、灯光的闪烁和喷泉水姿随音乐节奏而变化。

关键词 单片机；音乐喷泉；模拟转换

Abstract

With the improvement of people's living standard and yearn for building green city, music fountain is more and more popular for its unique charm and special function large numbers of music fountain is increasingly built.
According to the present situation of music fountain, it was completed that hardware construction of small music fountain system and the design of controller system. Its principle is that using the sample musical signals with A/D and doing its data and using the AT89C51 microcontroller controlling the electric motor, finally it implements the control of the flow out of nozzles. The flower shapes are controlled by program controlling electromagnetic valves. The color、the light and shade of ray are changed by musical signals. So that the color、the light and shade of ray、the spring form is changed with music’s rhythm when music is played．

Keywords SCM the musical fountain analog converter

目 录
摘　要 I
Abstract II

第1章 绪论 1
1.1引言 1
1.2音乐喷泉的发展 1
1.2.1音乐喷泉的分类 1
1.2.2音乐喷泉的控制 2
1.3单片机的发展 2
第2章 系统工作原理 4
2.1单片机的特点 4
2.2单片机的引脚应用特性 5
2.2.1并行总线特点 5
2.2.2引脚复用特性 5
2.2.3 I/O的驱动特性 5
2.2.4主要特性 6
2.2.5 AT89C51单片机引脚功能分类 6
2.2.6 AT89C51单片机管脚说明 7
2.2.7 振荡器特性 8
2.3复位电路 9
2.4 ADC0809单片机简介 10
2.4.1引脚结构 10
2.4.2 ADC0809应用说明 11
2.4.3 ADC0809的工作过程 12
2.5整流滤波放大电路 12
2.6本章小结 14
第3章 控制系统 15
3.1控制系统 15
3.2 8路数据采集流程 17
3.3 单片机AT89C51与ADC0809接口连接图 18
3.4 系统输入的信号极性变换及A/D转换 18
3.4.1 信号的双极性 ------单极性变换 18
3.4.2单片机内部的信号变换 19
3.5输出电路 21
3.6调试结果 21
3.7本章小结 26
第4章 结论 27
参考文献 28

IV
哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）
第1章 绪论
1.1引言
音乐喷泉水柱绚丽多姿，水柱随着音乐而跳动，给人以视听的双重享受，音乐喷泉的控制系统很多。而对于小型音乐喷泉以单片机控制较为合适，使用单片机控制系统简单而且成本较低，易于推广使用，是音乐喷泉发展的一个方向。
通过对音乐喷泉的大中研究不仅可以熟悉单片机在实际生活和生产中的应用，提高单片机的使用效率，而且可以熟悉单片机的知识并能在控制系统中熟练应用，提高单片机的应用能力，为发展单片机在控制系统中的应用提供理论依据。
1.2音乐喷泉的发展
1.2.1音乐喷泉的分类
目前喷泉可分为四种类型：一是普通喷泉；二是程控喷泉；三是音乐喷泉；四是水幕激光电影。
普通喷泉这种喷泉只有简单的几种固定水型及灯光，电源打开后同时喷水及亮灯，没有水型和灯光的变化，一般为早期产品或只用于装饰性喷泉时使用。其特点是制造简单，造价低。
程控喷泉程控喷泉是将各种水型及灯光，按照预先设定的排列组合进行控制程序的设计，通过计算机运行控制程序发出控制信号，使水型及灯光有各种各样变化。
音乐喷泉音乐表演喷泉是在程序控制喷泉的基础上加人了音乐控制系统，计算机通过音频及MIDI信号的识别，进行译码和编码，最终将信号输出到音乐喷泉的控制系统，使喷泉的造型及灯光的变化与音乐保持同步，从而达到喷泉的水型、灯光及色彩的变化与音乐情绪的完美结合，使喷泉表演更加生动，更加富有内涵。
水幕激光电影、水幕激光表演系统是将激光器发出的激光束射在水幕喷头喷出的水膜上，激光束由激光控制系统编程控制，可发出多种多样的图画自及色彩，照射在晶莹透明的水膜上，形成斑斓夺目的奇异效果。
音乐喷泉的形成主要是根据音乐的节奏来改变水泵的压力，水泵压力一旦有了变化，喷岀水的高低就有了变化，从而产生所看到的音乐喷泉的效果。所以音乐喷泉的关键所在也就是对水泵的控制。
1.2.2音乐喷泉的控制
常用的控制系统一般分为三种：单片机控制系统，PLC控制系统和板卡控制系统。板卡控制系统和PLC控制系统都可以组成各种各样的大型系统，可以通过通讯对系统控制；而单片机系统比较经济实用，适合用于单台小设备的设计和控制，成本低，设计简单。
随着微电子技术和超大规模集成电路技术的飞速发展，单片机以其体积小，性价比高，功能强，可靠性高等特点，在各个领域得到了广泛的应用。应用单片机作为核心元件的电机控制系统，使得控制电路变的简单，成本低，可靠性强，将会被广泛的应用。
1.3单片机的发展
单片机自70年代出现以来，已经有了很大的发展，被广泛应用于机械、测量控制、工业自动化、智能接口和智能仪表等许多领域。例如：单片机与传统的机械产品相结合后简化产品结构，实现控制智能化，成为新一代的机、电一体化产品；利用单片机来构成各种工业控制系统、数据采集系统等；在大型工业测控系统中，单片机进行接口的控制与管理，与计算机主机并行工作，可以大大提高系统运行速度。
MCS-51单片机是Intel公司推出的世界上著名的高性能低功耗非易失性存储器和数字集成电路的一流半导体，它的EEPROM电可擦除技术、闪速存储器技术和质量、高可靠性的生产技术。在CMOS器件生产领域中，Intel的先进设计水平、优秀的生产工艺及封装技术一直处于世界的领先地位，这些技术用于单片机生产使单片机也具有优秀的品质、在结构、性能和功能等方面都有明显的优势。Intel公司的单片机是目前世界上一种独具特色而性能卓越的单片机。它在计算机外部设备、通讯设备、自动化工业控制、宇航设备、仪器仪表和各消费类产品中都有着广泛的应用前景。
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

第2章 系统工作原理
系统工作原理为从电脑声卡中采集出来的音乐信号一路由音响设备直接播放，一路经过信号采集电路被放大、整流、滤波后输出0－5V直流电，再将直流电送入变频器的控制端。此时控制系统对音频信号进行处理，输出一个控制信号，来控制水泵的开关；变频器接收到信号后开始快速起动、并带动电机的转速随音乐频率的改变而改变，喷泉水柱的高度亦随之改变。
系统实现了乐曲演奏、喷泉水柱控制、彩灯控制等功能。众所周知，物体振动产生声音，而振动的频率决定音调高低，因此使用单片机控制输出不同频率的信号，就可以产生不同的音调；利用单片机的计时系统可以控制各个音调的时间，即实现节拍的控制。音调和节拍按照乐谱排列就实现了乐曲演奏的功能。喷头及彩灯分别与相应输出点连接，通过程序实现每种音调都有对应的一组输出点开关状态组合，从而实现乐曲控制喷泉动作的功能。
由普通音箱等发出的音频信号经整流滤波放大及控制系统对其幅值调整后，得到的调幅电压信号送给变频器的速度控制端以控制喷泉水泵电机的转速变化，从而使喷泉水泵喷水的高低随音乐节律的变化而不断变化。为实现多组喷泉和彩灯的交替运行的切换，系统可以按用户选择的程序模式输出时序开关信号去控制多路固体继电器，由固体继电器的接点控制水泵电机和彩灯的启动与停止。
音频信号
电路放大、整
流、滤波
变频器
水泵电机
喷泉
控制
系统
继电器
彩灯
手动彩灯
开关

图2-1系统框图
2.1单片机的特点
单片机，亦称单片微电脑或单片微型计算机。它是把中央处理器（CPU）、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、输入/输出端口（I/O）等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。只需要外加电源和晶振就可实现对数字信息的处理和控制。除了以上基本功能外，单片机还集成有A/D、D/A转换功能。单片机具有体积小、功能强、应用面广、价格低廉等许多优点。
单片机的硬件特性：
单片机集成度高。单片机包括CPU、4KB容量的ROM（8031无）、128B容量的RAM、2个16位定时/计数器、4个8位并行口、全双工串行口；系统结构简单，使用方便，实现了模块化；单片机可靠性高，可工作到106～107小时无故障；
处理功能强、速度快，即使执行最长指令，只需4µs（晶振12MHz）；可靠性较商用品高，价格较军用品便宜，属于工业品，温度范围为-40oC～+85 oC。
2.2单片机的引脚应用特性
2.2.1并行总线特点
（1）P0口为地址/数据复用口。
（2）两个独立的并行扩展空间。程序存储器使用PSEN取指控制信号，数据采用WR、RD存取控制信号。
（3）外围扩展统一编址。在64KB的空间上，可扩展外部数据存储器或其他外围器件。
2.2.2引脚复用特性
P3口、P1口、P2口均可用作普通I/O口。
2.2.3 I/O的驱动特性
由于采用CMOS电路，输入电流极微，通常不考虑I/O端口的扇出能力，当负载为LED、继电器等功率驱动元件时才考虑驱动能力。
该单片机的内部结构主要由8个部件组成，即微处理器(CPU)、数据存储器(RAM)、程序存储器、I/0口(P0口、Pl口、P2口、P3口)、串行口、定时器/计数器、中断系统和特殊寄存器(SFR)。其中，微处理器由运算器和控制逻辑组成，主要包括累加器(ACC)、B寄存器、临时存储器(TMPITMPZ)、算术运算单元ALU等。
特殊功能寄存器SFR(Special Function Register)是用来对片内各功能单元进行管理、控制、监视的控制寄存器和状态寄存器，是位于片内数据存储器上的一个特殊功能的RAM区，其地址范围为80H~FFH。
SFR主要包括PO口锁存器、PI口锁存器、P2口锁存器、P3口实现复位之后PC的值是0000H，因此，程序的入口地址为0000H，CPU从0000H开始执行操作。
模式控制寄存器TMOD为00H，表示定时器/计数器都处于方式0工作状态，而TH0、TL0、TH1、TL1均为00H则表示定时器/计数器复位后都清零。P0、P1、P2和P3端口复位后锁存器都处于“1”状态。工作状态下，每当ALE是高电平的第一个时钟(S1P2、S4P2)，P2口被拉低而P0口为高阻态。实际进行芯片解剖时，可以根据寄存器复位状态下的特殊值来判断功能电路块。
工作时，如果芯片的外部选通信号被拉为高电平，则首先访问内部数据存贮器。如果总是保持低电平，则只访问外部程序存贮器，也就是说，无论是否有内部程序存贮器，所有的程序取指都是直接指向外部ROM的。当执行外部程序存贮器内的程序时，每个机器周期内都是PSEN两次有效，ALE两次输出高电平，用于锁存地址的低位字节。
我们在开始进行反向解剖时，没有设计使用芯片内部的FLASH，因此只选用访问外部程序存贮器方式。在这种状态下，得到的PSEN、ALE的频率是振荡器频率的1/6，PSEN信号波形占空比为1：1，而ALE信号波形占空比为1：2。每个机器周期中ALE信号的高电平为S1P2、S2PI、S4P2、S5P1，PSEN信号的高电平为S1P2、S2P1、S2P2、S4P2、SSP1、S5P5。
总之，CPU在PSEN、ALE和外部数据存储器写选通信号WR读选通信号而的共同作用实现功能。
2.2.4主要特性
与MCS-51 兼容、4K字节可编程闪烁存储器、寿命：1000写/擦循环、数据保留时间：10年、全静态工作：0Hz-24Hz、三级程序存储器锁定、128*8位内部RAM、32可编程I/O线、两个16位定时器/计数器、5个中断源、可编程串行通道、低功耗的闲置和掉电模式、片内振荡器和时钟电路
2.2.5 AT89C51单片机引脚功能分类
（1）、基本引脚：电源VCC、VSS，时钟XTAL2、XTAL1和复位RST。
（2）、并行扩展总线：数据总线P0口，地址总线P0口（低8位）、P2口（高8位）和控制总线ALE、PSEN、EA。
串行通信总线：发送口TXD和接受口RXD。
（3）、I/O端口：P1口为普通I/O口，P3口可复用作普通I/O口，P0、P2口不作并行口时也可作普通I/O口。
2.2.6 AT89C51单片机管脚说明
VCC：供电电压、GND：接地、P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高、P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收、P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号、P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：
P3口管脚备选功能：
P3.0 RXD（串行输入口）、P3.1 TXD（串行输出口）、P3.2 /INT0（外部中断0）、P3.3 /INT1（外部中断1）、P3.4 T0（记时器0外部输入）、P3.5 T1（记时器1外部输入）、P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）、P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）、P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
PSEN(__________)：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次PSEN(__________)有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN(__________)信号将不出现。
EA(______)/VPP：当EA(______)保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，EA(______)将内部锁定为RESET；当EA(______)端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。
XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2：来自反向振荡器的输出。
2.2.7 振荡器特性
XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度[15]。
整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。
此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。
2.3复位电路
单片机应用系统在实际的工作中会经常要求进入复位工作状态，因而要求复位电路必须能准确、可靠地工作。另外，单片机的复位状态跟系统的复位状态是密切相关的，于是就要求本系统在设计时考虑一个能够抗干扰、准确、重复使用性高的复位电路。
根据本系统的要求，选择了上电开关复位电路，其电路图和元件参数如图2：

图2-2开关复位电路
图2-3 AT89C51内部功能图
2.4 ADC0809单片机简介
ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。
2.4.1引脚结构
IN0－IN7：8条模拟量输入通道
ADC0809对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是0－5V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。
地址输入和控制线：4条
ALE为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ALE线为高电平时，地址锁存与译码器将A，B，C三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换。A，B和C为地址输入线，用于选通IN0－IN7上的一路模拟量输入。
通道选择表如下表所示：
C
B
A
选择的通道
0
0
0
IN0
0
0
1
IN1
0
1
0
IN2
0
1
1
IN3
1
0
0
IN4
1
0
1
IN5
1
1
0
IN6
1
1
1
IN7
表2-1
数字量输出及控制线：11条
ST为转换启动信号。当ST上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行A/D转换；在转换期间，ST应保持低电平。EOC为转换结束信号，当EOC为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行A/D转换。OE为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE＝1，输出转换得到的数据；OE＝0，输出数据线呈高阻状态。D7－D0为数字量输出线。
CLK为时钟输入信号线。因ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为500KHZ，要求时钟频率不高于640KHZ。
VREF（＋），VREF（－）为参考电压输入。
2.4.2 ADC0809应用说明
（1）ADC0809内部带有输出锁存器，可以与AT89S51单片机直接相连。
（2）初始化时，使ST和OE信号全为低电平。
（3）送要转换的哪一通道的地址到A，B，C端口上。
（4）在ST端给出一个至少有100ns宽的正脉冲信号。
（5）是否转换完毕，我们根据EOC信号来判断。
（6）当EOC变为高电平时，这时给OE为高电平，转换的数据就输出给单片机了。
ADC0809引脚分配图：

图2-4 ADC0809引脚分配图

ADC0809的内部逻辑结构：

图2-5 ADC0809的内部逻辑结构
由图5可知，ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。
2.4.3 ADC0809的工作过程
ADC0809的工作过程是：首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动A／D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A／D转换完成，EOC变为高电平，指示A／D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。
2.5整流滤波放大电路
一般声卡上采集回来的是几十毫伏的交流电，不能直接送给变频器使用。必须用电路将小的交流电转换为大的直流电。图2-6为对音乐信号进行处理的电路：
LINE
IC1a
TL084
MIC1
C5
0.1μF
IC1b
R1
10K
R2
47K
47K
R3
+
_
+
_
+
_
SW1
100K
R4
W1
100K
C6
0.1μF
R5
1K
R8
47K
Q1
3DJ7
R6
1K
R7
47K
R9
47K
D7 4148
C7 0.1μF

IC1c
C8
0.1μF
OUT
图2-6信号处理电路

前置放大器的第一级是一个简单的话筒放大器，音乐信号或其他音频信号通过话筒MIC1进入IC1a放大。这里R2，R3因根据不同的话筒选取不同的阻值，以保证喷泉有足够的运动范围。转换开关S1可选择不同的信号源，可以连接音频功率放大器。亦可连接其他音频输出装置。第二级电路是一个压缩器，主要作用是压缩音频信号的动态范围。使之与喷泉的运动范围相适应，喷泉随音乐的变化均匀运动，不同的音源可通过调整R8的值来调整喷泉运动的均匀程度。第三级是输出缓冲器，增加电路的带负载能力。
声音传感器就是MIC（麦克）放大电路，一般分为普通电路和高保真电路。主要是由MIC（麦克）和一些简单的外围电路来完成声音的放大功能。MIC是一种常用的能把声音信号转换成电信号的声电转换器件。它的突出特点是体积小、质量轻、结构简单、使用方便、寿命长、频率响应范围宽、灵敏度高，且价格也比较廉价。
构成驻极体话筒（MIC）的核心器件是驻极体振动膜。它实际上是一种经永久性极化处理的电介质。内含有一片蒸金薄膜和一金属极板，在它们间通上一高压电场，那么就形成了一个可变间隙的电容器。当驻极体膜片受到声波作用而振动时，就引起电容器两端的电场发生变化，从而产生随声波变化的交变电压信号。
2.6本章小结
本章主要介绍了音乐喷泉系统原理和用到的器件，51单片机的原理，ADC0809的原理，整流滤波放大电路。

第3章 控制系统
3.1控制系统
ADC0809有IN0～IN7共8条模拟信号输入线，可分时处理由由8路模拟输入信号。为了区分是哪一路输入信号进行A/D转换，由3个通道地址信号ADD-A、ADD-B、ADD-C来决定是哪一路模拟信号被选中并送到内部的A/D转换。当地址锁存信号ALE为高电平时，ADD-C、ADD-B、ADD-A三条线上的数据送入ADC0809内部的地址锁存器中，经过译码器译码后选中某一通道。当ALE=0时，地址锁存器处于锁存状态。模拟开关始终与刚才选中的输入通道接通。选中通道的模拟量到达A/D转换器时，A/D转换器并未对其进行A/D转换。只有当转换启动信号端START出现下降沿并延时一段时间后，才启动芯片进行A/D转换，START的上升沿复位ADC0809。地址锁存信号ALE和转换启动信号端START由WR(————)信号和地址信号相或非后产生。
ADC0809的A/D转换过程是在时钟信号的协调下进行的。ADC0809的时钟信号由CLOCK端送入，其最高频率为640kHz，在这个最高频率下，ADC0809的A/D转换时间为100μs 左右。当ADC0809用于AT89C51单片机系统时，若AT89C51采用6MHz的晶振，则ADC0809的时钟信号可以由AT89C51的ALE经过一个二分频电路获取。这时ADC0809的时钟频率为500kHz，A/D转换时间为130μs。
A/D转换结束后，A/D转换的结果（8位数字量）送到三态锁存输出缓存器，此时A/D转换结果还没有出现在DB0 —DB7八条数字量输出线上，单片机不能获取之。单片机要想读到A/D转换结果，必须使ADC0809的允许输出控制端ENABLE由RD(———)信号和地址信号相或非后产生。
EOC为转换结束输出信号。在A/D转换期间，EOC维持低电平，当A/D转换结束时，EOC变成高电平。需要注意的是，ADC0809的START端收到下降沿后，并没有立即进行A/D转换结束时，EOC=1而是延迟10μs后，才开始A/D转换，EOC变为低电平。EOC与单片机的连接方法取决于单片机读取A/D转换结果的方法。
单片机读取A/D转换结果的方法有三种：
（1）、延迟法：单片机启动ADC0809后，延时130μs以上，可以读到正确的A/D转换结果，此时EOC悬空。
（2）、查询法：EOC必须接到AT89C51的一条I/O线上。单片机启动ADC0809后，延迟10μs，检测EOC；若EOC=0则A/D转换没有结束，继续检测EOC，直到EOC=1。当EOC=1时，A/D转换已结束，单片机读取A/D转换结果。
（3）、中断法：EOC必须经过非门接到AT89C51的中断请求输入线INT0或INT1上，89C51的中断触发方式为下降沿触发。单片机启动A/D转换后可以做其他工作，当A/D转换结束时，EOC由0变1经过非门传到INT端，AT89C51收到中断请求信号，若AT89C51开着中断，则进入中断服务程序，在中断服务程序中单片机读取A/D转换结果。
ADC0809的读、写、启动以及A/D转换的时序如图7所示：
ALE
CBA
输入模拟量
start
EOC
OE
10μs
数 据
DATA

图3-1 ADC0809的时序图

3.2 8路数据采集流程
开始
初始化
启动A/D转换
转换结束？
读取转换结果
保存转换结果
修改参数
8路采集完？
返回
N
N

图3-2 8路数据采集流程图
由流程图3-2可以看到，数据采集分为3个步骤：首先启动某通道的A/D转换，然后判别A/D转换是否结束，若A/D转换结束则读取A/D转换结果，并保存之；若A/D转换未结束则等待。

3.3 单片机AT89C51与ADC0809接口连接图

图3-3AT89C51与ADC0809接口连接图
3.4 系统输入的信号极性变换及A/D转换
一般来说,从传感器送来的电信号经预处理（包括隔离、滤波、放大等）后,还要根据信号极性、A/D转换器允许的输入范围等来分析信号是否可直接进入。若信号为双极性,A/D转换器为单极性输入,则须对信号进行极性变换。
3.4.1 信号的双极性 ------单极性变换
当信号不满足A/D转换器信号输入范围要求时,信号须经一线性网络变换。线性网络的具体形式可以根据信号的具体情况来设计。以双极性信号转变为单极性信号为例,可以用图3-4所示的线性网络来实现。

Vcc
Vi

IN
A/D
R1
R2
R3

图3-4双极性转变为单极性信号
根据迭加定理,当只有 Vcc作用时 ,A/D转换器的输入信号为：

（3-1）
当只有输入信号Vi作用时 ,A/D转换器的输入信号为:

（3-2）
由此可知 ,A/D转换器信号输入端的实际输入信号为:

（3-3）
由式3可知 ,当Vcc=5V、R1=R3=2R2时 ,可将-10V～+10V的输入信号转变为0～+5V的信号;当Vcc=5V,R1=R2,而R3开始时,可将-5V～+5V信号转换为0～+5V的信号,改变R1,R2和R3之间的比例关系,可以允许Vi输入不同范围的双极性信号。
3.4.2单片机内部的信号变换
微机检测模拟信号时,采集到的是经过传感器变换并由A/D转换器转换成的二进制信号,并不是被测的物理信号本身,因而必须把采集到的二进制信号进行标度变换,才能进行控制或输出（例如显示、打印等）。
设传感器输出信号X和被测物理量Y之间关系如图3-5所示Ym为被测物理量的最大值 ,A/D转换器输入信号范围为0～Xm,对应的输出数字信号范围为0～Nm,则可推导出A/D转换结果N与实际物理量y之间的标度变换表达式。

y
x
y
x
x0
ym
xm

图3-5
根据图3-5可知
，由此可得 （3-4）
忽略A/D转换器的非线性因素,则输出结果N与X之间有如下关系：
，即 （3-5）
将式（5）代入式（4）
（3-6）
式中
式（3-6）描述了被测物理量y与A/D转换结果X之间的数学关系,为被测物理量的显示、打印提供了标度变换依据。

Qi
LED
FU
BCR
C
R1
R2
+9V
AC 220V
L
N
RL
1/7 2003A
3.5输出电路

图3-6输出电路
输出电路是指接于图3-3中74HC373各Qi端的电路。图3-6为使用双向可控硅BCR的输出电路。由于74HC373的输出电流远小于BCR所需的触发电流，故加入外围驱动电路ULN2003A的一个单元。其输入端所接的LED用于指示电路状态, 使用高亮度Ф3红LED，当Qi为高电平+5V时LED能正常发光，实测电流为0.8mA多，足以使2003A输出端饱和而吸收近30mA的触发BCR的电流。图3-4中产生触发电流的+9V电源来自+5V稳压电源的未稳压端，以减轻稳压块的负担。图中RL为电磁阀的线圈，用以控制水泵电机的接触器线圈。
3.6调试结果
模拟信号是一种不仅再时间上连续、数值上也连续的物理量；数字波形是逻辑电平对时间的图形表示。在数字电路中用数字0、1的编码来表示一个模拟量，这里的编码所指的是数字0、1的字符串。

图3-7模拟信号与数字信号的比较
主程序框图：

开始
测速
FLAG=1
转速为0？
FLAG=0，根据非同步采集设置产生AD触发脉冲
转速为0？
选择内部AD出发脉冲
设定I/O口
开AD中断采集波形
关AD中断
结束
选择外部AD出发脉冲
等待零位脉冲
Y
Y
N
N

图3-8主程序框图下面通过图15的图示来了解用数字表示模拟信号的过程：
图3-9模拟信号的数字表示图
（a）模拟信号的三个取样点的数字表示。（b）3V模拟电压转换为以0、1表示的数字电压。
取其中Ａ、Ｂ、Ｃ３个取样点。以Ｂ点为例，该点的模拟电压为3V，将其送入一个模数转换器后可得到以数字０、１表示的数字电压。

图3-10歌曲的波形图

经过系统处理后得到的数字信号：

图3-11理论上可以得到的结果 图3-12仿真得到的结果
Q3、Q4分别接到输出口的电路上，以控制喷泉中不同组的喷泉水泵。这样就实现了喷泉的花型变化。
图3-1是理论上可以得到的时序图，图3-12是仿真所得到的时序图。

图3-13 Q3、Q4端输出情况
图