【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 源。 大功率三極管 選用 TIP122 型號(hào)，它是 應(yīng)用范圍 廣、 功率小 、 頻率低 的 達(dá)林頓 ， NPN 極性 型，特征頻率 :1000（ MHz），集電極允許電流 :8（ A），集電極最大允許耗散功率 :48（ W） 。 其性能滿(mǎn)足本設(shè)計(jì)要求 ，同時(shí)可以通過(guò) 功率 管的不同容量來(lái)滿(mǎn)足不同的應(yīng)用要求。采用常用的大功率電阻作為采樣電阻，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 6 所示： 圖 6 恒流電路 6 單片機(jī)模塊 AT89S52 芯片介紹 單片機(jī)是大規(guī)模集成電路結(jié)束發(fā)展的產(chǎn)物，常見(jiàn)的單片機(jī)有 8051 系列的單片機(jī)、 8096 系列的單片機(jī)、 PIC 系列 、 AVR 系列、 SPCE061A 的凌陽(yáng)單片機(jī)。他將中央處理器 (CPU)、存儲(chǔ)器（ ROM/RAM） 、輸入輸出接口、定時(shí)器 /記數(shù)器等主要計(jì)算機(jī)部件集成在一片芯片上，因此單片機(jī)被稱(chēng)為單片機(jī)微型計(jì)算機(jī) (Single Chip Microputer).單片機(jī)配上適當(dāng)?shù)耐鈬O(shè)備和軟件，便可構(gòu)成一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。本次設(shè)計(jì)對(duì)單片機(jī)的要求：只要能夠方便地?cái)U(kuò)展顯示器、鍵盤(pán)、 A/D 轉(zhuǎn)換器、D/A 轉(zhuǎn)換器等外設(shè)即可，其他并無(wú)特殊要求。故選擇常見(jiàn)的美國(guó) Inter 公司生產(chǎn)的MCS51 系列單片機(jī)，它具有可高性高、功能強(qiáng)、體積小、價(jià) 格低、和抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國(guó)防、科研及日常生活等各個(gè)領(lǐng)域。而且本組同學(xué)也比較熟悉。 我們選擇的 ATMEL公司 的 AT89S52單片機(jī)，他 是 一種低功耗、高性能 CMOS8位微控制器，具有 8K ISP（在系統(tǒng)可編程 ） Flash 存儲(chǔ)器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89S52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提 供高靈活、超有效的解決方案。 AT89S52 管腳如圖 7 所示： AT89S52 具有如下特點(diǎn)： ? 兼容 MCS51 指令系統(tǒng) ? 32 個(gè)雙向 I/O 口 ? 3 個(gè) 16 位可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器 ? 全雙工 UART 串行中斷口線 ? 2 個(gè)外部中斷源 ? 中斷喚醒省電模式 ? 看門(mén)狗（ WDT）電路 ? 靈活的 ISP 字節(jié)和分頁(yè)編程 ? ? 時(shí)鐘頻率 033MHz ? 256 8bit 內(nèi)部 RAM 圖 7 AT89S52 引腳 7 ? 低功耗空閑和省電模式 ? 3 級(jí)加密位 ? 軟件設(shè)置空閑和省電功能 ? 雙數(shù)據(jù)寄存器指針 ? 8k可反復(fù)擦寫(xiě) (1000 次 )ISP Flash ROM AT89S52 主要引腳的主要功能： VCC： 接 +5V電源 。 GND：接地 。 P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏極開(kāi)路雙向 I/O 口， 作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè)TTL 邏輯電平。對(duì) P0 端口寫(xiě)“ 1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P0 口也被作為低 8 位地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下， P0 口具有內(nèi)部上拉電阻。在 flash編程時(shí)， P0 口也用來(lái)接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。 P1 口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口 輸出 緩沖 器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL邏輯電平。對(duì) P1 端口寫(xiě)“ 1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。此外， 和 分別作定時(shí)器 /記數(shù)器 2 的外部記數(shù)輸入()和定時(shí)器 /記數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入 (),具體如下表 1 所示。 在 flash編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口接收低 8 位地址字節(jié)。 表 1 各端口引腳與復(fù)用功能表 引腳號(hào) 第二功能 T2(定時(shí)器 /記數(shù)器 T2 的外部記數(shù)輸入 )，時(shí)鐘輸入 T2EX(定 時(shí)器 /記數(shù)器 T2 的捕捉 /重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制 ) MOSI(在系統(tǒng)編程用 ) MISO(在系統(tǒng)編程用 ) SCK(在系統(tǒng)編程用 ) P2 口： P2 口 是一個(gè)具有 內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL邏輯電平。對(duì) P2 口寫(xiě)“ 1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或用 16 位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (例如 MOVX @DPTR)時(shí)， P2 口送出高八位地址。在這 種應(yīng)用中， P2 口 P2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。在使用 8 位地址（如 MOVX @RI）訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， 8 P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。在 flash編程和校驗(yàn)時(shí)， P2 口也接收高 8 位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。 P3 口： P3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P3 端口寫(xiě)“ 1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 P3 口亦作為 AT89S52 特殊功能（第二功能）使 用，如下表 2 所示。 在 flash編程和校驗(yàn)時(shí)， P3 口也接收一些控制信號(hào)。 表 2 各端口引腳與復(fù)用功能表 端口引腳 復(fù)用功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） INT0 （外部中斷 0） INT1 （外部中斷 1） T0（記時(shí)器 0 外部輸入） T1（記時(shí)器 1 外部輸入） WR （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選 通） RD （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） RST： 復(fù)位輸入。晶振工作時(shí)， RST 腳持續(xù) 2 個(gè)機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位?？撮T(mén)狗計(jì)時(shí)完成后， RST 腳輸出 96 個(gè)晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR(地址 8EH)上的 DISRTO 位可以使此功能無(wú)效。 DISRTO 默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。 ALE/ PROG ： 地址鎖存控制信號(hào)（ ALE）是訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，鎖存低8 位地址的輸出脈沖。在 flash編程時(shí)，此引腳（ PROG ）也用作編程輸入脈沖。在一般情況下， ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來(lái)作為外部定時(shí)器或時(shí)鐘使用。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， ALE 脈沖將會(huì)跳過(guò)。如果需要，通過(guò)將地址為 8EH 的 SFR 的第 0 位置 “ 1”， ALE 操作將無(wú)效。這一位置 “ 1”， ALE 僅在執(zhí)行 MOVX 或 MOVC 指令時(shí)有效。否則， ALE 將被微弱拉高。這個(gè) ALE 使能標(biāo)志位（地址為 8EH 的 SFR 的第 0 位）的設(shè)置對(duì)微控制器處于外部執(zhí)行模式下無(wú)效。 PSEM ： 外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。 當(dāng) AT89S52 從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行外部代碼時(shí)， PSEM 在每個(gè)機(jī)器周期被激 9 活兩次，而在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， PSEM 將不被激活。 EA /VPP： 訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。為使能從 0000H 到 FFFFH 的外部程序存儲(chǔ)器讀取指令， EA 必須接 GND。 為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令， EA 應(yīng)該 接 VCC。 在 flash編程期間， EA 也接收 12 伏 VPP 電壓 XTAL1： 振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。 XTAL2： 振蕩器反相放大器的輸出端。 AT89S52 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(pán)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 AT89S52單片機(jī) 、振蕩電路、復(fù)位電路等。電路如下圖 8 所示： P 1. 01P 1. 12P 1. 23P 1. 34P 1. 45P 1. 56P 1. 67P 1. 78R S T9P 3. 0/ R X D10P 3. 1/ T X D11P 3. 2/ IN T 012P 3. 3/ IN T 113P 3. 4/ T 014P 3. 5/ T 115P 3. 6/ W R16P 3. 0/ R D17X T A L 218X T A L 119GND20P 2. 021P 2. 122P 2. 223P 2. 324P 2. 425P 2. 526P 2. 627P 2. 728P S E N29A L E /P R O G30E A /V P P31P 0. 732P 0. 633P 0. 534P 0. 435P 0. 336P 0. 237P 0. 138P 0. 039V C C40U3A T 89 S 52ke yAke yBke yCke yDl c dr sl c de nD7D6D5D4D3D2D1D0a d c sa d s c l ka d ou tda s yn cda s c l kda di ns d as c lke yd aV C CY111 .0 59 2M H ZC330pC430pC510uR2220R11kS1S W P BV C C 圖 8 單片機(jī)控制電路 (1) AT89S52 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(pán)輸入， 、 用于鍵盤(pán)控制是能端。而 P3 口主要用于中斷。 10 (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(zhuān)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。 鍵盤(pán)模塊 鍵盤(pán)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(pán)為 4 4 的矩陣鍵盤(pán)，用 MM74C922 芯片進(jìn)行識(shí)別按鍵后送 AT89S52 的并行口 P2， ～ 作為鍵盤(pán)輸入口。傳統(tǒng)的 4 4 矩陣鍵盤(pán)識(shí)別處理程序的編寫(xiě)相對(duì)煩瑣。所以采用 MM74C922 芯片來(lái)將 4 4 矩陣鍵盤(pán)的鍵值轉(zhuǎn)換成 4 位二進(jìn)制碼以簡(jiǎn)化程序的編寫(xiě)。 MM74C922 MM74C922是一款集成了鍵盤(pán)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(pán)掃描，亦可用外部振蕩器使鍵盤(pán)操作與其他處理同步，通過(guò)外接電容避免開(kāi)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(pán)矩陣的 4 位編 碼 ，可由微處理器讀出 。 其引腳圖如圖 9 所示 ： 圖 9 MM74C922 鍵盤(pán)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 10所 11 示，從鍵盤(pán)的左下角開(kāi)始，依次編碼為 0、 2?? E、 F。我們將 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(mén)，再與單片機(jī)的 INT0 引腳相連。 O U T 117