【文章內(nèi)容簡介】 傳感器與單片機(jī)的連接，其接口電路如圖 4所示。 顯示電路 led數(shù)碼管（ LED Segment Displays）由多個(gè) 發(fā)光二極管 封裝在一起組成“ 8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個(gè)筆劃，公共電極。數(shù)碼管實(shí)際上是由七個(gè)發(fā)光管組成 8字形構(gòu)成的，加上小數(shù)點(diǎn)就是 8個(gè)。這些段分別由字母 a,b,c,d,e,f,g,dp來表示。 當(dāng)數(shù)碼管特定的段加上電壓后，這些特定的段就會(huì)發(fā)亮，以形成我們眼睛看到的 2 個(gè) 8數(shù)碼管字樣了。如：顯示一 個(gè)“ 2”字，那么應(yīng)當(dāng)是 a亮 b亮 g亮 e亮 d亮 f不亮 c不亮 dp不亮。 LED數(shù)碼管有一般亮和超亮等不同之分，也有 、 1寸等不同的尺寸。小尺寸數(shù)碼管的顯示筆畫常用一個(gè)發(fā)光二極管組成，而大尺寸的數(shù)碼管由二個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管組成，一般情況下，單個(gè)發(fā)光二極管的管壓降為 ，電流不超過 30mA。發(fā)光二極管的陽極連接到一起連接到電源正極的稱為共陽數(shù)碼管，發(fā)光二極管的陰極連接到一起連接到電源負(fù)極的稱為共陰數(shù)碼管。 常用 LED數(shù)碼管顯示的數(shù)字和字符是 0、 A、 B、 C、D、 E、 F。透 過分時(shí)輪流控制各個(gè) LED數(shù)碼管的 COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。每位元數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為 1～ 2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極體的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示資料，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的 I/O口，而且功耗更低。 LED數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù) LED數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類。 靜態(tài)顯示 靜態(tài) 驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的 I/O端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如 BCD碼二 十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用 I/O端口多，如驅(qū)動(dòng) 5個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要 5 8=40根 I/O端口來驅(qū)動(dòng)，要知道一個(gè) 89S51單片機(jī)可用的 I/O端口才 32個(gè)呢：），實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬件電路的復(fù)雜性。 動(dòng)態(tài)顯示 LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的 8個(gè)顯示筆劃 a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極 COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的 I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，單片機(jī)對位選通 COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的 COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為 1～ 2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只 要掃描的速度足夠快，給人的印象 就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的 I/O端口，而且功耗更低。 本系統(tǒng)利用動(dòng)態(tài)顯示溫度值，其原理接線圖如下圖所示。 鍵盤接口電路電路 鍵盤接口電路是單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)非常重要的一環(huán)，作為人機(jī)交互界面里最常用的輸入設(shè)備。我們可以通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)或命令來實(shí)現(xiàn)簡單的人機(jī)通信。在設(shè)計(jì)鍵盤電路與程序前，我們需要了解鍵盤和組成鍵盤的按鍵的一些知識。是觸點(diǎn)式開關(guān)按鍵，如機(jī)械式開關(guān)、導(dǎo)電橡膠式開關(guān)等；另一類是無觸點(diǎn)式開關(guān)按鍵，如電氣式按鍵，磁感應(yīng)按鍵等。 前者造價(jià)低，后者壽命長。目前，微機(jī)系統(tǒng)中最常見的是觸點(diǎn)式開關(guān)按鍵（如本學(xué)習(xí)板上所采用按鍵）。一般來說，按鍵按照結(jié)構(gòu)原理可分為兩類，一類是觸點(diǎn)式開關(guān)按鍵，如機(jī)械式開關(guān)、導(dǎo)電橡膠式開關(guān)等；另一類是無觸點(diǎn)式開關(guān)按鍵，如電氣式按鍵，磁感應(yīng)按鍵等。前者造價(jià)低，后者壽命長。目前，微機(jī)系統(tǒng)中最常見的是觸點(diǎn)式開關(guān)按鍵（如本學(xué)習(xí)板上所采用按鍵）。 按鍵按照接口原理又可分為編碼鍵盤與非編碼鍵盤兩類，這兩類鍵盤的主要區(qū)別是識別鍵符及給出相應(yīng)鍵碼的方法。編碼鍵盤主要是用硬件來實(shí)現(xiàn)對鍵的識別， 非編碼鍵盤主要是由軟件來實(shí)現(xiàn)鍵盤的識別。 全編碼鍵盤由專門的芯片實(shí)現(xiàn)識鍵及輸出相應(yīng)的編碼，一般還具有去抖動(dòng)和多鍵、竄鍵等保護(hù)電路，這種鍵盤使用方便，硬件開銷大，一般的小型嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)較少采用。非編碼鍵盤按連接方式可分為獨(dú)立式和矩陣式兩種，其它工作都主要由軟件完成。由于其經(jīng)濟(jì)實(shí)用，較多地應(yīng)用于單片機(jī)系統(tǒng)中（本學(xué)習(xí)板也采用非編碼鍵盤）。 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，通常使用機(jī)械觸點(diǎn)式按鍵開關(guān)，其主要功能是把機(jī)械上的通斷轉(zhuǎn)換成為電氣上的邏輯關(guān)系。也就是說，它能提供標(biāo)準(zhǔn)的 TTL邏輯電平，以便與通用數(shù)字系統(tǒng)的邏輯電平相容。此外，除了復(fù)位按鍵有專門的復(fù)位電路 及專一的復(fù)位功能外，其它按鍵都是以開關(guān)狀態(tài)來設(shè)置控制功能或輸入數(shù)據(jù)。當(dāng)所設(shè)置的功能鍵或數(shù)字鍵按下時(shí)，計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)完成該按鍵所設(shè)定的功能。因此，鍵信息輸入是與軟件結(jié)構(gòu)密切相關(guān)的過程。 對于一組鍵或一個(gè)鍵盤，通過接口電路與單片機(jī)相連。單片機(jī)可以采用查詢或中斷方式了解有無按鍵輸入并檢查是哪一個(gè)按鍵按下，若有鍵按下則跳至相應(yīng)的鍵盤處理程序處去執(zhí)行，若無鍵按下則繼續(xù)執(zhí)行其他程序機(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1(a)所示，抖動(dòng) 時(shí)間的長短與開關(guān)的機(jī)械特性有關(guān)，一般為 5～ 10 ms。從圖中可以看出，在觸點(diǎn)抖動(dòng)期間檢測按鍵的通與斷狀態(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)所致的檢測誤判，必須采取去抖動(dòng)措施，可從硬件、軟件兩方面予以考慮。一般來說，在鍵數(shù)較 /O口線浪費(fèi)較大。對于比較復(fù)雜的系統(tǒng)或按鍵比較多的場合，可以用到矩陣鍵盤，圖 2(b)中所示的為 4 4的矩陣式鍵盤，其他矩陣式鍵盤的設(shè)計(jì)方法類似。 4 4的矩陣式鍵盤由 4根行線和 4根列線交叉構(gòu)成，按鍵位于行列的交叉 點(diǎn)上，這樣就構(gòu)成了 16個(gè)按鍵。其中交叉點(diǎn)的行列線是不連接的，當(dāng)按鍵按下的時(shí)候，此交叉點(diǎn)處的行線和列線導(dǎo)通。圖 2(b) 行線通過上拉電阻接到 VCC上。當(dāng)無鍵按下時(shí)，行線處于高電平狀態(tài)；當(dāng)有鍵按下時(shí)，行、列線在交點(diǎn)導(dǎo)通，此時(shí)，行線電平將由與此行線相連的列線電平?jīng)Q定。這是識別按鍵是否按下的關(guān)鍵。然而，矩陣鍵盤中的每條行線與 4條列線相交，交點(diǎn)的按鍵按下與否均影響該鍵所在行線和列線的電平，各按鍵間將相互影響，鍵分析時(shí)必須將行線、列線信號配合起來作 適當(dāng)處理，才能確定閉合鍵的位置。 值得注意的是本文介紹的矩陣鍵盤，在傳統(tǒng) 的矩陣鍵盤的輸出端加了一個(gè)四輸入與門芯片 74HC21。當(dāng)四路輸入有一個(gè)為低電平的時(shí)候，輸出為低電平。將 74HC21的輸出端接到單片機(jī)的外部中斷 0（ P32管腳）上，這樣在實(shí)時(shí)性要求較高的情況下，設(shè) P00~P03為全低等待按鍵觸發(fā)，當(dāng)任何一個(gè)按鍵按下的情況下，系統(tǒng)都會(huì)進(jìn)入中斷服務(wù)程序，提高了鍵盤響應(yīng)時(shí)間，在系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求較高的情況下非常實(shí)用。 原理圖如下圖所示： 溫度控制電路 一般要校核轉(zhuǎn)向輪本設(shè)計(jì)是用單片機(jī)控制繼電器達(dá)到以弱控強(qiáng)的電路，下面再來介紹一下單片機(jī)和強(qiáng)電之間的橋 梁 電磁繼電器。 電磁繼電器是有觸點(diǎn)電繼電器的一種。它是利用電磁效應(yīng)實(shí)現(xiàn)電路開、關(guān)控制作用的元件，廣泛應(yīng)用在電子設(shè)備、儀器儀表及自動(dòng)化設(shè)備中。在各種自動(dòng)控制設(shè)備中，都要求用一個(gè)低壓電路提控制一個(gè)高壓的電氣電路。這樣不僅可以為電子線路和電氣電路提供良好的電隔離，還可以保護(hù)電子電路和人員安全。 首先看看繼電器的驅(qū)動(dòng) 這是典型的繼電器驅(qū)動(dòng)電路圖，這樣的圖在網(wǎng)絡(luò)上隨處可以搜到，并且標(biāo)準(zhǔn)教科書上一般也是這樣的電路圖。 單片機(jī)是一個(gè)弱電器件，一般情況下它們大都工作在 5V甚至更低。驅(qū)動(dòng)電流在 mA級以下。而要 把它用于一些大功率場合，比如控制電動(dòng)機(jī)，顯然是不行的。所以， 就要有一個(gè)環(huán)節(jié)來銜接，這個(gè)環(huán)節(jié)就是所謂的“功率驅(qū)動(dòng)”。繼電器驅(qū)動(dòng)就是一個(gè)典型的、簡單的功率驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)。在這里，繼電器驅(qū)動(dòng)含有兩個(gè)意思 :一是對繼電器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，因?yàn)槔^電器本身對于單片機(jī)來說就是一個(gè)功率器件：還有就是繼電器去驅(qū)動(dòng)其他負(fù)載，比如繼電器可以驅(qū)動(dòng)中間繼電器，可以直接驅(qū)動(dòng)接觸器，所以，繼電器驅(qū)動(dòng)就是單片機(jī)與其他大功率負(fù)載接口。這個(gè)很重要，因?yàn)?，一直讓我們的電氣工程?(我指的是那些沒有學(xué)習(xí)過相應(yīng)的電子技術(shù)的 )感到迷惑不解的是 :一個(gè)小小的芯片，怎么會(huì)有 如此強(qiáng)大的威力來控制像電動(dòng)機(jī)這樣強(qiáng)大的東西？ 怎么樣理解這個(gè)電路圖？ 要理解這個(gè)電路，其實(shí)也比較容易。那么請您按照我的思路來，應(yīng)該沒有問題 : 首先的，里面的三極管很重要。三極管是電子電路里很重要的一個(gè)元件。怎么樣理解三極管呢？ 簡單的來說三極管有兩個(gè)作用一個(gè)是放大作用，一個(gè)是開關(guān)作用。 (嚴(yán)格來講開關(guān)作用是放大作用的極限情況，不過沒關(guān)系，把兩者分開，更便于理解它的工作原理 )。在這里，我們只了解它跟本電路有關(guān)的開關(guān)作用 首先把三極管想成一個(gè)水龍頭 上面的 VCC就是水池，繼電器是一個(gè)水輪機(jī)，下面的 GND是比水池低的任何一點(diǎn)。剛才說過，三極管就是水龍頭，它的把手就是那個(gè)帶有電阻的引腳。 現(xiàn)在，單片機(jī)的某一個(gè)需要控制這個(gè)繼電器電路的輸出引腳就是一只“手”，當(dāng)單片機(jī)的這個(gè)引腳輸出低電平的時(shí)候，就像“手”在打開三極管“水龍頭”，水就從上往下流，繼電器“水輪機(jī)”就開始轉(zhuǎn)起來了。反之，如果是輸出高電平， 手”就開始關(guān)“水龍頭”，繼電器”水輪機(jī)”因?yàn)闆]有水流下來，就會(huì)停止。 這就是三極管的開關(guān)作用簡單的理解和記憶就是：三極管是一個(gè)開關(guān)器件，其實(shí)你真的可以將它看成是一個(gè)開關(guān)，只不過它不是用手來控制，而是用電壓 (電流 )來控制的，因此，三極管有些時(shí)候也被稱做電子開關(guān) (與機(jī)械開關(guān)相區(qū)別 )。圖上還有一個(gè)東西，是保護(hù)二極管，如果不需要深入理解的話，你大可不必追就為什么有它存在， 原理圖如下圖所示： 串口通信電路 一般要校核轉(zhuǎn)向輪智能儀表是隨著 80年代初單片機(jī)技術(shù)的成熟而發(fā)展起來的，現(xiàn)在世界儀表市場基本被智能儀表所壟斷。究其原因就是企業(yè)信息化的需要，企業(yè)在儀表選型時(shí)其中的一個(gè)必要條件就是要具有聯(lián)網(wǎng) 通信接口 。最初是數(shù)據(jù) 模擬信號 輸出簡單過程量，后來儀表接口是 RS232接口，這種接口可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)的通信方式，但這種方式不能實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能。隨后出現(xiàn)的 RS485解決了這個(gè)問題。 1. RS485的電氣特性：采用差分信號負(fù)邏輯，邏輯 0”以兩線間的電壓差為 +(2~6)V表示；邏輯 1以兩線間的電壓差為 (2~6)V表示。接口信號電平比 RS232C降低了，就不易損壞接口電路的芯片， 且 該電平與 TTL電平 兼容，可方便與 TTL電路 連接。 2. RS485的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為 10Mbps。 3. RS485接口是采用平衡 驅(qū)動(dòng)器 和差分 ,接收器的組合，抗共模干擾能力增強(qiáng)，即抗 噪聲干擾 性好。 4. RS485最大的通信距離約為 1219m，最大 傳輸速率 為 10Mbps，傳 輸速率與傳輸距離成反比，在 100KpbS的傳輸速率下，才可以達(dá)到最大的通信距離，如果需傳輸更長的距離，需要加 485中繼器。 RS485總線一般最大支持 32個(gè) 節(jié)點(diǎn) ，如果使用特制的 485芯片，可以達(dá)到 128個(gè)或者 256個(gè)節(jié)點(diǎn)，最大的可以支持到 400個(gè)節(jié)點(diǎn)。 RS485 接口組成的 半雙工 網(wǎng)絡(luò)，一般是兩線制（以前有 四線制接法，只能實(shí)現(xiàn) 點(diǎn)對點(diǎn) 的通信方式，現(xiàn)很少采用），多采用屏蔽雙絞線傳輸。這種接線方式為 總線 式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在同一總線上最多可以掛接 32個(gè)結(jié)點(diǎn)。在 RS485通信網(wǎng)絡(luò)中一般采用的是主從通信方式，即一個(gè) 主機(jī) 帶 多個(gè)從機(jī)。很多情況下，連接 RS485通信鏈路時(shí)只是簡單地用一對雙絞線將各個(gè)接口的“ A”、“ B”端連接起來。 RS485接口連接器采用 DB9的 9芯插頭座，與智能終端 RS485接口采用 DB9（孔），與鍵盤連接的鍵盤接口 RS485采用 DB9（針）。 另有一個(gè)問題是信號地，上述連接方法在許多場合是能正常工作的，但卻埋下了很大的隱患，這有二個(gè)原因： (1)共模干擾問題： RS485接口采用差分方式傳輸信號，并不需要相對于某個(gè)參照點(diǎn)來檢測信號，系統(tǒng)只需檢測兩線之間的電位差就可以了。但人們往往忽視了收發(fā)器有一定的共 模電壓范圍， RS485收發(fā)器共模電壓范圍為 7～ +12V，只有滿足上述條件，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)才能正常工作。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)線路中共模電壓超出此范圍時(shí)就會(huì)影響通信的穩(wěn)定可靠，甚至損壞接口。 (2)EMI(電磁兼容性 )問題：發(fā)送驅(qū)動(dòng)器輸出信號中的共模部分需要一個(gè)返回通路，如沒有一個(gè)低阻的返回通道（信號地），信號中的共模部分就會(huì)以輻射的形式返回源端，整個(gè)總線就會(huì)像一個(gè)巨大的天線向外輻射電磁波。 由于 PC機(jī)默認(rèn)的只帶有 RS232接口，有兩種方法可以得到 PC上位機(jī)的 RS485電路：（ 1）通過 RS232/RS485轉(zhuǎn)換電路將 PC機(jī)串口 RS232信號轉(zhuǎn)換成 RS485信號，對于情況比較復(fù)雜的