【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 實(shí)現(xiàn)在該部分電路設(shè)計(jì)中，單片機(jī)與顯示電路之間的數(shù)據(jù)傳輸采用串行通信方式，單片機(jī)工作在串行口工作方式0，即同步移位寄存器方式具體顯示電路如圖36所示。電路中的兩個(gè)數(shù)碼顯示管可以用來顯示輸出電壓的個(gè)位和十分位。數(shù)碼管有共陰極和共陽(yáng)極兩種類型。共陰極數(shù)碼管內(nèi)部8個(gè)二極管的N極被連接在一起和引腳連接。在使用時(shí)引腳應(yīng)接低電平，當(dāng)數(shù)碼管其余的某個(gè)因交接高電平，則該引腳叫對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，也就是數(shù)碼管對(duì)應(yīng)的發(fā)光段被點(diǎn)亮。共陽(yáng)極數(shù)碼管內(nèi)部8個(gè)二極管的P極被連接在一起和引腳連接。在使用時(shí)引腳應(yīng)接高電平，當(dāng)數(shù)碼管其余引腳接入低電平，則該引腳叫對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管被點(diǎn)亮，也就是數(shù)碼管對(duì)應(yīng)的發(fā)光段被點(diǎn)亮。數(shù)碼管的電路符號(hào)如圖34所示。圖34 數(shù)碼管的電路符號(hào)七段顯示塊與單片機(jī)接口非常容易。只要將一個(gè)8位并行輸出口與顯示塊的發(fā)光二極管引腳相連即可。8位并行輸出口輸出不同的字節(jié)數(shù)據(jù)即可獲得不同的數(shù)字或字符，其數(shù)碼如表31所示。通常將控制發(fā)光二極管的8位字節(jié)數(shù)據(jù)稱為段選碼。共陽(yáng)極與共陰極的段選碼互為補(bǔ)數(shù)。表31 7段LED字型碼顯示字符共陽(yáng)極字符碼共陰極字符碼顯示字符共陽(yáng)極字符碼共陰極字符碼03FHC0HB7CH83H106HF9HC39H39H25BHA4HD5EHA1H34FHB0HE79H86H466H99HF71H8EH56DH92H“滅”00HFFH67DH82H707HF8H87FH80H96FH90HA77H88H如前所述，AT89C51芯片提供的并行輸入/輸出口是有限的，因此必須想辦法進(jìn)行擴(kuò)展。應(yīng)用串行口工作方式0的同步移位寄存器方式是擴(kuò)展輸入/輸出能力的一種方法。串行口工作方式0的輸出時(shí)序圖如圖35所示。D1D2D3D4D5D6D7RXDD0TXD圖35 串行口工作方式0的輸出時(shí)序圖在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，顯示器顯示常用兩種方法：靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)掃描顯示。所謂靜態(tài)顯示，就是每一個(gè)顯示器都要占用單獨(dú)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(jī)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(shí)，再發(fā)送新的字形碼，因此，使用這種方法單片機(jī)中CPU的開銷小。MCS51單片機(jī)串行口方式0為移位寄存器方式，外接2片74LS164作為2位LED顯示器的靜態(tài)顯示接口，把89C51的RXD作為數(shù)據(jù)輸出線，TXD作為移位時(shí)鐘脈沖。74LS164為TTL單向8位移位寄存器，可實(shí)現(xiàn)串行輸入，并行輸出。其中A、B（第2腳）為串行數(shù)據(jù)輸入端，2個(gè)引腳按邏輯與運(yùn)算規(guī)律輸入信號(hào)，共一個(gè)輸入信號(hào)時(shí)可并接。T（第8腳）為時(shí)鐘輸入端，可連接到串行口的TXD端。每一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的上升沿加到T端時(shí)，移位寄存器移一位，8個(gè)時(shí)鐘脈沖過后，8位二進(jìn)制數(shù)全部移入74LS164中。R（第9腳）為復(fù)位端，當(dāng)R=0時(shí)，移位寄存器各位復(fù)0，只有當(dāng)R=1時(shí)，時(shí)鐘脈沖才起作用。Q1…Q8（第36和1013引腳）并行輸出端分別接LED顯示器的hga各段對(duì)應(yīng)的引腳上。在給出了8個(gè)脈沖后，最先進(jìn)入74LS164的第一個(gè)數(shù)據(jù)到達(dá)了最高位，然后再來一個(gè)脈沖會(huì)有什么發(fā)生呢？再來一個(gè)脈沖，第一個(gè)脈沖就會(huì)從最高位移出，搞清了這一點(diǎn)，下面讓我們來看電路，2片7LS164首尾相串，而時(shí)鐘端則接在一起，這樣，當(dāng)輸入8個(gè)脈沖時(shí)，從單片機(jī)RXD端輸出的數(shù)據(jù)就進(jìn)入到了第一片74LS164中了，而當(dāng)?shù)诙€(gè)8個(gè)脈沖到來后，這個(gè)數(shù)據(jù)就進(jìn)入了第二片74LS164，而新的數(shù)據(jù)則進(jìn)入了第一片74LS164。關(guān)于74LS164還可以作如下的介紹：所謂時(shí)鐘脈沖端，其實(shí)就是需要高、低、高、低的脈沖，不管這個(gè)脈沖是怎么來的，比如，我們用一根電線，一端接T，一端用手拿著，分別接高電平、低電平，那也是給出時(shí)鐘脈沖，在74LS164獲得時(shí)鐘脈沖的瞬間（再講清楚點(diǎn)，是在脈沖的沿），如果數(shù)據(jù)輸入端（第1，2引腳）是高電平，則就會(huì)有一個(gè)1進(jìn)入到74LS164的內(nèi)部，如果數(shù)據(jù)輸入端是低電平，則就會(huì)有一個(gè)0進(jìn)入其內(nèi)部。在給出了8個(gè)脈沖后，最先進(jìn)入74LS164的第一個(gè)數(shù)據(jù)到達(dá)了最高位，然后再來一個(gè)脈沖會(huì)有什么發(fā)生呢？再來一個(gè)脈沖，第一個(gè)脈沖就會(huì)從最高位移出，就像車站排隊(duì)買票，欄桿就那么長(zhǎng)，要從后面進(jìn)去一個(gè)人，前面必須要從前面走出去一個(gè)人才行。 當(dāng)向串行數(shù)據(jù)緩存器SBUF寫入一個(gè)數(shù)據(jù)，在引腳RXD和引腳TXD將自動(dòng)產(chǎn)生如上圖所示的信號(hào)。引腳RXD輸出數(shù)據(jù)，引腳TXD輸出同步移位時(shí)鐘.。同步移位時(shí)鐘的周期等于單片機(jī)的工作周期，因此輸出一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)需要8個(gè)單片機(jī)的工作周期。串行口輸出一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)需要8個(gè)單片機(jī)的工作周期這一點(diǎn)在編程時(shí)應(yīng)該注意，不能連續(xù)地編寫兩條向串行數(shù)據(jù)寄存器(SBUF)寫入數(shù)據(jù)的指令。因此如果第一個(gè)數(shù)據(jù)還沒有被全部發(fā)送出去，再向串行數(shù)據(jù)緩沖寄存器(SBUF)寫入一個(gè)數(shù)據(jù)，新寫入的數(shù)據(jù)將覆蓋沒有完成發(fā)送的第一個(gè)數(shù)據(jù)的剩余內(nèi)容，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤。引腳RXD的輸出數(shù)據(jù)不能直接送入數(shù)碼管，這是因?yàn)榇袛?shù)據(jù)通過一條線輸出，而數(shù)碼管的工作則同時(shí)需要8個(gè)輸入信號(hào)。使用8位移位寄存器（串行輸出，并行輸出）74LS164可以把串行信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)碼管所需要的并行信號(hào)以滿足數(shù)碼管的需要。74LS164的功能表如表32所示。表32 74LS164的功能表輸入輸出MRCLKDSADSBQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q700000000010Q00Q10Q20Q30Q40Q50Q60Q701↑111Q00Q10Q20Q30Q40Q50Q601↑00Q00Q10Q20Q30Q40Q50Q601↑00Q00Q10Q20Q30Q40Q50Q60應(yīng)用串行口工作方式0和74LS164的數(shù)碼管的顯示電路如36圖所示。74LS164在這里完成了串/并轉(zhuǎn)換和顯示驅(qū)動(dòng)的雙重任務(wù)。執(zhí)行指令：MOV SBUF， 3FH可以輸出共陰極數(shù)碼管字符0的顯示代碼。首先顯示代碼的最低位數(shù)據(jù)從AT89S51的引腳RXD送到74LS164的引腳DSA和DSB，接著同步移位脈沖從AT89S51的引腳TXD送到74LS164的引腳CLK，在同步移位脈沖上升沿的作用下，顯示代碼的最低位數(shù)據(jù)被移入74LS164的引腳Q0。第二個(gè)同步移位脈沖的上升沿著把代碼的最低位數(shù)據(jù)移入74LS164的引腳Q0。依次類推，8個(gè)同步移位脈沖完成把整個(gè)顯示代碼移入74LS164的輸出引腳，其中最低位引腳Q7，最高位引腳Q0。串/并轉(zhuǎn)換的整個(gè)過程需要8個(gè)單片機(jī)機(jī)器周期。如果單片機(jī)的時(shí)鐘頻率為12MHz，該過程需要8μs。在轉(zhuǎn)換過程的8μs中，數(shù)碼管的顯示是不斷變化的錯(cuò)誤顯示，但是這個(gè)時(shí)間很短，我們的眼睛分辨不出來這個(gè)變化。如圖36所示的電路中，使用了兩個(gè)74LS164來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管。從單片機(jī)TXD引腳來的同步移位信號(hào)同時(shí)加到兩個(gè)74LS164的引腳CLK，從單片機(jī)RXD引腳來的串行數(shù)據(jù)信號(hào)加到第1個(gè)74LS164的串行數(shù)據(jù)輸入口，從第一個(gè)74LS164的引腳Q7移出的串行數(shù)據(jù)再加到第2個(gè)74LS164的串行數(shù)據(jù)輸入口。 圖36 基于串行輸出口的2位數(shù)碼顯示電路在采用同步移位方式的串行輸出時(shí)，每傳送一個(gè)字節(jié)需要8個(gè)機(jī)器周期，因此兩個(gè)顯示代碼的輸出語(yǔ)句間隔必須大于8個(gè)機(jī)器周期。DAC0832是8位全MOS中速D/A 轉(zhuǎn)換器，采用R—2RT 形電阻解碼網(wǎng)絡(luò)，轉(zhuǎn)換結(jié)果為一對(duì)差動(dòng)電流輸出，轉(zhuǎn)換時(shí)間大約為1μs。使用單電源+5V―+15V 供電。參考電壓為10V－+10V。在此我們直接選擇+5V 作為參考電壓。DAC0832 有三種工作方式：直通方式，單緩沖方式，雙緩沖方式；在此我們選擇直通的工作方式，將XFER WR2 CS 管腳全部接數(shù)字地。管腳8 接參考電壓，在此我們接的參考電壓是+5V。其管腳圖如圖37所示。DAC0832 芯片主要功能引腳的名稱和作用如下：D7~D0：8 位二進(jìn)制數(shù)據(jù)輸入端；ILE：輸入鎖存允許，高電平有效；CS：片選信號(hào)，低電平有效；WR1，WR2：寫選通信號(hào)，低電平有效；XFER：轉(zhuǎn)移控制信號(hào)，低電平有效；Rf：內(nèi)接反饋電阻，Rf=15KΩ；IOUT1，IOUT2：輸出端，其中 IOUT1 和運(yùn)放反相輸入相連，IOUT2 和運(yùn)放同相輸入端相連并接地端；Vcc：電源電壓，Vcc 的范圍為+5V~+15V；Vref：參考電壓，范圍在10V~+10V；GND：接地端。圖37 DAC0832芯片封裝圖當(dāng) ILE=1，CS=0，WR=0，輸入數(shù)據(jù) D7~D0 存入8位輸入寄存器中，當(dāng) WR2=0，XFER=0 時(shí)，輸入寄存器中所存內(nèi)容進(jìn)入8位 DAC 寄存器并進(jìn)行 D/A轉(zhuǎn)換。DAC0832最具特色是輸入為雙緩沖結(jié)構(gòu)，數(shù)字信號(hào)在進(jìn)入D/A轉(zhuǎn)換前，需經(jīng)過兩個(gè)獨(dú)立控制的8位鎖存器傳送。其優(yōu)點(diǎn)是D/A轉(zhuǎn)換的同時(shí)，DAC 寄存器中保留現(xiàn)有的數(shù)據(jù)，而在輸入寄存器中可送入新的數(shù)據(jù)。如圖38是單片機(jī)與DAC0832接口電路。圖38是單片機(jī)與DAC0832接口電路 鍵盤模塊按鍵開關(guān)具有兩個(gè)狀態(tài)：閉合或者斷開。這兩個(gè)狀態(tài)反映在電壓上就是按鍵開關(guān)呈現(xiàn)出高電平或者低電平。如果按鍵開關(guān)呈現(xiàn)高電平表示它斷開，如果按鍵開關(guān)呈現(xiàn)低電平表示它閉合，因此通過檢測(cè)按鍵開關(guān)呈現(xiàn)的電平狀態(tài)就可以確定按鍵開關(guān)是否被按下。通常使用的按鍵開關(guān)為機(jī)械式彈性開關(guān)，它利用機(jī)械觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)開關(guān)的逼和或者斷開。直流電壓通過機(jī)械觸點(diǎn)的閉合、斷開過程所產(chǎn)生的信號(hào)波形如圖39所示鍵按下前沿抖動(dòng)閉合穩(wěn)定后沿抖動(dòng)圖39按鍵開關(guān)產(chǎn)生的信號(hào)波形圖由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，按鍵開關(guān)在閉合時(shí)不會(huì)立刻穩(wěn)定的接通，在斷開時(shí)也不會(huì)一下子斷開。在閉合和斷開的瞬間都伴隨著一連串的抖動(dòng)，都懂得時(shí)間取決遠(yuǎn)見的機(jī)械特性，這個(gè)時(shí)間一般為5ms~10ms。抖動(dòng)的持續(xù)時(shí)間是很重要的。按鍵開關(guān)的閉合時(shí)間取決于操作者的習(xí)慣，一般為十分之幾秒到幾秒之間。為了確保單片機(jī)隊(duì)一次按鍵動(dòng)作能確認(rèn)為一次按鍵，抖動(dòng)的影響必須消除。消除鍵盤抖動(dòng)的方法具有采用硬件電路的方法和利用軟件編程的方法。由于采用軟件編程的方法可以減低硬件電路的開銷，這里只討論利用軟件編程的方法來消除抖動(dòng)的影響。利用軟件編程的方法消除抖動(dòng)影響由引入一段延時(shí)來實(shí)現(xiàn)。如圖310所示，當(dāng)?shù)谝淮螜z測(cè)到按鍵呈現(xiàn)低電平時(shí)，執(zhí)行一段延時(shí)大于10ms（即抖動(dòng)的持續(xù)時(shí)間）的延時(shí)子程序，然后再確認(rèn)按鍵是否呈現(xiàn)低電平。如果按鍵仍呈現(xiàn)低電平，則確認(rèn)按鍵被按下，否則表示第一次的檢測(cè)失敗。調(diào)用延時(shí)子程序6ms開始結(jié)束YY鍵盤有鍵閉合嗎有鍵閉合嗎？閉合鍵釋放嗎？鍵號(hào)→A返回NY兩次調(diào)用延時(shí)子程序延時(shí)12msNY判斷閉合鍵鍵號(hào)N圖310軟件消除抖動(dòng)識(shí)別鍵碼流程圖常用的鍵盤有獨(dú)立式鍵盤和矩陣式鍵盤。前者電路結(jié)構(gòu)和軟件結(jié)構(gòu)都比較簡(jiǎn)單，但是每一個(gè)按鍵開關(guān)需要占用一個(gè)單片機(jī)的輸入/輸出引腳。后者占用較少的單片機(jī)輸入/輸出引腳，例如一個(gè)33的矩陣式鍵盤包含9個(gè)按鍵開關(guān)，只需要6個(gè)單片機(jī)輸入/輸出引腳 ；一個(gè)44的矩陣式鍵盤包含16個(gè)按鍵開關(guān)，只需要8個(gè)單片機(jī)輸入/輸出引腳。 鍵盤電路設(shè)計(jì)44鍵盤工作原理：鍵盤對(duì)單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)，鍵盤為44矩陣鍵盤，用AT89C51的并行口P1接44矩陣鍵盤，－，－。44矩陣鍵盤識(shí)別處理每個(gè)按鍵有它的行值和列值，行值和列值的組合就是識(shí)別這個(gè)按鍵的編碼。矩陣的行線和列線分別通過兩并行接口和CPU通信。每個(gè)按鍵的狀態(tài)同樣需變成數(shù)字量“0”和“1”，開關(guān)的一端（列線）通過電阻接VCC，而接地是通過程序輸出數(shù)字“0”實(shí)現(xiàn)的。鍵盤處理程序的任務(wù)是：確定有無鍵按下，判斷哪一個(gè)鍵按下，鍵的功能是什么；還要消除按鍵在閉合或斷開時(shí)的抖動(dòng)。兩個(gè)并行口中，一個(gè)輸出掃描碼，使按鍵逐行動(dòng)態(tài)接地，另一個(gè)并行口輸入按鍵狀態(tài)，由行掃描值和回饋信號(hào)共同形成鍵編碼而識(shí)別按鍵，通過軟件查表，查出該鍵的功能。鍵盤原理圖見圖311圖311 鍵盤原理圖在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，鍵盤是一個(gè)關(guān)鍵的部件。鍵盤設(shè)有16個(gè)鍵， 數(shù)字鍵0～ 9及小數(shù)點(diǎn)鍵用于設(shè)定電壓輸出路號(hào)及幅值；“+”鍵為逐步增加輸出電壓；“”鍵為逐步減少輸出電壓；“CLR”鍵用于清除錯(cuò)誤輸入， 恢復(fù)原先狀態(tài)；“ ”鍵用于啟動(dòng)電壓設(shè)定狀態(tài)和確認(rèn)新設(shè)定； “ETR” 鍵為開始和確認(rèn)鍵。 電壓開機(jī)設(shè)定值為0。 此時(shí)，若按數(shù)字鍵， 則顯示輸入電壓值。設(shè)定完畢也可以在電壓設(shè)定狀態(tài)下， 用“+” V 的增量設(shè)定電壓和“”。系統(tǒng)設(shè)有自動(dòng)識(shí)別功能， 將不接受超出使用范圍的電壓設(shè)定值，在未按“ ”鍵之前， 對(duì)誤輸入的電壓可以用“CLR”鍵清除后重新設(shè)定。鍵盤的外形如圖312所示。12356790+.CLRETR48－圖 312 鍵盤外形它起到了一個(gè)人機(jī)溝通的作用。主要功能有設(shè)置電壓值和實(shí)現(xiàn)電壓值的步進(jìn)或步減調(diào)節(jié)。本裝置采用中斷掃描工作方式以利于提高CPU的工作效率。即將4條列線經(jīng)4與門接在微處理器的外部中斷1端。當(dāng)沒有按鍵按下時(shí)，與門各輸入端均為高電平，保持輸出為高電平，INT1端則為高電平；當(dāng)有按鍵按下時(shí)，與門的輸出端就會(huì)跳變成高電平，即INT1端為低電平，向CPU申請(qǐng)中斷，若CPU開放外部中斷，則會(huì)相應(yīng)中斷請(qǐng)求，轉(zhuǎn)去執(zhí)行鍵盤少面程序。這樣，CPU就可以一直做自己的工作直到有外部中斷產(chǎn)生。 放大電路和限流保護(hù)模塊電流放大器用來降低數(shù)控電源的輸出電阻，使得負(fù)載電阻較小時(shí)，即輸出電流較大時(shí)，數(shù)控電源