【文章內(nèi)容簡介】 電阻（KΩ）紅筆測量黑筆測量1地址A00002地址A00003地址A00004地GND0005數(shù)據(jù)SDA6時鐘SCL7寫保護WP8電源Vcc5 LED顯示 LED顯示器的結(jié)構(gòu)數(shù)碼管由7個發(fā)光二極管（LED）構(gòu)成一個“日”字形，它門可以共陽極，也可以共陰極。它的工作原理是通過解碼電路得到的數(shù)碼導(dǎo)通相應(yīng)的發(fā)光二極而形成相應(yīng)的字。一般的半導(dǎo)體數(shù)碼管是由7個條狀的發(fā)光二極管（LED）排列而形成的，可實現(xiàn)少量字符及數(shù)字“0～9”的顯示。除此之外，為了實現(xiàn)小數(shù)點的顯示，增加了1個點狀的發(fā)光二極管，所以數(shù)碼管由8個發(fā)光二極管（LED）構(gòu)成，這些發(fā)光二極管被分別命名為“a,b,c,d,e,f,g,dp”。 數(shù)碼管引腳圖圖 數(shù)碼管按各自發(fā)光二極管（LED）電極的連接方式可分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管兩種。共陽極數(shù)碼管指將所有發(fā)光二極管的陽極連接在一起形成公共陽極（COM）的數(shù)碼管。共陽極數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共陽極（COM）接+5V，當(dāng)某一字段的發(fā)光二極管的陰極為高時，相應(yīng)字段不亮，反之，當(dāng)某一字段的發(fā)光二極管的陰極為低時，相應(yīng)字段點亮。 共陽極數(shù)碼管內(nèi)部連接圖共陰極數(shù)碼管指將所有發(fā)光二極管的陰極連接在一起形成公共陰極（COM）的數(shù)碼管。共陰極數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共陰極（COM）接地線GND上，當(dāng)某一字段的發(fā)光二極管的陽極為低時，相應(yīng)字段不亮，反之，當(dāng)某一字段的發(fā)光二極管的陽極為高時，相應(yīng)字段點亮。 共陰極數(shù)碼管內(nèi)部連接圖若要數(shù)碼管能正常顯示，必須用驅(qū)動電路驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，以便能夠顯示出我們需要的數(shù)字，故根據(jù)數(shù)碼管驅(qū)動方式的不同，可以分為動態(tài)方式和靜態(tài)方式兩種。靜態(tài)顯示驅(qū)動（也稱直流驅(qū)動）：指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O 端口進行驅(qū)動，或者使用譯碼器譯碼進行驅(qū)動。靜態(tài)顯示具有顯示亮度高和編程簡單的優(yōu)點。其缺點為占用I/O 端口過多（如驅(qū)動5個數(shù)碼管的靜態(tài)顯示則需40根I/O端口來驅(qū)動，然而一個51單片機可用的I/O 端口只有32個）；實際應(yīng)用中必須增加譯碼驅(qū)動器進行驅(qū)動，這就增加了硬件電路的復(fù)雜性。動態(tài)顯示驅(qū)動：它是單片機中應(yīng)用最廣泛的一種顯示方式之一。動態(tài)顯示驅(qū)動是指將所有數(shù)碼管的8個發(fā)光二極管a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連接在一起，然后為每個數(shù)碼管的公共極（COM）增加一個位選通控制電路，位選通控制電路是由各自獨立的I/O線控制的，當(dāng)單片機輸出的是字形碼時，所有的數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但要想知道究竟是哪個數(shù)碼管會顯示出字，則取決于單片機對位選通電路的控制，故只需將要顯示字形的對應(yīng)數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，若數(shù)碼管沒有被選通，則該數(shù)碼管不會亮。輪流分時控制各個數(shù)碼管的公共（COM）端，就可以使各個數(shù)碼管在控制下輪流顯示，這就是動態(tài)顯示驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮?xí)r間為1 ms—2ms，由于發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)及人的視覺暫留現(xiàn)象，即使實際上各位數(shù)碼管并不是同時被點亮，但是只要掃描的速度足夠快，那么它給人的感覺就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍的感覺，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示一樣。： LED顯示十六進制數(shù)的字型代碼字形共陽極代碼共陰極代碼字形共陽極代碼共陰極代碼0C0H3FH1F9H06H2A4H5BH3B0H4FH499H66H592H6DH682H7DH7F8H07H880H7FH990H6FHA88H77HB83H7CHCC6H39HDA1H5EHE86H79HF8EH71H滅FFH00H 移位寄存器本設(shè)計采用的74LS164是8位移位寄存器。 74LS164引腳圖引腳功能：Clock：時鐘輸入端。Clear：同步清除輸入端（低電平有效）。A、B：為串行數(shù)據(jù)輸入端。QA—QH：為輸出端。 74LS164 內(nèi)部邏輯圖 74LS164工作范圍： 。電源電壓7V。儲存溫度65℃—150℃。工作環(huán)境溫度0℃—70℃。當(dāng)清除端（Clear）為低電平時，輸出端（QA—QH）都為低電平，串行數(shù)據(jù)輸入端（A，B）可控制數(shù)據(jù)。當(dāng)輸入端(A，B)任意一個為低電平時，在時鐘端（Clock）脈沖上升沿作用下Q0為低電平，禁止新的數(shù)據(jù)輸入。當(dāng)輸入端(A，B)有一個為高電平時，另一個輸出端就允許輸入數(shù)據(jù)，并在Clock上升沿作用下決定Q0的狀態(tài)。 時序圖第三章 硬件設(shè)計 STC89C52單片機模塊電路 晶振電路 晶振電路單片機晶振電路的作用是為單片機提供工作頻率，使單片機能夠完成一定的功能。單片機的晶振電路分為外部時鐘信號和片內(nèi)振蕩電路。當(dāng)使用片內(nèi)振蕩電路時，X1（J1）、X2(J2)與晶體振蕩器（簡稱晶振）及電容C在該電路中，電容CC晶振以及片內(nèi)與非門（起反饋放大作用的元件，類似于電容三點式振蕩電路中的三極管）構(gòu)成了電容三點式振蕩器。振蕩電容C1和C2的取值范圍與晶振的頻率及種類有關(guān)。為了減少寄生電容對振蕩頻率的影響，在印制板上電容C1和C2應(yīng)盡可能靠近單片機芯片的X1和X2引腳，必要時可以采用溫度系數(shù)較小的NPO電容。當(dāng)采用外部時鐘信號時，外部時鐘信號需從X1引腳輸入，X2引腳懸空，原因是單片機的片內(nèi)時鐘信號取自作為反饋放大元件的二輸入與非門的一個輸入端。晶振的電容值，是根據(jù)晶振的頻率計算出來的，在晶振中含有電阻，由單片機的頻率值，加上式（）可以推導(dǎo)出晶振的上拉電容值在20—40P基本都可以，一般取電容值為30P。 （） 復(fù)位電路為了確保單片機系統(tǒng)電路可以穩(wěn)定可靠的工作，復(fù)位電路是必不可少的一部分，復(fù)位電路的主要功能是上電復(fù)位。在本設(shè)計中，RET引腳為復(fù)位輸入端，STC89C52RC采用高電平復(fù)位方式。為了保證CPU內(nèi)部各單元電路可靠復(fù)位，RET引腳復(fù)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）。只要RET引腳保持高電平狀態(tài)，則每隔24個振蕩周期將重復(fù)一次復(fù)位操作，直到RET引腳變?yōu)榈碗娖?。電路方面采用的是由RC分立元件構(gòu)成的外部復(fù)位電路。工作原理：按下按鍵K0，RET端為低電平，此時電容通過電阻R1充電，一定時間后，電容兩端電壓增大，RET端近似為高電平，單片機復(fù)位，松開按鍵后，電容通過電阻R2放電，放電一段時間后，RET端又近似為低電平，復(fù)位結(jié)束，復(fù)位時間小于等于T。 （） 復(fù)位電路 最小系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)很簡單，就是能使單片機工作的最少的器件構(gòu)成的系統(tǒng)。最小系統(tǒng)雖然簡單，但是卻是大多數(shù)控制系統(tǒng)所必不可少的關(guān)鍵部分。對于MCS51 單片機，其內(nèi)部已經(jīng)包含了一定數(shù)量的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器，在外部只要增加時鐘電路和復(fù)位電路即可構(gòu)成單片機最小系統(tǒng)。 單片機最小系統(tǒng)單片機系統(tǒng)中的各個部分是在一個統(tǒng)一的時鐘脈沖控制下有序地進行工作，因此時鐘電路是單片機系統(tǒng)最基本、最重要的電路。MCS51 單片機內(nèi)部有一個高增益反相放大器，引腳XTAL1 和XTAL2 分別是該放大器的輸入端和輸出端，如果引腳XTAL1 和XTAL2 兩端跨接上晶體振蕩器（晶振）或陶瓷振蕩器就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩電路，該振蕩電路的輸出可直接送入內(nèi)部時序電路。大規(guī)模集成電路在上電時一般都需要進行一次復(fù)位操作，以便使芯片內(nèi)的一些部件處于一個確定的初始狀態(tài)，復(fù)位是一種很重要的操作。器件本身一般不具有自動上電復(fù)位能力，需要借助外部復(fù)位電路提供的復(fù)位信號才能進行復(fù)位操作。 LED顯示模塊在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，數(shù)碼管顯示器顯示常用兩種辦法：靜態(tài)顯示和動態(tài)掃描顯示。基于LED的優(yōu)點在本次設(shè)計中采用了數(shù)碼管的靜態(tài)顯示。所謂靜態(tài)顯示，就是每一個數(shù)碼管顯示器都要占用單獨的具有鎖存功能的I/O接口用于筆劃段字形代碼。這樣單片機只要把要顯示的字形代碼發(fā)送到接口電路，就不用管它了，直到要顯示新的數(shù)據(jù)時，再發(fā)送新的字形碼，因此，使用這種辦法單片機中CPU的開銷小。能供給單獨鎖存的I/O接口電路很多，常用的串并轉(zhuǎn)換電路74LS164。 LED顯示模塊74LS164是串行輸入并行輸出的移位寄存器。它具有兩個串行輸入端（A和B）和8位并行輸出端（Qa—Qh）。CLR為異步清零端，當(dāng)其為低電平時，可使74LS164清零（復(fù)位）。因本設(shè)計不需要復(fù)位，所以將其接+5V。CLK為時鐘脈沖接收端，用以控制移位寄存器的移位節(jié)奏。，移位寄存器74LS164通過單片機的P10和P11口獲得數(shù)據(jù)和脈沖，然后再把數(shù)據(jù)送給數(shù)碼管，顯示對應(yīng)的數(shù)據(jù)。 A/D轉(zhuǎn)換電路正常情況下，單片機與ADC0832的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線（CS、CLK、DO、DI）。其中，由于DI端與DO端在通信時與單片機的接口是雙向的且并未同時有效，所以電路設(shè)計時可以將DI和DO并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。 A/D轉(zhuǎn)換電路 D/A轉(zhuǎn)換電路DAC0832經(jīng)過運放uA741輸出05V電壓信號。 D/A轉(zhuǎn)換電路調(diào)幅分析：當(dāng)數(shù)字量為0FFH=255，參考電壓VREF=5V時, （） () V/I轉(zhuǎn)換電路 V/I轉(zhuǎn)換電路選擇該電路的理由是三個運算放大電路共同作用，代替了三極管，使電路更簡單、方便，也減少焊接時的麻煩。設(shè)經(jīng)過第一個運算放大器的輸出電壓為U1，經(jīng)過第二個運算放大器的輸出電壓為U2，經(jīng)過第三個運算放大器的輸出電壓為U0，輸入電壓為Ui，輸出電流為I0。 () ()由式（）和式（）可得 () ()由式（）和式（）可得 () () () 鍵盤電路、KK—，它完成PID參數(shù)值的設(shè)定和修改。 鍵盤電路 按鍵功能表按鍵功能K1修改PID參數(shù)K2加1鍵K3減1鍵K4確定并返回 按鍵設(shè)定值K1鍵按下的次數(shù)n設(shè)定PID參數(shù)n=1修改比例系數(shù)Kpn=2修改積分常數(shù)Tin=3修改微分常數(shù)Td 串口通信電路單片機與上位機的聯(lián)系是通過串口來實現(xiàn)的，兩者遵循一定的協(xié)議。在單片機與微機之間的距離在15米范圍內(nèi)，采用九針串口中的三根引腳與單片機相連即可，一個是串行數(shù)據(jù)發(fā)送端TXD，一個是串行數(shù)據(jù)接收端RXD，另一個是地端GND。由于單片機和微機之間的電平不兼容，單片機串口使用的是正邏輯的TTL電平，而上位機的串口使用的是負邏輯的EIA電平，這樣就存在TTL電平和EIA電平之間的轉(zhuǎn)換問題。為了使單片機和微機之間的電平相互兼容，使用電平轉(zhuǎn)換芯片RS232。RS232電纜的兩端，一端為母頭（DB9孔式），一端為公頭（DB9針式）。DB9定義引腳： 1 DCD載波檢測、2 RXD接受數(shù)據(jù)、3 TXD發(fā)出數(shù)據(jù)、4 DTR數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好、5 SG信號地線、6 DSR數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好、7 RTS請求發(fā)送、8 CTS清除發(fā)送、9 RI振鈴指示。外部設(shè)備與串行接口之間的數(shù)據(jù)傳送是按位進行的。RS232采用負邏輯，即－5到－15V代表“1”，＋5到＋15V代表“0”。必須經(jīng)過相應(yīng)的電平轉(zhuǎn)換，計算機才能通過串口通訊。 計算機串口通訊接口采用DB9芯接插件，使用RS232標(biāo)準(zhǔn)。第一部分是電荷泵電路。由6腳和4只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生+12v和12v兩個電源，提供給RS232串口電平的需要。第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由11114腳構(gòu)成兩個數(shù)據(jù)通道。 其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。 8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。第三部分是供電。15腳GND、16腳VCC（+5v）。TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入轉(zhuǎn)換成RS232數(shù)據(jù)從T1OUT、T2OUT送到電腦DB9插頭；DB9插頭的RS232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出。 串口通信電路第四