【文章內(nèi)容簡介】 2V C CV C CG N D液晶 顯示插座 圖 21 STC89C52單片機 與液晶顯示模塊連接電路 表 21 單片機 I/O口 分配 I/O口 應用 I/O口 應用 4 4 矩陣鍵盤輸入 — A/D采樣輸入 — D/A轉(zhuǎn)換輸出 XTAL1XTAL2 時鐘輸入 — 液晶顯示模塊 RESET 單片機復位信號 東華理工大學畢業(yè)論文（論文） 第二章 電子負載硬件系統(tǒng)設(shè)計 7 單片機總控制電路如圖 21 所示 ： STC89C52 單片機在系統(tǒng)中主要實現(xiàn)以下功能 :設(shè)定值通過 D/A 轉(zhuǎn)換輸出基準電壓；實際工作電壓、電流 A/D 采樣； LCD 顯示；鍵盤輸入等。 表 21為電子負載系統(tǒng)中 STC89C52的 I/O 口分配連接情況。 顯示模塊的 設(shè)計 方案一：采用數(shù)碼管顯示。數(shù)碼管具有接線簡單、成本低廉、配置簡單靈活、編程容易、對外界環(huán)境要求較低、 易于維護等特點。 電壓和電流的顯示可以用數(shù)碼管，但數(shù)碼管 顯示的信息量有限 ，只能顯示簡單的數(shù)字，其電路復雜，占用 的系統(tǒng) I/O資源較多，顯示信息少，不宜顯示大量信息。 方案二：考慮到本系統(tǒng)中顯示的內(nèi)容以及系統(tǒng)的實用性，采用液晶顯示（ LCD）。液晶顯示具有功耗低、體積小、質(zhì)量輕、無輻射危害、平面直角顯示以及影響穩(wěn)定不閃爍、畫面效果好、分辨率高、抗干擾能力強等優(yōu)點 。點陣式 LCD不僅可以顯示字符、數(shù)字，還可以顯示各種圖形、曲線及漢字，并且可以實現(xiàn)屏幕上下左右滾動、動畫、閃爍、文本特征顯示等功能。 本次設(shè)計中要測量實際的電壓電流值，采用的是 Nokia 5110 液晶顯示模塊可以顯示出電壓電流等漢字，一面了然、外觀比較好看。而且液晶顯示功耗低、體積小、質(zhì)量輕、無輻射危害，與單片機連接較簡單。 故經(jīng)過比較 選擇方案二 Nokia 5110 液晶顯示 特點： （ 1) 性價比高，可以顯示 15 個漢字、 30個字符， 價格相對便宜； （ 2) 接口簡單，僅四根 I/O線即可驅(qū)動； （ 3) 速度快， 是 LCD12864 的 20倍，是 LCD1602 的 40倍； （ 4) Nokia5110 工作電壓 ，正常顯示時工作電流 200uA 以下，具有掉電模式，適合電池供電的便攜式移動設(shè)備。 L C D 液 晶 顯 示S T C 8 9 C 5 2S P I 時 鐘 生 成 器M O S IM O S I 圖 22 單片機與 LCD通信 如圖 21所示為 STC89C52 單片機與液晶顯示模塊連接電路。如圖 22所示為單片東華理工大學畢業(yè)論文（論文） 第二章 電子負載硬件系統(tǒng)設(shè)計 8 機與 LCD 通信 過程 。 液晶的主要工作原理 （ 1） SPI 接口時序?qū)憯?shù)據(jù) /命令 Nokia5110(PCD8544)的通信協(xié)議是一個沒有 MISO 只有 MOSI 的 SPI協(xié)議： 圖 23 串行總線協(xié)議―――傳送 1個字節(jié) （ 2） Nokia5110 的初始化 接通電源后，內(nèi)部寄存器和 RAM 的內(nèi)容是不確定的，這需要一個 RES 低電平脈沖復位一下。 圖 24 Nokia 5110復位時 （ 3）顯示英文字符 英文字符占用 6*8 個點陣，通過建立一個 ASCII 的數(shù)組 font6x8[][6]來尋址。 （ 4） 顯示漢字 顯示漢字可以采用兩種點陣方式，一種是 12*12 點陣，一種是 16*16 點陣。 鍵盤模塊 方案一：非矩陣式鍵盤結(jié)構(gòu)比較簡單，使用方便，適合于較少開關(guān)量的輸入場合。每個按鍵需占用一根 I/O 口線 ， 在按鍵數(shù)量較多時 ,I/O 口浪費大 , 電路結(jié)構(gòu)顯得復雜。 并且 此鍵盤是用于按鍵較少或操作速度較高的場合。 方案二： 矩陣式鍵盤則適合于輸入命令或者數(shù)據(jù)較多、功能復雜的系統(tǒng)。采用矩陣式鍵盤結(jié)構(gòu)可以最大限度地使用單片機的引腳資源， 矩陣式鍵盤適用于按鍵數(shù)量較多的場合 , 由行線和列線組成 , 按鍵位于行列的交叉點上， 節(jié)省 I/O 口， 因此 其 應用十分廣泛。 東華理工大學畢業(yè)論文（論文） 第二章 電子負載硬件系統(tǒng)設(shè)計 9 在系統(tǒng)設(shè)計中需要通過鍵盤中輸入設(shè)定值，通過 D/A轉(zhuǎn)化輸出實際值。所以需要有 09的數(shù)字鍵、小數(shù)點等等按鍵 ，按鍵較多， 所以 鍵盤 模塊采用 方案二 。 S1 S2 S3 S4S5 S6 S7 S8S9 S 1 0 S 1 1 S 1 2S 1 3 S 1 4 S 1 5 S 1 6R11 0 KR21 0 KR31 0 KR41 0 KR51 0 KR61 0 KR71 0 KR81 0 KV C CP 0 . 0P 0 . 1P 0 . 2P 0 . 3P0.4P0.5P0.6P0.7 圖 25 4 4矩陣鍵盤電路圖 如 圖 25所示： 本系統(tǒng)通過矩陣電路進行按鍵輸入，采用的是 4x4 矩陣鍵盤， 電子負載系統(tǒng)中按鍵需要實現(xiàn)的功能有 : (l) 09 數(shù)字鍵：本設(shè)計中采用專用的數(shù)字輸入按鍵，每次按下數(shù)字鍵一次，送往單片機，按位輸入的數(shù)據(jù)提取出來，轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)據(jù)。 (2) 小數(shù)點鍵：本設(shè)計中精度要求較高，輸入的設(shè)定值會有需要帶小數(shù)點。在第一位按鍵掃描后，每次按下小數(shù)點鍵，在按下確認鍵后與數(shù)字鍵一樣通過液晶顯示顯示出來。 (3)自動調(diào)節(jié)啟動停止按鍵 :該按鍵把電子負載功能劃分為設(shè)置和調(diào)節(jié)兩部分，沒有按下該按鍵 時，默認為功能設(shè)置，此時單片機只預置數(shù)據(jù)輸入、按鍵查詢、預置數(shù)據(jù)LCD 顯示等功能 ； 而當按下該按鍵 1次后，單片機將轉(zhuǎn)為執(zhí)行負載調(diào)節(jié)、 A/D 采集、實際數(shù)據(jù) LCD顯示等功能。 (4)預置數(shù)據(jù)確定按鍵 :按下該按鍵后，將取消其他鍵的功能，并把按輸入的數(shù)據(jù)送往提取出來，送往單片機，之后轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)據(jù)，通過液晶顯示顯示出來。 (5)復位清零鍵 :當輸入有誤時，按下該鍵可以清除顯示屏。 按鍵 采用逐行掃描法進行識別， 單片機逐行掃描各鍵，先讓每行輸出低電平，檢測各列是否有低電平產(chǎn)生，如果檢測到列有低電平輸出，說明有鍵按下，接著 讓每行分別依次輸出低電平，其余行行輸出高電平，在檢測每一列的低電平情況，兩次低電平的交叉處便是鍵按下的地方。 東華理工大學畢業(yè)論文（論文） 第二章 電子負載硬件系統(tǒng)設(shè)計 10 D/A 轉(zhuǎn)換模塊的選擇 方案一 DAC0832 是 8分辨率的 D/A 轉(zhuǎn)換集成芯片。這個 DA芯片以其接口簡單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點，在單片機應用系統(tǒng)中得到廣泛的應用。 D/A 轉(zhuǎn)換器由 8位輸入鎖存器、 8位 DAC 寄存器、 8 位 D/A 轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成。 方案二： TLC5615 D/A采用的是串行數(shù)模轉(zhuǎn)換器。 TLC5615是一個串行 1O位 DAC芯片，性能比早期電流型輸出的要好。只需要通過 3根串行總線就可 以完成 1O位數(shù)據(jù)的串行輸入，易于和工業(yè)標準的微處理器或微控制器 (單片機 )接口，適用于電池供電的測試儀表，是具有串行接口的數(shù)模轉(zhuǎn)換器。 本設(shè)計需要測出電壓值、電流值，對設(shè)定值的精確度要求更高。所以采用 1O 位DAC芯片，分辨率較高。同時 模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器 TLC5615 采用接口簡單的，使得硬件電路大為簡化，線路板面積縮小，成本降低 ， 故選擇方案二。 如 圖 26 所 示為 D/A 轉(zhuǎn)換輸出電路 原理圖。 D/A 變換輸出采用 TLC5615 與單片機連接 設(shè)定值通過鍵盤輸入送往單片機，再通過 DA 輸出電路產(chǎn)生基準電壓送往 PI 控制器與實際電壓相 比較。 E A / V P P31X T A L 119X T A L 218R S T9P 3 . 7 ( R D )17P 3 . 6 ( W R )16P 3 . 2 ( I N T 0 )12P 3 . 3 ( I N T 1 )13P 3 . 4 ( T 0 )14P 3 . 5 ( T 1 )15P 1 . 0 ( T 2 )1P 1 . 1 ( T 2 E X )2P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78( A D 0 ) P 0 . 039( A D 1 ) P 0 . 138( A D 2 ) P 0 . 237( A D 3 ) P 0 . 336( A D 4 ) P 0 . 435( A D 5 ) P 0 . 534( A D 6 ) P 0 . 633( A D 7 ) P 0 . 732( A 8 ) P 2 . 021( A 9 ) P 2 . 122( A 1 0 ) P 2 . 223( A 1 1 ) P 2 . 324( A 1 2 ) P 2 . 425( A 1 3 ) P 2 . 526( A 1 4 ) P 2 . 627( A 1 5 ) P 2 . 728P S E N29A L E / P R O G30( T X D ) P 3 . 111( R X D ) P 3 . 010GND20V C C40U112Y1C33 0 PC43 0 PR S TP 2 . 5V C CP 0 . 3P 0 . 2P 0 . 1P 0 . 0P 0 . 4P 0 . 5P 0 . 6P 0 . 7GNDV C CP 1 . 0P 1 . 1P 1 . 2P 1 . 3+ 2 . 5 VP 1 . 4P 1 . 5P 1 . 6P 1 . 7P 3 . 2P 3 . 3P 3 . 4P 3 . 5P 3 . 6P 3 . 7P 2 . 0P 2 . 1P 2 . 2P 2 . 3P 2 . 446132 785U3T L C 5 6 1 5V R E FV C CGNDP 1 . 0P 1 . 1P 1 . 2P 1 . 3 圖 26 D/A轉(zhuǎn)換輸出電路 原理圖 在電路設(shè)計中 VREF = 2Vrefin N／ 1024； 其中， Verfin 為 TLC5615 的參考電壓，取 ,N 為輸入設(shè)定值的二進制數(shù)。 VREF 為到 PI 調(diào)節(jié)器與實際值相比較的基準電壓。 如圖 27所示 為 TLC5615 與反相器的連接圖， 見式（ 21）為 D/A 變換 輸出通過一個反相器 送到 PI 調(diào)節(jié)器的 基準電壓與輸入給定電壓的關(guān)系。 VREF = 5N／ 1024 （ 21） （ N為輸入設(shè)定值的二進制數(shù) ） 東華理工大學畢業(yè)論文（論文） 第二章 電子負載硬件系統(tǒng)設(shè)計 11 如 圖 28 TLC5615 的時序圖可以看出，當片選 CS為低電平時，輸入數(shù)據(jù) DIN 由時鐘 SCLK 同步輸入或輸出，而且最高有效位在前，低有效位在后。輸入時 SCLK 的上升沿把串行輸入數(shù)據(jù) DIN 移入內(nèi)部的