【文章內(nèi)容簡介】 機(jī)沒有 SPI 或相同的接口能力，需要采用軟件來模擬 SPI 的時(shí)序操作， TLC2543 的時(shí)序如圖 （ B）所示。 圖 （ B） TLC2543 時(shí)序 圖 從圖 (B)的時(shí)序圖可知，當(dāng) TLC2543 開始上電后，片選端必須從高到低，才能開始一次工作周期，此時(shí) EOC 為高電平，輸入數(shù)據(jù)寄存器被置為 0，輸出數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容是隨機(jī)的。開始時(shí)，片選端為高電平， I/O CLOCK、 DATA INPUT 被禁止， DATA OUT 呈高阻狀態(tài)， EOC 為高，然后使 /CS變低， I/O CLOCK、 DATA INPUT 使能， DATA OUT脫離高阻狀態(tài)， 12 個(gè)時(shí)鐘信號從 I/O CLOCK 端依次加入，隨著時(shí)鐘信號的加入，控制字從 DATA INPUT 一位一位地在時(shí)鐘信號的上升沿時(shí)被 送入 TLC2543 (高位先送入 ) ，同時(shí)上一周期轉(zhuǎn)換的 A /D 數(shù)據(jù)（即輸出數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù)）從 DATAOUT 一位一位地移出。 TLC2543 收到第 4 個(gè)時(shí)鐘信號后，通道號也已收到，此時(shí) TLC2543 開始對選定通道的模擬量進(jìn)行采樣，并保持到第 12個(gè)時(shí)鐘的下降沿。在第 12 個(gè)時(shí)鐘下降沿來臨時(shí)， EOC 開始變低，開始對本次采樣的模擬量進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時(shí)間約需 10μ s， 轉(zhuǎn)換完成后 EOC變高，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)在輸出數(shù)據(jù)寄存器中，待下一個(gè)工作周期輸出。此后， TLC2543 可以進(jìn)行新的工作周期。 AT89C52 連 接電路 AT89C52 與各個(gè)模塊構(gòu)成控制器的電路連接圖如下圖 所示。 .P0 口和 ～ 是 LCD 接口； ～ 是 A/D 轉(zhuǎn)換器的接口； ～ 是 D/A 轉(zhuǎn)換器的接口 。P2 口為鍵盤接口。電路連接圖如圖 所示，圖中有連接晶振，這是為了方便擴(kuò)展做實(shí)物，題目只要求用 Proteus 仿真，由于系統(tǒng)自帶晶振，所以仿真電路圖中可以不畫晶振。 圖 AT89S52 電路連接圖 3 硬件電路設(shè)計(jì) 硬件電路的設(shè)計(jì)包括鍵盤設(shè)計(jì)和顯示硬件設(shè)計(jì)。 (1) 鍵盤的作用 在微機(jī)控制 系統(tǒng)中，信號的控制即數(shù)據(jù)的輸入方式主要是 通過 鍵盤輸入。鍵盤的設(shè)計(jì)，特別是鍵入信號的 程序 處理 方式 是影響系統(tǒng) 運(yùn)行 和 應(yīng)用 性能的重要因素。由于系統(tǒng)要求 輸入 200MA—2021MA 的電流給定值，并且要求步進(jìn) 177。1MA 來檢測電流的穩(wěn)定 性 的選擇。 (2) 鍵盤的 電路設(shè)計(jì)及其 工作原理 本系統(tǒng)采用 矩陣式 鍵盤，此鍵盤 由 行、列線組成 并通過一個(gè) 8位并行 I/O口控制 (下圖以 P1 口為例 )， 并且 在行列的交點(diǎn)上設(shè)置 按鍵 。 于是， 在按鍵數(shù) 目 較多時(shí)，可以節(jié)省 單片機(jī)的 I/O 資源 。本系統(tǒng)使用 44? 結(jié)構(gòu)的 16 位矩陣鍵盤，故采用此法。 44? 矩陣鍵盤 的原理電路設(shè)計(jì) 如圖 示。 4 5C0 1BA987632D E FP 1. 0P 1. 1P 1. 2P 1. 3P 1. 4P 1. 5P 1. 6P 1. 7 圖 矩陣鍵盤 題目要求可進(jìn)行電流給定值的設(shè)置和步進(jìn)調(diào)整，需要的按鍵比較多。綜合考慮兩種方案及題目要求，采用方案二， 使用標(biāo)準(zhǔn)的 4x4 鍵盤， 可以實(shí)現(xiàn) 0～ 9 數(shù)字輸入、“ +”、“ ”、“ OK”、“ SET”、“ DEL”、“ RESET/ON”這些功能按鍵。其中“ +”、“ ”是步進(jìn)時(shí)對于給定值的設(shè)置，“ OK”是對應(yīng)“ ARE YOU SURE TO SET”的執(zhí)行按鍵， “ DEL”當(dāng)發(fā)現(xiàn)設(shè)置是出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)可以對數(shù)值進(jìn)行修改“ RESET/ON”可以執(zhí)行重置結(jié)束前一個(gè)數(shù)據(jù)的執(zhí)行。 其電路圖如圖 所示 顯示硬件的設(shè)計(jì) 方案一：使用 LED 數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管采用 BCD 編碼顯示數(shù)字，對外界環(huán)境要求低，易于維護(hù)。但根據(jù)題目要求，如果需要同時(shí)顯示給定值和測量值，以及其他輸出特性值，需顯示的內(nèi)容較多，要使用多個(gè)數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示，使電路變得復(fù)雜，加大了編程工作量。 方案二：使用 LCD 顯示。 LCD 具有輕薄短小，可視面積大，方便的顯示數(shù)字，分辨率高，抗干擾能力強(qiáng)，功耗小，且設(shè)計(jì)簡單等特點(diǎn)。 綜上所述，選擇方案二。采用 LM016L 液晶顯示模塊同時(shí)顯示電流給定值和實(shí)測值以及負(fù)載內(nèi)阻。連接電路圖如下圖 所示。 圖 LM016L 顯示器連接圖 總體研究過程中，硬件的選型和電路的設(shè)計(jì)是重中之重，至此，系統(tǒng)各個(gè)硬件設(shè)計(jì)完成，均滿足設(shè)計(jì)要求。 4 軟件設(shè)計(jì) 軟件程序是實(shí)現(xiàn)數(shù)控的核心，軟件程序包括顯示程序、運(yùn)行程序和鍵盤操作程序。運(yùn)行程序包括 A/D、 D/A 以及電路 運(yùn)行， 采用 C語言編程，運(yùn)用 KEIL 軟件 進(jìn)行編譯。 程序說明 軟件部分需要解決的主要難點(diǎn)是根據(jù)鍵盤輸入的預(yù)置電流值轉(zhuǎn)換為誤差放大器的高精度基準(zhǔn)電壓，并跟蹤顯示。本 設(shè)計(jì)采用 C語言 ,對 AT89C52 進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)各種功能。 軟件實(shí)現(xiàn)的功能是： ① 電流步進(jìn)調(diào)整 ② 電流給定值的設(shè)置 ③ 測量輸出電流值 ④ 控制 TLC2543 工作 ⑤ 控制 LTC1456 工作 ⑥ 對反饋回單片機(jī)的電流值進(jìn)行補(bǔ)償處理 ⑦ 驅(qū)動(dòng)液晶顯示器顯示相關(guān)數(shù)值 編程是個(gè)復(fù)雜的步驟，不斷的仿真研究后，具體程序 見附錄二。 程序流程圖 軟件總體流程圖如下圖 所示。 圖 軟件總體流程圖 按照流程圖的思路編程，程序運(yùn)用 KEIL 軟件進(jìn)行編譯，在符合要求后寫入單片機(jī)不斷的進(jìn)行仿真調(diào)試，直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求 開 始系 統(tǒng) 初 始 化鍵 盤 掃 描是 否 有 鍵 按 下何 種 鍵設(shè) 置 模 塊S E T 鍵O K 鍵 是 否 按 下輸 入 設(shè) 定 電 流 值+ / 鍵+ 鍵 鍵增 步 進(jìn) 減 步 進(jìn)R E S E T / O N數(shù) 字 鍵輸 出 電 流 比 較 顯示 處 理R E S E T / O NNYNY 5 系統(tǒng)仿真及數(shù)據(jù)分析 Proteus 軟件一款強(qiáng)大的仿真軟件，運(yùn)用于多個(gè)仿真領(lǐng)域。它的電路仿真是互動(dòng)的，它在對微處理器的應(yīng)用時(shí)，可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，并實(shí)現(xiàn)軟件源碼級的實(shí)時(shí)調(diào)試?；?Proteus 的優(yōu)越性 ，此設(shè)計(jì)運(yùn)用 Proteus 軟件仿真各種狀態(tài)，并記錄仿真的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行理論分析。 系統(tǒng)仿真方法 打開 Proteus 軟件，打開設(shè)計(jì)的電路文件，然后輸入通過 KEIL 軟件編好的程序，點(diǎn)擊開始按鈕即可以進(jìn)行測試。具體操作說明： 按下 RESET/ON 鍵顯示四項(xiàng)值，電流設(shè)定初始值為 200mA。可以按 +， 鍵實(shí)現(xiàn)步進(jìn)，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示。要設(shè)置電流直接按數(shù)字鍵無效。此時(shí)需按 SET 鍵進(jìn)入電流設(shè)置，之后屏幕顯示 “Are you sure to set?”,按下OK 鍵即可設(shè)定，如果不需要設(shè)定，按 RESET/ON 返回。在 設(shè)定電流的過程中，需要有效按四次數(shù)字鍵，如果在設(shè)置的過程中想放棄修改，按下 RESET/ON 鍵，如果需要修改已經(jīng)按下的數(shù)值，可以按 DEL 鍵，光標(biāo)返回到上一個(gè)數(shù)，重新按某一個(gè)數(shù)字鍵即完成修改。設(shè)置完成后屏幕顯示相應(yīng)值。 操作顯示界面如圖 所示。 圖 屏幕顯示 系統(tǒng)仿真數(shù)據(jù) 輸出電流范圍仿真 由于在程序設(shè)計(jì)上限制了電流輸出范圍是 20～ 2021mA，限定了電壓值小于 10V,當(dāng)給定值在量程內(nèi)時(shí)顯示“ OK!”；當(dāng)給定值超過量程時(shí)將顯示“ ERROR! RESET!”，如下圖 所示。 圖 仿真報(bào)錯(cuò)顯示界面 若需要設(shè)定輸出電流值，當(dāng)按下 SET 鍵時(shí)，出現(xiàn)如圖 所示界面，顯示器顯示“ Are you sure to set?”，此時(shí)按下 OK 鍵，出現(xiàn)如圖 所示界面，這是可自由輸入一個(gè) 4 位數(shù)，若滿足 200~2021mA，則顯示各種數(shù)據(jù)，若不滿足 200~2021mA，則顯示器出現(xiàn)“ ERROR!RESET!”報(bào)警畫面 。若發(fā)現(xiàn)輸入數(shù)字超出電流允許范圍，可以按DEL 刪除輸入值，再次輸入數(shù)值。 圖 輸出電流值確認(rèn) SET 顯示界面 圖 輸出電流值 SET 顯示界面 步進(jìn)調(diào)整仿真 在量程范圍內(nèi)，通過“＋”、“－”按鈕可實(shí)現(xiàn) 1mA 步進(jìn)，通過顯示器可觀察到