【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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。其抖動(dòng)過程如圖47所示，抖動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短與開關(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題采用的是軟件延時(shí)的方法來解決的。 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下降沿開始采樣模擬輸入。(3)接下來的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)鐘下降沿開始采樣，卻在第8個(gè)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(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?？芍貜?fù)啟動(dòng)。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(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液晶模塊沒有調(diào)背光的兩個(gè)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(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、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，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(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，無法得到控制，這樣就無法時(shí)時(shí)的模擬單片機(jī)的執(zhí)行時(shí)序，也就是說 ，不可能像真正的單片機(jī)運(yùn)行環(huán)境那樣執(zhí)行的指令在同樣一個(gè)時(shí)間能完成（往往要完成的比單片機(jī)慢）。為了解決軟件調(diào)試的問題，第二種是硬件調(diào)試，硬件調(diào)試其實(shí)也需要計(jì)算機(jī)軟件的配合，大致過程是這樣的：計(jì)算機(jī)軟件把編譯好的程序通過串行口、并行口或者USB口傳輸?shù)接布{(diào)試設(shè)備中（這個(gè)設(shè)備叫仿真器），仿真器仿真全部的單片機(jī)資源（所有的單片機(jī)接口，并且有真實(shí)的引腳輸出），仿真器可以接入實(shí)際的電路中，然后與單片機(jī)一樣執(zhí)行。同時(shí)，仿真器也會(huì)返回單片機(jī)內(nèi)部?jī)?nèi)存與時(shí)序等情況給計(jì)算機(jī)的輔助軟件，這樣 就可以在軟件里看到真實(shí)的執(zhí)行情況。不僅如此，還可以通過計(jì)算機(jī)斷的軟件實(shí)現(xiàn)單步、全速、運(yùn)行到光標(biāo)的常規(guī)調(diào)試手段?？偨Y(jié)一下兩者的不同與相同：相同點(diǎn)：1：都可以檢測(cè)單片機(jī)執(zhí)行時(shí)序下的片內(nèi)資源情況（如R0R7 、PC計(jì)數(shù)器等）2：可以實(shí)現(xiàn)斷點(diǎn)、全速、單步、運(yùn)行到光標(biāo)等常規(guī)調(diào)試手段。不同點(diǎn)：1：軟件調(diào)試無法實(shí)現(xiàn)直接連接硬件電路的調(diào)試，只能通過軟件窗口虛擬硬件端口的電平輸出情況而仿真器可以實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)一樣的功能的硬件連接，從某種意義上說這個(gè)時(shí)候仿真器就是一個(gè)單片機(jī)。2：軟件調(diào)試執(zhí)行單片機(jī)指令的時(shí)間無法與真實(shí)的單片機(jī)執(zhí)行時(shí)間畫上等號(hào)，也就是說如果一個(gè)程序在單片機(jī)中要執(zhí)行300us，可能在計(jì)算機(jī)中執(zhí)行的時(shí)間可能會(huì)比這個(gè)長(zhǎng)很多，而且無法預(yù)料。仿真器則是完全與單片機(jī)相同。3：軟件調(diào)試只能是一種初步的，小型工程的調(diào)試，比如一個(gè)只有幾百上千行的代碼的程序，軟件調(diào)試能很好的完成，如果是一個(gè)協(xié)調(diào)系統(tǒng)，可能還需要借助幾個(gè)單片機(jī)仿真器和相關(guān)的儀器才能解決。4：軟件仿真不需要額外花錢，而硬件需要，一個(gè)仿真器一般都上千元，同時(shí)可以仿真許多種單片機(jī)的工作。Keil uVision2是目前使用廣泛的單片機(jī)開發(fā)軟件，它集成了源程序編輯和程序調(diào)試于一體，支持匯編、C、PL/M語言。Keil uVision2 的具體使用請(qǐng)參考相關(guān)書籍。本系統(tǒng)的程序開發(fā)過程是基于Keil uVision2的編程環(huán)境的，程序流程圖如圖51所示。圖51 程序流程圖6 結(jié)論 本文講述的是基于51單片機(jī)的半導(dǎo)體驅(qū)動(dòng)電源的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前，根據(jù)對(duì)系統(tǒng)的功能要求及其應(yīng)用環(huán)境等確定合理的、具體的功能和技術(shù)指標(biāo)，對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性、通用性、先進(jìn)性、可維護(hù)性、以及成本等進(jìn)行綜合考慮，以盡量合理并符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。然后根據(jù)市場(chǎng)上各種單片機(jī)的貨源情況和單片機(jī)的性能及開發(fā)工具等因素選擇合適的機(jī)型。接下來要根據(jù)系統(tǒng)中可能遇到的模擬電路、I/O接口、存儲(chǔ)器和顯示器等器件和設(shè)備進(jìn)行器件選擇，使之符合系統(tǒng)在精度、速度和可靠性等方面的要求。最后確定硬件和軟件的功能劃分。由于在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中某些功能用硬件和軟件都能實(shí)現(xiàn)，在設(shè)計(jì)中綜合考慮研制周期和成本等因素具體劃分軟硬件功能。致謝本部分 請(qǐng)自行完成參考文獻(xiàn)[1] 張毅剛，彭喜元，姜守達(dá)，： 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2003.[2] 陳寶江，瞿勇，