【文章內(nèi)容簡介】 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：一種是獨立按鍵接口；另一種是矩陣式按鍵接口。 微機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計 7 獨立按鍵接口 在單片機中，如果所需的按鍵較少，可采用獨立式鍵盤。每只按鍵接單片機的一條 I/O 線，通過對線的查詢，即可識別各按鍵的狀態(tài)。如圖 所示。 4 只按鍵分別宇單片機的 ~。無按鍵按下時， ~ 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。 圖 獨立按鍵接口圖 在單片機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，如采用按鍵獨立方式，需要 20 個 I/O 口。如采用矩陣式按鍵方式，則只需要 9 個 I/O 口。如圖 所示。單片機系統(tǒng)中的非編碼式鍵盤程序主要由判別是否有鍵按下子程序、鍵的識別子程序、找到閉合鍵后，讀入相應(yīng)的鍵值，再轉(zhuǎn)到相應(yīng)的鍵處理程序幾個部分組成。 圖 矩陣式按鍵接口圖 在該系統(tǒng)中所用到的按鍵有 9 個，所以采取矩陣式按鍵接口方式。 微機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計 8 第三章 硬件部分 主機部分 該系統(tǒng)是一個主從式多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，主機和從機均用單片機實現(xiàn)，它的主機部分負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理和顯示，主機和從機之間用 RS232 進(jìn)行通信。它由AT89S5 MAX23 LED 數(shù)碼顯示器組成。 主機部分原理圖設(shè)計 由于主機要對從機有一個命令，所以用到按鍵，將按鍵接到單片機 AT89C52的 的端口上，按鍵的一端接地，當(dāng) 這條 I/O 線是一個低電平時，則表示按鍵按下。主機還要負(fù)責(zé)對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和 LED 顯示，用兩個74HC573，一個與單片機 AT89C52 的 口相連用于位選，一個與單片機AT89C52 的 口相連用于段選。單片機的 P0 口的 8 位數(shù)據(jù)線與用于段選的74HC573 的 D0~D7 相連，用于數(shù)碼管上具體的數(shù)字的顯示。單片機 P0 口的八位數(shù)據(jù)線與用于位選的 74HC573 的 D0~D7 相連，用于在哪個數(shù)碼管上顯示。主機跟從機的連接，又涉及到一個串行口雙機通信的問題，根據(jù)單片機雙機通信距離、抗干擾性等要求，選擇 RS232C 串行接口方法，選擇串行口 MAX232 來連接主機和從機，將 MAX232 的 1 12 腳分別與單片機 AT89C52 的 ， 腳相連，再將 MAX232 上的 1 14 腳分別與 db9 的 6 腳相連。單片機 AT89C52的 1 19 腳與它的晶振電路相連，第 9 腳與它的復(fù)位電路相連。其原理圖如圖 所示 微機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計 9 圖 主機部分電路原理圖 單片機 （ 1）單片機的概述 單片機是一種集成的電路芯塊采用了超大規(guī)模技術(shù)把具有運算能力（如算術(shù)運算、邏輯運算、數(shù)據(jù)傳送、中斷處理）的微處理器（ CPU） ,隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），只讀 程序存儲器（ ROM），輸入輸出電路（ I/O口），可能還包括定時計數(shù)器，串行通信口（ SCI），顯示驅(qū)動電路（ LCD 或 LED 驅(qū)動電路），脈寬調(diào)制電路 (PWM)，模擬多路轉(zhuǎn)換及 A/D 轉(zhuǎn)換器等電路集成到一塊單片機上，構(gòu)成一個最小然而很完善的計算機系統(tǒng)。這些電路能在軟件的控制下準(zhǔn)確快速的完成程序設(shè)計者事先規(guī)定的任務(wù)?？偟亩詥纹瑱C的特點可以歸納為以下幾個方面：集成度高、存儲容量大、外部擴(kuò)展能力強、控制功能強、低電壓、低功耗、性能價格比高、可靠性高這幾個方面。 [8] 單片機按內(nèi)部數(shù)據(jù)通道的寬度，可分為 4 位、 8位、 16 位 及 32位單片機。它們被應(yīng)用在不同領(lǐng)域里， 8位單片機由于功能強大，被廣泛的應(yīng)用在工業(yè)控制、智能接口、儀表儀器等各個領(lǐng)域。 8位單片機在中、小規(guī)模應(yīng)用場合仍占主流地位，代表了單片機的發(fā)展方向，在單片機應(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)入家庭， 32 位單片機應(yīng)用得到了長足發(fā)展?？v觀單片機的發(fā)展過程，可以預(yù)示單片機的發(fā)展趨勢： 微機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計 10 微型單片化 低功耗 CMOS 與多品種共存 可靠性和應(yīng)用水平越來越高 單片機有著微處理器所不具備的功能，它可以獨立地完成現(xiàn)代工業(yè)控制所要求的智能化 控制功能這就是單片機的最大特點。然而單片機又不同于單板機，芯片在沒有開發(fā)前，它只是具備功能極強的超大規(guī)模集成電路，如果賦予它特定的程序，它便是一個最小的、完整的微機控制系統(tǒng)。它與單板機或個人電腦有著本質(zhì)的區(qū)別，單片機屬于芯片級應(yīng)用，需要用戶了解單片機芯片的結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)以及其它集成電路應(yīng)用技術(shù)和系統(tǒng)設(shè)計所需要的理論和技術(shù)，用這樣特定的芯片設(shè)計應(yīng)用程序，從而使芯片具備特定的智能。 [8] （ 2） 簡介 AT89C52 AT89C52是一種低功耗、高性能 CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器 。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(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 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。 [8] AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié) Flash， 256字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器， 2 個數(shù)據(jù)指針，三個 16 位定時器 /計數(shù)器，一個 6向量 2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外， AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，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)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。 [8]其引腳圖，如圖 微機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計 11 圖 AT89C52的引腳圖 它一共有 40個引腳，引腳又分為四類。其中有四個電源引腳，用來接入單片機的工作電源。工作電源又分主電源、備用電源和編程電源。還有兩個時鐘引腳XTAL XTAL2。還有由 P0口、 P1口、 P2口、 P3口 的所有引腳構(gòu)成的單片機的輸入/輸出（ I\O）引腳。最后一種是控制引腳，控制引腳有四條，部分引腳具有復(fù)位功能。 綜上所述，單片機的引腳特點是： 單片機多功能，少引腳，使得引腳復(fù)用現(xiàn)象較多。 單片機具有四種總線形式： P0和 P2組成的 16位地址地址總線； P0分時復(fù)用為 8位數(shù)據(jù)總線； ALE、 PSEN、 RST、 EA和 P3口的 INT0、 INT T0、 T WR、RD以及 P1口的 T T2EX組成控制總線；而 P3口的 RXD、 TXD組成串行通信總線。 89C52單片機的主要功能 ? ? 與 MCS51單片機產(chǎn)品兼容 ? 8K字 節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash存儲器 ? ? 1000次擦寫周期 ? ? 全靜態(tài)操作： 0Hz～ 33Hz ? ? 三級加密程序存儲器 ? ? 32個可編程 I/O口線 ? ? 三個 16位定時器 /計數(shù)器 微機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計 12 ? ? 八個中斷源 ? ? 全雙工 UART串行通道 ? ? 低功耗空閑和掉電模式 ? ? 掉電后中斷可喚醒 ? ? 看門狗定時器 ? ? 雙數(shù)據(jù)指針 ? ? 掉電標(biāo)識符 LED 數(shù)碼顯示器的應(yīng)用原理 簡單的講， LED數(shù)碼顯示器就是由發(fā)光二極管組成的，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 所示， LED數(shù)碼顯示器有兩種連接方式： （ 1）共陰極接法：把發(fā)光二極管的陰極連在一起構(gòu)成公共陰極，使用時公共陰極 接地。每個發(fā)光二極管的陽極與輸入端相連。如圖 （ 2）共陽極接法。把發(fā)光二極管的陽極連在一起構(gòu)成公共陽極，使用時公共陽極接 +5V，每個發(fā)光二極管的陰極通過電阻與輸入端相連。如圖 圖 LED內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖 共陰極接法 圖 共陽極接法 為了顯示字符，要為 LED顯示器提供顯示段碼（或稱字形代碼），組成一個“ 8”字的七段，再加上 1個小數(shù)點位，共計八段。各段位碼位的對應(yīng)關(guān)系如表 所示。 [8] 微機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計 13 表 段位碼對應(yīng)關(guān)系 段位碼 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 位碼段 dp g f e d c b a 從機部分 該系統(tǒng)的從機負(fù)責(zé) A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換，并應(yīng)答主機的命令，需要用到 ADC080AT59C52,又由于它們兩個的時鐘頻率不一樣，所以又要用到一個 74LS74。 從機的電路原理圖設(shè)計 該部分需要對模擬量進(jìn)行一次模數(shù)轉(zhuǎn)換，則要用到一個 ADC0809，又因為它們之間的時鐘頻率不一樣又需要用到一個 74LS74對其進(jìn)行一個二分 頻的工作，這個只需要將 74LS74的第 3根引腳與單片機 AT89C52的第 30根引腳相連，將74LS74 的第 9根引腳與 ADC0809的時鐘信號引腳相連。單片機 AT89C52的 P0口與 ADC0809的 D0~D7相連，而 ADC0809的 ADDA、 ADDB、 ADDC分別與 P0口的低三位相連。其用到的 MAX232與主機部分的電路連接方法一樣。其電路圖如 所示 圖 從機部分電路設(shè)計圖 微機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計 14 單片機之間的通信 （ 1）串口通信 RS232C 計算機與計算 機或計算機與終端之間的數(shù)據(jù)傳送可以采用串行通訊和并行通訊二種方式。由于串行通訊方式具有使用線路少、成本低，特別是在遠(yuǎn)程傳輸時，避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用。在串行通訊時，要求通訊雙方都采用一個標(biāo)準(zhǔn)接口，使不同的設(shè)備可以方便地連接起來進(jìn)行通訊。 RS232C接口（又稱 EIA RS232C）是目前最常用的一種串行通訊接口。它是在 1970年由美國電子工業(yè)協(xié)會（ EIA）聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)器廠家及計算機終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標(biāo) 準(zhǔn)。它的全名是“數(shù)據(jù)終端設(shè)備（ DTE）和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備 （ DCE）之間 串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用一個 25 個腳的 DB25 連接器，對連接器的每個引腳的信號內(nèi)容加以規(guī)定，還對各種信號的電平加以規(guī)定。 （ 1）接口的信號內(nèi)容 實際上 RS232C的 25條引線中有許多是很少使用的，在計算機與終端通訊中一般只使用 39條引線。 RS232C最常用的 9條引線的信號內(nèi)容。見表 （ 2）接口的電氣特性 在 RS232C中任何一條信號線的電壓均為負(fù)邏輯關(guān)系。即：邏輯 “ 1” ， 5— 15V；邏輯 “ 0” +5— +15V 。噪聲容量為 2V。即要求接收器能識別低至 +3V的信號作為邏輯“ 0”，高于 — 3V的信號作為邏輯“ 1”。 微機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計 15 表 常用引線的信號內(nèi)容 引腳序號 信號名稱 符號 流向 功能 2 發(fā)送數(shù)據(jù) TXD DTEDCE DTE發(fā)送串行數(shù)據(jù) 3 接收數(shù)據(jù) RXD DTEDCE DTE接收串行數(shù)據(jù) 4 請求發(fā)送 RTS DTEDCE DTE請求 DCE將線路切換到發(fā)送方式 5 允許發(fā)送 CTS DTEDCE DCE告訴 DTE線路已接通可以發(fā)送數(shù)據(jù) 6 數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備好 DSR DTEDCE DCE準(zhǔn)備好 7 信號地 信號公共地 8 載波檢測 DCD DTEDCE 表示 DCE接收到遠(yuǎn)程載波 20 數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好 DTR DTEDCE DTE準(zhǔn)備好 22 振鈴指示 RI DTEDCE 表示 DCE與線路接通，出現(xiàn)振鈴 （ 3）接口的物理結(jié)構(gòu) RS232C接口連接器一般使用型號為 DB25的 25芯插頭座，通常插頭在 DCE端 ,插座在 DTE端。一些設(shè)備與 PC機連接的 RS232C接口 ,因為不使用對方的傳送控制信號 ,只需三條接口線 ,即“發(fā)送數(shù)據(jù)”、“接收數(shù)據(jù)”和“信號地”。所以采用 DB9的 9芯插頭座，傳輸線采用屏蔽雙絞線。兩個 DB9的連接如圖 微機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計 16 圖 兩個 DB9的連接圖 （ 4）傳輸電纜長度 由 RS232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在碼元畸變小于 4%的情況下，傳輸電纜長度應(yīng)為 50英尺，其實這個 4%的碼元畸變是很保守的，在實際應(yīng)用中，約有99%的用戶是按碼元畸變 1020%的范圍工作的，所以實際使用中最大距離會遠(yuǎn)超過 50英尺。 （ 2） 簡介 MAX232 MAX232芯片是美信公司專門為電腦的 RS232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計的接口電路 ,使用 +5v 單電源供電 ，可以實現(xiàn) TTL 電平與 RS232C 電平相互轉(zhuǎn)換的 IC芯片。 MAX 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖 所示