【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 應(yīng)用系統(tǒng)中能實(shí)現(xiàn)向單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)、傳送命令功能，是人工干預(yù)單片機(jī)的主要手段。鍵盤實(shí)質(zhì)上是一組按鍵開關(guān)集合。 通常鍵盤所用開關(guān)為機(jī)械彈性開關(guān)，均利用了機(jī)械觸點(diǎn)的合、斷作用。鍵的閉合與否，反映在輸出電壓是呈現(xiàn)高電平或低電平，如果高電平表示斷開的話，那么低電平則表示鍵閉合，所以通過(guò)對(duì)電平高低狀態(tài)的檢測(cè)，便可確認(rèn)按鍵按下與否。為了確保 CPU 對(duì)一次按鍵動(dòng)作只確認(rèn)一次按鍵，必須消除抖動(dòng)的影響，這樣才能使鍵盤在單片機(jī)系統(tǒng)中的使用得更加穩(wěn)定。 常用的鍵盤接口分為獨(dú)立式按鍵接口和矩陣式鍵盤接口。根據(jù)本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)及要求，鍵盤的功能主要是用來(lái)設(shè)置溫度上下限，因此本設(shè)計(jì)采用獨(dú)立式鍵盤來(lái)完成這一功能要求。其電路連接如圖 所示。 15 圖 獨(dú)立式鍵盤與 AT89C51連接圖 鍵盤電路及其說(shuō)明 獨(dú)立式按鍵就是各個(gè)按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵各接一根輸入線，一根輸入線上的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其他輸入線上的工作狀態(tài)。因此，通過(guò)檢測(cè)輸入線的電平狀態(tài)就可以很容易的判斷出是哪一個(gè)按鍵按下了。獨(dú)立式按鍵電路配置靈活，軟件簡(jiǎn)單。但每一個(gè)按鍵需占用一根輸入口線，在按鍵數(shù)量較多時(shí)學(xué)要較多的輸入口線且電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故此種鍵盤適用與按鍵較少或操作速度較高的場(chǎng)合。 本設(shè)計(jì)，采用四按鍵鍵盤，所以在四個(gè) I/O 口上接四個(gè)按鍵組成一 個(gè)四按鍵的簡(jiǎn)易式鍵盤。 各線通過(guò)電阻接 +5V，當(dāng)鍵盤上沒有鍵閉合時(shí)，所有的線斷開，呈高電平狀態(tài)。當(dāng)鍵盤上某一個(gè)鍵閉合時(shí)，該鍵所對(duì)應(yīng)的線與連接單片機(jī)的線短路。例如：當(dāng) S1 號(hào)按鍵閉合時(shí)，它所在的線與連接線短路，使 口為低電平，通過(guò)軟件里對(duì) P3 口查尋，如果只有 口為低電平，那么就可以確定是 S1 鍵按下了，通過(guò)在軟件里的設(shè)定，行使 S1 鍵的功能。如果同時(shí)有多個(gè) P3 口為低電平，則報(bào)警顯示，然后檢查是否有多個(gè)鍵按下， 16 直到只有一個(gè) P3 口為低電平時(shí)，停止報(bào)警，那個(gè)低電平的 P3 口上連接的按鍵則為按下的鍵，在軟件里執(zhí)行他 應(yīng)該達(dá)到的功能。 鍵盤功能說(shuō)明 S1：模式設(shè)置鍵，按一下進(jìn)入到加熱系統(tǒng)設(shè)置狀態(tài)，再按一下切換到制冷系統(tǒng)設(shè)置狀態(tài)。 S2：步進(jìn)加鍵，每按一下，要設(shè)置的限制值加 1。 S3：步進(jìn)減鍵，每按一下，要設(shè)置的限制值減 1。 S4：確定鍵，確定前面所設(shè)的溫度值。 當(dāng) S1 鍵按 1 下，進(jìn)入加熱或制冷模式后，數(shù)碼管顯示為 00， 00 代表溫度設(shè)置起點(diǎn)溫度。再按下按鍵 S2 數(shù)碼管顯示值將逐步從個(gè)位數(shù)往上加，直到想要設(shè)置的溫度值，而按鍵 S3 是步進(jìn)減鍵，按鍵每下一次，個(gè)位數(shù)減 1。S4 鍵是確定鍵，通過(guò)它來(lái)確定前面所設(shè)定的數(shù)值。 鍵盤的機(jī) 械抖動(dòng) 若 Y0為低電平， S1 號(hào)鍵閉合一次，圖中 t1 和 t3 分別為鍵的閉合和斷開過(guò)程中的抖動(dòng)期（呈現(xiàn)一串負(fù)脈沖），抖動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)短和開關(guān)的機(jī)械特性有關(guān)，一般為 5～ 10ms， t2 為穩(wěn)定的閉合期，其時(shí)間由按鍵動(dòng)作所確定，一般為十分之幾秒到幾秒， t0、 t4 為斷開期。為了保證 CPU 對(duì)鍵盤的閉合僅作一次處理，在軟件中必須去除抖動(dòng)，在第一次檢測(cè)到有按鍵下時(shí)，執(zhí)行一段延時(shí) 10ms的子程序后確認(rèn)該按鍵電平是否仍保持閉合狀態(tài)電平，如果閉合狀態(tài)電平則確認(rèn)有按鍵下，從而消除抖動(dòng)的影響。鍵盤的機(jī)械抖動(dòng)示意圖如圖 所示。 17 圖 鍵盤的 機(jī)械抖動(dòng)示意圖 報(bào)警電路設(shè)計(jì) 報(bào)警電路主要是由發(fā)光二極管和蜂鳴器組成的，具有聲、光報(bào)警功能的簡(jiǎn)單電路，其電路如圖 所示。當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)置的上、下限時(shí)， 口輸出高電平，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器工作，發(fā)出聲音。 口輸出高電平時(shí)，發(fā)光二極管正向?qū)?，發(fā)光報(bào)警。 圖 報(bào)警電路 控制電路設(shè)計(jì) 控制部分電路圖如圖 。 18 圖 控制電路 該電路是由兩個(gè)固態(tài)繼電器作為控制開關(guān)，一個(gè)繼電器控制加熱裝置，另一個(gè)繼電器控制制冷裝置。固態(tài)繼電器是一種無(wú)觸點(diǎn)通斷型電子開關(guān)，是四端有源器件，其中兩個(gè)端子為控制輸入端，另外兩個(gè)為輸出受控端。為了實(shí)現(xiàn)輸入與輸出的隔離，器件采用了高耐壓的光耦合器。當(dāng)輸入信號(hào)有效時(shí)，電路呈導(dǎo)通狀態(tài)，反之，呈斷開狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)類似電磁繼電器的開關(guān)功能。固態(tài)繼電器 將 MOSFET、 GTR、普通晶閘管等組合在一起與觸發(fā)電路封裝在一個(gè)模塊中，而且驅(qū)動(dòng)電路與輸出電路隔離。 固態(tài)繼電器是可控 硅過(guò)零觸發(fā)器，無(wú)觸點(diǎn)，不用調(diào)節(jié)，對(duì)電網(wǎng)不會(huì)產(chǎn)生波形畸變。因此，非常適合本設(shè)計(jì)。 控制電路工作原理：當(dāng) AT89C51 的 RXD 口輸出一個(gè)高電平時(shí)，三極管開始工作，驅(qū)動(dòng)繼電器 J1 工作，繼電器 J1 呈導(dǎo)通狀態(tài)，加熱裝置開始工作。同樣，當(dāng) AT89C51 的 TXD 口輸出一個(gè)高電平時(shí)，三極管開始工作，驅(qū)動(dòng)繼電器 J2 工作，繼電器 J2 開關(guān)閉合，制冷裝置開始工作。 19 第 3 章 軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)也就是程序設(shè)計(jì)，就是在完成了硬件系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，再編寫相應(yīng)的程序，下載到芯片里，通過(guò)執(zhí)行程序指令控制硬件，從而實(shí)現(xiàn)各種功能。 一般來(lái)講， 軟件的功能可分為兩大類。一類是執(zhí)行軟件，它能完成各種實(shí)質(zhì)性的功能，如測(cè)量、計(jì)算、顯示、打印、輸出控制等。另一類是監(jiān)控軟件，它專門協(xié)調(diào)執(zhí)行模塊和操作者的關(guān)系，在系統(tǒng)中充當(dāng)組織協(xié)調(diào)的角色。 軟件設(shè)計(jì)就是用計(jì)算機(jī)所能接受的形式把解決問(wèn)題的步驟描述出來(lái)。簡(jiǎn)單的說(shuō)，軟件設(shè)計(jì)就是編制計(jì)算機(jī)程序。一個(gè)好的程序應(yīng)該完成規(guī)定的任務(wù)，而且應(yīng)該層次清晰、易于閱讀，并盡可能少占內(nèi)存，縮短執(zhí)行時(shí)間，但也不要一味地追求少占內(nèi)存，縮短執(zhí)行時(shí)間。這樣做可能會(huì)使程序的可讀性變差。隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，芯片的內(nèi)存容量也在不斷的增 加，計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令的時(shí)間也大大的縮短。因此，程序的長(zhǎng)短和執(zhí)行時(shí)間，不再顯得那么重要，而程序的易讀性和程序的開發(fā)周期，顯得越來(lái)越重要。另外，在較復(fù)雜的程序設(shè)計(jì)中，必須充分考慮程序的可讀性、穩(wěn)定性、可擴(kuò)展性、兼容性以及容錯(cuò)性等也是衡量與評(píng)價(jià)程序的優(yōu)劣的重要指標(biāo)。 由于用匯編語(yǔ)言編寫的程序效率高，占用的內(nèi)存單元和 CPU資源少，執(zhí)行速度快，還可直接訪問(wèn)存儲(chǔ)器、輸入 /輸出接口以及擴(kuò)展的各種芯片，并可直接處理中斷，直接管理和控制硬件設(shè)備，適用于實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，因此，本設(shè)計(jì)選用匯編語(yǔ)言來(lái)編寫程序。 主程序流程圖及簡(jiǎn) 要說(shuō)明 本設(shè)計(jì)的軟件設(shè)計(jì)包括主程序、 A/D 轉(zhuǎn)換子程序、鍵盤子程序、控制子程序及顯示子程序。結(jié)合本系統(tǒng)的功能，程序長(zhǎng)度不會(huì)超過(guò) AT89C51 內(nèi)部 20 的程序存儲(chǔ)器，所以硬件上不用外擴(kuò)程序存儲(chǔ)器。 主程序流程如圖 所示。本設(shè)計(jì)主程序工作過(guò)程為：首先對(duì)系統(tǒng)初始化，由于本系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)對(duì)飲水機(jī)的冷、熱兩個(gè)水箱的檢測(cè)與控制，因此先要選擇控制模式，這主要是經(jīng)過(guò)硬件電路的按鍵 S1 來(lái)選擇的。在確定進(jìn)入加熱或制冷模式后，調(diào)用 A/D 轉(zhuǎn)換子程序?qū)Σ杉降哪M量進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完畢保存數(shù)據(jù)后，調(diào)用鍵盤子程序，這個(gè)子程序主要完成對(duì)溫度上、 下限的設(shè)置。完成設(shè)置后，調(diào)用控制子程序 1 或子程序 2，通過(guò)對(duì)執(zhí)行這個(gè)程序，實(shí)現(xiàn)報(bào)警、加熱或制冷。最后調(diào)用顯示子程序來(lái)顯示溫度值。整個(gè)系統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)的，系統(tǒng)工作是循環(huán)進(jìn)行的，這也就實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)檢測(cè)的設(shè)計(jì)要求。 圖 主程序流程圖 調(diào)用控制子程序 1 初始化 調(diào)用鍵盤子程序 調(diào)用 A/D 轉(zhuǎn)換子程序 調(diào)用鍵盤子程序 開始 調(diào)用顯示子程序 進(jìn)入加熱模式？ 調(diào)用 A/D 轉(zhuǎn)換子程序 Y N 調(diào)用控制子程序 2 21 A/D 轉(zhuǎn)換子程序 在這一模塊的軟件設(shè)計(jì)中，主要完成的是將采集電路采集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后送到單片機(jī)進(jìn)行處理，從而完成 A/D 轉(zhuǎn)換部分的最后功能，該部分程序流程如 所示。根據(jù)設(shè)計(jì) 的要求，程序先對(duì)端口初始化，根據(jù)模式選擇的結(jié)果，選擇其中一路的采集來(lái)的數(shù)據(jù)，然后啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換功能，在轉(zhuǎn)換一段時(shí)間后，判斷轉(zhuǎn)換是否結(jié)束，如果結(jié)束就自動(dòng)進(jìn)入下一路的轉(zhuǎn)換，否則繼續(xù)轉(zhuǎn)換。 圖 A/D轉(zhuǎn)換子程序流程圖 取數(shù)據(jù) ADC0809 地址加 1 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束？ 地址數(shù)小于2 ？ Y N Y N 開始 返回 22 鍵盤子程序 這部分設(shè)計(jì)主要完成溫度上、下限的設(shè)置。其流程圖如圖 所示。本設(shè)計(jì)使用 4 個(gè)單鍵，這使得鍵值的識(shí)別問(wèn)題也比較簡(jiǎn)單化。在執(zhí)行程序的時(shí)候只需逐位判斷 , 口是高電平還是低電平，若為高電平，則表示沒有按鍵按下