【導(dǎo)讀】現(xiàn)數(shù)字信號向模擬信號的轉(zhuǎn)換。在控制上采用4×4的矩陣式的鍵盤作為人機(jī)溝通器件，通?？梢燥@示電壓值的步進(jìn)調(diào)整過程。在數(shù)碼管和單片機(jī)之間采用兩個(gè)74LS164實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和。數(shù)碼管之間的數(shù)據(jù)傳輸，74LS164在這里完成了串/并轉(zhuǎn)換和顯示驅(qū)動的雙重任務(wù)。同時(shí)在電壓輸出端接有限流保護(hù)電路，防止末端負(fù)載電阻過小或短路。而造成器件的損壞。單片機(jī)系統(tǒng)還兼顧對電壓源進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，如果輸出電壓超過允許值，則比較器發(fā)生翻轉(zhuǎn)，向單片機(jī)輸送一個(gè)中斷信號，會實(shí)現(xiàn)中斷，實(shí)現(xiàn)電壓的自動復(fù)位。

　　

【正文】 11QG12QH13U274L S 1641234567abcdefg8 dp9GNDabfcgdedpY E L L O W C C1234567abcdefg8 dp9GNDabfcgdedpY E L L O W C Cr1R E S 2+5 +5+ 5V 5vT F 11T O 1Vcc20I out 111l s bD I 07I out 212D I 16D I 25R f b9D I 34D I 416V r e f8D I 515D I 614m s bD I 713I L E19W R 218CS1W R 12X f e r17D A C 0832+ 5VV i n1GND3+ 5V2V i n2GND1 5V3T110kR1R7R4100Rw+5+5out+5+5+5T3T4200R5R6239456718R P 1 *8+ 5V10kR212345U74L S 21+C1+C2+54+2312∞U?L M 339+54+2312∞U?L M 339+54+2312∞U?L M 339+ 5vaa 圖 38 是單片機(jī)與 DAC0832 接口電路 鍵盤模塊 鍵盤概述 按鍵開關(guān)具有兩個(gè)狀態(tài)：閉合或者斷開。這兩個(gè)狀態(tài)反映在電壓上就是按鍵開關(guān)呈現(xiàn)出高電平或者低電平。如果按鍵開關(guān)呈現(xiàn)高電平表示它斷開，如果按鍵開關(guān)呈現(xiàn)低電平表 19 示它閉合，因此通過檢測按鍵開關(guān)呈現(xiàn)的電平狀態(tài)就可以確定按鍵開關(guān)是否被按下。通 常使用的按鍵開關(guān)為機(jī)械式彈性開關(guān)，它利用機(jī)械觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)開關(guān)的逼和或者斷開。直流電壓通過機(jī)械觸點(diǎn)的閉合、斷開過程所產(chǎn)生的信號波形如圖 39 所示 圖 39 按鍵開關(guān)產(chǎn)生的信號波形圖 由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性作用，按鍵開關(guān)在閉合時(shí)不會立刻穩(wěn)定的接通，在斷開時(shí)也不會一下子斷開。在閉合和斷開的瞬間都伴隨著一連串的抖動，都懂得時(shí)間取決遠(yuǎn)見的機(jī)械特性，這個(gè)時(shí)間一般為 5ms~10ms。抖動的持續(xù)時(shí)間是很重要的。 按鍵開關(guān)的閉合時(shí)間取決于操作者的習(xí)慣，一般為十分之幾秒到幾秒之間。 為了確保單片機(jī)隊(duì)一次按鍵動作能確認(rèn)為一次按鍵，抖動的影響必須消除。消除鍵盤抖動的方法具有采用硬件電路的方法和利用軟件編程的方法。由于采用軟件編程的方法可以減低硬件電路的開銷，這里只討論利用軟件編程的方法來消除抖動的影響。 利用軟件編程的方法消除抖動影響由引入一段延時(shí)來實(shí)現(xiàn)。如圖 310 所示，當(dāng)?shù)谝淮螜z測到按鍵呈現(xiàn)低電平時(shí)，執(zhí)行一段延時(shí)大于 10ms（即抖動的持續(xù)時(shí)間）的延時(shí)子程序，然后再確認(rèn)按鍵是否呈現(xiàn)低電平。如果按鍵仍呈現(xiàn)低電平，則確認(rèn)按鍵 被按下，否則表示第一次的檢測失敗。 鍵按下 前沿抖動 閉合穩(wěn)定 后沿抖動 20 圖 310 軟件消除抖動識別鍵碼流程圖 常用的鍵盤有獨(dú)立式鍵盤和矩陣式鍵盤。前者電路結(jié)構(gòu)和軟件結(jié)構(gòu)都比較簡單，但是每一個(gè)按鍵開關(guān)需要占用一個(gè)單片機(jī)的輸入 /輸出引腳。后者占用較少的單片機(jī)輸入 /輸出引腳，例如一個(gè) 33 的矩陣式鍵盤包含 9 個(gè)按鍵開關(guān)，只需要 6 個(gè)單片機(jī)輸入 /輸出引腳 ；一個(gè) 44 的矩陣式鍵盤包含 16 個(gè)按鍵開關(guān)，只需要 8 個(gè)單片機(jī)輸入 /輸出引腳。 鍵盤電路設(shè)計(jì) 44 鍵盤工作原理： 鍵盤對單片機(jī)輸入 數(shù)據(jù)，鍵盤為 44 矩陣鍵盤， 用 AT89C51 的并行口 P1 接 44 矩陣鍵盤，以 － 作輸入線，以 － 作輸出線。 44 矩陣鍵盤識別處理每個(gè)按鍵有它的行值和列值，行值和列值的組合就是識別這個(gè)按鍵的編碼。矩陣的行線和列線分別通過兩并行接口和 CPU 通信。每個(gè)按鍵的狀態(tài)同樣需變成數(shù)字量 “0”和 “1”，開關(guān)的一端（列調(diào)用延時(shí)子程序 6ms 開始 結(jié)束 Y Y 鍵盤 有 鍵 閉合嗎 有鍵閉合嗎？ 閉合鍵釋放嗎？ 鍵號→ A 返回 N Y 兩次調(diào)用延時(shí)子程序延時(shí) 12ms N Y 判斷閉合鍵鍵號 N 21 線）通過電阻接 VCC，而接地是通過程序輸出數(shù)字 “0”實(shí)現(xiàn)的。鍵盤處理程序的任務(wù)是：確定有無鍵按下，判斷哪一個(gè)鍵按下，鍵的功能是什么；還要消除按鍵在閉合或斷開時(shí)的抖動。兩個(gè)并行口中，一 個(gè)輸出掃描碼，使按鍵逐行動態(tài)接地，另一個(gè)并行口輸入按鍵狀態(tài)，由行掃描值和回饋信號共同形成鍵編碼而識別按鍵，通過軟件查表，查出該鍵的功能。鍵盤原理圖見圖 311 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m b e r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 7 J u n 2 0 0 7 S h e e t o f F i l e : H : \ P R E V I O ~ 1 .D D B D r a w n B y :S9 S 1 0 S 1 1 S 1 2S5S 1 3 S 1 4 S 1 5 S 1 6S6 S7 S8 S 1 7S2 S3 S4R 1 61 0 KR 1 71 0 KR 1 81 0 KR 1 91 0 K+ 5 VI N T 1P 1 .0P 1 .1P 1 .2P 1 .3P 1 .4P 1 .5P 1 .6P 1 .712345U7 4 L S 2 1 圖 311 鍵盤原理圖 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，鍵盤是一個(gè)關(guān)鍵的部件。 鍵盤設(shè)有 16 個(gè)鍵， 數(shù)字鍵 0～ 9 及小數(shù)點(diǎn)鍵用于設(shè)定電壓輸出路號及幅值； “+”鍵為逐步增加輸出電壓 ； “”鍵為逐步減少輸出電壓； “CLR”鍵用于清除錯(cuò)誤輸入， 恢復(fù)原先狀態(tài)； “ ”鍵用于啟動電壓設(shè)定狀態(tài)和確認(rèn)新設(shè)定； “ETR” 鍵為開始和確認(rèn)鍵。 電壓開機(jī)設(shè)定值為 0。 此時(shí) ，若按數(shù)字鍵， 則顯示輸入電壓值。設(shè)定完畢也可以在電壓設(shè)定狀態(tài)下， 用 “+”鍵以 V 的增量設(shè)定電壓和 “”鍵實(shí)現(xiàn)電壓以 的電壓遞減。系統(tǒng) 設(shè)有自動識別功能， 將不接受超出使用范圍的電壓設(shè)定值，在未按 “ ”鍵之前， 對誤輸入的電壓可以用 “CLR”鍵清除后重新設(shè)定。 鍵盤的外形如 圖 312 所示。 圖 312 鍵盤外形 1 2 3 5 6 7 9 0 + . CLR ETR 4 8 － 22 它起到了一個(gè)人機(jī)溝通的作用。主 要功能有設(shè)置電壓值和實(shí)現(xiàn)電壓值的步進(jìn)或步減調(diào)節(jié)。本裝置采用中斷掃描工作方式以利于提高 CPU 的 工作效率。即將 4 條列線經(jīng) 4 與門接在微處理器的外部中斷 1 端。當(dāng)沒有按鍵按下時(shí)，與門各輸入端均為高電平，保持輸出為高電平， INT1 端則為高電平；當(dāng)有按鍵按下時(shí)，與門的輸出端就會跳變成高電平，即 INT1端為低電平，向 CPU 申請中斷，若 CPU 開放外部中斷，則會相應(yīng)中斷請求，轉(zhuǎn)去執(zhí)行鍵盤少面程序。這樣， CPU 就可以一直做自己的工作直到有外部中斷產(chǎn)生。 放大電路和限流保護(hù)模塊 電流放大器用來降低數(shù)控電源的輸出電阻，使得負(fù)載電阻較小時(shí)，即輸出電流較大時(shí)，數(shù)控電源的輸出電壓不會下降得太多。差分放大器能夠很好地處理這 種兩個(gè)輸入端都存在共模信號的情況，運(yùn)算放大器的輸入級為差分放大器，因此保護(hù)電路的輸入使用運(yùn)算放大器。運(yùn)算放大器的輸入和采樣電阻上的電壓成正比，即與輸出電路成正比。 當(dāng)負(fù)載短路或功率放大電路故障，使輸出電流急劇上升時(shí)，必須限流，以避免損壞。但限流裝置又不能增加電壓源的輸出內(nèi)阻。圖中 T 3為大功率管， T 4為小功率管， R5= 100～ 200Ω， R6 = 0. 2～ 0. 3Ω. 在電流小于額定值時(shí)， T4 截止， T3 導(dǎo)通。當(dāng)電流超過額定值時(shí)， R 6上的壓降升高，使 T 4導(dǎo)通，只要 β4 足夠大 (實(shí)際 β4 150)，就可以把 T3看作為一恒流源，電流超過額定值的部分由 R5 和 T4 集電極分流，其限流作用是非常明顯的。按這一要求，我們在整流濾波輸出與功率放大器的電源供給之間設(shè)計(jì)了如圖 313所示的電路圖。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e vi s i onS i z eBD a t e : 13 J un 2020 S he e t of F i l e : J : \ P R E V I O ~ D B D r a w n B y :T1R7R4100RwoutT3T4200R5R610kR2+54+2312∞U?L M 339+ 5va 圖 313 功率比較和放大電路圖 過壓保護(hù)電路模塊 23 單片機(jī)系統(tǒng)還兼顧對電壓源進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，如果輸出電壓超過允許值，則比較器發(fā)生翻轉(zhuǎn)，向單片機(jī)輸送一個(gè)中斷信號，會實(shí)現(xiàn)中斷，實(shí)現(xiàn)電壓的自動復(fù)位。其電路圖如圖 314所示。 圖 314 過壓保護(hù)電路圖 24 第四章 軟件設(shè)計(jì) 中斷系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)主要利 用 AT89C51的中斷對外部鍵盤信號產(chǎn)生響應(yīng)和對于輸出電壓超出設(shè)計(jì)所設(shè)定的最大值時(shí)產(chǎn)生響應(yīng)而現(xiàn)實(shí)警告信息，利用中斷方式產(chǎn)生中斷而不是利用掃描方式對鍵盤的輸入產(chǎn)生響應(yīng)，有利于解放 CPU，從而提高其工作效率。數(shù)控電源中斷服務(wù)程序框圖如圖 41 所示。 圖 41 中斷服務(wù)程序流程圖 過壓保護(hù)程序設(shè)計(jì) 比較器采用 LM339 來實(shí)現(xiàn)。使得當(dāng)輸出電壓達(dá)到飽和值時(shí)，它的輸出使得 LM339 輸出低電平，這個(gè)低電平送到 AT89C51 的外部中斷０輸入引腳。外部中斷０的 中斷服務(wù)程序使得數(shù)控電源的輸出電壓為０，同時(shí)在數(shù)碼管上顯示警告信息。其流程圖如圖 42 所示。 開始 保護(hù)現(xiàn)場 選擇工作 寄存器區(qū) 中斷處理 恢復(fù)現(xiàn)場 返回 25 圖 42 過壓保護(hù)服務(wù)程序流程圖 鍵盤服務(wù)程序的設(shè)計(jì) CPU 對有鍵盤閉合所產(chǎn)生的中斷響應(yīng)為外部中斷 1，其程序流程圖如 43 所示。 圖 43 鍵盤服務(wù)程序流程圖 向 D/A 緩存賦 0 D/A 轉(zhuǎn)換 顯示警告信息 退出中斷服務(wù)程序 結(jié)束 開始 去抖動 顯示輸出電壓 退出中斷服務(wù) D/A 轉(zhuǎn)換 數(shù)值調(diào)整 顯示調(diào)整信息 數(shù)值調(diào)整還是電壓輸出 電壓輸出 結(jié)束 開始 26 在圖 43 所示數(shù)控電源的軟件程序框圖中，首先單片機(jī)被初始化。單片機(jī)初始化包括以下內(nèi)容： 調(diào)整堆棧指針 SP，例如把堆棧指針調(diào)整到 70H 以 避開工作寄存器區(qū)域； 需要使用的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器存儲單元內(nèi)容初始化； 設(shè)置數(shù)控電源的開機(jī)輸出電壓，例如通過向數(shù)字 /模擬轉(zhuǎn)換器寫入數(shù)值 0 使得數(shù)控電源的開機(jī)電壓為 0，這部分可以通過添加電路實(shí)現(xiàn)輸出電壓的預(yù)置； 允許 CPU 中斷、允許外部中斷 0 中斷、允許外部中斷 1 中斷。外部中斷 0 的中斷信號由保護(hù)電路產(chǎn)生，外部中斷 1 的信號由鍵盤電路產(chǎn)生。 上述初始化工作完成以后，單片機(jī)通過執(zhí)行一條自跳轉(zhuǎn)語句來等待操作者通過鍵盤輸入產(chǎn)生的中斷信號或者過流保護(hù)電路產(chǎn)生的中斷信號。 當(dāng)操作者按下按鍵，單片機(jī)將進(jìn)入外部中斷 1 的中斷服務(wù)程序。中 斷服務(wù)程序中經(jīng)過軟件去抖動，然后判斷是哪一個(gè)鍵被按下。在完成數(shù)據(jù)輸入以后，這個(gè)數(shù)據(jù)被送到數(shù)字 /模擬轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生對應(yīng)的模擬電壓，這個(gè)數(shù)據(jù)也同時(shí)送到顯示電路。為了方便鍵盤調(diào)整，在使用鍵盤輸入數(shù)據(jù)時(shí)，當(dāng)前的數(shù)據(jù)也送到顯示電路。 鍵盤處理、數(shù)字 /模擬轉(zhuǎn)換器的控制和數(shù)據(jù)的顯示都在外部中斷 1 的中斷服務(wù)程序中完成。這些工作完成以后，單片機(jī)將退出中斷，繼續(xù)執(zhí)行自跳轉(zhuǎn)語句來等待操作者再次輸入需要產(chǎn)生的輸出電壓值。 除去改變輸出電壓產(chǎn)生的中斷以外，當(dāng)輸出電流過大時(shí)也將引起中