【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 院學(xué) 生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 第 3章 硬件 電 路 設(shè)計(jì) 總體設(shè)計(jì)框圖及說(shuō)明 本簡(jiǎn)易電阻自動(dòng)測(cè)試儀采用 AT89S52 單片 機(jī)為核心控制器，利用基于 LM358 構(gòu)成的恒流源的電阻測(cè)量方法，將測(cè)量的電壓值通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊 AD7705 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，將數(shù)字信號(hào)輸入 AT89S52 單片機(jī)進(jìn)行處理，完成電阻測(cè)量。再通過(guò)單片機(jī)與顯示模塊的連接，顯示測(cè)量結(jié)果。 該測(cè)試儀由電阻測(cè)量電路模塊、電位器阻值變化曲線(xiàn)測(cè)試模塊、單片機(jī)、 A/D 轉(zhuǎn)換電路、時(shí)鐘電路、穩(wěn)壓電源、恒流源、顯示、鍵盤(pán)等模塊組成。系統(tǒng)方框圖如圖 所示。 圖 總體設(shè)計(jì)框圖 模塊電路介紹 電 源模塊 輸入的外部電源首先經(jīng)過(guò)橋式整流、濾波電路濾波，再經(jīng)過(guò) 7805 芯片穩(wěn)壓成 5V的直流電壓，向主控制器供電。 AT89S52（ CPU） 鍵盤(pán)控制 阻值信號(hào)采集 數(shù)據(jù)顯示 A/D 轉(zhuǎn)換 分頻電路 電源電路 檔位切換 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué) 生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 C 1622 00 U F / 25 VV i n1GND2V ou t3U67805C 17104C 14104C 1510 00 U F / 25 V+5+ 12R2470D5L E D12J7C O N 2S6S W D P D T12J5C O N 2電源模塊 圖 電源模塊電路 電子產(chǎn)品中，常見(jiàn)的三端穩(wěn)壓集成電路有正電壓輸出的 78系列和負(fù)電壓輸出的79系列。顧名思義，三端 IC 是指這種穩(wěn)壓用的集成電路，只有三條引腳輸出，分別是輸入端、接地端和輸出端。它的樣子象是普通的三極管， TO220 的標(biāo)準(zhǔn)封裝，也有9013 樣子的 TO92 封裝。用 78/79 系列三端穩(wěn)壓 IC 來(lái)組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過(guò)流、過(guò)熱及調(diào)整 管的保護(hù)電路，使用起來(lái)可靠、方便，而且價(jià)格便宜。該系列集成穩(wěn)壓 IC 型號(hào)中的 78 或 79 后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓。因?yàn)槿斯潭煞€(wěn)壓電路的使用方便，電子制作中經(jīng)常采用。 單片機(jī)與鍵盤(pán)控制 AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS 8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼 容。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得AT89S52 在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。 片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于 常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng) 可編程 Flash，使得 AT89S52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提 供高靈活、超有效的解決方案。 AT89S52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線(xiàn)，看門(mén)狗定時(shí)器， 2 個(gè)數(shù)據(jù)指針 ，三個(gè) 16 位 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口， 片內(nèi)晶振及 時(shí)鐘電路 。另外， AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏 輯操作，支持 2 種 軟件 可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工 作。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)， 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué) 生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 單片 機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。 P0 口： P0 口是一個(gè) 8位漏極開(kāi)路的雙向 I/O 口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏 輯電平。對(duì) P0 端口寫(xiě) “1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。 當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P0 口也被作為低8 位地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下， P0 不具有內(nèi)部上拉電阻。 在 flash 編程時(shí)， P0口也用來(lái)接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn) 時(shí)，需要外部上拉電阻。 P1 口： P1 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， p1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P1 端口寫(xiě) “1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入 口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 此外， 和 分別作定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 的外部計(jì)數(shù)輸入（ ）和定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入（ ）。 在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1口接收低 8 位地址字節(jié)。 引腳號(hào)第二功能： T2（定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T2 的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出 T2EX（定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T2 的捕捉 /重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制 ） MOSI（在 系統(tǒng)編程 用） MISO（在系統(tǒng)編程用） SCK（在系統(tǒng)編程用） P2 口： P2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P2 端口寫(xiě) “1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入 口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 在訪(fǎng)問(wèn)外部程序存 儲(chǔ)器或用 16 位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行 MOVX @DPTR） 時(shí)， P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中， P2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。在使用 8 位地址（如 MOVX @RI）訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。 在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)， P2 口也接收高 8 位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。 P3 口： P3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， p3 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P3 端口寫(xiě) “1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入 口使用。作為輸入使用時(shí)， 被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 P3 口亦作為 AT89S52 特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。 在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí)， P3 口也接收一些控制信號(hào)。 端口引腳 第二功能： RXD(串行輸入口 ) TXD(串行輸出口 ) INTO(外中斷 0) INT1(外中斷 1) TO(定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0) T1(定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1) WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通 ) RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通 ) 此外， P3 口還接收一些用于 FLASH 閃存 編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。 RST： 復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)， RST 引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將是單片機(jī)復(fù)位。 ALE/PROG： 當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。一般情況下， ALE 仍以時(shí)鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué) 生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。對(duì) FLASH 存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（ PROG）。如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。該位置位后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指令才能將 ALE 激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置 ALE 禁止位無(wú)效。 PSEN： 程序儲(chǔ)存允許（ PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng) AT89S52 由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個(gè)脈沖，在此期間，當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過(guò)兩次 PSEN 信號(hào)。 EA/VPP： 外部訪(fǎng)問(wèn)允許，欲使 CPU 僅訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為 0000HFFFFH）， EA 端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位 LB1 被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存 EA 端狀態(tài)。如 EA 端為高電平（接 Vcc 端）， CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的指令。 FLASH 存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上 +12V 的編程允許電源 Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用 12V 編程電壓 Vpp。 XTAL1： 振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。 XTAL2： 振蕩器反相放大器的輸出端。 圖 鍵盤(pán) 控制原理圖 鍵盤(pán)功能如下： s1；電阻篩選功能鍵； s2： s3： + s4：自動(dòng)測(cè)量電位器 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 ULN2021 來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)。輸入的信號(hào)用光耦TLP5125 送入 ULN2021，很好的隔離了輸入與輸出信號(hào)，抗干擾能力強(qiáng)。進(jìn)而帶動(dòng)電湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué) 生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 位器旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)電位器阻值變化曲線(xiàn)測(cè)試功能。 ULN2021 的作用： ULN2021 是大電流驅(qū)動(dòng)陣列 ,多用于單片機(jī)、智能儀表、 PLC、數(shù)字量輸出卡等控制電路中?？芍苯域?qū)動(dòng)繼電器等負(fù)載。輸入 5VTTL 電 平，輸出可達(dá)500mA/50V。 ULN2021 是高耐壓、大電流達(dá)林頓陳列 ,由七個(gè)硅 NPN 達(dá)林頓管組成。ULN2021 是高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列系列產(chǎn)品 ,具有電流增益高、工作電壓高、溫度范圍寬、帶負(fù)載能力強(qiáng)等特點(diǎn) ,適應(yīng)于各類(lèi)要求高速大功率驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)。 圖 電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理圖 A/D 采樣模塊 在 AD7705 與單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行連接時(shí)，使用并行采集方式，要連接 BCD 碼數(shù)據(jù)輸出線(xiàn)，可以將 AD7705 的 /STB 信號(hào)接至 AT89S52 的 （ INT0）。 AD7705 是 AD 公司新推出的 16 位Σ Δ A/D(電荷平衡式 )轉(zhuǎn)換器。器件包括由緩沖器和增益可編程放大器 (PGA)組成的前端模擬調(diào)節(jié)電路 ,Σ Δ調(diào)制器 ,可編程數(shù)字濾波器等部件。能直接將傳感器測(cè)量到的多路微小信號(hào)進(jìn)行 AD 轉(zhuǎn)換。這種器件還具有高分辨率、動(dòng)態(tài)范圍寬、自動(dòng)校準(zhǔn)、優(yōu)良的 抗噪聲性能以及低電壓低功耗等特點(diǎn) ,非常適合儀表測(cè)量、工業(yè)控制等入通道 ,能達(dá)到 %非線(xiàn)性的 16 位無(wú)誤碼數(shù)據(jù)輸出 ,其增益和數(shù)據(jù)輸出更新率均可編程設(shè)定 ,還可選擇輸入模擬緩沖器 ,以及自校準(zhǔn)和系統(tǒng)校準(zhǔn)方式。工作電壓 3V 或 5V。 3V 電壓時(shí) ,最大功耗為 1mW,等待模式下電源電流僅為 8mA。 AD7705 需要外部的時(shí)鐘信號(hào)，本設(shè)計(jì)采用 CD4040 來(lái)對(duì) ALE 信號(hào)進(jìn)行分頻。 CD4040是由 12 個(gè) T型觸發(fā)器組成的串行二進(jìn)制計(jì)數(shù)器 /分頻器，有 12 個(gè)分頻輸入端， Q1Q12，最大分頻系數(shù)為 2185。178。=4096。本設(shè)計(jì)將單片機(jī)的 ALE16 分頻作為 AD7705 的時(shí)鐘。 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué) 生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 圖 AD采樣模塊 檔位切換電路 控制系統(tǒng)由單片機(jī)控制，采用 4 個(gè)繼電器分別控制不同電阻測(cè)試檔位。當(dāng)單片機(jī)相應(yīng)的 I/O 口輸出低電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，繼電器線(xiàn)圈得電吸起，從而接通 相應(yīng)的基準(zhǔn)量程電路。 圖 檔位切換電路 數(shù)據(jù)顯示 通過(guò) LCD 驅(qū)動(dòng)程序?qū)?AT89S52 處理后的結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行穩(wěn)定顯示，在測(cè)試期間顯示能夠保持穩(wěn)定狀態(tài)，當(dāng)離開(kāi)測(cè)試能夠迅速歸零。 湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué) 生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 圖 本模塊采用的是 12864LCD 液晶顯示 :12864 是 128*64 點(diǎn)陣 液晶模塊的點(diǎn)陣數(shù)簡(jiǎn)稱(chēng) 。 該點(diǎn)陣的屏顯成本相對(duì)較低，適用于各類(lèi)儀器，小型設(shè)備的顯示領(lǐng)域。一種具有4 位 /8 位并行、 2 線(xiàn)或 3 線(xiàn)串行多種接口方式，內(nèi)部含有國(guó)標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫(kù)的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為 12864， 內(nèi)置 8192 個(gè) 16*16 點(diǎn)漢字，和128 個(gè) 16*8 點(diǎn) ASCII 字符集 。 利用該模塊靈活的接口方式和簡(jiǎn)單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面。可以顯示 84 行 1616 點(diǎn)陣的漢字 ， 也可完成圖 形顯示 ， 低電壓低功耗是其又一顯著特點(diǎn)。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類(lèi)型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡(jiǎn)潔得多，且該模塊的價(jià)格也略低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊。 它有以下基本特點(diǎn) 基本特性 : 低電源電壓（ VDD:++） 顯示分辨率 :12864 點(diǎn) 內(nèi)置漢字字庫(kù)，提供 8192 個(gè) 1616 點(diǎn)陣漢字 (簡(jiǎn)繁體可選 ) 內(nèi)置 128 個(gè) 168 點(diǎn)陣字符 2MHz 時(shí)鐘頻率 顯示方式： STN、半透、正顯 驅(qū)動(dòng)方式： 1/32DUTY， 1/5BIAS 視角方向 ： 6 點(diǎn) 背光方式：側(cè)部高亮白色 LED，功耗僅為普通 LED 的 1/5—1/1