【正文】 9I/O CLOCK 18ADDRESS 17DATA OUT 16CS 15REF+ 14REF 13A10 12A9 11圖 32 TLC1543 的引腳排列TLC1543 與 AT89C51 采用串行數據通信，芯片的 3 個輸入端和 1 個輸出端與 AT89C51 的 I/O 口可直接連接，具體連接方式如圖 33 所示。這里將TLC1543 作為外部擴展串行 I/O 口，由 來接收 A/D 轉換結果， 來控制轉換地址選擇， 控制片選信號， 來發(fā)送脈沖信號給 TLC1543[10]。當 =1 時，工作狀態(tài)被禁止，當 =0 時，TLC1543 開始數據轉換。22I/O CLOCK 和 ADDRESS 使能，DATA OUT 脫離高阻狀態(tài)。隨后，CPU 向 端提供 4 位通道地址。同時 , 口從 CPU 接受 10 個時鐘長度的時鐘序列。前 4 個時鐘從 端裝載地址寄存器，選擇所需的模擬通道，后 6 個時鐘對模擬輸入的采樣提供控制時序。最后，CPU 從 端接收前一次 A/D 轉換結果。 RST9 XTAL219 VSS20 23 25 27 28PSEN 29ALE 30EA 31 33 35 37 39VCC 40AT89C51A89 GND10A01 A12A23 A34A45 A56A67 A78VCC 20EOC 19I/O CLOCK 18ADDRESS 17DATA OUT 16CS 15REF+ 14REF 13A10 12A9 11TLC1543+5V+5V圖 33 AT89C51 與 TLC1543 的接口電路 I/V 變換電路由于現場變送器的輸出信號為 4～20mA，所以需要設計電流電壓轉換電路，將 4～20mA 轉換成標準電壓信號 1～5V,然后再將電壓信號輸入到采樣保持器中，讓 TLC1543 接受標準統(tǒng)一的 1～5V 電壓信號。 I/V 變換器主要是利用有源器件運算放大器、電阻組成，電路如圖 34 所示。利用同相放大電路，把電阻 R1 上產生的輸入電壓變成標準的輸出電壓。根據虛短虛斷的概念有：，npv?0?npi圖 34 可知，該同相放大電路的放大倍數為： （31）3413RAiov ??23若取 R3=100 ,R4=25 ,R1=200 ,則 4～20mA 輸入對應于 1～5V 的?K?電壓輸出。123411LM32412V+12VR1200 C1R2100KR3100KR4 25KR51KIV圖 34 I/V 變換電路通過上面電路的轉換，我們就可以把 4～20mA(DC)轉換成標準電壓信號1～5V(DC),送到 TLC1543 中進行轉換。 D/A 轉換電路對于控制系統(tǒng)來說，檢測和運算的最終目的是要對控制對象進行控制。但是單片機內部運算和輸出的數據都是數字量，而控制對象的參數是模擬量。因此，就需要把數字量轉換成模擬量的裝置，這種裝置稱為數/模轉換器，簡稱 D/A 轉換器。D/A 轉換器的功能是將一組輸入的二進制數轉換為在時間上是連續(xù)的模擬量輸出，輸出模擬量形式有電流型和電壓型兩種。對于電流型輸出 D/A 轉換器可外接運算放大器，將輸出電流轉換成電壓并提高帶負載的能力。本設計采用的是 DAC0832 轉換器，其與單片機接口方便，轉換控制容易，且價格便宜，在實際中得到了廣泛應用。24 DAC0832 的簡介DAC0832 是帶有與微機連接接口的 DAC 的典型產品之一，它能與微機CPU 總線直接連接，不須附加邏輯。該電路采用雙緩沖寄存器，使它能方便地應用于多個 DAC 同時工作的場合。使用時應外接運算放大器。該芯片的各管腳功能如下： 為片選端，低電平有效； 為寫使能控制端， =0 時，CS1WR1WR允許數據寫入輸入寄存器； 為寫使能控制端， ＝0 時，允許輸入鎖存2R2器的內容存入數據寄存器；ILE 為輸入鎖存器的使能端，高電平有效；、 為 DAC 的電流輸出端； 為傳輸控制端，低電平有效；1OUTI2 XFE為基準電壓端，范圍為10～+10V ；VCC 為正電源電壓端； 為內部電refV fbR阻，為外接運算放大器提供反饋電阻。DAC0832 的 3 種工作方式：這時兩級 8 位數據寄存器都處于輸出跟隨輸入的狀況、條件是 和1LE同時為 1。當 ILE=1 時， 、 、 和 均為 0。由2LECS1WR2XFER輸入的數據直接進行 D/A 轉換。07~DI兩個鎖存器之一始終處于直通狀態(tài)，另一個鎖存器處于受 CPU 控制狀態(tài)。條件是 (直通) ，CPU 控制 。這時 DAC0832 相當于12?LEILERSLE??1單片機的一個外部 RAM 單元，CPU 用一條 MOVX 指令就可以完成 D/A 轉換。這種方式是兩個鎖存器都處于受控方式，CPU 通過 5 條引腳分別控制和 ，關系為：1LE2； （32）11WRCSILE??XFERL??2CPU 要輸出轉換 8 位數據必須通過兩步操作才能完成。該工作方式多用于 2 路 D/A 轉換接口場合，每一路模擬輸出都接一片 DAC0832,并要求同步進步 D/A 轉換輸出 [12]。25 AT89C51 與 DAC0832 的接口電路設計芯片工作過程如下：應用系統(tǒng)中，在只有一路模擬量輸出或幾路模擬量不需要同時輸出的場合，應采用單緩沖方式。本系統(tǒng)中只需要一路 D/A 轉換，采用的單緩沖工作方式。欲將數字量 D0～D7 轉換為模擬量，硬件使 ,12?LE只要使 =0， =0，即將 和 接地，DAC 寄存器為不鎖存狀2WRXFE2WRXFE態(tài)。將 ILE 接+5V。由于 ，用單片機的 、 分別11CSIL??控制 、 ，使 、 端接負脈沖信號即可完成一次轉換。約 1S 后1CSIout1 和 Iout2 就有穩(wěn)定電流的輸出。 （ 、 是寄存命令，當 =1 時，121LE輸入寄存器的輸出隨輸入變化； =0 時，數據鎖存在寄存器中，不再隨數E據總線上的數據變化而變化。 亦如此。 ）2L此電路為 4～20mA 輸出型，在這種情況下，D/A 芯片的輸出還需要將電流轉換為電壓的電路，圖 35 為電流轉換為 0～5V 電壓的電路。此圖為單級性輸出電路圖，在加 為負電壓時，輸出為正極性。由于 DAC0832 是 8 位refV的 D/A 轉換器，對于單極性輸出電壓，轉換的數字值與模擬電壓值之間的關系為： （33）256refoutVB??式（33 ）中：；016722??????bbB為一常數。56refV顯然， 和 B 成正比關系。輸入數字量 B 為 0 時， 也為 0，輸入數out outV字量為 255 時， 為負的最大值，輸出電壓為負的單極性。要想得到標準的0～5V 電壓，只需將 選為5V,輸出范圍為 0～ ，完成 0～5V 的標準電refV壓輸出。26 RST9XTAL219 VS20 26 28PSEN29ALE 30EA 31 36 39VC 40AT89C51+5VA1 B2 C3G2A4 G2B5 G16 Y7 7Y6 9Y5 10Y41Y3 12Y2 13Y1 14Y0 1574LS138+5V123411U16ALM324+12V12V5VCS1 WR12 AGND3D34 D25 D16D07 Vref8 Rf9DGND10VC 20ILE 19WR2 18XFER 17D4 16D5 15D6 14D7 13IOUT1 12IOUT2 1DAC0832+5V圖 35 AT89C51 與 DAC0832 的接口電路 V/I 變換電路電流信號易于遠距離傳送，且不易受到干擾，因而在輸入、輸出通道中常以電流信號來傳送信息；在測控系統(tǒng)中，有些儀表只提供電流輸入端口，這就需要采用 V/I 變換將電壓信號轉換成相應的電流信號。本設計采用雙運放、雙電源之電流環(huán)形路將 0～5V 轉為 4～20mA。圖 36 為 V/I 轉換電路。1 23411LM324123411LM324R210KR310KRs25R11K R11KD1R5250+12V12V+12V1V420mAIoutVin12VVa VbnPnpA1A2圖 36 V/I 轉換電路根據虛短虛斷的概念可得到：（虛短） （34）npinVA1?27 （35）outnVA21? （36）??baoutR? （37）in?1 （38）outsbaIV? （39）12Rtsin? （310）Isinout?此線路設計可用于 0～5V 轉為 4～20mA 的電流環(huán)，然后需要設置參考點電壓為負即可，如果參考點 為 0V,則輸出電流值為 0～20mA； 為1VrefVrefV時，輸出電流值為 4～20mA [13]。 AT89C51 對 LCD 的接口電路LCD（Liquid Crystal Diodes）是液晶顯示器的簡稱，LCD 并不發(fā)光，但通過外加某種電壓可以改變光線的折射方向，從而達到顯示字符或者圖形的目的，并且顯示內容豐富，信息量大。由于液晶顯示器具有體積小、重量輕、低電壓、微功耗、抗干擾能力強等優(yōu)點，所以其應用特別廣泛，從電子表到計算器，從袖珍式儀表到便攜式微型計算機，以及一些文字處理機，都用到了LCD。隨著 LCD 器件價格的下降，人們會越來越多地使用 LCD 取代 LED。在單片機系統(tǒng)中，LCD 是一種很重要的外設。LCD 用來顯示控制過程和運算結果 [14]。AT89C51 與 LM032L 的接口電路如圖 37 所示。由 RS 位控制往LM032L 發(fā)送指令，還是數據；由 RW 位控制是讀，還是寫。當28RS=0，RW=0 時，寫指令操作；當 RS=0，RW=1 時，寫數據操作；當RS=1，RW=0 時，讀指令操作；當 RS=1，RW=1 時，讀數據操作。本設計只需置 =1，=1 即可，執(zhí)行讀數據操作。實時地讀取給水流量和蒸汽流量的數值大小。 RST9XTAL219 VS20 24 27 28PSEN 29ALE 30EA 3 36 39VC 40U8AT89C51VS1VDD2VEE3RS4RW5E6D07D18D29D310D411D512D613D714U10LM032L+5VVAR+5+5V+5V Power1 R12R23 R34 R45R56 R67 R78R89 10KU1圖 37 AT89C51 與 LM032L 的接口電路 聲光報警電路為了安全生產，在單片機控制系統(tǒng)中，對于重要的參數一般都設有上下限檢查及報警系統(tǒng)，以便提醒操作人員注意或采取緊急措施。本設計根據控制要求，當測出采樣值大于 180mm 或小于180mm 時，報警系統(tǒng)啟動，且系統(tǒng)能自動調整參數。該報警系統(tǒng)共有 1 個報警參數，即水位 H，2 個報警點，即水位上限和水位下限 [15]。如圖 38 所示聲光報警電路：當水位正常時，無報警；當水位高于上限水位、低于下限水位時，單片機 口給 warn 一個低電平信號來導通三極管8550 以驅動蜂鳴器和 LED 燈，進行系統(tǒng)聲光報警。當水位恢復到設置范圍內后，聲光報警自動撤銷。29位位LEDQ1PNPVCCR22KR12Kwarm+圖 38 聲光報警電路 AT89C51 的最小系統(tǒng)單片機想正常運行必須具備的條件：；；；，31 引腳必須接+5V。因此，最小系統(tǒng)由三部分組成：電源電路，是向單片機供電的；時鐘電路，單片機工作的時間基準，決定單片機工作的速度；復位電路，確定單片機工作的起始狀態(tài)，完成單片機的啟動過程。圖 39 為單片機的最小系統(tǒng)。A T 8 9 C 5 1電源復位電路時鐘電路圖 39 單片機的最小系統(tǒng)30 復位電路復位是單片機的初始化操作，其主要功能是將程序寄存器 PC 初始化為0000H,使單片機從 0000H 單元開始執(zhí)行程序。除了進入系統(tǒng)的正常初始化外，當程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，也需重新啟動單片機，使其復位。單片機剛接上電源時，其內部各寄存器處于隨即狀態(tài)，復位可使 CPU 和系統(tǒng)中的其他部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并以此初始狀態(tài)開始工作。AT89C51 的 RST 引腳是復位信號的輸入端。復位信號是高電平有效，持續(xù)時間要有 24 個時鐘周期以上，復位即可完成。如果 RST 引腳上持續(xù)保持高電平，單片機就處于循環(huán)復位狀態(tài)；當 RST 從高電平轉為低電平后，CP