【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 外部電路向AT89C52提供時(shí)鐘脈沖，外部時(shí)鐘信號(hào)通過(guò)一個(gè)反相器接至XTAL1和XTAL2；內(nèi)部時(shí)鐘方式，接晶體及電容和構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中，內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生自激振蕩。課題所采用的振蕩電路是內(nèi)部方式，電路如圖42所示。圖42 內(nèi)部時(shí)鐘振蕩電路AT89C52的復(fù)位工作引腳RESET為AT89C52提供了初始化的手段。有了它可以使程序從指定處開(kāi)始執(zhí)行，即從程序存儲(chǔ)器中的0000H地址單元開(kāi)始執(zhí)行程序。在AT89C52的時(shí)鐘電路工作后，只要在RESET引腳上出現(xiàn)10ms以上的高電平時(shí)，單片機(jī)內(nèi)則初始復(fù)位。只要RESET保持高電平，則AT89C52循環(huán)復(fù)位。只有當(dāng)RESET有高電平變低電平以后，單片機(jī)才從0000H地址開(kāi)始執(zhí)行程序。AT89C52有三種復(fù)位方法。第一，上電復(fù)位。接通電源時(shí)自動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位信號(hào)。第二，手動(dòng)復(fù)位。設(shè)置一個(gè)復(fù)位按鈕，當(dāng)操作者按下按鈕時(shí)產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位信號(hào)。第三，自動(dòng)復(fù)位。設(shè)計(jì)一個(gè)復(fù)位電路，當(dāng)系統(tǒng)滿足某一條件時(shí)自動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位信號(hào)。根據(jù)功能需要，課題中所采用的單片機(jī)復(fù)位電路是使用上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位結(jié)合的復(fù)位方法。開(kāi)啟時(shí)，上電后即可自動(dòng)對(duì)單片機(jī)復(fù)位。AT89C52的復(fù)位電路如圖43所示圖43 AT89C52的復(fù)位電路在該系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)設(shè)定電流值的輸入，按鍵電路是十分必要的。在單片機(jī)系統(tǒng)中鍵盤分為兩類，一類為獨(dú)立式按鍵，另一類為矩陣式鍵盤。獨(dú)立式按鍵是直接用I/O口線構(gòu)成的單個(gè)按鍵電路，其特點(diǎn)是每個(gè)按鍵單獨(dú)占用一根I/O口線，每個(gè)按鍵的工作不會(huì)影響其它I/O口線的狀態(tài)。獨(dú)立式按鍵的典型應(yīng)用如圖44所示。圖44 獨(dú)立式按鍵接口電路獨(dú)立式按鍵電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但每個(gè)按鍵必須占用一根I/O口線，因此，在按鍵較多時(shí)，I/O口線浪費(fèi)較大。當(dāng)單片機(jī)控制系統(tǒng)中，往往只需要幾個(gè)功能鍵時(shí)，可采用獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu)。矩陣式鍵盤，I/O端線分為行線和列線，按鍵跨接在行線和列線上，按鍵按下時(shí)，行線與列線發(fā)生短路。矩陣式鍵盤的特點(diǎn)為占用I/O端線較少但軟件結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。當(dāng)需要較多的按鍵時(shí)可采用矩陣式鍵盤。矩陣式鍵盤結(jié)構(gòu)如圖45所示。圖45 矩陣式鍵盤的結(jié)構(gòu)考慮到本文的數(shù)據(jù)輸入量以及單片機(jī)I/O口的使用情況，系統(tǒng)設(shè)計(jì)才用獨(dú)立式按鍵。本文的按鍵電路如圖46所示，按鍵的作用是輸入設(shè)定的電流值和最大值，系統(tǒng)設(shè)定的初始的最大值為2mA,設(shè)定值為1mA。輸入的方法是通過(guò)按鍵連續(xù)輸入每按一下鍵電流值就相應(yīng)的增加或減少1mA。程序設(shè)定了輸入值不能大于系統(tǒng)初始設(shè)定的最大值1mA。設(shè)定的最大值不能小于系統(tǒng)初始設(shè)定的設(shè)定值1mA。圖46 本系統(tǒng)的按鍵電路組成鍵盤的按鈕有觸點(diǎn)式和非觸點(diǎn)式兩種，單片機(jī)中應(yīng)用的一般是由機(jī)械觸點(diǎn)組成的。機(jī)械式按鍵再按下或釋放時(shí)，由于機(jī)械彈性作用的影響，通常伴隨有一定時(shí)間的觸點(diǎn)機(jī)械抖動(dòng)，然后其觸點(diǎn)才穩(wěn)定下來(lái)。其抖動(dòng)過(guò)程如圖47所示，抖動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短與開(kāi)關(guān)的機(jī)械特性有關(guān)，一般為5~10 ms圖47 鍵操作和鍵抖動(dòng)在觸點(diǎn)抖動(dòng)期間檢測(cè)按鍵的通與斷狀態(tài)，可能導(dǎo)致判斷出錯(cuò)，即按鍵一次按下或釋放被錯(cuò)誤地認(rèn)為是多次操作，這種情況是不允許出現(xiàn)的。為了克服按鍵觸點(diǎn)機(jī)械抖動(dòng)所致的檢測(cè)誤判，必須采取去抖動(dòng)措施。這一點(diǎn)可從硬件、軟件兩方面予以考慮。在鍵數(shù)較少時(shí)，可采用硬件去抖，而當(dāng)鍵數(shù)較多時(shí)，采用軟件去抖。在硬件上可采用在鍵輸出端加RS觸發(fā)器(雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器)或單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器構(gòu)成去抖動(dòng)電路。圖48是一種由RS觸發(fā)器構(gòu)成的去抖動(dòng)電路，當(dāng)觸發(fā)器一旦翻轉(zhuǎn)，觸點(diǎn)抖動(dòng)不會(huì)對(duì)其產(chǎn)生任何影響。圖48硬件消抖電路軟件上采取的措施是：在檢測(cè)到有按鍵按下時(shí)，執(zhí)行一個(gè)10 ms左右（具體時(shí)間應(yīng)視所使用的按鍵進(jìn)行調(diào)整）的延時(shí)程序后，再確認(rèn)該鍵電平是否仍保持閉合狀態(tài)電平，若仍保持閉合狀態(tài)電平，則確認(rèn)該鍵處于閉合狀態(tài)。同理，在檢測(cè)到該鍵釋放后，也應(yīng)采用相同的步驟進(jìn)行確認(rèn)，從而可消除抖動(dòng)的影響。本文的電路中的按鍵消抖問(wèn)題采用的是軟件延時(shí)的方法來(lái)解決的。 A/D轉(zhuǎn)換電路單片機(jī)只能處理數(shù)字量，然后現(xiàn)實(shí)生活中，外界的被測(cè)量往往都是模擬的，這就需要有一種器件可以把外部的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量以供單片機(jī)處理，然后控制其它外部設(shè)備執(zhí)行某種操作。A/D轉(zhuǎn)換器是一種用來(lái)將連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合于數(shù)字處理的二進(jìn)制數(shù)的器件。在本文的電路中A/D轉(zhuǎn)換器的作用是將設(shè)定的電壓值送入單片機(jī)中，以進(jìn)行比較。AD轉(zhuǎn)換器的位數(shù)越高，外界被測(cè)模擬量被轉(zhuǎn)換的就越精確。選擇一個(gè)高精度的AD轉(zhuǎn)換器是真實(shí)感知外界前提。但是精度越高，器件的價(jià)格就會(huì)非常昂貴。應(yīng)該選擇一個(gè)是足夠滿足所需環(huán)境的A/D轉(zhuǎn)換器才是正確的。文中采用的A/D轉(zhuǎn)換器是TLC549,它是一個(gè)8位的A/D轉(zhuǎn)換器，足夠滿足本系統(tǒng)的要求。TLC549是美國(guó)德州儀器公司生產(chǎn)的8位串行A/D轉(zhuǎn)換器芯片，可與通用微處理器、控制器通過(guò)CLK、CS、DATA OUT三條口線進(jìn)行串行接口。具有4MHz片內(nèi)系統(tǒng)時(shí)鐘和軟、硬件控制電路，轉(zhuǎn)換時(shí)間最長(zhǎng)17μs，TLC549為40000次/s?？偸д{(diào)誤差最大為177。，典型功耗值為6mW。采用差分參考電壓高阻輸入，抗干擾，可按比例量程校準(zhǔn)轉(zhuǎn)換范圍，VREF接地，VREF+－VREF≥1V，可用于較小信號(hào)的采樣。 圖49TLC549的引腳圖TLC549的引腳圖如圖49所示。TLC549的極限參數(shù)如下：　電源電壓：；　輸入電壓范圍：～VCC＋；　輸出電壓范圍：～VCC＋；　峰值輸入電流(任一輸入端)：177。10mA；　總峰值輸入電流(所有輸入端)：177。30mA；　工作溫度：TLC549C：0℃～70℃　　　　 TLC549I：－40℃～85℃　　　　 TLC549M：－55℃～125℃TLC549有片內(nèi)系統(tǒng)時(shí)鐘，該時(shí)鐘與I/O CLOCK是獨(dú)立工作的，無(wú)須特殊的速度或相位匹配。其工作時(shí)序如圖410所示。圖410 TLC549的工作時(shí)序圖當(dāng)CS為高時(shí)，數(shù)據(jù)輸出(DATA OUT)端處于高阻狀態(tài)，此時(shí)I/O CLOCK不起作用。這種CS控制作用允許在同時(shí)使用多片TLC549時(shí)，共用I/O CLOCK，以減少多路(片)A/D并用時(shí)的I/O控制端口。一組通常的控制時(shí)序?yàn)椋?1)將CS置低。內(nèi)部電路在測(cè)得CS下降沿后，再等待兩個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘上升沿和一個(gè)下降沿后，然后確認(rèn)這一變化，最后自動(dòng)將前一次轉(zhuǎn)換結(jié)果的最高位(D7)位輸出到DATA OUT端上。(2) 前四個(gè)I/O CLOCK周期的下降沿依次移出第4和第5個(gè)位(DDDD3)，片上采樣保持電路在第4個(gè)I/O CLOCK下降沿開(kāi)始采樣模擬輸入。(3)接下來(lái)的3個(gè)I/O CLOCK周期的下降沿移出第8(DDD0)個(gè)轉(zhuǎn)換位，(4)最后，片上采樣保持電路在第8個(gè)I/O CLOCK周期的下降沿將移出第8(DDD0)個(gè)轉(zhuǎn)換位。保持功能將持續(xù)4個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘周期，然后開(kāi)始進(jìn)行32個(gè)內(nèi)部時(shí)鐘周期的A/D轉(zhuǎn)換。第8個(gè)I/O CLOCK后，CS必須為高，或I/O CLOCK保持低電平，這種狀態(tài)需要維持36個(gè)內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘周期以等待保持和轉(zhuǎn)換工作的完成。如果CS為低時(shí)I/O CLOCK上出現(xiàn)一個(gè)有效干擾脈沖，則微處理器/控制器將與器件的I/O時(shí)序失去同步；若CS為高時(shí)出現(xiàn)一次有效低電平，則將使引腳重新初始化，從而脫離原轉(zhuǎn)換過(guò)程。在36個(gè)內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘周期結(jié)束之前，實(shí)施步驟(1)－(4)，可重新啟動(dòng)一次新的A/D轉(zhuǎn)換，與此同時(shí)，正在進(jìn)行的轉(zhuǎn)換終止，此時(shí)的輸出是前一次的轉(zhuǎn)換結(jié)果而不是正在進(jìn)行的轉(zhuǎn)換結(jié)果。若要在特定的時(shí)刻采樣模擬信號(hào)，應(yīng)使第8個(gè)I/O CLOCK時(shí)鐘的下降沿與該時(shí)刻對(duì)應(yīng)，因?yàn)樾酒m在第4個(gè)I/O CLOCK時(shí)鐘下降沿開(kāi)始采樣，卻在第8個(gè)I/O CLOCK的下降沿開(kāi)始保存。TLC549可方便地與具有串行外圍接口(SPI)的單片機(jī)或微處理器配合使用，也可與51系列通用單片機(jī)連接使用。與51系列單片機(jī)的接口如圖411所示。圖411 TLC549與單片機(jī)的接口電路TLC549片型小，采樣速度快，功耗低，價(jià)格便宜，控制簡(jiǎn)單。適用于低功耗的袖珍儀器上的單路A/D或多路并聯(lián)采樣。本文中的A/D轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)的連接如圖412所示圖412 A/D轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)的連接圖 D/A轉(zhuǎn)換電路系統(tǒng)中有的時(shí)候不僅需要A/D轉(zhuǎn)換器把外界的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成CPU可以處理的數(shù)字信號(hào)。也會(huì)需要把單片機(jī)要向外部輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)化成模擬信號(hào)輸出的形式，這就需要一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器來(lái)完成。D/A轉(zhuǎn)換器是一種將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)的器件，為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)字信號(hào)和模擬環(huán)境的連續(xù)信號(hào)之間提供了一種接口。在本系統(tǒng)的電路中D/A轉(zhuǎn)換器的作用是為模擬電路部分提供電流設(shè)定電路的電壓DAC1以及限流保護(hù)電路中的比較電壓值DAC2，文中所采用的D/A轉(zhuǎn)換器是TLC5615。TLC5615是帶有緩沖基準(zhǔn)輸入（高阻抗）的10位電壓輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換器。DAC具有基準(zhǔn)電壓兩倍的輸出壓范圍，且DAC是單調(diào)變化的。器件使用簡(jiǎn)單，用單5V電源工作。器件具有上電復(fù)位（poweronreset）功能以確保可重復(fù)啟動(dòng)。TLC5615的數(shù)字控制通過(guò)3線（threewire）串行總線，它是CMOS兼容的且易于和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)微處理器和微控制器接口。器件接收16位數(shù)據(jù)字以產(chǎn)生模擬輸出。數(shù)字輸入端的特點(diǎn)包括帶有斯密脫（schmitt）觸發(fā)器，它具有高噪聲抑制能力。TLC5615的具有如表43所示的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在電池供電測(cè)試儀表、數(shù)字失調(diào)與增益調(diào)整、電池工作遠(yuǎn)程工業(yè)控制、機(jī)器和機(jī)械裝置控制器件、移動(dòng)電話等領(lǐng)域在8引腳封裝內(nèi)10位CMOS電壓輸出DAC5V單電源工作3線串行接口高阻抗基準(zhǔn)輸入電壓輸出范圍——基準(zhǔn)輸入電壓2倍內(nèi)部上電復(fù)位低功耗—— Max（Update Rate） LSB的建立時(shí)間——在溫度范圍內(nèi)保持單調(diào)性引腳與Maxim公司MAX515兼容表43 TLC5615的具有的特點(diǎn)TLC5615的引腳排列如圖413所示，TLC5615個(gè)引腳功能如表44所示。圖413 TLC5615的引腳排列引腳名稱 序號(hào)I/O說(shuō)明DIN 1I串行數(shù)據(jù)輸入SCLK 2I串行時(shí)鐘輸入CS 3I芯片選擇，低電平有效DOUT 4I用于菊花鏈（daisy chaining）的串行數(shù)據(jù)輸出AGND 5模擬地REFIN 6I基準(zhǔn)輸入OUT 7ODAC模擬電壓輸出Vdd 8正電源表44TLC5615個(gè)引腳功能說(shuō)明本文中的D/A轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)的連接如圖414所示圖414 D/A轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)的連接圖在本文的系統(tǒng)中顯示電路的作用是顯示設(shè)定的電流值，以方便操作者的使用。單片機(jī)常用的顯示器有發(fā)光二極管(LED)和液晶顯示器兩種。本文所采用的是液晶顯示器LM016L。LM016L液晶顯示模塊，可以顯示兩行數(shù)據(jù)，每行16位。LM016L與常用的1602B功能和引腳一樣，不同點(diǎn)在于LM016L液晶模塊沒(méi)有調(diào)背光的兩個(gè)引腳，采用的是14腳接口。各引腳的說(shuō)明如表45示表45LM016L各管腳功能說(shuō)明LM016L液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫(xiě)、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫(xiě)的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時(shí)模塊把地址41H中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來(lái)，我們就能看到字母“A”LM016L液晶顯示模塊可以和單片機(jī)AT89C52直接接口，電路如圖415。圖415液晶顯示模塊和單片機(jī)89C52接口電路本文系統(tǒng)的顯示電路如圖416所示,由于與單片機(jī)相連接的器件過(guò)多，所以在繪制原理圖時(shí)，采用了網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)的形式來(lái)表示物理連接。圖416 系統(tǒng)中的顯示電路數(shù)字部分原理圖如圖417所示如圖417 數(shù)字部分原理圖5 系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)調(diào)試分為兩種，一種是使用軟件模擬調(diào)試，意思就是用開(kāi)發(fā)單片機(jī)程序的計(jì)算機(jī)去模擬單片機(jī)的指令執(zhí)行，并虛擬單片機(jī)片內(nèi)資源，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)試的目的，但是軟件調(diào)試存在一些問(wèn)題，如計(jì)算機(jī)本身是多任務(wù)系統(tǒng)，劃分執(zhí)行時(shí)間片是由操作系統(tǒng)本身完成的，