河南工业职业技术学院
热释电探测元件要求信号不断变化的特性。传感器的两个反向串联的热释电元件轮流感受到运动物体，所以人体的红外辐射以红外脉冲的形式不断改变热释电元件的温度，使之输出一串脉冲信号，若人体在传感器前不动则不会有输出，信号放大电路如图3-4所示：[1]
0.01UF0.01UF1UFDSG-2M-Vout++LM32410K10UFLM324PIS-209S0.01UF10K41M1M47K47UF10K1M 图3-4 热释红外传感器放大电路
3.3 A/D转换电路的设计 3.3.1 A/D转换器的选型 [8]
1.转换时间的选择
转换速度是指完成一次A/D转换所需时间的倒数，是一个很重要的指标。A/D转换器型号不同，转换速度差别很大。通常，8位逐次比较式ADC的转换时间为100us左右。由于本系统的控制时间允许，可选8位逐次比较式A/D转换器。
2.ADC位数的选择
A/D转换器的位数决定着信号采集的精度和分辨率。要求精度为0.5%。对于该8个通道的输入信号，8位A/D转换器，其精度为
2?8?0.39% (4-1)
输入为0～5V时，分辨率为
vFs5??0.0196V (4-2) N82?12?1vFs—A/D转换器的满量程值 N—ADC的二进制位数 量化误差为
Q?vFs5??0.0098V (4-3) N8(2?1)?2(2?1)?2ADC0809是TI公司生产的8位逐次逼近式模数转换器，包括一个8位的逼近型的ADC部分，并提供一个8通道的模拟多路开关和联合寻址逻辑，为模拟通道的设计提供了很大的方便。用它可直接将8个单端模拟信号输入，分时进行A/D转换，在多点巡回监测、过程控制等领域中使用非常广泛,所以本设计中选用该芯片作为A/D转换电路的核心。 3.3.2 ADC0809内部功能与引脚介绍[16]
１３
河南工业职业技术学院
1.A/D转换的一般步骤
把连续变化量变成离散量的过程称为量化，也可理解为信号的采样。把以一定时间间隔T逐点采集连续的模拟信号，并保持一个时间t，使被采集的信号变成时间上离散、幅值等于采样时刻该信号瞬时值的一组方波序列信号，即采样信号。
采样-保持为了能不失真的恢复原模拟信号，采样频率应不小于输入模拟信号的频谱中最高频率的两倍，这就是采样定理，即
Fs>2Fimax
（1）由于A/D转换需要一定的时间，所以在每次采样结束后，应保持采样电压在一段时间内不变，直到下一次采样的开始。实际中采样-保持是做成一个电路。
（2）量化与编码 模拟信号经采样-保持电路后，得到了连续模拟信号的样值脉冲，他们是连续模拟信号在给定时刻上的瞬时值，并不是数字信号。还要把每个样值脉冲转换成与它幅值成正比的数字量。以上为A/D转换的一般步骤，在本电路中由ADC0809芯片完成
2.ADC0809内部结构及主要性能
ADC0809八位逐次逼近式A／D转换器是一种单片CMOS器件，包括8位模拟转换器、8通道转换开关和与微处理器兼容的控制逻辑。8路转换开关能直接连通8个单端模拟信号中的任何一个。其内部结构如图2-6所示。
START610CLOCKIN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7262728123458路模拟开关控制电路VinVst比较器SAR三态输出锁存器212_1202_2192_3182_482_5152_6142_7172_87EOC树状开关ADDAADDBADDCALE25242322地址锁存与译码器256电阻阶梯9OE11VCC13GND12VREF(+)16VREF(-)
图3-6 ADC0809内部结构图
ADC0809主要性能： （1）逐次比较型 （2）CMOS工艺制造 （3）单电源供电
（4）无需零点和满刻度调整
（5）具有三态锁存输出缓冲器，输出与TTL兼容
１４
河南工业职业技术学院
（6）易与各种微控制器接口
（7）具有锁存控制的8路模拟开关 （8）分辨率：8位 （9）功耗：15mW
（10）最大不可调误差小于±1LSB（最低有效位） （11）转换时间128微秒 （12）转换精度：0.4% ADC0809没有内部时钟，必须由外部提供，其范围为10～1280kHz。典型时钟频率为640kHz 3. 引脚排列及各引脚的功能，引脚排列如图3-7所示。
IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 START EOC D3 OE CLK Vcc REF(+) GND D1123456789101112131428272625242322212019181715 IN2 IN1 IN0 A B C ALE D7 D6 D5 D4图3-7 ADC0809引脚图
IN0～IN7：8个通道的模拟量输入端，可输入0～5V待转换的模拟电压。 D0～D7：8位转换结果输出端。三态输出，D7是最高位，D0是最低位。
A、B、C：通道选择端。当CBA=000时，IN0输入；当CBA=111时，IN7输入。
ALE：地址锁存信号输入端。该信号在上升沿处把ABC的状态锁存到内部的多路开关的地址锁
存器中，从而选通8路模拟信号中的某一路。
START：启动转换信号输入端。从START端输入一个正脉冲，其下降沿启动ADC0809开始转换。
脉冲宽度应不小于100～200ns。
EOC：转换结束信号输出端。启动A/D转换时它自动变为低电平。 OE：输出允许端。
CLK：时钟输入端。ADC0809的典型时钟频率为640kHz，转换时间约为100μs。 REF(-)、REF(+)：参考电压输入端。ADC0809的参考电压为＋5V。 VCC、GND：供电电源端。ADC0809使用＋5V单一电源供电。
当ALE为高电平时，通道地址输入到地址锁存器中，下降沿将地址锁存，并译码。在START上升沿时，所有的内部寄存器清零，在下降沿时，开始进行A/D转换，此期间START应保持低电平。在START下降沿后10us左右，转换结束信号变为低电平，EOC为低电平时，表示正在转换，为高电平时，表示转换结束。OE为低电平时，D0～D7为高阻状态，OE为高电平时，允许转换结果输出。
3.3.3 A/D转换器与单片机接口电路的设计 ADC0809与8051单片机的硬件接口有3种形式，分别是查询方式、中断方式和延时等待方式，本设计中选用中断接口方式。由于ADC0809无片内时钟，时钟信号可由单片机的ALE信号经D触发器二分频后获得。ALE引脚得脉冲频率
１５
ADC0809 D016 REF(-) D2
河南工业职业技术学院
是8051时钟频率的1/6。该题目中单片机时钟频率采用6MHz, 二分频后为500Hz,符合ADC0809对频率的要求。由于ADC0809内部设通道基本地址为0000H～0007H。其对应关系如下表所示。有地址锁存器，所以通道地址由P0口的低3位直接与ADC0809的A、B、C相连。
表3-3 地址通道对应关系
输入通道 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 地址码 A B C 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 控制信号：将P2.7作为片选信号，在启动A/D转换时，由单片机的写信号和P2.7控制ADC的地址锁存和启动转换。由于ALE和START连在一起，因此ADC0809在锁存通道地址的同时也启动转换。在读取转换结果时，用单片机的读信号RD和P2.7引脚经或非门后，产生正脉冲作为OE信号，用一打开三态输出锁存器。其接口电路如图3-8所示。
8D 7D 6D 5D 4D 3D 2D 1D C OC18171413874311126IN_027IN_128IN_21IN_32IN_43IN_54IN_65IN_716REF(-)12REF(+)msb2_1 2_2 2_3 2_4 2_5 2_6 2_71sb2_8 EOC ADD_A ADD_B ADD_C ALEENABLE START CLOCK2120191881514177252423229610A7A6A5A4A3A2A1A0198Q167Q156Q125Q94Q63Q52Q21QA7A6A5A4A3A2A1A040A0A1A2A3A4A5A6A739383736353433323130174F042U6A 2 1294U4A 32827262524232221QQVCCR CK5S D6ADC0809U5B74F0274F02U5A4013VCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7EA/VPPALE/PROGPESNP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7 RST RXD TXDINT0INT1 T0 T1 WR RD XTAL2 XTAL1 GND 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20AT89S51图3-8 ADC0809与AT89S51单片机接口电路
１６
河南工业职业技术学院
3.4 语音报警电路的设计
3.4.1 语音录放电路的设计 ISD1420是美国ISD公司出品的新型单片优质语音录放电路，较之以往所有的语音电路，具有专利技术的模拟处理存储方式，使录放音质极佳，没有常见的的背景噪音，且电路断电后语音内容仍不丢失。电路内部由振荡器、语音存储单元、前置放大器、自动增益控制电路、抗干扰滤波器、输出放大器组成。一个最小的录放系统仅由一个麦克风、一个喇叭、两个按钮、一个电源、少数电阻电容组成。[10]
特性：
（1）使用简单的单片录放音电路 （2）高保真语音/音频处理
（3）开关接口放音可以是脉冲触发或电平触发 （4）录放周期为16和20秒 （5）自动功率节约模式
（6）当一个录音或放音周期结束后自动进入掉电状态 （7）掉电状态的典型电流为0.5uA （8）零功率存储
（9）不需要电池备份电路
（10）处理复杂信息可使用地址操作 （11）100年信息保存典型 （12）片上时钟
（13）不需要编程器和开发系统 （14）+5V供电
（15）提供裸片DIP SOIC封装
（16）提供工业级别温度型号（-40到85）
系统的语音录放电路如图3-9所示。电路中采用AT89S51作为CPU，用它的P1.0～P1.5与ISD1420相接。在设计电路时ISD1420的所有地址端、控制端必须可靠接高电平或低电平而不能悬空，否则可能出现停止播放的情况。话筒信号耦合电容与连接MICREF端到模拟地的电容要相同。要特别注意的是ISD1420芯片的SP+、SP-端一定不要直接接地，只能接扬声器或者悬空。外接功放器时，采用单端输出，另一端接10μF到地或悬空，否则ISD器件会损坏。
１７