【文章內(nèi)容簡介】 功能。根據(jù)轉(zhuǎn)換器芯片內(nèi)是否帶有鎖存器，可以把 DAC 分為內(nèi)部無鎖存器的和內(nèi)部有鎖存器的兩類。 D/A 轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)當(dāng)輸入的數(shù)字信號發(fā)生單位數(shù)碼變化，即最低位產(chǎn)生一次變化，所對應(yīng)的輸出模擬量的變化量即為分辨率。在實際應(yīng)用中，更常用的方法是用輸入的數(shù)字量的位數(shù)來表示分辨率。如 8 位二進(jìn)制的 D/A 轉(zhuǎn)換器，常簡稱為分辨率為 8 位。如果不考慮 D/A 的轉(zhuǎn)換誤差，D/A 轉(zhuǎn)換的精度為其分辨率的大小。因此，要獲得一定的精度的 D/A 轉(zhuǎn)換結(jié)果，首要的條件是選擇有足夠分辨率的 D/A 轉(zhuǎn)換器。當(dāng)然 D/A 轉(zhuǎn)換的精度不僅與 D/A 轉(zhuǎn)換器的本身有關(guān)，也于外電路以及電源有關(guān)。影響轉(zhuǎn)換精度的主要誤差因素有失調(diào)誤差、增益誤差、非線性誤差和微分非線性誤差等。沈陽航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）9建立時間是描述 D/A 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換快慢的一個參數(shù)，用于表明轉(zhuǎn)換速度，其值為從輸入數(shù)字量到輸出達(dá)到終值誤差（1/2）LSB（最低有效位）時所需的時間。輸出形式為電流的轉(zhuǎn)換時間較短，而輸出形式為電壓的轉(zhuǎn)換器，由于要加上 I—V 轉(zhuǎn)換的運算放大器的延遲時間，因此建立時間要長一些。快速的 D/A 轉(zhuǎn)換器的建立時間可達(dá) 1 秒以下。 DAC0832 轉(zhuǎn)換器DAC0832 由 8 位輸入寄存器、8 位 DAC 寄存器、8 位 D/A 轉(zhuǎn)換器及邏輯控制單元等功能部件所組成。其中，8 位 D/A 轉(zhuǎn)換器是核心部件，它的內(nèi)部采用了 256級的倒 R—2R 電阻譯碼網(wǎng)絡(luò)，由電流開關(guān)電路控制基準(zhǔn)電壓 VREF，提供電阻網(wǎng)絡(luò)的電流來進(jìn)行 D/A 轉(zhuǎn)換，因此轉(zhuǎn)換速度較快。兩級寄存器可以進(jìn)一步提高 D/A 轉(zhuǎn)換器的速度，這是因為在 8 位 DAC 寄存器輸出的同時，8 位輸入寄存器可以接收新的數(shù)據(jù)。DAC0832 采用 R2RT 型電阻譯碼網(wǎng)絡(luò)，由二級緩沖寄存器（實為鎖存器）和D/A 轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路組成。圖 為 DAC0832 內(nèi)部結(jié)構(gòu)。1 腳為輸入寄存器選擇信號，低電平有效。2 腳為輸入寄存器寫選通信號，低電平有效。17 腳為數(shù)據(jù)傳送控制信號，低電平有效。18 腳為 DAC 寄存器的寫選通信號，低電平有效。19 腳為輸入鎖存允許信號，高電平有效。DI0 ～ DI7 為 8 位數(shù)字輸入端， DI0 為最低端，DI7 為最高端。11 腳為 DAC電流輸出端 1，為數(shù)字輸入端邏輯電平為 1 的各位輸出電流之和，DAC 寄存器內(nèi)容隨輸入端代碼線性變化，DAC 寄存器的內(nèi)容為全 1 時 Iout1 最大，全為 0 時 Iout1 最小。12 腳為電流輸出端 2，Iout2 等于常數(shù)減去 Iout1，即 Iout1+Iout2=常數(shù)。此常數(shù)對應(yīng)于一固定基準(zhǔn)電壓的滿量程電流。8 腳為基準(zhǔn)電源輸入端。Vref 一般在10～10V 范圍內(nèi)，由外電路提供。20 腳為邏輯電源輸入端，取值范圍為+5～+15V，+15V 最佳。3 腳為模擬地，為芯片模擬電路接地點。10 腳為數(shù)字地，為芯片數(shù)字電路接地點。Rfb 為回饋電阻，制作在芯片內(nèi)部，用作 DAC 提供輸出電壓的運放的回饋電阻。在使用時，如環(huán)境電磁干擾不嚴(yán)重的情況下模擬地可與數(shù)字地相連。否則應(yīng)分別走線，在保護(hù)地點匯合，一點接地。沈陽航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）10 圖 DAC0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)（1）數(shù)字輸入端具有雙重緩沖功能，可以雙緩沖、單緩沖或直通數(shù)字輸入。（2）與所有通用微處理器可直接接口。（3）滿足 TTL 電平規(guī)范的邏輯輸入。（4）分辨率為 8 位，滿刻度誤差177。1LSB，建立時間為 1μs，功耗 20mW。（5）電壓輸出型 D/A 轉(zhuǎn)換器。 單 片 機(jī) 的 選 擇現(xiàn)在市場上的單片機(jī)種類繁多，功能各異。我們通過比較和分析，采用 51 系列單片機(jī)中的 AT89C51 單片機(jī)，該單片機(jī)功能強(qiáng)大，滿足設(shè)計者的需求。 單片機(jī)及其外圍電路的設(shè)計追溯單片機(jī)的歷史，8 位單片機(jī)是 80 年代以來工業(yè)檢測、控制應(yīng)用的主角。市場上常用的 8 位單片機(jī)有 Intel 公司的 MCS51 系列，日本松下公司的 MN6800 系列等。其中，MCS51 由于單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)具有體積小，可靠性高，功能強(qiáng)，價格低等特點，很容易形成產(chǎn)品而更受青睞。然而作為本系統(tǒng)的核心組件，選擇哪一型號的 MCS51 系列單片機(jī)是關(guān)鍵的問題。8031 單片機(jī)片內(nèi)不帶程序內(nèi)存 ROM，使用時需外接程序內(nèi)存和一片邏輯電路74LS373，外接的程序內(nèi)存多為 EPROM 的 2764 系列。用戶若想對寫入到 EPROM 中的程序進(jìn)行修改，必須先用一種特殊的紫外線燈將其照射擦除，之后再可寫入。寫沈陽航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）11入到外接程序內(nèi)存的程序代碼沒什么保密性可言。8051 單片機(jī)片內(nèi)有 4KROM，無須外接內(nèi)存和 74LS373，更能體現(xiàn)“單片”的簡練。但是編的程序無法燒寫到其 ROM 中，只有將程序交芯片廠代為改寫，并是一次性的，今后都不能改寫其內(nèi)容。8751 單片機(jī)與 8051 單片機(jī)基本一樣，但 8751 單片機(jī)片內(nèi)有 4K 的 EPROM，用戶可以將自己編寫的程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)的 EPROM 中進(jìn)行現(xiàn)場實驗與應(yīng)用，EPROM的改寫同樣需要用紫外線照射一定時間擦除后再捎寫。89C51 單片機(jī)為 EPROM 型，在實際電路中可以直接互換 8051 單片機(jī)或 8751單片機(jī)，不但和 8051 單片機(jī)指令，管腳完全兼容，而且其片內(nèi)的 4K 程序內(nèi)存是FLASH 工藝的。 89C51 是由北京集成電路中心（BIDC）設(shè)計，由美國公司生產(chǎn)八位單片機(jī) 。它是一種低功耗高性能的具有 8K 字節(jié)可電氣燒錄及可擦除的程序 ROM 的八位CMOS 單片機(jī)。該器件是用高密度、非易丟失存儲技術(shù)制造并且與國際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)80C51 單片機(jī)指令系統(tǒng)和引腳完全兼容。綜上所述，從使用方便與簡化電路以及其性價比等角度來考慮，89C51 比較合適的。本系統(tǒng)采用 CPU 為 89C51 的單片微機(jī)，89C51 本身帶有 4K 的內(nèi)存儲器，其管腳如圖 所示。下面介紹 89C51 的主要管腳功能如下：VCC（40）：電源+5V； VSS（ 20）：接地；XTAL1（19）和 XTAL2（18）：外接石英晶體振蕩器；P0 口（3239）：雙向 I/O 口，既可作低 8 位地址和 8 位數(shù)據(jù)總線使用，也可作普通 I/O 口；P1 口（18）：準(zhǔn)雙向通用 I/O 口；P2 口（2128 ）：既可作高 8 位地址總線，也可作普通 I/O 口；P3 口（1017）：多用途埠，既可作普通 I/O 口，也可按每位定義的第二功能操作；RST（9）：復(fù)位信號輸入端；ALE/PROG ：地址鎖存信號輸出端；PSEN：內(nèi)部和外部程序內(nèi)存選擇線。沈陽航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）12圖 89C51管腳圖CPU 可包括運算部件，控制器，程序狀態(tài)字，B 寄存器，累加器 Acc（或 A） ，位處理器等。運算部件由算術(shù)邏輯單元、累加器、暫存寄存器、標(biāo)志寄存器、十進(jìn)制調(diào)整單元組成。它的功能是進(jìn)行算術(shù)和邏輯運算。它不但對 8 位變量進(jìn)行邏輯：“與” 、“或” 、 “異或” 、循環(huán)、取補(bǔ)、清零等基本操作，還可以進(jìn)行算術(shù)的加、減、乘、除操作。功能很強(qiáng)的位操作是一般微型計算機(jī)標(biāo)準(zhǔn) ALU 所不具備的，它可以對位變量進(jìn)行置位、清零、求補(bǔ)、測試轉(zhuǎn)移及邏輯“與” ， “或”等操作。對半字節(jié)（4 位）和雙字節(jié)（16 位）類型數(shù)據(jù)也可進(jìn)行操作。Acc 為累加寄存器。但是，對累加器操作指令中累加器的助記簡寫為 A。MCS51 指令系統(tǒng)中大部分單操作指令的操作數(shù)取自累加器 A，雙操作數(shù)指令的一個操作數(shù)取自累加器 A。B 寄存器用于除法和乘法操作。除法指令中，被除數(shù)取自 A，除數(shù)取自 B，商數(shù)存放在 A 中而余數(shù)存放在 B 中。乘法指令的兩個操作數(shù)分別取 A 和 B，其積則存放在 AB 寄存器對中。對于其它指令，B 寄存器作為緩存器使用。程序存貯器用于存放編好的程序表格和常數(shù)。程序狀態(tài)字寄存器 PSW 是一個 8位的寄存器，它包含了程序狀態(tài)信息。PSW 用于指示指令寄存狀態(tài)供程序查詢和判別之用。其中被定義的有七位，定義格式如表 所示：表 PSW的格式沈陽航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）13Cy Ac F0 RS1 RS0 OV F1 PPSW 寄存器具有位元元組地址和位地址，即每一個標(biāo)志位都有一個地址，可方便地對其中某一位進(jìn)行操作。AT89C51 是一種低功耗，高性能的片內(nèi)含有 4KB 快閃可編程/ 擦除只讀存儲器（FPEROM— Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的 8 位 COMS 微控制器，使用高密度，非易失存儲技術(shù)制造，并且與 80C51 引腳和指令系統(tǒng)完全兼容。芯片上的 FPEROM 允許在線編程或采用通用的非易失存儲編程器對內(nèi)存重復(fù)編程。 將具有多種功能的 8 位 CPU 與 FPEROM 結(jié)合在一個芯片上，為很多嵌入式控制應(yīng)用提供了非常靈活而又便宜的方案，其性能價格比遠(yuǎn)高于 8751。由于片內(nèi)帶EPROM 的 87C51 價格偏高，而片內(nèi)帶 FPEROM 的 89C51 價格低且與 INTEL80C51兼容，這就顯示出了 89C51 的優(yōu)越性。 AT89C51 是一種帶 2K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除 100 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失內(nèi)存制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍內(nèi)存組合在單個芯片中，ATMEL的 AT89C51 是一種高效微控制器，AT89C51 是它的一種精簡版本。AT89C51 機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 所示。圖 . MCS51單片機(jī)內(nèi)部機(jī)構(gòu)框圖 復(fù)位電路復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，只要給 RESET 引腳加上 2 個機(jī)器周期以上的高電平信號，就可以使 MCS51 單片機(jī)復(fù)位。復(fù)位的主要功能是把 PC 初始化為 0000H使 MCS51 單片機(jī)從 0000H 單元開始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化以外，沈陽航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）14當(dāng)由程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)，為擺脫死鎖狀態(tài)，也需按復(fù)位鍵重新啟動。此外，復(fù)位操作對寄存器也有影響。MCS51 片內(nèi)復(fù)位結(jié)構(gòu)見圖 。復(fù)位引腳 RST 通過一個斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，在每個機(jī)器周期的 S5P2，斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號。復(fù)位電路采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種，本次設(shè)計采用按鈕電平復(fù)位方式。其電路如圖 所示。復(fù)位后，P0 到 P3 并行 I/O 口全為高電平，其它寄存器全部清零，只有 SBUF寄存器狀態(tài)不確定。 時鐘電路MCS51 單片機(jī)本身就是一個復(fù)雜的同步時序電路，為了保證同步工作方式的實現(xiàn)，MCS51 單片機(jī)應(yīng)在唯一的時鐘信號控制下，嚴(yán)格的按時序執(zhí)行指令進(jìn)行工作，而時序所研究的是指令執(zhí)行中各個信號的關(guān)系。時鐘是單片機(jī)的心臟，單片機(jī)各功能部件的運行都是以時鐘頻率為基準(zhǔn)，有條不紊地一拍一拍地工作。因此，時鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時鐘電路有兩種方式，一種是內(nèi)部時鐘方式，另一種是外部時鐘方式。其電路如圖 和 所示。MCS51 單片機(jī)內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反相放大器的輸入端為芯片引腳 XTAL1，輸出端為芯片引腳 XTAL2。這兩個引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，就構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。外部時鐘電路是使用外部振蕩脈沖信號，常用于 MCS51 單片機(jī)同時工作，以便于同步。當(dāng)使用內(nèi)振蕩圖 MCS51的片內(nèi)復(fù)位結(jié)構(gòu)RST 片內(nèi)復(fù)位電阻斯密特觸發(fā)器復(fù)位電路+5VCRST MCS51單片機(jī)1kΩ+5V200Ω圖 按鍵電平復(fù)位電路沈陽航空工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）15器時，XTAL1 和 XTAL2 引腳還能為應(yīng)用系統(tǒng)中的其它芯片提供時鐘，但需要加驅(qū)動能力，因此本次設(shè)計采用內(nèi)部時鐘電路。 鍵 盤 輸 入 電 路 設(shè) 計鍵盤在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中能實現(xiàn)向單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)、傳送命令等功能，是人工干預(yù)單片機(jī)的主要手段。在鍵閉合測試，檢查是否有鍵閉合去抖動。當(dāng)測試到有鍵閉合后，需進(jìn)行去抖動處理。由于按鍵閉合時的機(jī)械彈性作用，按鍵閉合時不會馬上穩(wěn)定接通，按鍵斷開時也不會馬上斷開，由此在按鍵閉合與斷開的瞬間，會出現(xiàn)電壓抖動。鍵盤抖動的時間一般為 5～10ms，抖動現(xiàn)象會引起 CPU 對一次鍵操作進(jìn)行多次處理，從而可能產(chǎn)生錯誤，因而必須設(shè)法消除抖動的不良后果。通過去抖動處理，可以得到按鍵閉合與斷開的穩(wěn)定狀態(tài)。去抖動的方法有硬件與軟件兩種：硬件方法是加去抖動電路，如可通過 RS 觸發(fā)器實現(xiàn)硬件去抖動；軟件方法是在第一次檢測到鍵盤按下后，執(zhí)行一段 10ms 的延遲子程序后再確認(rèn)該鍵是否確實按下，躲過抖動，待信號穩(wěn)定之后，再進(jìn)行鍵掃描。通常多采用軟件方法。按照鍵盤與單片機(jī)的連接方式可分為獨立式鍵盤與矩陣式鍵盤。獨立式鍵盤相互獨立，每個按鍵占用一根 I/O 口線，每根 I/O 口在線的按鍵工作狀態(tài)不會影響其它按鍵的工作狀態(tài)。這種按鍵軟件程序簡單，但占用 I/O 口線較多（一根口線只能接一個鍵） ，適用于鍵盤應(yīng)用數(shù)量較少的系統(tǒng)中，由于本系統(tǒng)設(shè)置的按鍵較少，因此采用的是獨立