4.3模数转换电路
本设计所用A/D模数转换[16]电路采用通用的ADC0809[17]模拟/数字转换芯片，它是一种8位数字输出的逐次逼近式A/D转换期间，转换时间约为100μs。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。三态输出锁存器用于锁存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。它的主要性能有： （1）8位逐次逼近型A/D转换器，所有引脚的逻辑电平与TTL兼容。
（2）带锁存功能的8路模拟量转换开关，可对8路0~5V模拟量进行分时转换。 （3）输出具有三态锁存/缓冲功能。 （4）分辨率：8位。 （5）转换时间：100μs。 （6）不可调误差：±1LSB。 （7）功耗：15mW。
（8）工作电压：+5V，参考电压标准值+5V。
（9）片内无时钟，一般需外加640KHz以下且不低于100kHz的时钟信号。 4.31 ADC0809应用说明
（1）ADC0809内部带有输出锁存器，可以与AT89C51单片机直接相连。 （2）初始化时，使ST和OE信号全为低电平。 （3）将要转换通道的地址送到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）根据EOC信号来判断转换是否完毕。
（6）当EOC变为高电平时，令OE为高电平，这样转换的数据就输出给单片机了。
4.32 ADC0809各引脚功能
（1）IN0~IN7：8路模拟量输入端。 （2）2-1~2-8：8位数字量输出端。
（3）ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路。 （4）ALE：地址锁存允许信号，输入、高电平有效。 （5）START：A/D转换启动信号，输入高电平有效。
（6）EOC：A/D转换结束信号。当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。
（7）OE：数据输出允许信号，输入高电平有效。当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。
（8）CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640kHz。 （9）REF(+)、REF（-）：基准电压。 (10)??????：+5V电源。 （11）GND：地。 4.33ADC0809的工作原理
P1.4与写信号WR相或非，构成ADC0809的启动转换新号（START）和锁存信号（ALE），锁存信号首先首先将地址ADD-A,ADD-B,ADD-C锁存，选中8路模拟信号输入通道中的某一路，然后启动信号将A/D转换器的逐次逼近寄存器复位并开始转换，转换时ADC0809的EOC（转换结束信号）脚为低电平，转换结束后，EOC信号为高电平，EOC的引脚与单片机的P1.6相连，当检测到P1.6脚高电平后，单片机发出读信号RD，与译码器输出信号相或非，使ADC0809的OE（输出允许）信号有效，转换后的数据就通过数据线送入单片机内，ADC0809的时钟CLK由单片机的ALE（地址锁存允许）用74LS74（D触发器）而分频后取得。 ADC0809的数据线D0~D7直接与单片机总线相连，模拟信号通道地址A、B、C由74LS373（三态输出锁存器）的Q0、Q1、Q2提供，时钟CLK由单片机的ALE二分频后取得，用74LS74（D触发器）把时钟二分频，START和ALE，OE分别与单片机的WR、RD相连，这种安排主要是为了满足ADC0809的信号电平与时序的要求。
4.34使用A/D转换器注意的问题
首先，当模入通道不全部使用时，应将不适用的通道就近对地短接，不要使其悬空，以避免造成通道间串扰和损坏通道。
其次，为保证安全及采集精度，应确保系统地线（计算机及外接仪器机壳）接地
良好。特别是使用双端输入方式时，为防止外接较大的共模干扰，应注意对信号线进行屏蔽处理。
最后，为了提高抗干扰能力，尽可能选择单端输入方式。单端输入方式各路输入信号共用一个参考电位，即各路输入信号共地，这是最常用的接线方式。使用单端输入方式时，地线比较稳定，抗干扰能力较强。而双端输入方式的各路输入信号各自使用自己的参考电位，即各路输入信号不共地。如果输入信号来自不同的信号源，而这些信号源的参考电位（地线）略有差异，可考虑使用这种接线方式。使用双端输入方式时，输入信号易受干扰。
测量电路输出的模拟信号经过A/D转换后，变成数字量，然后输入到单片机内，这样安排是因为单片机只能识别数字量，只有转换成数字量后单片机才能按照事先编写的程序对测得的值进行分析和处理。
4.4压力传感器与ADC之间运算放大电路
4.41 压力传感器的选定
该控制系统选用CYG115型高压力传感器[18]来采集水管内水的压力值，CYG115型高压力传感器的技术指标为： （1） 压力范围：-100kPa~100MPa。
（2） 工作温度：（传感器）-40~+120℃，（变送器）-25~+85℃ （3） 过载能力：≥200%FS或最大120MPa。
（4） 用途：适用于强碱性之外的所有介质的压力测量。 （5） 特点：动静态压力均可测量，有较优良的动态特性。 4.42运算放大电路
当采集模拟量时，一般的过程是：传感器→信号调理→ADC→MCU。信号调理部分在这一环节中起着至关重要的作用，他必须承担电流、电压转换，信号滤波和抑制噪声信号以利于后续控制器进行A/D转换和控制，同时必须具有低温漂和低电压偏移。
由于CYG115输出的电流较低，且线性度不好，因此需要选用精密运算放大器来对其输出的电流进行放大，对于精密运算放大器本系统拟选用OP07，OP07的技术特点为：
（1） 低的输入噪声电压幅度：0.35μVP（0.1~10Hz）。 （2） 基地的输入失调电压：10μV。 （3） 极低的输入失调电压温漂：0.2μV （4） 低的输入偏置电流：±1nA。 （5） 高的共模抑制比：126dB。 （6） 宽的共模输入电压范围：±14V。 （7） 宽的电源电压范围：±3~±22V。
4.5 D/A输出电路
为了防止外界的干扰，D/A输出采用光耦隔离式，并采用LM358[19]双运放组成D/A输出及驱动电路。
P2.7定时输出占空比与频率相对应的PWM调制信号，通过二级运算放大器后，在LM358的第一引脚输出与频率相对应的电压信号。在输出端调节电位器可以调整输出电压的大小，两放大器之间的RC电路起到滤波的作用。
4.6变频器的应用
随着科学技术的进步以及大规模集成电路和微机技术的迅速发展，交流电机变频调速技术已经日趋完善，变频调速器用于交流异步电动机调速，其性能超过以往任何一种交流调速方式[20]。单片机变频调速恒压供水系统，就是微机技术和变频调速技术最典型的应用，近几年在我国逐渐盛行起来，它具有节能、安全、保护设备、自动化程度高、供水压力稳定、造价低等优点，且非常适用于高层建筑、住宅小区锅炉的自动供水需要，同时安装调试方便，功能全面，可靠性高，抗干扰能力强。[21]
通过耗电比较，发现采用变频器的恒压控制系统比采用回流的恒压控制系统节能53%左右，电源频率下降40%，水泵出口压力降低57%。由于电机转速的普遍下降，电机和水泵的运行状况明显改善，延长了使用寿命，降低了设备的维修费用。同时，由于变频器启动和调速平稳，减少了对电网的冲击。
该控制系统的水泵电机全部实行软启动，以先启先停为原则。启动方式：为避免启动时的冲击电流，电机采用变频启动方式，从变频器的输出端得到逐渐上升的
频率和电压。 4.61 变频调速原理
交流异步电动机的转速表达式为： N=60f（1-s）/P（1） 式中 N—异步电动机转速； F—电源频率；
S—为电动机转差率； P—电动机定子绕阻极对数。
水泵生产时，P、S已经确定，异步电动机的转速随着频率增大而增加，随电源频率的减小而降低。交流变频器正式通过均匀地改变输入异步电动机定子的供电频率，来调节电动机的转速的。又根据水泵的比例定律，设水泵的流量为Q，扬程为H，功率为P，有以下关系式：
Q/??1=N/??1，H/??1=( N/??1)2，P/??1=(N/??1)3（2） 式中：
??1—改变后的水泵转速；??1—改变后的水泵流量； ??1—改变后的水泵扬程；??1—改变后的水泵功率；
由式（2）可以看出，改变水泵的转速，可以改变扬程和流量等，从而满足供水要求。随着转速的降低，水泵消耗的功率与转速相比，是以立方根的方式下降的。 由式（1）可知，均匀地改变电动机定子绕组的电源频率f就可以平滑地改变电动机的转速。由式（2）可知，电动机转速变慢，轴功率相应减少，电动机输入功率也随之减少。可见，水泵变频调速的节能作用是显著的。 4.62 采用变频调速控制的优点[22] （1）压力、流量、水位等容易控制。 （2）由阀门关小引起的管阻损失可节约。 （3）便于和上位微机连接。
（4）容易实现反复多次的启动和停止。
（5）启动平稳，简化了启动设备，控制方便，系统组成简单，操作方便。 （6）系统运行成本低。 （7）安全可靠性高。