【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 采樣電阻，輸出電流波動(dòng)比較大，而康錳銅絲是一種溫度特性佳的阻性元件，選其作為取樣電阻，其兩端電壓正比于流過(guò)的電流，因此該電壓的反饋就是負(fù)載電流的反饋。其原理如圖 2 所示： 圖 2 恒流電路 單片機(jī)模塊 AT89C52 硬件電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)系統(tǒng)是整個(gè)數(shù)控系統(tǒng)的核心部分，它主要用于鍵盤按鍵管理、數(shù)據(jù)處理、 實(shí)時(shí)采樣分析系統(tǒng)參數(shù)及對(duì)各部分反饋環(huán)節(jié)進(jìn)行整體調(diào)整。主要包括 AT89C52單片機(jī)、振蕩電路、復(fù)位電路等。電路如下圖 3 所示： 武漢理工大學(xué) 《 學(xué)科基礎(chǔ)課群課設(shè) 》 報(bào)告 11 圖 3 單片機(jī)控制電路 (1) AT89C52 單片機(jī)的 P0 口是個(gè)雙向口，可以作輸出輸入口，在本系統(tǒng)中用作顯示部分， P1 口也是個(gè)雙向口，主要接 A/D、 D/A 和 24C02C。 P2 口的 、 、 、 接鍵盤輸入， 、 用于鍵盤控制是能端。而 P3 口主要用于中斷。 (2) 復(fù)位電路 復(fù)位是單片機(jī)初始化操作。復(fù)位將單片機(jī)復(fù)到初始化狀態(tài)，目的是使 CPU 及個(gè)專用寄存器處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)。如前面介紹，在單片機(jī)的復(fù)位信號(hào) RST 上保持 2 個(gè)機(jī)器周期以上的高電平，單片機(jī)就會(huì)復(fù)位。本次設(shè)計(jì)采用的是手動(dòng)復(fù)位方式，利用按鍵閉合是單片機(jī)復(fù)位端上保持接通高電平狀態(tài)兩個(gè)機(jī)器周期以上。 (3) 振蕩電路 該電路是由內(nèi)部反相放大器通過(guò)引腳 XTAL1 和引腳 XTAL2 與外接的晶體以及電容 C3 和 C4 構(gòu)成，產(chǎn)生出晶體振蕩信。此晶振信號(hào)接至內(nèi)部的時(shí)鐘電路。圖中的晶振頻率為 ，外接晶體時(shí)，電容 C3 和 C4 通常選 30pF。雖然對(duì)外接電容沒(méi)有嚴(yán)格要求，但電容的大小會(huì)影響振蕩 頻率、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的速度。振蕩器的這些特性對(duì)彈片機(jī)的應(yīng)用影響很大，因此在設(shè)計(jì)印刷電路板時(shí)，應(yīng)使晶體和電容盡可能與單片機(jī)靠近，以保證穩(wěn)定可靠。 武漢理工大學(xué) 《 學(xué)科基礎(chǔ)課群課設(shè) 》 報(bào)告 12 鍵盤模塊 鍵盤的作用是對(duì)單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)中要求能使電流進(jìn)行“ +”，“ ”及電流值的設(shè)定，所以采用鍵盤為 4 4 的矩陣鍵盤，用 MM74C922 芯片進(jìn)行識(shí)別按鍵后送 AT89C52 的并行口 P2， ～ 作為鍵盤輸入口。傳統(tǒng)的 4 4 矩陣鍵盤識(shí)別處理程序的編寫相對(duì)煩瑣。所以采用 MM74C922 芯片來(lái)將 4 4 矩陣鍵盤的鍵值轉(zhuǎn)換成 4 位二進(jìn)制碼以簡(jiǎn)化程 序的編寫。 MM74C922 MM74C922 是一款集成了鍵盤防抖動(dòng)技術(shù)和按鍵檢測(cè)功能的 16 位按鍵的譯碼芯片。由 CMOS 工藝技術(shù)制造，工作電壓 315V，“二鍵鎖定”功能，編碼輸出為三態(tài)輸出，可直接與微處理器數(shù)據(jù)總線相連，內(nèi)部振蕩器能完成 4 4 矩陣鍵盤掃描，亦可用外部振蕩器使鍵盤操作與其他處理同步，通過(guò)外接電容避免開關(guān)發(fā)生前、后沿彈跳所需的延時(shí)。有按鍵按下時(shí)數(shù)據(jù)有效線變高，同時(shí)封鎖其他鍵，片內(nèi)鎖存器將保持鍵盤矩陣的 4 位編碼，可由微處理器讀出。其引腳圖如圖 4 所示： 圖 4 MM74C922 鍵盤電路 由 X1～ X4， Y1～ Y4 的連接方式，即可確定每一個(gè)按鍵的編碼。如圖 5 所示，從鍵盤的左下角開始，依次編碼為 0、 2?? E、 F。我將 A 作為設(shè)置鍵， B 作為恢復(fù)鍵， C 作為加法鍵， D 作為減法鍵， E 作為確認(rèn)鍵， F 作為取消鍵。再加上 0～9 剛好 16 個(gè)按鍵。通過(guò) DA 信號(hào)觸發(fā)中斷，由于有按鍵時(shí)， DA 為高電平，而單片機(jī)的中斷信號(hào)為低電平，故需在 DA 信號(hào)引腳上接上一個(gè)非門，再與單片機(jī)的 INT0引腳相連。 武漢理工大學(xué) 《 學(xué)科基礎(chǔ)課群課設(shè) 》 報(bào)告 13 圖 5 鍵盤電路 顯示模塊 1602LCD 顯示 液晶顯示器由于體積小、 質(zhì)量輕、功耗低等特點(diǎn)，已成為各種便攜式電子信息產(chǎn)品的理想顯示器。液晶顯示器通常可分為兩大類，一是點(diǎn)陣型，二是字符型。一般的字符型液晶只有兩行，面積較小，能顯示字符和一些很簡(jiǎn)單的圖形；而點(diǎn)陣型液晶通常面積較大，可以顯示圖形和更多的字符。為了方便設(shè)計(jì)，同時(shí)又能滿足設(shè)計(jì)的需要及盡可能降低設(shè)計(jì)成本。因此，我選擇 1602LCD 液晶顯示器。目前常用 16*1， 16*2， 20*2 和 40*2 行等的模塊。針對(duì)此設(shè)計(jì)，我選用 16*2 模塊。 1602 引腳功能說(shuō)明： 編號(hào) 符號(hào) 引腳說(shuō)明 編號(hào) 符號(hào) 引腳說(shuō)明 1 VSS 電源地 9 D2 數(shù)據(jù) 2 VDD 電源正極 10 D3 數(shù)據(jù) 3 VL 液晶顯示偏壓 11 D4 數(shù)據(jù) 4 RS 數(shù)據(jù) /命令選擇 12 D5 數(shù)據(jù) 5 R/W 讀 /寫選擇 13 D6 數(shù)據(jù) 6 E 使能信號(hào) 14 D7 數(shù)據(jù) 7 D0 數(shù)據(jù) 15 BLA 背光源正極 8 D1 數(shù)據(jù) 16 BLK 背光源負(fù)極 液晶顯示模塊是一個(gè)慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時(shí)要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符 。 LCD 顯示硬件電路 1602LCD 的讀寫控制引腳是第 5 引腳 R/W。在本次設(shè)計(jì)中，為了降低程序設(shè)計(jì)，我只用 LCD 作顯示器，在此只對(duì)其寫操作，所以設(shè)計(jì)時(shí)直接將 R/W 接地。其電路原理圖如圖 6 所示： 武漢理工大學(xué) 《 學(xué)科基礎(chǔ)課群課設(shè) 》 報(bào)告 14 圖 6 LCD 電路 A/D 模塊 芯片 MAX1241 MAX1241 是 MAXIM 公司推出的一種串行 A/D 轉(zhuǎn)換器，具有低功耗、高精度、高速度、體積小、接口簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。 MAX1241 是一種單通道 12 位逐次逼近型串行 A/D轉(zhuǎn)換器，功耗低，轉(zhuǎn)換速度快。它使用逐次逼近技術(shù)完成 A/D 轉(zhuǎn)換過(guò)程。最大非線性誤 差小于 1LSB，轉(zhuǎn)換時(shí)間 9181。s。采用三線式串行接口，內(nèi)置快速采樣 /保持電路。 MAX1241 內(nèi)部結(jié)構(gòu)（如圖 7）和管腳定義（如圖 8）： 圖 7 MAX1241 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 管腳 名稱 功能 參數(shù) 1 VDD 電源 輸入 +~+ 2 VIN 模擬電壓輸入 0~ REFV 3 SHDN 節(jié)電方式控制端 “ 0” —— 節(jié)電方式；“ 1” —— 工作 4 REF 參考電壓輸入端 ~VDD 武漢理工大學(xué) 《 學(xué)科基礎(chǔ)課群課設(shè) 》 報(bào)告 15 5 GND 電源地 6 DOUT 串行數(shù)據(jù)輸出 三態(tài) 7 CS 芯片 選通 “ 0” —— 選通；“ 1” —— 禁止 8 SCLK 串行輸出驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘輸入 頻率范圍： 0~ 圖 8 MAX1241 管腳定義 A/D 模塊電路 MAX1241 的 VDD 供電范圍為 ～ ，為減少來(lái)自電源的干擾，可在 VDD 引腳配置 F 和 F 的濾波電容。由于 MAX1241 內(nèi)部沒(méi)有參考電源提供，需外接參考電壓，只需將 Vref 接在 F 電解電容即可；特殊情況下，讓 SHDN 懸空，此時(shí)，即可在 REF 引腳輸入?yún)⒖茧妷?，其范圍?～ 引腳外接電解電容不宜選擇過(guò)大，電容越大， MAX1241 由待機(jī)模式到正常工作模式的喚醒時(shí)間將越長(zhǎng)。 MAX1241 的三根數(shù)據(jù)線，時(shí)鐘輸入端、片選控制端和數(shù)據(jù)輸出端分別由AT89C52 的 、 和 控制。 MAX1241 芯片內(nèi)部具有采樣 /保持電路，無(wú)需外部保持電容和采樣 /保持電路。 MAX1241的控制線 SCLK、 CS 、 DOUT可與 AT89C52的通用 I/O 口直接相連，無(wú)需任何接口變換， 模擬電壓經(jīng)前級(jí)放大至 0～ VREF 范圍后，由 AIN 引 腳輸入。其中 MAX1241，所用到的 + 基準(zhǔn)電壓，由 LM336 精密的 并聯(lián)的穩(wěn)壓二極管提供。其外圍電路如圖 9 所示： 圖 9 MAX1241 外圍電路 D/A 模塊 有前面的計(jì)算知，模擬量輸出通道我選用了 AD 公司的單通道 12 位電壓輸出D/A 轉(zhuǎn)換器，單電源工作，電壓范圍為 ～ ，時(shí)鐘頻率最高可達(dá) 30MHz。片內(nèi)高精度輸出放大器提供滿電源幅度輸出，其基準(zhǔn)來(lái)自電源輸入端，可以提供較大的動(dòng)態(tài)輸出范圍，它利用能與標(biāo)準(zhǔn)的接口標(biāo)準(zhǔn)兼容的 3 線串行接口與微處理器交換數(shù)據(jù)，接口簡(jiǎn)單。 工作過(guò)程中 ，將 SYNC 置為低電平時(shí)候啟動(dòng)寫序列，在這個(gè)階段， SYNC 線至少要保武漢理工大學(xué) 《 學(xué)科基礎(chǔ)課群課設(shè) 》 報(bào)告 16 持低電平一直到 SCLK 的第 16 個(gè)下降沿， DAC 在這第 16 個(gè)下降沿被更新，如果在這之前 SYNC 被拉為高電平，就意味著寫序列中斷，此時(shí)移位寄存器復(fù)位。來(lái)自 DIN線的數(shù)據(jù)在 SCLK 的下降沿隨時(shí)鐘送入 16 位移位寄存器，輸入移位寄存器的數(shù)據(jù)位數(shù)為 16 位寬，前兩位是無(wú)關(guān)位，接下來(lái) 2 為是控制位，決定控制器件處于哪種工作方式，最后 12 位是數(shù)據(jù)位，它們代表著 DA 轉(zhuǎn)換器即將輸出的電壓值。在第16 個(gè)時(shí)鐘下降沿，最后一位數(shù)據(jù)隨時(shí)鐘輸入并按照給定內(nèi)容執(zhí)行已編制好的功 能。其外圍電路如下圖 10 所示： 圖 10 AD5320 外圍電路 存儲(chǔ)模塊 本系統(tǒng)的外擴(kuò)存儲(chǔ)器主要是用來(lái)記憶用戶數(shù)據(jù)，因此容量不需要很大，一般的小型存儲(chǔ)器芯片就可以。然而從方便系統(tǒng)擴(kuò)展來(lái)和價(jià)格來(lái)考慮，我選用了 EEPROM— 24C02，它是采用 2? C 接口的一種常用 2Kbit（ 256 8bit）的存儲(chǔ)器。 芯片 24C02C 24C02C 是一種串行存儲(chǔ)器，其容量 2Kbit。 A0、 A1 和 A2 引腳用于多器件工作。將這些輸入引腳上的電平與從器件地址 中的相應(yīng)位作比較，如果比較結(jié)果為真，則該器件被選中。 SDA 串行數(shù)據(jù)引腳為雙向引腳，用于把地址和數(shù)據(jù)輸入 / 輸出器件。該引腳為漏極開路。因此， SDA 總線要求在該引腳與 VCC 之間接入上拉電阻。對(duì)于正常的數(shù)據(jù)傳輸，只允許在 SCL 為低電平期間改變 SDA 電平。而 SDA 電平在 SCL 高電平期間若發(fā)生變化，表明起始和停止條件產(chǎn)生。 WP 寫保護(hù)引腳必須連接到 VSS 或者 VCC。如果連接到 VSS， 寫操作使能。如果連接到 VCC，寫操作被禁止，但讀操作不受影響。 VCC 電源輸入引腳，標(biāo)稱條件下在 VCC 低于 時(shí)，則 VCC 閾值檢測(cè)電路會(huì)禁止內(nèi)部的擦寫邏輯。 存儲(chǔ)模塊電路 將 A0、 A A2 全部接地，即決定了該模塊的地址為 0xA0， 24C02C 的外圍電路如圖 11 所示： 武漢理工大學(xué) 《 學(xué)科基礎(chǔ)課群課設(shè) 》 報(bào)告 17 圖 11 24C02C 外圍電路 穩(wěn)壓電源模塊 本系統(tǒng)要求自制 5V，177。 12V 穩(wěn)壓電源，滿足對(duì)系統(tǒng)的供電。 對(duì)于 5V 電源，我們制作了使用 7805 芯片的穩(wěn)壓電源。電路主要包括 :整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路組成。整流電路采用四個(gè)二極管整流，經(jīng) 2200uf 電容使電流平緩后用 電容濾波，然后接至 7805，輸出是紋波較小的 5V 直流電壓。 電路圖如下所示： 圖六： 5V 電源制作圖 對(duì)于177。 12V 的穩(wěn)壓電源，類似的，本系統(tǒng)使用以 781 7915 為三端穩(wěn)壓器的電源。電源外接的是由 220— 12V 變壓器輸出的交流電壓。這里整流電路已省去。 武漢理工大學(xué) 《 學(xué)科基礎(chǔ)課群課設(shè) 》 報(bào)告 18 武漢理工大學(xué) 《 學(xué)科基礎(chǔ)課群課設(shè) 》 報(bào)告 19 第 四 章 軟件設(shè)計(jì) 編程語(yǔ)言描述 本設(shè)計(jì)我采用的是 C51，其編譯器是 Keil C51，它是德國(guó) Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機(jī) C 語(yǔ)言軟件開發(fā)系統(tǒng)。 Keil C51 軟件提供了豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具。 C51語(yǔ)言編程方法是： uvision4(Keil C51基于 Windows下的開發(fā)環(huán)境 )，創(chuàng)建一個(gè)項(xiàng)目文件，并從器件數(shù)據(jù)庫(kù)里選擇一款 CPU 芯片； ，在PC 上用文本編輯軟件編寫 C 語(yǔ)言源程序；利用 C51 編譯工具軟件對(duì)源程序進(jìn)行編譯，生成目標(biāo)文件 (.obj 文件 )；利用 C51 連接工具對(duì)目標(biāo)程序進(jìn)行連接定位，生成絕對(duì)程序，即可以裝載到開發(fā)裝置仿真運(yùn)行。在某些情況下，也可以將絕對(duì)程序轉(zhuǎn)化為十六進(jìn)制代碼程序 (.hex 文件 )。 系統(tǒng)軟件的功能模塊 根據(jù)本系統(tǒng)的實(shí)際及鍵盤設(shè)置要求，軟件設(shè)計(jì)可 分為以下 2 個(gè)功能模塊：主程序和中斷程序。 主程序設(shè)計(jì) 主程序主要完成的是一些初始化的設(shè)置（比如液晶顯示和鍵盤），和監(jiān)控程序。主程序流程圖如圖 12 所示。其中監(jiān)控程序流程圖如圖 13 所示： 圖 12 主程序流程圖 圖 13 監(jiān)控程序流程圖 中斷程序設(shè)計(jì) 中斷程序主要是對(duì)不同的按鍵做出不同的處理，其中斷流程圖如圖 14 所示：武漢理工大學(xué) 《 學(xué)科基礎(chǔ)課群課設(shè) 》 報(bào)告 20 圖