【文章內(nèi)容簡介】 片機的時鐘周期為 1/12uS，指令周期為 1uS。晶體振蕩器的頻率越高，振蕩頻率就越高。 圖 32 振蕩電路 因為 MCS51 系列單片機采用高電平復位方式，高電平復位脈沖 RST 引腳輸入到內(nèi)部施密特觸發(fā)器整形后，送 CPU 內(nèi)部復位電路。 CPU 在每一個機器周期的 S5P2 相采樣施密特觸發(fā)器的輸出端，若為高電平，則強迫機器進入復位狀態(tài)。為了保證 CPU 內(nèi)部各個單元電路可靠復位， RST 引腳復位脈沖高電平維持時間必 須大于等于 2 個機器周期（即 24個振蕩周期），因此可以使用 RC 分立元件或微處理器監(jiān)控芯片構成 MCS51 單片機的外部復位電路。復位電路如圖 33所示 。 圖 33 復位電路 從圖 33復位電路可看出，按下復位按鍵 K20 時，電容 C3通過 R1放電，當電容放電結束后， RST 引腳電位由 R R2 分壓比決定。由于 R2R1,因此 RST 引腳為高電平，CPU 進入復位狀態(tài)。松開復位按鍵后，電容 C3 充電， RST 引腳電位下降，使 CPU 脫離復位狀態(tài)。 R1 的作用在于限制復位按鈕瞬間電容 C3的放電電流，避免產(chǎn)生火花，以保護按鈕 的觸點。 單片機的復位都是靠外部電路實現(xiàn)的，在時鐘電路工作后，只要在單片機的 RST 引腳上出現(xiàn) 24個時鐘振蕩脈沖以上的高電平，單片機便實現(xiàn)初始化狀態(tài)復位。為了保證應用系統(tǒng)可靠地復位，在設計復位電路時，通常使 RST 保持高電平。只要 RST 保持高電平，則單片機就循環(huán)復位。 10 控制子系統(tǒng) 鍵盤 控制 子系統(tǒng) 如圖 34 所示。本設計中，采用獨立按鍵 K1K9 對單片機核心芯片 STC89C52RC 進行輸入控制。各按鍵分別一端接地，一端接單片機引腳。實現(xiàn)功能：按鍵 K1K9 為對應的數(shù)字 09， K00 表示位選擇鍵（十位 或各位） ,K11 是確定鍵。選擇電壓后，按確定鍵，便可輸出所需的電壓。 圖 34 鍵盤控制電路圖 按鍵的具體意義如 表 所示 ： 表 按鍵說明 00 1 2 3 位選擇 4 5 6 確認 7 8 9 D/A 轉換模塊 DAC0832 引腳圖如 35 所示 11 圖 35 D/A 轉換 DAC0832 引腳 CS: 片選信號 , 低電平有效 ILE: 輸入鎖存允許信號 , 高電平有效 WR1: 寫信號 1(低電平有效 ) WR2: 寫信號 2(低電平有效 ),這個信號結合 XFER，輸入鎖存器將 8位數(shù)據(jù)傳輸?shù)?DAC寄存器 IOUT1：模擬電流輸出端 1。當輸入數(shù)字為：全” 1”時 , 輸出電流最大，約為255VREF/256REB 全” 0”時 , 輸出電流為 0 IOUT2：模擬電流輸出端 2， IOUT1 + I OUT2 = 常數(shù) RFB：反饋電阻引出端 , 此端可接運算放大器輸出端 VREF：參考電壓 , 10V～ +10V Vcc ：芯片電源 電壓 , +5V～ +15V AGND：模擬信號地 DGND：數(shù)字信號地 DI7 DI0：數(shù)字量輸入信號， 其中 : DI0 為最低位， DI7 為最高位 圖 36 D/A 轉換部分 12 系統(tǒng)設置 D/A 轉換接口，采用 8位模數(shù)轉換器 DAC0832。其電 路如圖 36所示。 D/A轉換部分的輸出電壓作為穩(wěn)壓輸出電路的參考電壓。穩(wěn)壓輸出電路的輸出與參考電壓成比例。 8位字長的 D/A 轉換器具有 256 種狀態(tài)。其時序圖如圖 37所示 。 圖 37 DAC0832 數(shù)模轉換時序圖 Clk 為時鐘端， Data 為輸入數(shù)據(jù)， LOAD 為輸入控制信號。每路電壓輸出值的計算：Vs=REF 2Data/256,REF為參考電壓， data為輸入 8位的比特數(shù)據(jù)；設計用的 REF為 5V。 運放 LM324 LM324 是四運放集成電路，它采用 14 腳雙列直插塑料封裝，它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運算放大器，除電源共用外，四組運放相互獨立。 每一組運算放大器可用圖 38 所示的符號來表示，它有 5 個引出腳，其中“ +”、“ ”為兩個信號輸入端，“ V+”、“ V”為正、負電源端，“ Vo”為輸出端。兩個信號輸入端中， Vi（ ）為反相輸入端，表示運放輸出端 Vo 的信號與該輸入端的相位相反； Vi+（ +）為同相輸入端，表示運放 輸出端 Vo 的信號與該輸入端的相位相同。 LM324的引腳排列見圖 39。 圖 38 LM324 同向輸入與反向輸入 圖 39 LM324 引腳圖 13 由于 LM324 四運放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價格低廉等優(yōu)點，因此被廣泛應用在各種電路中。穩(wěn)壓數(shù)次 此部分是將經(jīng)過 D/A 轉換后的初始電壓轉換成設備所需要的特定電壓。從 DAC0832 的 IOUT2 引腳輸出電壓作為穩(wěn)壓輸出電路的參考電壓。穩(wěn)壓電路輸出的電壓大小與 DAC0832 的 IOUT2 輸出參考電壓成比例。穩(wěn)壓輸出電路采用的是串聯(lián)式反饋穩(wěn)壓電路（如圖 310），在電路中， U5A— LM324 為比較放大器， U5B— LM324 為運算放大器， D/A 轉換電路的輸出電壓 OUT2 接到 U5A —LM324 的同向（ LM324 的第 2 腳）， U5A— LM324 運放的輸出端（ LM324 的第 5 腳）輸出的電壓一邊送到運放 U6A — LM324 的同向端（ LM324 的第 1 腳），一邊反饋回 DAC0832的 RFE1 基準電壓。其中 DAC0832 的基準電壓 VREF 來源是通過調(diào)節(jié) LM7812 基準源，控制器 STC89C52RC 的 P1 口和 DAC0832 的數(shù)據(jù)口直接相連， DA 的第 8 腳接參考電壓，通過調(diào)節(jié)變位器 R5 作為 U6A — LM324 反饋電路中的反饋電阻。經(jīng)運放比較放大后，在經(jīng)過U6ALM324 的電壓放大與調(diào)整，使得 輸出的電壓與 LCD1602 顯示的電壓保持一致。 圖 310 串聯(lián)式反饋穩(wěn)壓電路 A/D 轉換模塊 ADC0832 是具有多路轉換開關的 8位串行 I/O AD 轉換器，轉換速度較高，正常情況下， ADC0832 與單片機的接口為 4 條數(shù)據(jù)線，分別是 /CS /CLK、 DO、 DI，但由于 DO、 DI在通信時并不是同時使用，并且與單片機的接口是雙向的，在、 CS變低后的前三個時鐘周期內(nèi) DI端被檢測， DO 端呈高阻態(tài)，數(shù)據(jù)轉換開始后， DI 線被禁止，直到下一次轉換開始，所以在 I/O 口資源緊張時可以將 DO、 DI 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用 。 ADC0832 引腳圖如 311所示 14 圖 311 A/D 轉換 ADC0832 引腳 芯片接口說明： ? CS 片選使能，低電平芯片使能。 ? CH0 模擬輸入通道 0，或作為 IN+/使用。 ? CH1 模擬輸入通道 1，或作為 IN+/使用。 ? GND 芯片參考 0電位（地）。 ? DI 數(shù)據(jù)信號輸入，選擇通道控制。 ? DO 數(shù)據(jù)信號輸出，轉換數(shù)據(jù)輸出。 ? CLK 芯片時鐘輸入。 ? VCC/REF 電源輸入及參考電壓輸入（復用）。 STC89C52RC 的 P1 口有八位精度高的高速 A/D 轉換器，可做按鍵掃描，電壓 、電流取樣檢測等。當 ADCO832 未工作時其 CS輸入應為高電平，此時芯片禁用， CLK 和 D0/DI的電平可任意。當要進行 A/D 轉換時，須先講 CS 使能端置于低電平并且保持低電平直到轉換完全結束。此時芯片開始轉換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端 CLK 輸入時鐘脈沖， DO/DI 端則使用 DI 端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號，在第一個時鐘脈沖的下沉之前 DI 端必須是高電平，表示啟始信號，在第二、三個脈沖下沉之前 DI 端應輸入 2位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能。 圖 312 閉環(huán)反饋電路 15 ADC0832 是一個 8 為的逐次逼近型 ADC，它 與一個兩通的模擬器連接，能對來自端口的兩路單端輸入電壓經(jīng)行采樣，其中單端電壓輸入以 0V（ GND）為基準，對 ADC 的說明：以輸入電壓為準，如果輸入電壓大于設定的電壓值，則減少 DA 輸出電壓以為數(shù)值，在采樣 回為比較，如此循環(huán)，則直到輸入電壓等于設定的電壓值或者接近設定的電壓值（有時不可能完全相同），同理，如果輸入電壓小于設定的電壓，則增大 DA 輸出電壓一位數(shù)值，再采樣回為比較如此循環(huán)直到輸入的電壓等于設定電壓值或者接近電壓值，這樣就能達到 圖 312 閉環(huán)反饋電路 的目的。 ? 電壓采樣是在輸出回路中并聯(lián)兩個可調(diào)電阻，調(diào)節(jié) 使 R4/（ R4+R5） =1/5，則從兩個電阻之間采樣電壓為 （ U0 為電源輸出電壓）與系統(tǒng) DA 轉換 5U，對應，然后通過運算放大器 LM324 連接成的電壓跟隨器，對采樣的電壓輸入到模數(shù)轉換 ADC0832 轉換成數(shù)字信號，輸入到單片機系統(tǒng)進行處理。 ? 電流采樣為了提高系統(tǒng)控制的靈敏度，采用一級運算放大器對采樣電壓進行放大，再送到 ADC0832 進行 ADC 轉換，最后數(shù)據(jù)由單片機系統(tǒng)進行相應處理，而且該芯片是采用串行數(shù)據(jù)傳送方式，硬件電路簡單，在輸出回路中串聯(lián)一個采樣電阻，從采樣電阻得到一個反饋電壓，由運算放大器 LM324 組成的差分比例運算電路，經(jīng)運放過來的電壓通過 ADC 轉換送給單片機處理，從而實現(xiàn)壓控穩(wěn)流。 顯示模塊 考慮設計要求來說，需要設定電壓顯示，又與實際電壓比較再顯示，采用最常用 1602液晶模塊， LCD1602 可以在 LCD 顯示屏上完全顯示 32 個英文字符和日文等一些字符，適合顯示英文文字信息量較小的地方，可以清晰顯示出同時可能顯示英文名稱和 V/A單位。通過單片機編程控制第 4腳 RS 數(shù)據(jù) /命令選擇段（ H/L），第 5腳 R/W 讀寫選擇端（ H/L），第 6 腳 E使能端，從而實現(xiàn)顯示效果，它的顯示運行原理如下： ? 讀狀態(tài)輸 入： RS=L, RW=H, E=H，輸出： D0~D7=狀態(tài)字 ? 寫指令輸入： RS=L, RW=L， D0~D7=指令碼， E=高脈沖；輸出：無 ? 讀數(shù)據(jù)輸入： RS=H, RW=L， D0~D7=數(shù)據(jù)， E=高脈沖；輸出：無 LCD1602 主要管腳介紹 顯示模塊為本設計的重點模塊，用于實時顯示輸出電壓值。這里采用 1602 液晶顯示屏，其主要參數(shù)為：顯示容量（ 16*2 個字符），芯片工作電壓（ ），工作電流（ ），模塊最佳工作電壓（ ）。 LCD1602 共有 16 個引腳，各管腳的功能表 所示： 16 表 LCD1602 管腳功能介紹表 引腳圖 符號 狀態(tài) 功能 1 VSS 電源地 2 Vdd 電源 +5V 3 V0/VEE 對比度控制端 4 RS 輸入 寄存器選擇 5 R/W 輸入 讀、寫操作 6 E 輸入 使能信號 7 DB0 三態(tài) 數(shù)據(jù)總線（ LSB） 8 DB1 三態(tài) 數(shù)據(jù)總線 9 DB2 三態(tài) 數(shù)據(jù)總線 10 DB3 三態(tài) 數(shù)據(jù)總線 11 DB4 三態(tài) 數(shù)據(jù)總線 12 DB5 三態(tài) 數(shù)據(jù)總線 13 DB6 三態(tài) 數(shù)據(jù)總線 14 DB7 三態(tài) 數(shù)據(jù)總線（ MSB） 15 LEDA 輸入 背光 +5V 16 LEDK 輸入 背光地 LCD1602 的一般初始化過程 1．延時 15mS 2．寫指令 38H 3．寫指令 08H：顯示關閉 4．寫指令 01H：顯示清屏 5．寫指令 06H：顯示光標移動設置 6．寫指令 0CH：顯示開及光標設置 LCD1602 與單片機連接圖 單片機與液晶顯示模塊之間的連接如圖 313 圖 313 LCD1602 與單片機連接圖 17 數(shù)據(jù)線 DB0DB7 連接單片機的 P0 口； RS、 R/W， E， 3條控制線分別接單片機的 、 口。電阻 R3用來設置背光的亮度。 電源模塊 利用三端穩(wěn)壓器 780 7812 產(chǎn)生所需的電源電壓以供集成芯片和單片機使用。如圖 314 所示為系統(tǒng)電源供電 模塊圖。變壓器產(chǎn)生 15V 左右的交流電，電源的輸入端電源由 15V 變壓器的線圈提供，經(jīng)過整流橋 D整流后經(jīng)電容 C1 濾成平穩(wěn)的 12V 作為三端穩(wěn)壓器 LM7812 的輸入電源，輸出端經(jīng)過電容 C3濾波后就可得到平穩(wěn)的幅值為 12V 的直流電。產(chǎn)生的 12V 直流電壓給 LM324 的正電源端供電。 LM7805 的輸入電源直接由 LM7812產(chǎn)生的 12V 直流電提供，其輸出電壓也是通過電容 C C8進行濾波。輸出的 5V 電壓作為單片機的供電電源。圖 316 中 D1， D2 是保護二極管，發(fā)光二極管為 LM7805 正常工作指示信號。 利用三端穩(wěn)壓器 7905產(chǎn)生 5V的電壓作為 DAC0832的基準電壓和 LM324的負電源端電壓。 圖 314 電源模塊圖 18 第四章 系統(tǒng)軟件部分 系統(tǒng)主程序設計流程 及說明 首先對系統(tǒng)進行初始化，讀取預存儲的電壓值，本次設計中預存儲電壓值為 10