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静态电流大致为MC1741的五分之一（对每个放大器而言），共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性，输出电压范围也包括负电源电压。其特点为： （1）短路保护输出 （2）真差动输入级
（3）单电源工作，3.0V~~32V （4）低输入偏置电流，最大100nA[LM324A] （5）每一个封装四个放大器 （6）内部补偿 （7）共模范围扩展到负电源 （8）行业标准引脚输出 （9）在输入端的静电放电位增加可靠性而不影响器件的工作
表3-2 LM324的最大额定值
额定值
符号
LM324, LM324A
电源电压 单电压 分离电压 输入差动电压范围 输入共模电压范围 输出短路持续时间 结温 保存温度范围 工作环境温度范围
Vidr Vicr Tsc Tj Tstg TA
±32 -0.3至32
±26 -0.3至26
Vdc Vdc ℃ ℃ ℃
VCC VCC,VEE
32 ±16
LM2902 LM2902V 26 ±13
Vdc 单位
连续 150 -65~+150 -25~+85 0~70
-40~+105 -40~+125
3.5 A/D转换器ADC0809
ADC0809是4位双积分A/D转换芯片,可以转换输出±20000个数字量,有STB选通控制的BCD码输出,与微机接口十分方便.ADC0809具有精度高(相当于14位A/D转换),价格低的优点.其转换速度与时钟频率相关,每个
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转换周期均有:自校准(调零),正向积分(被测模拟电压积分),反向积分(基准电压积分)和过零检测四个阶段组成,其中自校准时间为10001个脉冲,正向积分时间为10000个脉冲,反向积分直至电压到零为止(最大不超过20001个脉冲).ADC0809为DIP28封装,芯片引脚排列如图3-7所示，主要参数如表3-3所示：
图3-7 芯片ADC0809引脚图
电源电压
V+ V-
模拟输入电压
参考输入电压
时钟输入电压
表3-3 ADC0809的主要参数 +6V 温度范围 -9V V+ to V- V+ to V- GND to V+
热电阻
PDIP封装
最大结温 最高储存温度范围 --
150℃ -65~~150
qJA
0~70℃ 55
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4 系统硬件结构设计与仿真
硬件电路的设计主要包括单片机系统及显示电路、信号采集、信号放大、比较电路及信号转换电路五部分。单片机采用AT89S52或其兼容系列。采用12MHz高精度的晶振，以获得较稳定时钟频率，减小测量误差。单片机用P1.0端口输出超声波换能器所需的40kHz的方波信号，利用外中断0口监测由传感器OPT101信号采集电路输出的信号。显示电路采用简单实用的四位LED数码管，信号用OP07放大，比较电流用LM324N。仿真主要包括放大电路与-5V电源电路与比较电路。
4.1 单片机最小系统
AT89S52是片内有EPROM的单片机。因此，用这种芯片构成的最小系统简单、可靠。用AT89S52单片机构成最小应用系统时，只要将单片机接上时钟电路和复位电路以及扩展的简单I/O口即可，如图4-1所示。由于受集成度、片内功能的限制，最小应用系统只能用作一些小型的控制单元。其应用特点为：
有可供用户使用的较多的I/O口线。由于不需要扩展外部存储器，EA应接高电平，P0、P1、P2、P3均作为用户I/O口使用。
内部存储器容量有限。
应用系统开发具有特殊性。如AT89S52的应用软件须依靠半导体厂家用半导体掩膜技术置入，故AT89S52应用系统一般用作大批量生产的应用系统。另外，P0、P2口的应用与开发环境差别较大。
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图4-1 单片机最小系统原理图
4.2 信号采集电路
信号采集电路如图4-2所示。D1与Vb组成光电传感器。因光电传感器输出的点脉冲信号时非常微弱的信号，而且频率很低（如脉搏50次/分钟为0.78Hz，200次/分钟为3.33Hz），并且还伴有各种噪声干扰，故该信号要经过R3、C1低通滤波，去除高频干扰。当传感器检测到较强的干扰光线时，其输出端的直流电压信号会有很大变化。
图4-2 信号采集电路
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4.3 信号放大电路与仿真
4.3.1 信号放大电路与仿真
如图4-3所示，R5与R1、R2、R3的电阻和之比为放大器的放大倍数，经过计算所得改放大器的理论值为200倍，但由于11号接口上-5V供压不足再加上材料限制和人为的因素，该放大倍数只有20倍左右。 图中C2为耦合电容，作用为隔直流通交流，之所以使用10u的电容，是为了让所有的信号通过。C3同C2一样。信号放大电路仿真图如图4-4所示。
图 4-3 信号放大电路
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