【文章內(nèi)容簡介】 應用系統(tǒng)中能實現(xiàn)向單片機輸入數(shù)據(jù)、傳送命令功能，是人工干預單片機的主要手段。鍵盤實質(zhì)上是一組按鍵開關 集合。通常鍵盤所用開關為機械彈性開關，均利用了機械觸點的合、斷作用。鍵的閉合與否，反映在輸出電壓是呈現(xiàn)高電平或低電平，如果高電平表示斷開的話，那么低電平則表示鍵閉合，所以通過對電平高低狀態(tài)的檢測，便可確認按鍵按下與否。為了確保 CPU 對一次按鍵動作只確認一次按鍵，必須消除抖動的影響，這樣才能使鍵盤在單片機系統(tǒng)中的使用得更加穩(wěn)定。 常用的鍵盤接口分為獨立式按鍵接口和矩陣式鍵盤接口。根據(jù)本系統(tǒng)的設計特點及要求，鍵盤的功能主要是用來設置溫度上下限，因此本設計采用獨立式鍵盤來完成這一功能要求。其電路連接如圖 所示 。 15 圖 獨立式鍵盤與 AT89C51 連接圖 鍵盤電路及其說明 獨立式按鍵就是各個按鍵相互獨立，每個按鍵各接一根輸入線，一根輸入線上的按鍵工作狀態(tài)不會影響其他輸入線上的工作狀態(tài)。因此，通過檢測輸入線的電平狀態(tài)就可以很容易的判斷出是哪一個按鍵按下了。獨立式按鍵電路配置靈活，軟件簡單。但每一個按鍵需占用一根輸入口線，在按鍵數(shù)量較多時學要較多的輸入口線且電路結(jié)構(gòu)復雜，故此種鍵盤適用與按鍵較少或操作速度較高的場合。 本設計，采用四按鍵鍵盤，所以在四個 I/O 口上接四個按鍵 組成一個四按鍵的簡易式鍵盤。 各線通過電阻接 +5V，當鍵盤上沒有鍵閉合時，所有的線斷開，呈高電平狀態(tài)。當鍵盤上某一個鍵閉合時，該鍵所對應的線與連接單片機的線短路。例如：當 S1 號按鍵閉合時，它所在的線與連接線短路，使 口為低電平，通過軟件里對 P3 口查尋，如果只有 口為低電平，那么就可以確定是 S1 鍵按下了，通過在軟件里的設定，行使 S1 鍵的功能。如果同時有多個 P3 口為低電平，則報警顯示，然后檢查是否有多個鍵按下， 16 直到只有一個 P3 口為低電平時，停止報警，那個低電平的 P3 口上連接的按鍵則為按下的鍵，在軟件里 執(zhí)行他應該達到的功能。 鍵盤功能說明 S1：模式設置鍵，按一下進入到加熱系統(tǒng)設置狀態(tài)，再按一下切換到制冷系統(tǒng)設置狀態(tài)。 S2：步進加鍵，每按一下，要設置的限制值加 1。 S3：步進減鍵，每按一下，要設置的限制值減 1。 S4：確定鍵，確定前面所設的溫度值。 當 S1 鍵按 1 下，進入加熱或制冷模式后，數(shù)碼管顯示為 00， 00 代表溫度設置起點溫度。再按下按鍵 S2 數(shù)碼管顯示值將逐步從個位數(shù)往上加，直到想要設置的溫度值，而按鍵 S3 是步進減鍵，按鍵每下一次，個位數(shù)減 1。S4 鍵是確定鍵，通過它來確定前面所設定的數(shù)值。 鍵 盤的機械抖動 若 Y0 為低電平， S1 號鍵閉合一次，圖中 t1 和 t3 分別為鍵的閉合和斷開過程中的抖動期（呈現(xiàn)一串負脈沖），抖動時間長短和開關的機械特性有關，一般為 5～ 10ms， t2 為穩(wěn)定的閉合期，其時間由按鍵動作所確定，一般為十分之幾秒到幾秒， t0、 t4 為斷開期。為了保證 CPU 對鍵盤的閉合僅作一次處理，在軟件中必須去除抖動，在第一次檢測到有按鍵下時，執(zhí)行一段延時 10ms的子程序后確認該按鍵電平是否仍保持閉合狀態(tài)電平，如果閉合狀態(tài)電平則確認有按鍵下，從而消除抖動的影響。鍵盤的機械抖動示意圖如圖 所示。 17 圖 鍵盤的 機械抖動示意圖 報警電路設計 報警電路主要是由發(fā)光二極管和蜂鳴器組成的，具有聲、光報警功能的簡單電路，其電路如圖 所示。當溫度超過設置的上、下限時， 口輸出高電平，三極管導通，蜂鳴器工作，發(fā)出聲音。 口輸出高電平時，發(fā)光二極管正向?qū)ǎl(fā)光報警。 圖 報警電路 控制電路設計 控制部分電路圖如圖 。 18 圖 控制電路 該電路是由兩個固態(tài)繼電器作為控制開關，一個繼電器控制加熱裝置，另一個繼電器控制制冷裝置。固態(tài)繼電器是一種無觸點通斷型電子開關，是四端有源器件，其中兩個端子為控制輸入端，另外兩個為輸出受控端。為了實現(xiàn)輸入與輸出的隔離，器件采用了高耐壓的光耦合器。當輸入信號有效時，電路呈導通狀態(tài)，反之，呈斷開狀態(tài)，可以實現(xiàn)類似電磁繼電器的開關功能。固態(tài)繼電器 將 MOSFET、 GTR、普通晶閘管等組合在一起與觸發(fā)電路封裝在一個模塊中，而且驅(qū)動電路與輸出電路隔離。 固態(tài)繼電器 是可控硅過零觸發(fā)器，無觸點，不用調(diào)節(jié)，對電網(wǎng)不會產(chǎn)生波形畸變。因此，非常適合本設計。 控制電路工作原理：當 AT89C51 的 RXD 口輸出一個高電平時，三極管開始工作，驅(qū)動繼電器 J1 工作，繼電器 J1 呈導通狀態(tài)，加熱裝置開始工作。同樣，當 AT89C51 的 TXD 口輸出一個高電平時，三極管開始工作，驅(qū)動繼電器 J2 工作，繼電器 J2 開關閉合，制冷裝置開始工作。 19 第 3 章 軟件設計 系統(tǒng)軟件設計也就是程序設計，就是在完成了硬件系統(tǒng)的基礎上，再編寫相應的程序，下載到芯片里，通過執(zhí)行程序指令控制硬件，從而實現(xiàn)各種功能。 一般來講，軟件的功能可分為兩大類。一類是執(zhí)行軟件，它能完成各種實質(zhì)性的功能，如測量、計算、顯示、打印、輸出控制等。另一類是監(jiān)控軟件，它專門協(xié)調(diào)執(zhí)行模塊和操作者的關系，在系統(tǒng)中充當組織協(xié)調(diào)的角色。 軟件設計就是用計算機所能接受的形式把解決問題的步驟描述出來。簡單的說，軟件設計就是編制計算機程序。一個好的程序應該完成規(guī)定的任務，而且應該層次清晰、易于閱讀，并盡可能少占內(nèi)存，縮短執(zhí)行時間，但也不要一味地追求少占內(nèi)存，縮短執(zhí)行時間。這樣做可能會使程序的可讀性變差。隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，芯片的內(nèi)存容量也 在不斷的增加，計算機執(zhí)行指令的時間也大大的縮短。因此，程序的長短和執(zhí)行時間，不再顯得那么重要，而程序的易讀性和程序的開發(fā)周期，顯得越來越重要。另外，在較復雜的程序設計中，必須充分考慮程序的可讀性、穩(wěn)定性、可擴展性、兼容性以及容錯性等也是衡量與評價程序的優(yōu)劣的重要指標。 由于用匯編語言編寫的程序效率高，占用的內(nèi)存單元和 CPU資源少，執(zhí)行速度快，還可直接訪問存儲器、輸入 /輸出接口以及擴展的各種芯片，并可直接處理中斷，直接管理和控制硬件設備，適用于實時控制系統(tǒng)，因此，本設計選用匯編語言來編寫程序。 主程序 流程圖及簡要說明 本設計的軟件設計包括主程序、 A/D 轉(zhuǎn)換子程序、鍵盤子程序、控制子程序及顯示子程序。結(jié)合本系統(tǒng)的功能，程序長度不會超過 AT89C51 內(nèi)部 20 的程序存儲器，所以硬件上不用外擴程序存儲器。 主程序流程如圖 所示。本設計主程序工作過程為：首先對系統(tǒng)初始化，由于本系統(tǒng)要實現(xiàn)對飲水機的冷、熱兩個水箱的檢測與控制，因此先要選擇控制模式，這主要是經(jīng)過硬件電路的按鍵 S1 來選擇的。在確定進入加熱或制冷模式后，調(diào)用 A/D 轉(zhuǎn)換子程序?qū)Σ杉降哪M量進行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完畢保存數(shù)據(jù)后，調(diào)用鍵盤子程序，這個子程序主要完成 對溫度上、下限的設置。完成設置后，調(diào)用控制子程序 1 或子程序 2，通過對執(zhí)行這個程序，實現(xiàn)報警、加熱或制冷。最后調(diào)用顯示子程序來顯示溫度值。整個系統(tǒng)是一個閉環(huán)的，系統(tǒng)工作是循環(huán)進行的，這也就實現(xiàn)了實時檢測的設計要求。 圖 主程序流程圖 調(diào)用控制子程序 1 初始化 調(diào)用鍵盤子程序 調(diào)用 A/D 轉(zhuǎn)換子程序 調(diào)用鍵盤子程序 開始 調(diào)用顯示子程序 進入加熱模式？ 調(diào)用 A/D 轉(zhuǎn)換子程序 Y N 調(diào)用控制子程序 2 21 A/D 轉(zhuǎn)換子程序 在這一模塊的軟件設計中，主要完成的是將采集電路采集到的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后送到單片機進行處理，從而完成 A/D 轉(zhuǎn)換部分的最后功能，該部分程序流程如 所示 。根據(jù)設計的要求，程序先對端口初始化，根據(jù)模式選擇的結(jié)果，選擇其中一路的采集來的數(shù)據(jù)，然后啟動 A/D 轉(zhuǎn)換功能，在轉(zhuǎn)換一段時間后，判斷轉(zhuǎn)換是否結(jié)束，如果結(jié)束就自動進入下一路的轉(zhuǎn)換，否則繼續(xù)轉(zhuǎn)換。 圖 A/D 轉(zhuǎn)換子程序流程圖 取數(shù)據(jù) ADC0809 地址加 1 啟動轉(zhuǎn)換 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束？ 地址數(shù)小于2 ？ Y N Y N 開始 返回 22 鍵盤子程序 這部分設計主要完成溫度上、下限的設置。其流程圖如圖 所示。本設計使用 4 個單鍵，這使得鍵值的識別問題也比較簡單化。在執(zhí)行程序的時候只需逐位判斷 , 口是高電平還是低電平，若為高電平，則表示沒有按鍵按下，