【文章內(nèi)容簡介】 實現(xiàn)在該部分電路設(shè)計中，單片機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。電路中的兩個數(shù)碼顯示管可以用來顯示輸出電壓的個位和十分位。數(shù)碼管有共陰極和共陽極兩種類型。共陰極數(shù)碼管內(nèi)部8個二極管的N極被連接在一起和引腳連接。在使用時引腳應(yīng)接低電平，當(dāng)數(shù)碼管其余的某個因交接高電平，則該引腳叫對應(yīng)的發(fā)光二極管被點亮，也就是數(shù)碼管對應(yīng)的發(fā)光段被點亮。共陽極數(shù)碼管內(nèi)部8個二極管的P極被連接在一起和引腳連接。在使用時引腳應(yīng)接高電平，當(dāng)數(shù)碼管其余引腳接入低電平，則該引腳叫對應(yīng)的發(fā)光二極管被點亮，也就是數(shù)碼管對應(yīng)的發(fā)光段被點亮。數(shù)碼管的電路符號如圖34所示。圖34 數(shù)碼管的電路符號七段顯示塊與單片機接口非常容易。只要將一個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。共陽極與共陰極的段選碼互為補數(shù)。表31 7段LED字型碼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)行擴展。應(yīng)用串行口工作方式0的同步移位寄存器方式是擴展輸入/輸出能力的一種方法。串行口工作方式0的輸出時序圖如圖35所示。D1D2D3D4D5D6D7RXDD0TXD圖35 串行口工作方式0的輸出時序圖在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，顯示器顯示常用兩種方法：靜態(tài)顯示和動態(tài)掃描顯示。所謂靜態(tài)顯示，就是每一個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，使用這種方法單片機中CPU的開銷小。MCS51單片機串行口方式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作為移位時鐘脈沖。74LS164為TTL單向8位移位寄存器，可實現(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個引腳按邏輯與運算規(guī)律輸入信號，共一個輸入信號時可并接。T（第8腳）為時鐘輸入端，可連接到串行口的TXD端。每一個時鐘信號的上升沿加到T端時，移位寄存器移一位，8個時鐘脈沖過后，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，移位寄存器各位復(fù)0，只有當(dāng)R=1時，時鐘脈沖才起作用。Q1…Q8（第36和1013引腳）并行輸出端分別接LED顯示器的hga各段對應(yīng)的引腳上。在給出了8個脈沖后，最先進(jìn)入74LS164的第一個數(shù)據(jù)到達(dá)了最高位，然后再來一個脈沖會有什么發(fā)生呢？再來一個脈沖，第一個脈沖就會從最高位移出，搞清了這一點，下面讓我們來看電路，2片7LS164首尾相串，而時鐘端則接在一起，這樣，當(dāng)輸入8個脈沖時，從單片機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€8個脈沖到來后，這個數(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：所謂時鐘脈沖端，其實就是需要高、低、高、低的脈沖，不管這個脈沖是怎么來的，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，那也是給出時鐘脈沖，在74LS164獲得時鐘脈沖的瞬間（再講清楚點，是在脈沖的沿），如果數(shù)據(jù)輸入端（第1，2引腳）是高電平，則就會有一個1進(jìn)入到74LS164的內(nèi)部，如果數(shù)據(jù)輸入端是低電平，則就會有一個0進(jìn)入其內(nèi)部。在給出了8個脈沖后，最先進(jìn)入74LS164的第一個數(shù)據(jù)到達(dá)了最高位，然后再來一個脈沖會有什么發(fā)生呢？再來一個脈沖，第一個脈沖就會從最高位移出，就像車站排隊買票，欄桿就那么長，要從后面進(jìn)去一個人，前面必須要從前面走出去一個人才行。 當(dāng)向串行數(shù)據(jù)緩存器SBUF寫入一個數(shù)據(jù)，在引腳RXD和引腳TXD將自動產(chǎn)生如上圖所示的信號。引腳RXD輸出數(shù)據(jù)，引腳TXD輸出同步移位時鐘.。同步移位時鐘的周期等于單片機的工作周期，因此輸出一個字節(jié)的數(shù)據(jù)需要8個單片機的工作周期。串行口輸出一個字節(jié)的數(shù)據(jù)需要8個單片機的工作周期這一點在編程時應(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)送的第一個數(shù)據(jù)的剩余內(nèi)容，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸錯誤。引腳RXD的輸出數(shù)據(jù)不能直接送入數(shù)碼管，這是因為串行數(shù)據(jù)通過一條線輸出，而數(shù)碼管的工作則同時需要8個輸入信號。使用8位移位寄存器（串行輸出，并行輸出）74LS164可以把串行信號轉(zhuǎn)換成數(shù)碼管所需要的并行信號以滿足數(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個同步移位脈沖完成把整個顯示代碼移入74LS164的輸出引腳，其中最低位引腳Q7，最高位引腳Q0。串/并轉(zhuǎn)換的整個過程需要8個單片機機器周期。如果單片機的時鐘頻率為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誤顯示，但是這個時間很短，我們的眼睛分辨不出來這個變化。如圖36所示的電路中，使用了兩個74LS164來驅(qū)動數(shù)碼管。從單片機TXD引腳來的同步移位信號同時加到兩個74LS164的引腳CLK，從單片機RXD引腳來的串行數(shù)據(jù)信號加到第1個74LS164的串行數(shù)據(jù)輸入口，從第一個74LS164的引腳Q7移出的串行數(shù)據(jù)再加到第2個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，每傳送一個字節(jié)需要8個機器周期，因此兩個顯示代碼的輸出語句間隔必須大于8個機器周期。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)果為一對差動電流輸出，轉(zhuǎn)換時間大約為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，低電平有效；WR1，WR2：寫選通信號，低電平有效；XFER：轉(zhuǎn)移控制信號，低電平有效；Rf：內(nèi)接反饋電阻，Rf=15KΩ；IOUT1，IOUT2：輸出端，其中 IOUT1 和運放反相輸入相連，IOUT2 和運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，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)字信號在進(jìn)入D/A轉(zhuǎn)換前，需經(jīng)過兩個獨立控制的8位鎖存器傳送。其優(yōu)點是D/A轉(zhuǎn)換的同時，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是單片機與DAC0832接口電路。圖38是單片機與DAC0832接口電路 鍵盤模塊按鍵開關(guān)具有兩個狀態(tài)：閉合或者斷開。這兩個狀態(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)為機械式彈性開關(guān)，它利用機械觸點實現(xiàn)開關(guān)的逼和或者斷開。直流電壓通過機械觸點的閉合、斷開過程所產(chǎn)生的信號波形如圖39所示鍵按下前沿抖動閉合穩(wěn)定后沿抖動圖39按鍵開關(guān)產(chǎn)生的信號波形圖由于機械觸點的彈性作用，按鍵開關(guān)在閉合時不會立刻穩(wěn)定的接通，在斷開時也不會一下子斷開。在閉合和斷開的瞬間都伴隨著一連串的抖動，都懂得時間取決遠(yuǎn)見的機械特性，這個時間一般為5ms~10ms。抖動的持續(xù)時間是很重要的。按鍵開關(guān)的閉合時間取決于操作者的習(xí)慣，一般為十分之幾秒到幾秒之間。為了確保單片機隊一次按鍵動作能確認(rèn)為一次按鍵，抖動的影響必須消除。消除鍵盤抖動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的影響。利用軟件編程的方法消除抖動影響由引入一段延時來實現(xiàn)。如圖310所示，當(dāng)?shù)谝淮螜z測到按鍵呈現(xiàn)低電平時，執(zhí)行一段延時大于10ms（即抖動的持續(xù)時間）的延時子程序，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失敗。調(diào)用延時子程序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→A返回NY兩次調(diào)用延時子程序延時12msNY判斷閉合鍵鍵號N圖310軟件消除抖動識別鍵碼流程圖常用的鍵盤有獨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)都比較簡單，但是每一個按鍵開關(guān)需要占用一個單片機的輸入/輸出引腳。后者占用較少的單片機輸入/輸出引腳，例如一個33的矩陣式鍵盤包含9個按鍵開關(guān)，只需要6個單片機輸入/輸出引腳 ；一個44的矩陣式鍵盤包含16個按鍵開關(guān)，只需要8個單片機輸入/輸出引腳。 鍵盤電路設(shè)計44鍵盤工作原理：鍵盤對單片機輸入數(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矩陣鍵盤識別處理每個按鍵有它的行值和列值，行值和列值的組合就是識別這個按鍵的編碼。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，判斷哪一個鍵按下，鍵的功能是什么；還要消除按鍵在閉合或斷開時的抖動。兩個并行口中，一個輸出掃描碼，使按鍵逐行動態(tài)接地，另一個并行口輸入按鍵狀態(tài)，由行掃描值和回饋信號共同形成鍵編碼而識別按鍵，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應(yīng)用系統(tǒng)中，鍵盤是一個關(guān)鍵的部件。鍵盤設(shè)有16個鍵， 數(shù)字鍵0～ 9及小數(shù)點鍵用于設(shè)定電壓輸出路號及幅值；“+”鍵為逐步增加輸出電壓；“”鍵為逐步減少輸出電壓；“CLR”鍵用于清除錯誤輸入， 恢復(fù)原先狀態(tài)；“ ”鍵用于啟動電壓設(shè)定狀態(tài)和確認(rèn)新設(shè)定； “ETR” 鍵為開始和確認(rèn)鍵。 電壓開機設(shè)定值為0。 此時，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)有自動識別功能， 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人機溝通的作用。主要功能有設(shè)置電壓值和實現(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，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，與門的輸出端就會跳變成高電平，即INT1端為低電平，向CPU申請中斷，若CPU開放外部中斷，則會相應(yīng)中斷請求，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，即輸出電流較大時，數(shù)控電源