【文章內容簡介】 P1 口第二功能表 端口 第二功能 T2（ 定時 /計數(shù)器 T2 的外部計數(shù)輸入，時鐘輸出 ） T2EX（ 定時 /計數(shù)器 T2 的捕捉 /重載觸發(fā)信號和方向控制 ） MOSI（ 在 線 系統(tǒng)編程用 ） MISO（ 在 線 系統(tǒng)編程用 ） SCK（ 在 線 系統(tǒng)編程用 ） （ 3） P2 口 （ ~） ： P2 端 口 同樣 是一個具有內部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口，基于單片機控制的直流恒流源設計 10 P2 口 輸出緩沖器 可 驅動 4 個 TTL 邏輯 電 平。對 P2 端口寫 入 “1” 時，內部上拉電阻 會把端口拉高， 這 時可作為輸入口使用。作 輸入使用時， 由于 內部上拉電阻的原因 ，外部信號拉低引腳 將輸出電流。在訪問外部程序存儲器或用 16 位 地址 讀取外部數(shù)據(jù)存儲器時， P2 端 口 輸 出高八位地址。在這種 情況下 中， P2 端 口使用 十分強 的內部上拉發(fā)送 1。在使用 8位地址訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， P2端 口輸出 P2鎖存器內容。在 flash 編程和校驗時， P2 口 同樣也 接收高 8位地址字節(jié)和一些控制信號。 （ 4） P3 口 （ ~） ： P3端 口是一個具有內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P3口 輸出緩沖器 同樣也 能驅動 4個 TTL 邏輯電 平。 對 P3口寫 入 “1” 時，內部上拉電阻把端口拉高， 這 時可以 用作 輸入口使用。 用作 輸入使用時， 由于 內部上拉電阻的原因 ，外部 信號拉低引腳將輸出電流。 P3 口 也 可以 用作 特殊功能（第二功能）使用，如 下 表所示。在 flash 編程和校驗時， P3 口也 可 接收一些控制信號 。 表 P3 口 第二功能 表 端口 第二功能 RXD（ 串行輸入 ） TXD（ 串行輸出 ） _______0INT （ 外部中斷 0） _______1INT （ 外部中斷 1） T0（ 定時器 0 外部輸入 ） T1（ 定時器 1 外部輸入 ） ___WR （ 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 ） ____RD （ 外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通 ） （ 5） RST：復位輸入 口 。晶振 在 工作時， RST 引腳 保持 2個機器周期 的高電平可使單片機復位?？撮T狗計時完成后， RST 引腳輸出 96 個晶振周期的高電平。特殊寄存器 AUXR(地址 8EH)上的 DISRTO 位可 使此功能無效。 DISRTO 在 默認狀態(tài)下，復位高電平有效。 （ 6） ALE/PROG ：地址鎖存控制 /編程輸入脈沖 信號。 當 使用 外部程序存儲器時，該 輸出信號用于鎖存低 8位地址 輸出脈沖 。在對 flash 編程時， 該 引腳也 可 用作編程輸入脈沖。在 這時 ， ALE 以晶振 1/6 的固定頻率輸出脈沖，可 作為 外部定時器或時鐘使用。但是 在 每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， 都 會跳過 ALE 脈沖。 若有需要 ，可 通過 將地址為8EH 的 SFR 寄存器的第 0位置 “1” ， 這可使 ALE操作變?yōu)闊o效 。 （ 7） PSEN ：外部程序存儲器選通信號。當 AT89S52 從外部程序存儲器執(zhí)行 代碼時， PSEN 在每個機器周期 會 被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， PSEN 將不會基于單片機控制的直流恒流源設計 11 被 激活。 （ 8） EA /VPP：訪問外部程序存儲器控制信號。為 了 使 得可以 從 0000H 到 FFFFH的外部程序存儲器讀取指令， EA 必須接 地 。為了執(zhí)行內部程序指令， EA 應該接 VCC。 （ 9） VCC： 接正電源 （ 10） GND：接地 （ 11） XTAL1：振蕩器反相放大器和內部時鐘發(fā)生電路 輸入端。 （ 12） XTAL2：振蕩器反相放大器 輸出端。 [14~16] AT89S52 時序圖如下： 圖 35 AT89S52 時序圖 恒流源部分設計 電路設計說明 本設計中 所采用的 恒流源 基本電路 是 由 運放 LM324 和達林頓管 TIP122 構成恒流源主體，并由電容濾波，通過采樣電阻確定 輸出點電位。 由 DA 輸出的電壓 經(jīng)過 運放反相和電阻輸入 到運放 LM324 的同相輸入端 。 LM324 的輸出 端接 達林頓管的 B管腳， 電壓 進入達林頓信號產(chǎn)生自激信號。利用達林頓管 電流放大 的 特性，可實現(xiàn) 2A 的 大電流的輸出。 由于 Ic=βI b （ 31） β 值很大 ， 因為 達林頓管的 電流放大倍數(shù) 可達到 1000。 因此 IcIb Ic≈Ie 基于單片機控制的直流恒流源設計 12 通過 改變達林頓 B管腳的電位可 以 改變達林頓管集電極 C管腳的電流。達林頓管 的E 管腳和地之間接 采樣電阻。采用 1Ω 8W 的 鎳鎘銅絲 電阻為采樣電阻。 把達林頓管的 E管腳和 LM324 的反相 輸入端相連，使 采樣 電阻的電位送到 LM324， 通過它來 鉗位達林頓管基極 B管腳的電位。 而 E 管腳 的 電壓 通 過 AD 轉換 送到單片機 進行 處理，接 C6電容 使采集 的 電壓更穩(wěn)定。 因此 E這時 管腳電壓 為 Ue =IeRL （ 32） ΔU=U D/AUe （ 33） 當 負載減小時， 通過達林頓管的集電極 C 極 和發(fā)射極 E 極 上的電流變大， 采樣 電阻上的電壓升高， ΔU 為負值，則 B管腳的電位降低，從而使流過 達林頓管的集電極 C極和發(fā)射極 E極的 電流降低。 原理如下圖所示： 負載↓ → 集電極電流 Ic↑ → 發(fā)射極電流 Ie↑ → 反饋 Ue↑ → ΔU ↓ → 基極電流Ib↓ 圖 36 恒流原理圖 1 當 負載增大時， 通過達林頓管的集電極 C 極 和發(fā)射極 E 極 上的電流變小， 采樣 電阻上的電壓降低， ΔU 為正值，則 B管腳的電位升高，從而使流過達林頓管的集電極 C極和發(fā)射極 E極的 電流升高 。原理如下圖所示： 負載↑ → 集電極電流 Ic↓ → 發(fā)射極電流 Ie↓ → 反饋 Ue↓ → Δ U↑ → 基極電流Ib↑ 圖 37 恒流 原理 圖 2 當 負載不變時， ΔU 為零 ， 電流穩(wěn)定不變， 從而 達到恒流的 效果 。 本設計的恒流源電路圖如下： Ic=β Ib Ic=β Ib 基于單片機控制的直流恒流源設計 13 圖 38 恒流源電路圖 元器件選擇說明 由于需要運算精度高、溫漂小的集成運放，因此選用常見的高精度運算放大器LM324。它具有低輸入失調電壓，低噪聲、低溫漂、低時漂等優(yōu)點。 由于 LM324 的輸出較小而要求的輸出電流要 2A，因此采用可通過大電流，電流增益大，輸入電阻高的達林頓管來放大電流。本設計采用 TIP122 達林頓管 來實現(xiàn) ，它最大可以通過 5A的直流電流，放大倍數(shù)為 1000 左右，功率為 65W。由于通過的電流較大，為了確保達林頓管正確可靠的工作，需要外加使用散熱效果好的散熱片 ，該散熱片的體積至少應為 50mm 20mm 40mm，否則當通過 2A的電流時，達林頓管會十分燙手而無法正常工作 。 在選擇采樣電阻時，由于輸出的最大電流有 2A，使用 1Ω的采樣電阻方便計算，因此電阻的功率將為 P=I2 R=4 1=4W，再考慮留有余量等因素，故采用 8W 的大功率電阻來確保電路正常工作。 元器件介紹 LM324是由 4個 獨立的高增益、內部頻率補償運放組成的 集成電路 ，采用 14腳雙列直插塑料封裝。 它 不僅可以在雙電源下工作，還可以在寬電壓范圍的單電源下工作。單電源時的電壓范圍是 3~30V，雙電源的電壓范圍是177。 ~177。 15V[17~19]。并且該芯片具有以下特點： （ 1） 輸出電壓振幅大； （ 2）電源功耗?。? （ 3）偏置電流低； （ 4）具有內部補償?shù)墓δ埽? （ 5）輸入端具有靜電保護功能； 基于單片機控制的直流恒流源設計 14 （ 6）短路保護輸出。 LM324 的引腳圖如下： 圖 39 LM324 引腳圖 達林頓管又稱復合晶體管。它是由兩個晶體管連接而形成的，這種連接 方法 可以 獲得很大的電流增益和很高的輸入電阻。 TIP122 NPN 達林頓功率晶體管采用 TO220 塑料封裝，它最大可以通過 5A 的直流電流，放大倍數(shù)為 1000 左右，功率為 65W。要達到良好的效果需要加裝散熱片。 TIP122 的管腳圖以及內部電路圖如下： 圖 310 TIP122 管腳圖 圖 311 TIP122 內部電路圖 鍵盤部分設計 電路設計說明 鍵盤是單片機人機接口的一個重 要設計部分之一。人們通過鍵盤輸入數(shù)值，從而達到期望的效果。 鍵盤主要有獨立式鍵盤和矩陣式鍵盤。本設計采用的是 4 4 的矩陣式鍵盤。 要想 單片機 及時響應鍵操作 又 不 多占用 CPU 的 工作時間，就要根據(jù) CPU 的 工作 情況選擇 合適 的鍵盤工作方式。鍵盤的工作方式一般有 兩種，分別為 編程掃描方式 (查詢方式 )和中斷掃描方式 。 本系統(tǒng) 由于是矩陣式鍵盤，因此 采用編程掃描方式，該方式采用的是反線法。 鍵盤與單片機的連接口是 P0口， ~ 進行列掃描， ~ 進行行掃描， CPU 對鍵盤掃描 ， 采用程序控制的方式調用鍵盤掃描子程序 從而 響應鍵輸入要求 。 基于單片機控制的直流恒流源設計 15 由于 鍵盤 的 按鍵一般 采用觸點式按鍵 ，因此 當按鍵按下或釋放時， 觸點會產(chǎn)生抖動現(xiàn)象。即當按鍵按下時，觸點不會 立即 接通；當按鍵釋放時，觸點也不會立即斷開， 它們都 是要經(jīng)過一段時間的抖動才能穩(wěn)定 狀態(tài) ，抖動 的 時間 則由 按鍵材料 決定 ，但通常 在5ms ~10ms 的范圍內。 按 鍵 的 抖動 現(xiàn)象 會 造成 單片機將一次 操作 誤認 為多次操作， 因此，為了保證 CPU 的正常識別判斷 ，必須 要 消除 按鍵 抖動 的 影響。 通常消除抖動影響的措施有硬 件和 軟件兩種 方式 。 硬件 的解決方式為 在 按 鍵 的 輸出端加 RS 觸發(fā)器或單穩(wěn)態(tài)電路構成去抖動電路 。 軟件的解決方法為 在 第一次 檢測到有鍵按下時，執(zhí)行一 段小 延時程序 ， 然后再判斷 該鍵是否 的確被按下 ，從而消除了抖動影響 。 由于硬件去抖動要加電路，成本會增加，因此本設計 采用 的是 軟件去抖動。 鍵盤部分的 電路圖如下 圖 所示： 圖 312 鍵盤部分電路圖 元器件選擇說明 該部分設計主要采用常見的 12 12mm 方形按鍵，上拉電阻采用 510 歐姆的電阻與+5V 電源相連。 顯示部分設計 電路設計說明 顯示部分主要采用 MAX7219 芯片對 8 段共陰極數(shù)碼管驅動。由于 MAX7219 是針對共陰極數(shù)碼管 設計的驅動芯片，因此 本設計 采用的數(shù)碼管是共陰極的。 顯示部分的電路圖 設計 如下： 基于單片機控制的直流恒流源設計 16 圖 313 顯示部分電路圖 MAX7219 各個口線分布及使用功能如下 ： 表 MAX7219 口線分布及使用功能表 MAX7219 接線 功能 CLK 與 AT89S52 的 腳相接 串行時鐘輸入 DIN 與 AT89S52 的 腳相接 接收串行數(shù)據(jù) LOAD 與 AT89S52 的 腳相接 鎖存數(shù)據(jù) V+ 接 +5V 電源 電源 GND 接地 接地 ISET 接 20K 電阻