【文章內容簡介】 ，運用一個電壓跟隨器對輸出電壓進行采樣，因為電壓跟隨器的輸入阻抗很高，基本上沒有電流流入，所以不會因為采樣而改變輸出電壓值。經過跟隨器后可用 A/D 對采樣信號進行數字化，但我們知道，系統(tǒng)的的輸出功率會隨著輸出電流和負載的變化而變化，輸出電壓有可能大于 10V，所用 A/D（MAX187）無法直接輸入這么高的電壓，因此必須采取一定的降壓措施。為了方便，這里使用了精密多圈電位器進行分壓，采用 4：1 進行采樣。即當輸出為 4V 時 A/D 采到的電壓值即為1V，只要在進行顯示時再給采樣得回數據乘以 4 就可以得回原來的數據。這樣計算 電壓輸出 16V 時對 A/D 都無影響。但本系統(tǒng)輸出是如上圖所示的P1，它并不是對地電壓，所以在軟件編程時須用所測得的電壓值減去我們輸入的電壓值（即為 R1 兩端的電壓），經理論和實驗證實，此方法可以運用在此系統(tǒng)中。 系統(tǒng)主要芯片介紹 AT89S52 單片機AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS 8 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制造，與工業(yè) 80C51 產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，使得 AT89S52 為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案 [8]。13 / 51主要性能■ 與MCS51單片機產品兼容■ 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/計數器■ 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■ 雙數據指針■ 掉電標識符 MAX531MAX531 芯片是Maxim 公司推出的性能優(yōu)越、高分辨率D/ A 轉換集成電路. 它具有功耗低、轉換頻率快、內部帶基準電壓等特點，能完成12 位D/ A 轉換,數字輸入為串行，采用“反向”R－2R的梯形電阻網絡結構。內置單電源CMOS運算放大器，其最大工作電流僅為260μA，具有很好的電壓偏移，增益和線性度。內部運算放大器根據需要可配置成＋1或＋2的增益，也可作四象限乘法器 [9]。主要技術性能：● 只要調整零點和滿度就可確定其線性度● 分辨率：12位二進制數● 電源電壓：+5V，177。5V● 采用固定的或可變的基準電壓● 功耗： mW● 具有四象限乘法功能14 / 51● 可直接與CMOS、TTL電路接口● 建立時間：25 μS● 內部有railtorail輸出緩沖放大器 MAX187　MAX187 串行12 位模數轉換器可以在單5V 電源下工作，接受0－5V 的模擬輸入。MAX187為逐次逼近式ADC，快速采樣/保持（），片內時鐘，高速3 線串行接口 [10]。MAX187 轉換速度為75Ksps。通過一個外部時鐘從內部讀取數據，并可省卻外部硬件而與絕大多數的數字信號處理器或微控制器通訊。接口與SPI，QSPI，和Microwire兼容。MAX187 有內部基準，MAX189 則需要一個外部基準。MAX187 和MAX189 采用節(jié)約空間的8 腳DIP 和16 腳SO 封裝。，在關斷模式下可以減少至10uW。優(yōu)異的AC 特性和極低的電源消耗，同時及其容易的使用和較小的封裝尺寸使得MAX187/189 能理想的應用于遠程DSP 和傳感器，或者應用于對電源消耗和空間極為苛刻的地方。應用范圍：移動式數據處理（Portable Data Logging）遠程數字信號處理（Remote Digital Signal Processing）隔離數據獲?。↖solated Data Acquisition）高精度處理控制（HighAccuracy Process Control）特性：◆　12 位精度◆　177。1/2 LSB 完整非線性（Integral Nonlinearity）（MAX187A/MAX189A）◆　內部采樣/保持電路，75KHz 采樣速率◆　單＋5V 電源工作◆　低功耗：關斷模式下2uA◆　5mA 操作電流15 / 51◆　 基準（MAX187）◆　3 線串行接口，SPI，QSPI 和Microwire 兼容◆　小管腳 8 腳 DIP 和 16 腳 SO 封裝。 AT24C16CAT24C16 是一個16K 位串行CMOS E 2PROM 內部含有2048 個8 位字節(jié)CATALYST 公司的先進CMOS 技術實質上減少了器件的功耗，AT24C16 有一個16 字節(jié)頁寫緩沖器該器件通過I 2C 總線接口進行操作有一個專門的寫保護功能 [11]。特性：◎ 與 400KHz I2C 總線兼容◎ 到 伏工作電壓范圍◎ 低功耗 CMOS 技術◎ 寫保護功能當 WP 為高電平時進入寫保護狀態(tài)◎ 頁寫緩沖器◎ 自定時擦寫周期◎ 1,000,000 編程/擦除周期◎ 可保存數據 100 年◎ 8 腳 DIP SOIC 或 TSSOP 封裝◎ 溫度范圍商業(yè)級工業(yè)級和汽車級AT24C16 支持 I2C 總線數據傳送協(xié)議，I 2C 總線協(xié)議規(guī)定，任何將數據傳送到總線的器件作為發(fā)送器。任何從總線接收數據的器件為接收器。數據傳送是由產生串行時鐘和所有起始停止信號的主器件控制的。主器件和從器件都可以作為發(fā)送器或接收器。I2C總線協(xié)議I2C總線協(xié)議定義如下：（1）只有在總線空閑時才允許啟動數據傳送。（2）在數據傳送過程中，當時鐘線為高電平時，數據線必須保持穩(wěn)定狀態(tài)，不允許有跳變。時鐘線為高電平時，數據線的任何電平變化將被看作總線16 / 51的起始或停止信號。I2C總線時序圖如下:圖35 I 2C時序總圖起始信號時鐘線保持高電平期間，數據線電平從高到低的跳變作為I 2C總線的起始信號。停止信號時鐘線保持高電平期間，數據線電平從低到高的跳變作為I 2C總線的停止信號。應答信號I2C 總線數據傳送時，每成功地傳送一個字節(jié)數據后，接收器都必須產生一個應答信號。應答的器件在第9個時鐘周期時將SDA 線拉低，表示其已收到一個8位數據。AT24C16 在接收到起始信號和從器件地址之后響應一個應答信號，如果器件已選擇了寫操作，則在每接收一個8位字節(jié)之后響應一個應答信號。當AT24C16 工作于讀模式時，在發(fā)送一個8位數據后釋放SDA 線并監(jiān)視一個應答信號，一旦接收到應答信號，AT24C16 繼續(xù)發(fā)送數據，如主器件沒有發(fā)送應答信號，器件停止傳送數據且等待一個停止信號。寫操作字節(jié)寫在字節(jié)寫模式下，主器件發(fā)送起始命令和從器件地址信息（R/W 位置零）給從器件在從器件產生應答信號后，主器件發(fā)送AT24C16 的字節(jié)地址，主器件在收到從器件的另一個應答信號后，再發(fā)送數據到被尋址的存儲單元。17 / 51AT24C16 再次應答，并在主器件產生停止信號后開始內部數據的擦寫，在內部擦寫過程中，AT24C16 不再應答主器件的任何請求。頁寫用頁寫AT24C16 可以一次寫入16個字節(jié)的數據。頁寫操作的啟動和字節(jié)寫一樣，不同在于傳送了一字節(jié)數據后并不產生停止信號。主器件被允許發(fā)送15個額外的字節(jié)。每發(fā)送一個字節(jié)數據后AT24C16 產生一個應答位并將字節(jié)地址低位加1， 高位保持不變。如果在發(fā)送停止信號之前主器件發(fā)送超過16個字節(jié)地址計數器將自動翻轉先前寫入的數據被覆蓋。接收到16字節(jié)數據和主器件發(fā)送的停止信號后，AT24C16啟動內部寫周期將數據寫到數據區(qū)。所有接收的數據在一個寫周期內寫入AT24C16。應答查詢可以利用內部寫周期時禁止數據輸入這一特性。一旦主器件發(fā)送停止位指示主器件操作結束時，AT24C16 啟動內部寫周期，應答查詢立即啟動，包括發(fā)送一個起始信號和進行寫操作的從器件地址。如果AT24C16 正在進行內部寫操作，不會發(fā)送應答信號。如果AT24C16 已經完成了內部自寫周期，將發(fā)送一個應答信號，主器件可以繼續(xù)進行下一次讀寫操作。寫保護寫保護操作特性可使用戶避免由于不當操作而造成對存儲區(qū)域內部數據的改寫，當WP 管腳接高時，整個寄存器區(qū)全部被保護起來而變?yōu)橹豢勺x取。AT24C16 可以接收從器件地址和字節(jié)地址，但是裝置在接收到第一個數據字節(jié)后不發(fā)送應答信號從而避免寄存器區(qū)域被編程改寫。讀操作對24C16讀操作的初始化方式和寫操作時一樣，僅把R/W 位置為1，有三種不同的讀操作方式：立即地址讀、選擇讀和連續(xù)讀。立即地址讀24C16的地址計數器內容為最后操作字節(jié)的地址加1。也就是說，如果上次讀/寫的操作地址為N， 則立即讀的地址從地址N+1 開始。如果N=2047 則計數器將翻轉到0 且繼續(xù)輸出數據。24C16接收到從器件地址信號后（R/W 位置1 ），它首先發(fā)送一個應答信號，然后發(fā)送一個8 位字節(jié)數據。主器件不需發(fā)送一個應答信號，但要產生一個停止信號。18 / 51選擇性讀選擇性讀操作允許主器件對寄存器的任意字節(jié)進行讀操作，主器件首先通過發(fā)送起始信號、從器件地址和它想讀取的字節(jié)數據的地址執(zhí)行一個偽寫操作。在AT24C16 應答之后，主器件重新發(fā)送起始信號和從器件地址，此時R/W 位置1 ，AT24C16 響應并發(fā)送應答信號，然后輸出所要求的一個8 位字節(jié)數據，主器件不發(fā)送應答信號但產生一個停止信號。連續(xù)讀連續(xù)讀操作可通過立即讀或選擇性讀操作啟動。在24C16發(fā)送完一個8 位字節(jié)數據后，主器件產生一個應答信號來響應，告知24C16主器件要求更多的數據，對應每個主機產生的應答信號24C16將發(fā)送一個8 位數據字節(jié)。當主器件不發(fā)送應答信號而發(fā)送停止位時結束此操作。從24C16輸出的數據按順序由N 到N+1 輸出讀操作時地址計數器在24C16整個地址內增加，這樣整個寄存器區(qū)域在可在一個讀操作內全部讀出。當讀取的字節(jié)超過2407計數器將翻轉到零并繼續(xù)輸出數據字節(jié)。第四章 軟件設計 概述整個系統(tǒng)的功能是由硬件電路配合軟件來實現(xiàn)的，當硬件基本定型后，軟件的功能也就基本定下來了。從軟件的功能不同可分為兩大類：一是監(jiān)19 / 51控軟件（主程序），它是整個控制系統(tǒng)的核心，專門用來協(xié)調各執(zhí)行模塊和操作者的關系。二是執(zhí)行軟件（子程序），它是用來完成各種實質性的功能如輸入、控制、采樣、報警、顯示等。每一個執(zhí)行軟件也就是一個小的功能執(zhí)行模塊。這里將各執(zhí)行模塊一一列出，并為每一個執(zhí)行模塊進行功能定義和接口定義 [12]。各執(zhí)行模塊規(guī)劃好后，就可以規(guī)劃監(jiān)控程序了。首先要根據系統(tǒng)的總體功能和鍵盤設置選擇一種最合適的監(jiān)控程序結構，然后根據實時性的要求，合理地安排監(jiān)控軟件和各執(zhí)行模塊之間地調度關系。 主程序結構系統(tǒng)軟件編程總設計框圖如下圖 41 所示：20 / 51初始化讀標示符顯示“電流設定” 顯示“限壓設定”讀數據開始實行D/A 子程序A/D 子程序空載/ 限壓 報警取鍵值讀標示符調用電流設定子程序調用電流設定子程序調用電流設定子程序調用限壓設定子程序調用限壓設定子程序調用限壓設定子程序是設置 是設置是“+ ”鍵是“+ ”鍵是“”鍵 是“”鍵N NN NN NYYYYYY電流設置標示電流設置標示限壓設置標示限壓設置標示YN圖 41 主程序流程圖21 / 51 各模塊子程序設計原理 MAX531 工作原理MAX531 D/A 轉換的數據輸入是串行輸入,所以在編程上比其它并行輸入的D/A 芯片要復雜一些. 下面 圖 42是D/A 轉換器數據輸入的時序圖.圖 42 MAX531 時序圖　輸入數據之前必須把CLR 清除端口置1 ，然后才能輸入數據。從 圖42 可以看出，當片選信號CS 來一個下降沿時，將開始進行數據輸入。CS 的下降沿之后在時鐘的作用下可使數據輸入寄存器。因為數據中的每一位，都在各個時鐘上升沿之后輸入寄存器。 由于有十二位數據,所以輸入這些數據至少需要十二個時鐘上升沿。 當片選信號CS 來一個上升沿時，將使D/ A 轉換器開始進行數模轉換,轉換結果以電壓的方式從Vout 端口輸出。 MAX187 工作原理MAX187 有2 種操作模式: 正常模式和休眠模式, 將 置為低電平進入休眠模式, 這時的電流消耗降到10 μA 以下。 置為高電平或懸空進入正常操作模式 [13]。MAX187工作時序圖如下 圖43 ：22 / 51圖43 MAX187 時序圖A/D轉換的工作過程是: 當CS為低電平時, 在下降沿MAX187 的T/H 電路進入保持狀態(tài), 并開始轉換, 后DOUT 輸出為高電平作為轉換完成標志。這時可在SCLK 端輸入一串脈沖將結果從DOUT 端移出, 讀入單片機中處理。數據讀取完成后將CS置為高電平。要注意的是: 在CS置為低電平啟動A/D 轉換后, 檢測到DOUT 有效( μs 以上) , 才能發(fā)SCLK 移位脈沖讀數據, SCLK 至少為13 個。發(fā)完脈沖后應將CS置為高電平。 鍵盤掃描原理鍵盤掃描程序詳見附錄該程序與以往鍵盤掃描程序有所不同，也有其自身的優(yōu)點。相對而言它程序要比常規(guī)簡單易懂。掃描原理是先置低4位為低電平高4