【文章內(nèi)容簡介】 嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了最多的應(yīng)用。事實(shí)上單片機(jī)是世界上數(shù)量最多的計(jì)算機(jī)。現(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會集成安徽礦業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 20xx屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 有單片機(jī)。手機(jī)、電話、計(jì)算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標(biāo)等電腦配件中都配有 12 部單片機(jī)。而個(gè)人電腦中也會有為數(shù)不少的單片機(jī)在工作。汽車上一般配備 40 多部單片機(jī)，復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺單片機(jī)在同時(shí)工作！ 單片機(jī)的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過 PC 機(jī)和其他計(jì)算的綜合，甚至比人類的數(shù)量還要多 [9]。 按鍵控制模塊 方案一：采用矩陣鍵盤，由于按鍵多可實(shí)現(xiàn)電壓值的直接鍵入。 AT89C51 單片機(jī)的并行口 P1 接 4 4 矩陣鍵盤，以 － 作輸入線，以 － 作輸出線； P1 口輸出按鍵信息，在數(shù)碼管上顯示每個(gè)按鍵的“ 0－ F”序號。實(shí)際電路圖連接如圖 所示。 圖 矩陣鍵盤電路 方案二：采用一般的電平判鍵按鈕，實(shí)現(xiàn)方法很簡單，但一個(gè)端口最多只實(shí)現(xiàn) 8個(gè)按鍵。 由于本數(shù)控電源需要用的按鍵不多，要實(shí)現(xiàn)步進(jìn)為 1V 的設(shè)計(jì)要求，只需用一個(gè)“ +”和一個(gè)“ ”按鍵，另外再加兩個(gè)按鍵用于實(shí)現(xiàn)固定電壓輸出，按鍵時(shí)可直接輸出相應(yīng)電壓。 4個(gè)按鍵就可實(shí)現(xiàn)本題的設(shè)計(jì)要求，固采用方案二。 該部分主要由四個(gè)鍵組成，分別實(shí)現(xiàn)的是“ +”、“ ”、“開始”、“切換”功能，與單片機(jī)的 、 、 、 口連接，控制 AT89C51 單片機(jī)，達(dá)到對數(shù)字的控制，可以通過按鍵對電壓進(jìn)行調(diào)整，按照實(shí)際需要可以通過按鍵得到所需的電壓，調(diào)節(jié)范圍是 0～ V，步進(jìn) [11]。 4 個(gè)獨(dú)立按鍵 S1~S4 分別與 C51 的 ～ 相連接，獨(dú)立按鍵 S1為電壓調(diào)整按鈕，S2 為電壓加一按鈕， S3為電壓減一按鈕， S4 為 D/A 轉(zhuǎn)換確認(rèn)鍵。 S1~S3 按鍵的作用是通過安徽礦業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 20xx屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 程序控制對輸入的電壓隨時(shí)可調(diào)，且步進(jìn)值能夠?yàn)? 增加或者減少。 S4 鍵的作用是按下啟動 D/A 轉(zhuǎn)化，將單片機(jī)的預(yù)設(shè)值轉(zhuǎn)化為模擬量輸出。按鍵與單片機(jī)的連接圖見圖 。 圖 鍵盤電路 顯示器模塊 相比于市場上常用的數(shù)碼管，本次設(shè)計(jì)采用的 LCD1602 液晶顯示器有著更高清晰度與更多顯示空間的優(yōu)勢。其所用到的字符型液晶顯 示模塊式專門用于顯示字母、數(shù)字、符號的點(diǎn)陣型液晶顯示模塊。 LCD1602 是工業(yè)字符型液晶，能夠同時(shí)顯示 16x02 即 32 個(gè)字符。 LCD1602 采用標(biāo)準(zhǔn)的 14 腳（無背光）或 16 腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如表 21所示 : 表 21 XX 表 編號 符號 引腳說明 編號 符號 引腳說明 1 VSS 電源地 9 D2 數(shù)據(jù) 2 VDD 電源正極 10 D3 數(shù)據(jù) 3 VL 液晶顯示偏壓 11 D4 數(shù)據(jù) 4 RS 數(shù)據(jù) /命令選擇 12 D5 數(shù)據(jù) 5 R/W 讀 /寫選擇 13 D6 數(shù)據(jù) 安徽礦業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 20xx屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 6 E 使能信號 14 D7 數(shù)據(jù) 7 D0 數(shù)據(jù) 15 BLA 背光源正極 8 D1 數(shù)據(jù) 16 BLK 背光源負(fù)極 表 LCD1602 引腳接口說明 液晶 LCD1602 與 STC 單片機(jī)的連接電路圖如圖 。 LC1602D 的 8 位數(shù)據(jù)接口與單片機(jī)的 P0 口相連，由于 STC 單片機(jī) P0 口沒有內(nèi)接電阻，為此外接了 10K 上拉排阻。這是因?yàn)閱纹瑱C(jī) P 口的輸出電流非常微弱，不足以驅(qū)動液晶顯示數(shù)據(jù)而連接的。 1602 的控制端 RS、 R/W、E 端分別與 STC 的 P P2 P22 連接。 VCOM 為液晶顯示亮度調(diào)整端，外接 10K的電位器。BLA和 BLA+分別為液晶背光源正極和負(fù)極， BLA接地， BLA+接 +5V。液晶的顯示由單片機(jī)的程序去控制 [12]。 圖 LCD1602 與單片機(jī)連接電路圖 D/A 數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊 對于這一模塊的選擇，本次設(shè)計(jì)思考了兩種方案。 方案一：采用 MX7541 。 MX7541 是美國 MAXIM 公司生產(chǎn)的高速高精度 12位數(shù)字 /模擬轉(zhuǎn)換器芯片，由于 MX7541 轉(zhuǎn)換器件的功耗特別低，而且其線性失真可低達(dá) %，因此，該D/A 轉(zhuǎn)換器芯片特別適合于精密模擬數(shù)據(jù)的獲得和控制。此外，由于 MX7541 器件內(nèi)部帶有激光制作的精密晶片電阻和溫度補(bǔ)償電路以及 NMOS 開關(guān)，因而可充分保證 MX7541 具有 12安徽礦業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 20xx屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 位的精度。還有一個(gè)重要特點(diǎn)是： MX7541 的所有輸入均與 CMOS 和 TTL 電平兼容。 MX7541的管腳圖如圖 所示。 圖 MX7541 管腳圖 由于 MX7541 是 12 位數(shù)字輸入 ,因此它必須與 16 位以上的單片機(jī)相連。當(dāng)其與 MCS96單片機(jī)進(jìn)行連接時(shí)，其電路非常簡單，只需把單片機(jī)的數(shù)據(jù)線直接與 MX7541 的輸入線相連即可。程序也很簡單 ,只要不停地向其送數(shù)據(jù)即可。 方案二：采用 DAC0832。 DAC0832 是常用的 8位電流輸出型并行低速數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，當(dāng)需要轉(zhuǎn)換為電壓輸出時(shí)，可外接運(yùn)算放大器，運(yùn)放的反饋電阻可通過 RFB 端引用片內(nèi)固有電阻，也可外接。內(nèi)部集成兩級輸入寄存器，使得數(shù)據(jù)輸入可采用雙緩沖、單緩沖或直通方式，以便適于各種電路的需要 (如要求多路 D/A 異步輸入、同步轉(zhuǎn)換等 )。 DAC0832 的管腳圖如圖 所示： 圖 DAC0832 管腳圖 安徽礦業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 20xx屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 管腳的具體名稱和用法 D0 ～ D7：數(shù)字量輸入端； ：片選信號，低電平有效； ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許信號，高電平有效； ：第 1寫信號，低電平有效； ：第 2寫信號，低電平有效； ：數(shù)據(jù)傳送控制信號，低電平有效； ：電流輸出端 1； ：電流輸出端 2； RFB：反饋電阻端； ：基準(zhǔn)電壓，基電壓范圍為 10V ～ +10V； GND：數(shù)字地； AGND：模擬地 ； 單片機(jī)與 DAC0832 的接口可按二級緩沖器方式、單緩沖器方式和直通方式聯(lián)接。 DAC0832為 8位 D/A 轉(zhuǎn)換器。單電源供電，范圍為 +5V ～ +15V，基準(zhǔn)電壓范圍為 。電流的建立時(shí)間為 1us。 CMOS 工藝功耗 20mw。 輸入設(shè)有兩級緩沖鎖 存器 [13]。 圖 為 D/A 與單片機(jī)的連接圖。 安徽礦業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 20xx屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 圖 DA0832 與單片機(jī)的連接圖 穩(wěn)壓控制模塊 由于 DA0832 芯片為電流輸出型，為了得到輸出電壓，必須經(jīng)過運(yùn)放轉(zhuǎn)化為電壓。設(shè)計(jì)采用運(yùn)放 LM324 放大器放大。 LM358 芯片的主要特性有：可單雙電源工作，單電源工作范圍為 3V~32V，雙極性電源工作范圍為 177。 16V，設(shè)計(jì)采用雙極性電源，且電源電壓為 12V；每個(gè)集成 LM324 芯片內(nèi)裝 4 個(gè)運(yùn)放器。采用反向輸入，放大和穩(wěn)壓電路。如圖 。 圖 放大電路 第一級只是轉(zhuǎn)化 DA0832 輸出的電流為電壓，沒有進(jìn)行放大。 LM358 第一級的輸出端 14經(jīng)過 1K 的電阻接第二級放大的輸入端 2(IN),也是反向輸入，兩次反向后最終輸出的電壓為正向。 圖 電流放大及穩(wěn)壓電路 圖 為電流放大電路。三端穩(wěn)壓 LM317 的工作電壓范圍為 ~37V，達(dá)不到輸出為0V 的設(shè)計(jì)要求，為此在第二級放大采用求和反向放大， 12V的電壓經(jīng)過 10K 的電位器分壓后輸出反向電壓為 ，在液晶顯示為 0 的情況下使其 LM317 調(diào)整穩(wěn)壓后的電壓達(dá)到 0V。LM317主要特性有基準(zhǔn)電壓標(biāo)準(zhǔn)值為 ， ADJ調(diào)整端電流標(biāo)準(zhǔn)值為 50uA，最大為 100uA[14]。 安徽礦業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 20xx屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 第三章 系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的另一重要組成就是軟件設(shè)計(jì)，跟系統(tǒng)的要求和功能緊密相連。在保持硬件結(jié)構(gòu)不變的情況下，修改相應(yīng)的軟件就可以實(shí)現(xiàn)一些不同的功能，完成不同的任務(wù)。 一般來說，軟件的功能分為兩大類。一類是執(zhí)行軟件，它能完成各種實(shí)質(zhì)性的功能，如測量、計(jì)算、顯示、打印、輸出控制等；另一類是監(jiān)控軟件，它是專門用來協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊和操作者的關(guān)系，在系統(tǒng)軟件中充當(dāng)組織調(diào)度的角色。 在本系統(tǒng)中，軟件結(jié)構(gòu)采用模塊化設(shè)計(jì) ，各功能程序分別編寫和調(diào)試。各模塊調(diào)試成功后，再將所有模塊連接起來，構(gòu)成系統(tǒng)的軟件。這樣的設(shè)計(jì)有利于程序代碼的優(yōu)化，而且便于編程、調(diào)試和維護(hù)。 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的原則 應(yīng)用系統(tǒng)中的應(yīng)用軟件是根據(jù)系統(tǒng)功能要求設(shè)計(jì)的，應(yīng)可靠實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各種功能在本系統(tǒng)中，軟件設(shè)計(jì)要求做到以下幾點(diǎn)： (1)根據(jù)軟件功能要求，將系統(tǒng)軟件分成若干個(gè)相對獨(dú)立的部分，設(shè)計(jì)出合理的軟件總體結(jié)構(gòu)，使軟件結(jié)構(gòu)清晰、簡捷、流程合理。 (2)各功能程序?qū)嵭心K化、子程序化。既便于調(diào)試、連接，又便于移植、修改。 安徽礦業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 20xx屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 (3)在編寫應(yīng)用軟件之前，應(yīng)繪制出程 序流程圖。多花一些時(shí)間來設(shè)計(jì)程序流程圖，就可以節(jié)約幾倍于源程序的編輯和調(diào)試時(shí)間。 (4)程序存儲區(qū)，數(shù)據(jù)存儲區(qū)要合理規(guī)劃，既能節(jié)約內(nèi)存容量，又使操作方便。 (5)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)現(xiàn)標(biāo)志化管理。這個(gè)功能程序運(yùn)行狀態(tài)，運(yùn)行結(jié)果以及運(yùn)行要求都要設(shè)置狀態(tài)標(biāo)志以便查詢，程序的轉(zhuǎn)移、運(yùn)行、控制都可通過狀態(tài)標(biāo)志條件來控制。 (6)經(jīng)過調(diào)試修改后程序應(yīng)進(jìn)行規(guī)范化，出去修改的痕跡，以便于交流和借鑒，也為以后的軟件模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化打下基礎(chǔ)。 (7)實(shí)現(xiàn)全面軟件抗干擾設(shè)計(jì)。軟件抗干擾是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)提高可靠性的有利措施 [15]。 程序設(shè)計(jì)流程圖 程序設(shè)計(jì)流程圖