【文章內(nèi)容簡介】 外部電路向AT89C52提供時鐘脈沖，外部時鐘信號通過一個反相器接至XTAL1和XTAL2；內(nèi)部時鐘方式，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始執(zhí)行，即從程序存儲器中的0000H地址單元開始執(zhí)行程序。在AT89C52的時鐘電路工作后，只要在RESET引腳上出現(xiàn)10ms以上的高電平時，單片機內(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，單片機才從0000H地址開始執(zhí)行程序。AT89C52有三種復(fù)位方法。第一，上電復(fù)位。接通電源時自動產(chǎn)生一個復(fù)位信號。第二，手動復(fù)位。設(shè)置一個復(fù)位按鈕，當(dāng)操作者按下按鈕時產(chǎn)生一個復(fù)位信號。第三，自動復(fù)位。設(shè)計一個復(fù)位電路，當(dāng)系統(tǒng)滿足某一條件時自動產(chǎn)生一個復(fù)位信號。根據(jù)功能需要，課題中所采用的單片機復(fù)位電路是使用上電復(fù)位和手動復(fù)位結(jié)合的復(fù)位方法。開啟時，上電后即可自動對單片機復(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。在單片機系統(tǒng)中鍵盤分為兩類，一類為獨立式按鍵，另一類為矩陣式鍵盤。獨立式按鍵是直接用I/O口線構(gòu)成的單個按鍵電路，其特點是每個按鍵單獨占用一根I/O口線，每個按鍵的工作不會影響其它I/O口線的狀態(tài)。獨立式按鍵的典型應(yīng)用如圖44所示。圖44 獨立式按鍵接口電路獨立式按鍵電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡單，但每個按鍵必須占用一根I/O口線，因此，在按鍵較多時，I/O口線浪費較大。當(dāng)單片機控制系統(tǒng)中，往往只需要幾個功能鍵時，可采用獨立式按鍵結(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，行線與列線發(fā)生短路。矩陣式鍵盤的特點為占用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I/O口的使用情況，系統(tǒng)設(shè)計才用獨立式按鍵。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式和非觸點式兩種，單片機中應(yīng)用的一般是由機械觸點組成的。機械式按鍵再按下或釋放時，由于機械彈性作用的影響，通常伴隨有一定時間的觸點機械抖動，然后其觸點才穩(wěn)定下來。其抖動過程如圖47所示，抖動時間的長短與開關(guān)的機械特性有關(guān)，一般為5~10 ms圖47 鍵操作和鍵抖動在觸點抖動期間檢測按鍵的通與斷狀態(tài)，可能導(dǎo)致判斷出錯，即按鍵一次按下或釋放被錯誤地認(rèn)為是多次操作，這種情況是不允許出現(xiàn)的。為了克服按鍵觸點機械抖動所致的檢測誤判，必須采取去抖動措施。這一點可從硬件、軟件兩方面予以考慮。在鍵數(shù)較少時，可采用硬件去抖，而當(dāng)鍵數(shù)較多時，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)成去抖動電路。圖48是一種由RS觸發(fā)器構(gòu)成的去抖動電路，當(dāng)觸發(fā)器一旦翻轉(zhuǎn)，觸點抖動不會對其產(chǎn)生任何影響。圖48硬件消抖電路軟件上采取的措施是：在檢測到有按鍵按下時，執(zhí)行一個10 ms左右（具體時間應(yīng)視所使用的按鍵進行調(diào)整）的延時程序后，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，在檢測到該鍵釋放后，也應(yīng)采用相同的步驟進行確認(rèn)，從而可消除抖動的影響。本文的電路中的按鍵消抖問題采用的是軟件延時的方法來解決的。 A/D轉(zhuǎn)換電路單片機只能處理數(shù)字量，然后現(xiàn)實生活中，外界的被測量往往都是模擬的，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)換器是一種用來將連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)換成適合于數(shù)字處理的二進制數(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中，以進行比較。AD轉(zhuǎn)換器的位數(shù)越高，外界被測模擬量被轉(zhuǎn)換的就越精確。選擇一個高精度的AD轉(zhuǎn)換器是真實感知外界前提。但是精度越高，器件的價格就會非常昂貴。應(yīng)該選擇一個是足夠滿足所需環(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8位的A/D轉(zhuǎn)換器，足夠滿足本系統(tǒng)的要求。TLC549是美國德州儀器公司生產(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CLK、CS、DATA OUT三條口線進行串行接口。具有4MHz片內(nèi)系統(tǒng)時鐘和軟、硬件控制電路，轉(zhuǎn)換時間最長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)時鐘，該時鐘與I/O CLOCK是獨立工作的，無須特殊的速度或相位匹配。其工作時序如圖410所示。圖410 TLC549的工作時序圖當(dāng)CS為高時，數(shù)據(jù)輸出(DATA OUT)端處于高阻狀態(tài)，此時I/O CLOCK不起作用。這種CS控制作用允許在同時使用多片TLC549時，共用I/O CLOCK，以減少多路(片)A/D并用時的I/O控制端口。一組通常的控制時序為：(1)將CS置低。內(nèi)部電路在測得CS下降沿后，再等待兩個內(nèi)部時鐘上升沿和一個下降沿后，然后確認(rèn)這一變化，最后自動將前一次轉(zhuǎn)換結(jié)果的最高位(D7)位輸出到DATA OUT端上。(2) 前四個I/O CLOCK周期的下降沿依次移出第4和第5個位(DDDD3)，片上采樣保持電路在第4個I/O CLOCK下降沿開始采樣模擬輸入。(3)接下來的3個I/O CLOCK周期的下降沿移出第8(DDD0)個轉(zhuǎn)換位，(4)最后，片上采樣保持電路在第8個I/O CLOCK周期的下降沿將移出第8(DDD0)個轉(zhuǎn)換位。保持功能將持續(xù)4個內(nèi)部時鐘周期，然后開始進行32個內(nèi)部時鐘周期的A/D轉(zhuǎn)換。第8個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個內(nèi)部系統(tǒng)時鐘周期以等待保持和轉(zhuǎn)換工作的完成。如果CS為低時I/O CLOCK上出現(xiàn)一個有效干擾脈沖，則微處理器/控制器將與器件的I/O時序失去同步；若CS為高時出現(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)換過程。在36個內(nèi)部系統(tǒng)時鐘周期結(jié)束之前，實施步驟(1)－(4)，可重新啟動一次新的A/D轉(zhuǎn)換，與此同時，正在進行的轉(zhuǎn)換終止，此時的輸出是前一次的轉(zhuǎn)換結(jié)果而不是正在進行的轉(zhuǎn)換結(jié)果。若要在特定的時刻采樣模擬信號，應(yīng)使第8個I/O CLOCK時鐘的下降沿與該時刻對應(yīng)，因為芯片雖在第4個I/O CLOCK時鐘下降沿開始采樣，卻在第8個I/O CLOCK的下降沿開始保存。TLC549可方便地與具有串行外圍接口(SPI)的單片機或微處理器配合使用，也可與51系列通用單片機連接使用。與51系列單片機的接口如圖411所示。圖411 TLC549與單片機的接口電路TLC549片型小，采樣速度快，功耗低，價格便宜，控制簡單。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)換器與單片機的連接如圖412所示圖412 A/D轉(zhuǎn)換器與單片機的連接圖 D/A轉(zhuǎn)換電路系統(tǒng)中有的時候不僅需要A/D轉(zhuǎn)換器把外界的模擬信號轉(zhuǎn)化成CPU可以處理的數(shù)字信號。也會需要把單片機要向外部輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)化成模擬信號輸出的形式，這就需要一個D/A轉(zhuǎn)換器來完成。D/A轉(zhuǎn)換器是一種將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號的器件，為計算機系統(tǒng)的數(shù)字信號和模擬環(huán)境的連續(xù)信號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。器件使用簡單，用單5V電源工作。器件具有上電復(fù)位（poweronreset）功能以確?？芍貜?fù)啟動。TLC5615的數(shù)字控制通過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，被廣泛應(yīng)用在電池供電測試儀表、數(shù)字失調(diào)與增益調(diào)整、電池工作遠(yuǎn)程工業(yè)控制、機器和機械裝置控制器件、移動電話等領(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TLC5615的引腳排列如圖413所示，TLC5615個引腳功能如表44所示。圖413 TLC5615的引腳排列引腳名稱 序號I/O說明DIN 1I串行數(shù)據(jù)輸入SCLK 2I串行時鐘輸入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個引腳功能說明本文中的D/A轉(zhuǎn)換器與單片機的連接如圖414所示圖414 D/A轉(zhuǎn)換器與單片機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，不同點在于LM016L液晶模塊沒有調(diào)背光的兩個引腳，采用的是14腳接口。各引腳的說明如表45示表45LM016L各管腳功能說明LM016L液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM)已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時模塊把地址41H中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”LM016L液晶顯示模塊可以和單片機AT89C52直接接口，電路如圖415。圖415液晶顯示模塊和單片機89C52接口電路本文系統(tǒng)的顯示電路如圖416所示,由于與單片機相連接的器件過多，所以在繪制原理圖時，采用了網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號的形式來表示物理連接。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)軟件開發(fā)單片機的程序設(shè)計調(diào)試分為兩種，一種是使用軟件模擬調(diào)試，意思就是用開發(fā)單片機程序的計算機去模擬單片機的指令執(zhí)行，并虛擬單片機片內(nèi)資源，從而實現(xiàn)調(diào)試的目的，但是軟件調(diào)試存在一些問題，如計算機本身是多任務(wù)系統(tǒng)，劃分執(zhí)行時間片是由操作系統(tǒng)本身完成的，