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正文內(nèi)容

電阻爐溫度控制系畢業(yè)設(shè)計(編輯修改稿)

2024-07-14 14:26 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 外部電路和時鐘信號的情況下完成一切 A/D 轉(zhuǎn)換功能,應(yīng)用非常方便 [1]。 鍵盤的設(shè)計)13012345678910112131415+4Y0 1 Y2 3在計算機測控系統(tǒng)中,為了實現(xiàn)人機對話或某種操作,需要一個人機接口,通過設(shè)計一個過程運作操作臺來實現(xiàn)。鍵盤是由若干個按鍵組成的矩陣開關(guān),它是最簡單的單片機輸入設(shè)備,通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)或命令,實現(xiàn)簡單的人機對話 [5]。 獨立式按鍵接口獨立式按鍵是指各按鍵相互獨立,每個按鍵各接入一根輸入線,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)可以很容易判斷哪個按鍵按下了。獨立式按鍵電路配置靈活,軟件簡單。但每個按鍵需要占用一個輸入口線,在按鍵數(shù)量較多時,需要較多的輸入口線且電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜,故此種鍵盤適用于按鍵較少或操作速度較高的場合。由于在本系統(tǒng)中需使用到十六鍵鍵盤,獨立式鍵盤不符合本系統(tǒng)的要求,所以不予采用。 矩陣式鍵盤接口鍵盤上閉合鍵的識別是由專用硬件實現(xiàn)的,稱為編碼鍵盤,靠軟件實現(xiàn)的稱為非編碼鍵盤。本系統(tǒng)中,采用 44 鍵盤。44 的鍵盤結(jié)構(gòu)如圖 22 所示,按鍵設(shè)置在行、列線交點上,行、列線分別連接到按鍵開關(guān)的兩端。行線通過上拉電阻接到+5V 上。無按鍵按下時,行線處于高電平狀態(tài),而當(dāng)有按鍵按下時,行線電平狀態(tài)將由與此行線相連的列線的電平?jīng)Q定。列線的電平如果為低,則行線電平為低;列線的電平如果為高,則行線的電平亦為高。這一點是識別行列式鍵盤按鍵是否按下的關(guān)鍵所在。由于行列式鍵盤中行、列線為多鍵共用,各按鍵均影響該鍵在行和列的電平。因此各按鍵彼此將相互發(fā)生影響,所以必須將行、列線信號配合起來并作適當(dāng)?shù)奶幚?,才能確定閉合鍵的位置。下面以圖 22 中 3 號鍵被按下為例,來說明此鍵是如何被識別出來的。 )14t0 t1t2t3 t4圖 22 鍵盤結(jié)構(gòu)當(dāng) 3 號鍵按下時,與 3 號鍵相連的行線電平將由與此鍵相連的列線電平?jīng)Q定,而行線電平在無按鍵按下時處與高電平狀態(tài)。如果讓所有的列線處于低電平,很明顯,按鍵所在行電平將被接成低電平,根據(jù)此行電平的變化,便能判定此行一定有鍵被按下。但還不能確定是鍵 3 被按下,因為如果鍵 3 不被按下,而同一行的鍵 1 或 0 之一被按下,均會產(chǎn)生同樣的效果。所以,行線處于低電平只能得出某行有鍵被按下的結(jié)論。為進(jìn)一步判定到底是哪一列的鍵被按下,可采用掃描法來識別。即在某一時刻只讓 1 條列線處于低電平,其余所有列線出于高電平。當(dāng)?shù)?1 列仍處于高電平狀態(tài);而當(dāng)?shù)?2 列為低電平,而其余各列為高電平時,同樣我們會發(fā)現(xiàn)第 1 行仍處于高電平狀態(tài);直到讓第 4 列為低電平,其余各列為高電平時,因為此時 3 號鍵被按下,所以第 1 行的電平將由高電平轉(zhuǎn)換到第 4 列所處的低電平,據(jù)此可判斷第 1 行第 4 列交叉點處的按鍵,即 3 號鍵被按下。 圖 23 鍵閉合時行線電壓波形)15在圖 22 中,若 Y0 為低電平,0 號鍵閉合一次,X0 的電壓波形如圖 23 所示,圖中 t1 和 t3 分別為健的閉合和斷開過程中的抖動期(呈現(xiàn)一串負(fù)脈沖),抖動時間長短和開關(guān)的機械特性有關(guān),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 對一次按鍵動作只確認(rèn)一次按鍵有效,在軟件中必須設(shè)置去除抖動,在鍵的穩(wěn)定閉合或斷開時讀鍵的狀態(tài),并判斷出健由閉合到釋放時,再作鍵輸入處理矩陣式鍵盤(也稱行列式鍵盤)適用于按鍵數(shù)目較多的場合,它由行線和列線組成,按鍵位于行列的交點上。一個 33 的行列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成一個有 9 個按鍵的鍵盤。同理,一個 44 的行列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成一個 16 鍵的鍵盤,很明顯,在按鍵數(shù)量較多的場合,矩陣式鍵盤與獨立式鍵盤相比,要節(jié)省很多的 I/O 口線。按鍵設(shè)置在行列線交點上,行列線分別接到按鍵開關(guān)兩端。行線通過上拉電阻接到+5V 上。平時無按鍵按下時,行線處于高電平狀態(tài),而當(dāng)有按鍵按下時,行線電平狀態(tài)將由于此行線相連的列線電平?jīng)Q定。列線電平如果為低電平,則行線電平為低電平,列線電平如果為高電平,則行線電平為高電平。這是識別矩陣鍵盤按鍵是否按下的關(guān)鍵所在。由于矩陣鍵盤中行列線為多鍵公用,各按鍵均影響該鍵所在行列的電平。因此各按鍵彼此將相互發(fā)生影響,所以必須將行列信號配合起來比做適當(dāng)?shù)奶幚恚拍艽_定閉合鍵的位置,本系統(tǒng)需要十六鍵鍵盤,矩陣式鍵盤滿足要求,所以采用矩陣式鍵盤作為輸入電路,采用 8255 芯片進(jìn)行擴(kuò)展。 顯示器的選擇本系統(tǒng)中,采用 LED 顯示器。LED 顯示器是單片機應(yīng)用系統(tǒng)中常用的輸出器件。它是由若干個發(fā)光二極管組成的,當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時,相應(yīng)的一個點或一個筆畫發(fā)亮??刂撇煌M合的二極管導(dǎo)通,就能顯示出各種字符。常用的 LED 顯示器有 7 段和“米”字段之分。這種顯示器有共陽極和共陰極兩種。如圖 24 所示。共陰極 LED 顯示器的發(fā)光二極管的陰極連接在一起,通常此公共陰極接地。當(dāng)某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時,發(fā)光二極管點亮,相應(yīng)的段被顯示。同樣,共陽極 LED 顯示器的發(fā)光二極管的陽極連接在一起,通常此公共陽極接正電壓,)16abgdp… abgdp…+ 5V當(dāng)某個發(fā)光二極管的陰極接低電平時,發(fā)光二極管被點亮,相應(yīng)的段被顯示。圖 24 中的兩個顯示器都有 dp 顯示段,用于顯示小數(shù)點。7 段 LED 的字型碼(段選碼)如表 21 所示,由于只有 7 個段(如有如段,則為 8 個段)發(fā)光二極管,所以字型碼為一個字節(jié)。(a)共陰極 (b)共陽極 圖 24 8 段 LED 結(jié)構(gòu)及外形表 21 8 段 LED 段碼)17LED 的顯示方式有靜態(tài)和動態(tài)兩種方法。所謂靜態(tài)顯示,就是當(dāng)顯示器顯示某一個字符時,相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定的導(dǎo)通或截止,例如 7 段顯示器a、b、c、d、e、f 導(dǎo)通,g 截止,顯示 0。這種顯示方式每一位都需要有一個 8位輸出口控制。三位顯示器的接口邏輯。靜態(tài)顯示時,較小的電流能得到較高的亮度且字符不閃爍,所以可由 I/O 接口芯片(如 8255A 的 A、B、C 口)的輸出口直接驅(qū)動。在單片機串行口方式 0 應(yīng)用中,也是采用靜態(tài)顯示方法。用靜態(tài)顯示所需的 I/O 太多,一般采用動態(tài)顯示方法。所謂動態(tài)顯示就是一位一位地輪流點亮顯示器各個位(掃描),對于顯示器的每一位來說,每隔一段時間點亮一次。利用人的視覺暫留功能可以看到整個顯示,但必須保證掃描速度足夠快,字符才不閃爍。顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān),也與點亮?xí)r間和間隔時間的比例有關(guān)。調(diào)整電流和時間參數(shù),可實現(xiàn)亮度較高較穩(wěn)定的顯示。若顯示器的位數(shù)不大于 8位,則控制顯示器公共極電位只需一個 I/O 口(稱為掃描口),控制顯示器的各位所顯示的字型也需一個 8 位口(稱為段數(shù)據(jù)口)。8255 的 A 口作為掃描口,經(jīng)反向驅(qū)動器 74LS164 接顯示器公共極,B 口顯示字符 共陽極字符碼 共陰極字符碼 顯示字符 共陽極字符碼 共陰極字符碼0 3FH C0H C 39H 06H1 06H F9H D 5EH A1H2 5BH A4H E 79H 86H3 4FH B0H F 71H 8EH4 66H 99H P 73H 8CH5 6DH 92H U 3EH C1H6 7DH 82H T 31H CEH7 07H F8H y 6EH 91H8 7FH 80H H 76H 89H9 6FH 90H L 38H C7HA 77H 88H “滅” 00H FFHb 7CH 83H . . . . . . . . .)18作為段數(shù)據(jù)口,經(jīng)同相驅(qū)動器 74LS164 接顯示器的各個極。 接口芯片 8255A8255A 是 Intel 公司生產(chǎn)的可編程并行 I/O 芯片,它具有 3 個 8 位的并行 I/O口,三種工作方式,可通過編程改變其功能,因而使用方便靈活,通用性強,可作為單片機與多種外圍設(shè)備連接時的中間接口電路。8255A 引腳如 25 圖所示:圖 25 8255A 引腳8255A 共有 40 個引腳,采用雙列直插式封裝,各引腳功能如下:D7~D0:三態(tài)雙向數(shù)據(jù)線,與單片機數(shù)據(jù)總線連接,用來傳送數(shù)據(jù)信息。:片選信號線,低電平有效,表示芯片被選中。CSPA3 PA42 51 6PA0 PA7RD WRCS ESTGN D0A1 10 2PC7 D36 45 5PC4 D63 72 VcPC1 PB70 6B 5P1 PB42 385A12345678912134516781920 2124532829034353890)19:讀出信號線,低電平有效,控制數(shù)據(jù)的讀出。RD:寫入信號線,低電平有效,控制數(shù)據(jù)的寫入。WVCC:+5V 電源。PA7~PA0:A 口輸入/輸出線。PB7~PB0:B 口輸入/輸出線。PC7~PC0:C 口輸入/輸出線。RESET:復(fù)位信號線。A1~A0:地址線,用來選擇 8255A 內(nèi)部端口。8255A 內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括三個并行數(shù)據(jù)輸入/輸出端口,二個工作方式控制電路,一個讀/寫控制邏輯電路和 8 位數(shù)據(jù)總線緩沖器。各部分功能如下:⑴端口 A、B、C8255A 有三個 8 位并行口,PA、PB 和 PC。都可以選擇作為輸入輸出工作模式,但在功能和結(jié)構(gòu)上有些差異。1)PA 口:一個 8 位數(shù)據(jù)輸出鎖存器和緩沖器;一個 8 位數(shù)據(jù)輸入鎖存器。2)PB 口:一個 8 位數(shù)據(jù)輸出鎖存器和緩沖器;一個 8 位數(shù)據(jù)輸入緩沖器(輸入不鎖存) 。3)PC 口:一個 8 位數(shù)據(jù)輸出鎖存器;一個 8 位數(shù)據(jù)輸入緩沖器(輸入不鎖存)。通常 PA 口、PB 口作為輸入輸出口,PC 口作為輸入輸出口,也可在軟件的控制下,分為兩個 4 位的端口,作為端口 A、B 選通方式操作時的狀態(tài)控制信號。⑵A 組和 B 組控制電路這是兩組根據(jù) CPU 寫入的“控制字”來控制 8255A 工作方式的控制電路。A組控制 PA 口和 PC 口的上半部(PC7~PC4) ;B 組控制 PB 口和 PC 口的下半部(PC3~PC0) ,并可根據(jù)“控制字”對端口的每一位實現(xiàn)按位“置位”或“復(fù)位” 。⑶數(shù)據(jù)總線緩沖器數(shù)據(jù)總線緩沖器是一個三態(tài)雙向 8 位緩沖器,作為 8255A 與系統(tǒng)總線之間的接口,用來傳送數(shù)據(jù)、指令、控制命令以及外部狀態(tài)信息。⑷讀/寫控制邏輯電路)20讀/寫控制邏輯電路接收 CPU 發(fā)來的控制信號 、 、RESET、地址信號RDWA1~A0 等,然后根據(jù)控制信號的要求,將端口數(shù)據(jù)讀出,送往 CPU,或者將 CPU送來的數(shù)據(jù)寫入端口。 的三種工作方式(1)方式 0方式 0 是一種基本的輸入/輸出工作方式。在這種方式下,三個端口都可以由程序設(shè)置為輸入或者輸出,沒有固定的用于應(yīng)答的聯(lián)絡(luò)信號。在方式 0 下,MCS51 單片機可對 8255A 進(jìn)行 I/O 數(shù)據(jù)的無條件傳送,因此 8255A 是方式 0 屬于基本輸入/輸出方式。(2)方式 1方式 1 是一種選通式輸入/輸出工作方式。A 口和 B 口皆可獨立地設(shè)置成這種工作方式。在方式 1 下,8255A 的 A 口和 B 口通常用于傳送和它們相連外設(shè)的 I/O數(shù)據(jù),C 口用作 A 口和 B 口的應(yīng)答聯(lián)絡(luò)線,以實現(xiàn)中斷方式傳送 I/O 數(shù)據(jù)。C 口的PC7~PC0 應(yīng)答聯(lián)絡(luò)線是在設(shè)計 8255A 時規(guī)定的。(3)方式 2方式 2 只有 A 口才能設(shè)定。特別用于像鍵盤、顯示終端一類外部設(shè)備,因為有時需要把鍵盤上輸入的編碼信號通過 A 口送給 CPU,有時又需要把數(shù)據(jù)通過 A口送給終端顯示 [20]。)21第 3 章 硬件電路設(shè)計 主控制器 8051 單片機 8051 單片機的主要功能如下1.8 位 CPU 2.4kbytes 程序存儲器(ROM)3.128bytes 的數(shù)據(jù)存儲器(RAM)4.32 條 I/O 口線5.111 條指令,大部分為單字節(jié)指令6.21 個專用寄存器7.5 個中斷源,2 個優(yōu)先級8.一個全雙工串行通信口9.外部數(shù)據(jù)存儲器尋址空間為 64kB10.邏輯操作位尋址功能11.雙列直插 40PinDIP 封裝12.單一+5V 電源供電 [11] 8051 單片機的優(yōu)點地址線寬達(dá) 16 條,即外部數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器的尋址范圍達(dá) 64kB,這作為單片機控制來說已是比較大的,這同時具備對 I/O 口的訪問能力。此外,MCS51 采用模塊化結(jié)構(gòu),可方便地增刪一個模塊就可引腳和指令兼容的新產(chǎn)品。從而容易使產(chǎn)品形成系列化。2.處理功能強 )22由于 MCS51 集成了幾乎完善的 8 位中央處理單元,中央處理單元中集成了方便靈活的專用寄存器,硬件的加、減、乘、除法器和布爾處理機及各種邏輯運算和轉(zhuǎn)移指令,這給應(yīng)用提供了極大的便利。3.指令系統(tǒng)近乎完善指令系統(tǒng)中包含了全面的數(shù)據(jù)傳送指令、完善的算術(shù)和邏輯運算指令、方便的邏輯操作和控制指令、對于編程來說,是相當(dāng)靈活和方便的。MCS51 單片機的工作頻率為 212MHz,當(dāng)振蕩頻率為 12MHz 時,一個機器周期為 1us,這個速度應(yīng)該說是比較快的。8051 中集成了完善的各種中斷源,用戶可十分方便地控制和使用其功能,使得它的應(yīng)用范圍加大,可以
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