【文章內(nèi)容簡介】 里， 8位單片機(jī)由于功 能強(qiáng)大，廣泛的應(yīng)用于工業(yè)控制、智能接口、儀表儀器等各個領(lǐng)域。在中、小規(guī)模應(yīng)用場合， 8位單片機(jī)仍占主流地位，在單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。隨著移動通訊、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)等高科技產(chǎn)品進(jìn)入人們的生活，為了滿足需求， 32位單片機(jī)應(yīng)用也得到了長足發(fā)展。 經(jīng)思考本設(shè)計(jì)系統(tǒng)選用的是 AT89S52，此單片機(jī)性為 8位單片機(jī)，能強(qiáng)大，在價(jià)格，運(yùn)行速度，處理速度上都滿足需求。 顯示屏的選擇 （ 1）數(shù)碼管顯示 LED 數(shù)碼顯示管是一種由發(fā)光二極管組合顯示字符的顯示器件。它由 8 個LED 顯示管，其中 7 個用于顯示 字符， 1 個用來顯示小數(shù)點(diǎn)，稱為八段發(fā)光二極管數(shù)碼顯示器。 LED 數(shù)碼顯示分為動態(tài)掃描顯示法和靜態(tài)顯示。不管那種驅(qū)動顯示都需要占用許多 IO口。 （ 2）液晶顯示 LCD12864 液晶顯示屏是一種顯示功能比較強(qiáng)大的顯示屏。 LCD12864 液晶顯示屏是一種帶有中文字庫的屏，同時也是一種具有 4 位 /8 位并行、 2 線或 3 線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標(biāo)一級、二級簡體 中文字庫的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為 128 64, 內(nèi)置 8192 個 16*16 點(diǎn)漢字，和 128 個 16*8 8 點(diǎn) ASCII 字符集 .利用該模塊 靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面。可以顯示 8 4 行 16 16 點(diǎn) 陣的漢字 . 也可完成圖形顯示 .價(jià)格便宜同樣是該模塊的顯著特點(diǎn)。此模塊的顯示方案與其它模塊的顯示方案相比較，無論從硬件或者軟件上都要簡便的多，且此模塊的價(jià)格與其它相同類型的顯示屏都要低。 然而對于本設(shè)計(jì)的中有多路數(shù)據(jù)要顯示，且精度高，一般數(shù)碼管顯示不能滿足設(shè)計(jì)需求，且數(shù)碼管顯示功能低，不方便表達(dá)，達(dá)不到人機(jī)交換界面交換的作用，而液晶顯示，能經(jīng)過文字、數(shù)字，顯示方便且易懂。所以本設(shè)計(jì)采用 LCD12864作為顯示 界面。 按鍵的選擇 鍵盤是一種常見的輸入設(shè)備，用戶可以向計(jì)算機(jī)輸入數(shù)據(jù)或命令。根據(jù)案件的識別方法分類，有編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種。通過硬件識別的鍵盤稱編碼鍵盤；通過軟件識別的鍵盤成為非編碼鍵盤。非編碼鍵盤有兩種接口方法：一種是獨(dú)立按鍵接口；另一種是矩陣式按鍵接口。 1） 獨(dú)立按鍵接口 在單片機(jī)中，如果所需的按鍵較少，可采用獨(dú)立式鍵盤。每只按鍵接單片機(jī)的一條 I/O 線，通過對線的查詢，即可識別各按鍵的狀態(tài)。按鍵分別于單片機(jī)的 I/O 線上。無按鍵按下時，所接 I/O 線上均輸入高電平。當(dāng)某按鍵按下時，與其 相連的 I/O 線將得到低電平輸入。 2） 矩陣式按鍵接口 在單片機(jī)中需要的按鍵較多時，通常把鍵排成矩陣形式，這樣可以節(jié)省硬件資源。如對于 20 只按鍵接口，如采用按鍵獨(dú)立方式，需要 20 個 I/O 口。如采用矩陣式按鍵方式，則只需要 8 個 I/O 口。 綜上所述，在該系統(tǒng)中所用到的按鍵有多個，獨(dú)立式鍵盤滿足不了系統(tǒng)功能所需，所以采取矩陣式按鍵接口方式。 9 3 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 單片機(jī)系統(tǒng) 簡介 AT89S52 AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS 8 位 MCU，在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器為 8K 。 Atmel 公司采用高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，能與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。在單芯片上，可編程 Flash 可以靈巧的在系統(tǒng)上運(yùn)用，片上 Flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。使 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 具體結(jié)構(gòu)包括中央處理器 CPU、 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器、內(nèi)部程序存儲器、定時器 /計(jì)數(shù)器、并行 I/O 口、串行口、中斷控制電路、時鐘電路、位處理器和內(nèi)部總線。另外，單片機(jī)支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下， CPU 停止工作 ，允許 RAM、定時器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下， RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。它 一共有 40 個引腳， 其引腳圖，如圖 4所示 P101P112P123P134P145P156P167P178RESET9RXD10TXD11INT012INT113T014T115WR16RD17X218X119VSS20P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/PROG30P0732P0633P0534P0435P0336P0237P0138P0039VCC40EA/Vpp31AT89S52AT89S52P10P11P12P13P14P15P16P17P00P01P02P03P04P05P06P07P20P21P22P23P24P25P26P27P30P31P32P33P34P35P36P37VSSVCCX2X1RETPSEN 圖 4 AT89S52的引腳圖 引腳可分為四類。接入單片機(jī)的工作電源有四個電源引腳。工作電源又分主電源、備用電源和編程電源。兩個時鐘引腳 XTAL XTAL2連接時鐘電路。 P0口、 10 P1口、 P2口、 P3口的所有引腳構(gòu)成的單片機(jī)的輸入 /輸出（ I\O）引腳。最后一種是控制引腳，控制引腳有四條， RST引腳連接復(fù)位電路。 單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖 單片機(jī)最小系統(tǒng)主要包括振蕩電路、復(fù)位電路、下載接口以及電源部分設(shè)計(jì)。 （ 1）振蕩電路 單片機(jī) XTAL XTAL2這兩引腳連接振蕩電路，振蕩電路是由兩電容 C C4以及一個晶振頻率為 12MHz的石英晶體構(gòu)成。此電路所形成的振蕩脈沖頻率為12MHz，時鐘周期為 1us。 （ 2）復(fù)位電路 單片機(jī)的 RST引腳連接復(fù)位電路，此系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)位電路為按鍵電平復(fù)位。復(fù)位電路由按鈕 S 22uF電容 C3以及 200歐姆 R4和 1000歐姆 R6構(gòu)成。當(dāng)復(fù)位按鈕按下， RST引腳電平變化，單片機(jī)進(jìn)行復(fù) 位操作。 （ 3）下載電路 下載接口為單片機(jī)下載程序所用，下載接口單片機(jī)的 、 、 RST引腳。 （ 4） 電源電路 變壓器是將交流電網(wǎng) 220V 的電壓變?yōu)?設(shè)計(jì)者需要 的電壓。 然后 過 二極管電路 之后， 產(chǎn)生的 電流 方向單一， 但電流還是不斷變化 。 電流到了這一步還需要進(jìn)一步處理， 將交流電變成脈動的直流電壓 的整流電路是不可缺少的 。 得到的 脈動的直流電壓還 是具有 含有紋波， 所以我們再設(shè)計(jì)了 濾波電路，從而得到 我們所需平滑 的直流電壓。濾波就是把整流器輸出電壓中的波動成分盡可能地減小，接近穩(wěn)恒的直流電。但 這樣的 電壓還隨電網(wǎng)電 壓波動 ， 因而在整流、濾波電路之后還需要接 非常重要的 穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是 防止 電壓波動 ， 維持輸出直流電壓穩(wěn)定。 220V 交流電通過變壓器變?yōu)?12V 的交流電， 12V交流電通過四個二極管的全橋整流后變?yōu)?12V 直流電，然后經(jīng)過電解電容（ 470μ F）進(jìn)行一級濾波，以去除直流電里面的雜波，防止干擾。 12V 直流電出來后再經(jīng)過三端穩(wěn)壓器 LM7812穩(wěn)壓成為穩(wěn)定的 12V 電源，再經(jīng)過三端穩(wěn)壓器 LM7805 穩(wěn)壓成為穩(wěn)定的 5V電源，其中 7805 的 Vin 腳是輸入腳，接 12V直流電源正極， GND 是接地腳，接 5V直流電源負(fù)極， Vout 為輸出腳，它和接地腳的電壓就是 +5V 了。 5V 電源出來再經(jīng)過電解電容的二級濾波，使 5V電源更加穩(wěn)定可靠。同時在 5V 穩(wěn)壓電源加上一個 10K的電阻和一個紅色發(fā)光二極管，當(dāng)上電后，紅色發(fā)光二極管點(diǎn)亮，表示電源工作正常。電源原理 圖如圖 5所示。 11 圖 5 電源 電路 原理圖 電源是系統(tǒng)非常重要的一部分，系統(tǒng)的工作電源 都 影響著各種芯片的工作狀 12 況 。 這里的 AT89S52和 LCD12864的工作電壓為 5V， TLC2543的工作電壓也為 5V，同時其基準(zhǔn)電壓也設(shè)定為 5V，綜合起來次系統(tǒng)的電壓應(yīng)為 5V直流電壓。 將電源電路轉(zhuǎn)變的 的 5V電壓接入系統(tǒng)的電源接口電路，給系統(tǒng)供電。 電源接口電路 如圖 6所示。 其 中 P1的為外部電源與系統(tǒng)的單元接口， PKG1為開關(guān)，開關(guān)按下引腳 3連通。用于控制系統(tǒng)電源。 D1為指示燈。 圖 6 電源接口原理圖 同時單片機(jī) P0口、 P1口、 P2口、 P3口的所有引腳都接上拉電阻，來提高電路驅(qū)動能力。圖 7為單片機(jī)最小系統(tǒng)部分原理圖。 13 圖 7 單片機(jī)部分原理圖 12864LCD 應(yīng)用原理 概述 顯示器是人與機(jī)器溝通的重要界面，科技不斷進(jìn)步，各種顯 示技術(shù) 不斷的 誕生，近來液晶（ LCD）顯示器具有輕薄短小、耗電量低、無輻射危險(xiǎn)，平面直角顯示以及影像穩(wěn)定不閃爍等優(yōu)勢 。 在工業(yè)控制中液晶顯示器運(yùn)用非常廣，而且顯 14 示界面清晰易懂。 本設(shè)計(jì)采用的 12864LCD 液晶顯示屏， LCD12864 液晶顯示屏是一種帶有中文字庫的屏，同時也是一種具有 4 位 /8 位并行、 2 線或 3 線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標(biāo)一級、二級簡體 中文字庫的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面?？梢燥@示 8 4 行 16 16 點(diǎn) 陣的漢字 . 也可完成圖形顯示 .價(jià)格便宜同樣是該模塊的顯著特點(diǎn)。此模塊的顯示方案與其它模塊的顯示方案相比較，無論從硬件或者軟件上都要簡便的多，且此模塊的價(jià)格與其它相同類型的顯示屏都要低。 基本特性 LCD12864 可以顯示漢字，同樣可以顯示圖片。隨著技術(shù)越來越成熟，LCD12864 顯示屏具有以下基本特性： （ 1）低 工作 電壓 ： ++ （ 2）分辨率 :128 64 顯示點(diǎn) （ 3）內(nèi)置字庫， 擁有 8192 個 16 16 點(diǎn)陣漢字 （ 4）內(nèi)置點(diǎn)陣字符 128 個 （ 5）時鐘頻率 ： 2MHZ （ 6）視角方向： 6 點(diǎn) （ 7）顯示方式： STN、半透、正顯 （ 8）驅(qū)動方式： DUTY 方式 ， IAS 方式 （ 9）通訊方式：可選 串行 或 并口 （ 10）背光方式：高亮白色 LED 于 側(cè)部，功耗僅 低 （ 11）內(nèi)置 DCDC 轉(zhuǎn)換電路，無需外加負(fù)壓 （ 12）無需片選信號，簡化軟件設(shè)計(jì) （ 13）工作溫度 : 0℃ +55℃ 模塊接口說明 12864LCD 液晶顯示屏具有 20 個引腳， 20個引腳中， 8個引腳三態(tài)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)，4個引腳為控制引腳。 其具體 引腳說明如表 1. 12864 與單片機(jī)硬件連接圖 12864 的 DB0DB7 的三態(tài)數(shù)據(jù)線與單片機(jī)的 P0 口相連，四根控制線與單片機(jī)的 P3 口的前 3 位腳連接，同時 改變 變阻器來調(diào)節(jié)顯示亮度。其連接原理圖如圖 8。同時 、 、 為 液晶控制 pin 腳。通過改變引腳狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸及控制。 15 表 1 模塊的引腳定義與說明 管腳號 管腳名稱 電平 管腳功能描述 1 VSS 0V 電源地 2 VCC +5V 電源正 3 V0 對比度（亮度）調(diào)整 4 RS(CS） H/L RS=“ 1”, 表示顯示數(shù)據(jù) RS=“ 0”, 表示顯示指令 5 R/W(SID) H/L R/W=“ 1”,E=“ 1”, 數(shù) 據(jù) 被 讀 到DB7—— DB0 R/W=“ 0”,E=“ 1→ 0”, DB7—— DB0的數(shù)據(jù)寫到 IR 或 DR 6 E(SCLK) H/L 使能信號 7 DB0 H/L 數(shù)據(jù)線 8 DB1 H/L 數(shù)據(jù)線 9 DB2 H/L 數(shù)據(jù)線 10 DB3 H/L 數(shù)據(jù)線 11 DB4 H/L 數(shù)據(jù)線 12 DB5 H/L 數(shù)據(jù)線 13 DB6 H/L 數(shù)據(jù)線 14 DB7 H/L 數(shù)據(jù)線 15 PSB H/L 1：并口方式， 0：串口方式 16 NC 空腳 17 /RESET H/L 復(fù)位端，低電平有效 18 VOUT LCD的 驅(qū)動電壓 19 A VDD 背光源正端（ +5V） 20 K VSS 背光源負(fù)端 16 圖 8 12864LCD連接原理圖 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 TLC2543 在我們所測控的信號中均事是連續(xù)變化的物理量，而要對這些信號進(jìn)行處理 ,則需要將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量， A/D轉(zhuǎn)換器就是為了將連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能接受的數(shù)字量。 按模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的原理可以分為 3 種：雙積分式、逐次逼近式及并行式