【正文】 們的I/O口線功能沒有被充分利用，造成浪費(fèi)。若用譯碼電路擴(kuò)展I/O，則比較靈活、口線利用率高、負(fù)載能力強(qiáng)、可靠性高。還可以用專門的可編程邏輯電路來擴(kuò)展I/O資源，能夠?qū)崿F(xiàn)最大限度的靈活程度。本系統(tǒng)中采用了24譯碼器74LS139進(jìn)行譯碼，通過對(duì)A1A14以及A13的組合控制，達(dá)到在某一瞬時(shí)只選通32K數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器6225數(shù)字化PWM發(fā)生器IXDP6A/D轉(zhuǎn)換芯片MAX19鍵盤輸入和LCD顯示接口芯片8255中的一個(gè)外圍芯片的作用。 74LS139譯碼電路 根據(jù)系統(tǒng)數(shù)字控制電路的設(shè)計(jì)。 74LS139選通關(guān)系輸入輸出A15A(A14)B(A13)Y*1**選通片外存儲(chǔ)器622256 000CY0選通PWM控制器IXDP610001CY1選通A/DMAX197 010CY2選通并行擴(kuò)展芯片8255011備用 A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)在單片機(jī)過程控制、數(shù)據(jù)采集等過程中，要對(duì)生產(chǎn)過程的參數(shù)進(jìn)行測(cè)量和控制。這些被控對(duì)象的參數(shù)往往是連續(xù)的物理量，如溫度、壓力、流量、位移及電壓等。這些模擬量必須在進(jìn)入微機(jī)之前就轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)碼表示的數(shù)字信號(hào)，才能被送到微機(jī)中進(jìn)行加工處理。能夠把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的器件稱為模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）。A/D轉(zhuǎn)換器是將模擬電壓或電流轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的器件或裝置，它是一個(gè)模擬系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間的接口，它在數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中，得到了廣泛的應(yīng)用。常用的A/D轉(zhuǎn)換方式有逐次逼近式和雙斜積分式。逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器在精度、速度和價(jià)格上都適中，是最常用的A/D轉(zhuǎn)換器件；雙斜積分型A/D轉(zhuǎn)換器具有精度高、抗干擾性好、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，但轉(zhuǎn)換速度較低。本系統(tǒng)采用12位的逐次比較型可編程A/D轉(zhuǎn)換器MAX197來實(shí)現(xiàn)信號(hào)的模/數(shù)轉(zhuǎn)換【3】。 A/D芯片MAX197及其精度計(jì)算在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，A/D轉(zhuǎn)換的速度和精度又決定了采集系統(tǒng)的速度和精度。MAX197是Maxim公司推出的具有12位測(cè)量精度的高速A/D轉(zhuǎn)換芯片，只需單一電源供電，且轉(zhuǎn)換時(shí)間很短(6ms)，具有8路輸入通道，還提供了標(biāo)準(zhǔn)的并行接口——8位三態(tài)數(shù)據(jù)I/O口，可以和大部分單片機(jī)直接接口，使用十分方便。它采用28腳雙列直插式標(biāo)準(zhǔn)封裝，無須外接元件就可獨(dú)立完成A/D轉(zhuǎn)換功能【6】。1. MAX197的主要特性和工作原理1）工作特性和引腳功能MAX 197具有三態(tài)數(shù)據(jù)I/O接口，能直接與大部分的微控制器相連，且能與CMOS及TTL電平兼容。MAX197采用標(biāo)準(zhǔn)微處理器并行接口，通過讀/寫三態(tài)數(shù)據(jù)I/O端口可實(shí)現(xiàn)工作模式的選擇、A/D啟動(dòng)及讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。MAX197的主要工作特性如下：l 單電源+5V供電；l 分辨率為12位；l 線性誤差為1/2LSB；l 輸入信號(hào)電壓范圍為177。10V，177。5V，0～10V，0～5V；l 模擬輸入通道為8個(gè)；l 轉(zhuǎn)換時(shí)間為6us；l 采樣速率為；l 信號(hào)帶寬為5MHz；l 內(nèi)部或外部時(shí)鐘可選；l ；l 內(nèi)部或外部采樣控制可選；l 兩種節(jié)點(diǎn)工作方式可選；l 輸入通道耐壓為【6】。2）工作原理這里主要介紹MAX 197工作模式選擇及讀取方式。工作模式及輸入通道選擇:由于MAX 197工作模式可選擇，所以在應(yīng)用時(shí)必須送一控制字到其內(nèi)部鎖存器中，以選擇期望的工作模式。，【6】。 控制字格式D7D6D5D4D3D2D1D0PD1PD2ACQMORNGBIPA2A1A0 控制字功能表位名稱功能描述7 6PD1 PD2選擇時(shí)鐘及掉電模式5ACQMO選擇內(nèi)部或外部采集方式4RNG選擇電壓輸入范圍3BIP選擇有極或無極的轉(zhuǎn)換模式2 1 0A2 A1 A08路通道選擇地址位2. 精度計(jì)算A/D的轉(zhuǎn)換精度用分辨率和轉(zhuǎn)換誤差來描述轉(zhuǎn)換精度。分辨率：通常以輸出二進(jìn)制或十進(jìn)制數(shù)字的位數(shù)表示分辨率的高低，因?yàn)槲粩?shù)越多，量化單位越小，對(duì)輸入信號(hào)的分辨能力就越高。轉(zhuǎn)換誤差：在零點(diǎn)和精度都校準(zhǔn)以后，在整個(gè)轉(zhuǎn)換范圍內(nèi)，分別測(cè)量各個(gè)數(shù)字量對(duì)應(yīng)的模擬輸入電壓實(shí)測(cè)范圍與理論范圍之間的偏差，取其中的最大偏差作為轉(zhuǎn)換誤差的指標(biāo)，通常以相對(duì)誤差的形式出現(xiàn)，并以LSB為單位表示。MAX197是12位A/D轉(zhuǎn)換器，即n=12，其分辨率為滿足設(shè)計(jì)所需要的精度要求。 具體A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)微處理器可以采用中斷、查詢、延時(shí)方式讀取MAX 197轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)。當(dāng)INT=0時(shí)，表示轉(zhuǎn)換結(jié)束，微處理器通過兩次讀外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器操作，讀取12位轉(zhuǎn)換結(jié)果。讀取數(shù)據(jù)時(shí)，讀取低8位DOD7。當(dāng)HBEN為高時(shí)，讀取高4位D8D11。 MAX197工作運(yùn)行主要有以下幾個(gè)步驟：選擇模擬通道號(hào)，啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器，查詢轉(zhuǎn)換是否結(jié)束，讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。為了消除干擾信號(hào)對(duì)測(cè)量精度的影響，在軟件設(shè)計(jì)中引入了數(shù)字濾波軟件抗干擾技術(shù)，從而有利于測(cè)量精度的提高。 CPU與MAX197的連線圖，本次設(shè)計(jì)需要對(duì)三路反饋信號(hào)電流（IDK）、電壓（VDK）、備用（VRDK）進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，三路模擬輸入信號(hào)由測(cè)量變送電路轉(zhuǎn)換之后輸送到CH0、CHCH2通道；參考電壓調(diào)整端REFADJ、使用內(nèi)部基準(zhǔn)電壓作為參考電壓，由REF端輸出，并由REFADJ端進(jìn)行調(diào)整；停止端SHDN接，使MAX197處于一直工作狀態(tài)。 模擬輸入通道的設(shè)計(jì) 模擬輸入通道工作原理模擬輸入通道包括傳感器，放大電路、濾波器，和電壓跟隨器。其中傳感器的作用是檢測(cè)三相橋式全控整流電路負(fù)載端的電流、電壓并以小信號(hào)輸出。放大電路將傳感器輸出的小信號(hào)放大到接近A/D可以轉(zhuǎn)換的量程，在設(shè)計(jì)中，放大部分我采用的是AD620儀表用放大器。其中8管腳跨接一電阻來調(diào)整放大倍率，7管腳需提供正負(fù)相等的工作電壓，由3管腳輸入的放大電壓即可從6腳輸出放大后的電壓值，5腳為參考基準(zhǔn)，如果接地則管腳6的輸出即為與地之間的相對(duì)電壓。AD620的放大增益關(guān)系式為 公式（） AD620管腳圖經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換和放大后的信號(hào)，由于測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)的電磁干擾，傳感器本身以及放大電路等本身的影響，往往含有各種頻率成分的噪聲信號(hào)，對(duì)獲取被測(cè)信號(hào)有很大的負(fù)面影響，在這種情況下，采取濾波器，將不需要的雜散信號(hào)抑制掉，提高系統(tǒng)的信噪比（S/N）。通常輸入信號(hào)內(nèi)阻較高時(shí)，會(huì)造成較大的采樣誤差，為避免這一缺點(diǎn)，在將信號(hào)送入A/D前插入一個(gè)簡單的電壓跟隨器。三路模擬輸入通道原理相同,具體差別在于傳感器的輸出值不同，電路要放大的倍數(shù)不同，只要選擇合適的放大倍數(shù)即可。 模擬輸入通道電路 三路模擬通道的具體設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用12位的MAX197作為A/D轉(zhuǎn)換器，選其輸入為0～10V。電流輸入通道：系統(tǒng)電源要求輸出100A，在此可以選用CHB100A霍爾電流傳感器，其額定輸入電流值為100A，測(cè)量電流范圍為80A，額定輸出電流有效值為50mA，要放大成0～10V電壓信號(hào)，則可取R1=R2=1，R3=100，則輸入到AD620的電壓為0～5V，放大為0～10V的信號(hào)那么放大器增益=2，根據(jù)公式G=/+1,得=。電壓輸入通道：系統(tǒng)電源要求輸出電壓為300V，因此可以選用CHV100/500A系列霍爾電壓傳感器，它是0～500V霍爾閉環(huán)電壓傳感器。其額定輸入電流有效值為10mA，測(cè)量電流范圍14mA，額定輸出有效值電流為25mA mA，要得到0～10V的電壓信號(hào)，取R1=R2=1，R3=100，則輸入到AD620的電壓為0～，放大為0～10V的信號(hào)那么放大器增益=4，根據(jù)公式G=/+1可得=。備用輸入通道：備用通道跟以上二輸入通道原理相同，只是電阻的值不同。且設(shè)置取R1=R3=100，R2=10，為可調(diào)電阻，以適應(yīng)不同放大倍數(shù)的情況。輸出信號(hào)接入MAX197，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，送入單片機(jī)。濾波電路的電阻與電容的選擇滿足下式： 公式（）其中，由公式（）可取=3。 鍵盤和顯示電路一個(gè)完整的系統(tǒng)不能缺少人機(jī)對(duì)話，所以鍵盤輸入和顯示是必不可少的，鍵盤用于對(duì)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定輸入，比如占空比、輸出直流電壓、直流電流等當(dāng)然對(duì)于三個(gè)參數(shù)是不能同時(shí)設(shè)定的，三個(gè)參數(shù)之間是有一定關(guān)系的。狀態(tài)輸出顯示電路用于對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)顯示，包括A/D采樣的輸出直流電壓值、直流電流值、占空比、PID參數(shù)等等?？蛇@以讓操作人員了解目前系統(tǒng)的工作情況，鍵盤輸入和顯示電路有以下兩種設(shè)計(jì)方案。1．鍵盤輸入兩種方案1）四個(gè)按鍵按鍵輸入可以設(shè)置四個(gè)按鍵，一個(gè)功能鍵，一個(gè)增加鍵，一個(gè)減少鍵，一個(gè)切換鍵。在工業(yè)的很多操作器中被廣泛的應(yīng)用，具有簡單操作，易學(xué)，易用，適合許多工業(yè)中許多操作器的面板操作。2）44鍵盤用鍵盤可以設(shè)定0－9的數(shù)字鍵和其他功能鍵。鍵盤輸入更多樣化，可以實(shí)現(xiàn)不同的功能設(shè)置。這種行列式鍵盤結(jié)構(gòu)能夠有效提高單片機(jī)系統(tǒng)中I/O口的利用率。本次設(shè)計(jì)的極化電源系統(tǒng)需要鍵盤輸入的參數(shù)值較多，采用四個(gè)按鍵形式的電路不能滿足系統(tǒng)要求，而44矩陣式鍵盤功能強(qiáng)大，能夠很好的滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，而且以后擴(kuò)展系統(tǒng)功能也方便，所以鍵盤輸入電路選用44矩陣鍵盤形式電路。2．顯示的兩種方案常用的單片機(jī)系統(tǒng)狀態(tài)輸出顯示電路由LED數(shù)碼管顯示電路和LCD液晶顯示兩種，兩種顯示電路特點(diǎn)如下所述。1）數(shù)碼管LED顯示采用多數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)。設(shè)定每一個(gè)數(shù)碼管顯示不同的數(shù)字或者符號(hào)，也可以循環(huán)顯示數(shù)字，也可以設(shè)定按鍵查詢數(shù)據(jù)顯示。2）LCD液晶顯示LCD液晶器具有顯示信息豐富、功耗低、體積小、重量輕、超薄等其它顯示器無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，可以根據(jù)實(shí)際需求設(shè)計(jì)顯示界面、顯示形式，而且一般有比較程式化的設(shè)計(jì)程序，應(yīng)用方便?；贚CD液晶顯示的突出優(yōu)點(diǎn)，本次數(shù)字極化電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用LCD1602A顯示器顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。 LCD1602參數(shù)顯示容量162個(gè)字符芯片工作電壓～工作電流()模塊最佳工作電壓字符尺寸（WXH）mm LCD1602A接口信號(hào)說明編號(hào)符號(hào)引腳說明編號(hào)符號(hào)引腳說明1VSS電源地9D2Data I/O2VDD電源正極10D3Data I/O3VL液晶顯示偏壓信號(hào)11D4Data I/O4RS數(shù)據(jù)/命令選擇端12D5Data I/O5R/W讀/寫選擇端13D6Data I/O6E使能信號(hào)14D7Data I/O7D0Data I/O15BLA背光電源正極8D1Data I/O16BLX背光電源負(fù)極 具體電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中選擇8255接口構(gòu)成的44鍵盤輸入和LCD1602顯示。設(shè)計(jì)中采用8255芯片作為該模塊與單片機(jī)系統(tǒng)的接口芯片，采用LCD1602A液晶顯示芯片作為LCD液晶顯示器。8255是一種通用的可編程并行I/O接口芯片，主要由以下幾個(gè)部分組成：數(shù)據(jù)端口A、B、C（C口上半部分和C口下半部分兩個(gè)部分），A組和B組控制邏輯，數(shù)據(jù)總線緩沖器和讀/寫控制邏輯。8255的A口作為數(shù)據(jù)輸出口接液晶顯示器LCD1602A的數(shù)據(jù)口， C口上半部分PC4～PC7作為數(shù)據(jù)輸入口與44矩陣式鍵盤電路的行數(shù)據(jù)線相連， B口中的PB0～PB3與44矩陣式鍵盤電路的列數(shù)據(jù)線相連。8255的端口選擇信號(hào)端AA0與系統(tǒng)地址總線的AA0相連；讀、寫信號(hào)輸入端與單片機(jī)的讀、寫控制信號(hào)相連；片選信號(hào)輸入端接收從24譯碼器的譯碼輸出信號(hào)CY2，故8255的尋址范圍為4000H～5FFFFH。LCD1602A的引腳為數(shù)據(jù)/命令選擇信號(hào)輸入端與8255的PC0相連，當(dāng)RS為高點(diǎn)平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平時(shí)選擇指令寄存器；使能信號(hào)輸入端E與8255的PC2相連，當(dāng)E由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)液晶模塊執(zhí)行命令；讀寫選擇信號(hào)輸入端R/W與8255的PC0相連， 高電平時(shí)執(zhí)行讀信號(hào)，低電平時(shí)執(zhí)行寫信號(hào)；液晶偏壓信號(hào)輸入端VL通過一可調(diào)電阻接高電平，通過調(diào)節(jié)電阻值改變加到VL上的電壓值可以調(diào)節(jié)液晶顯示屏的亮度。 LCD和鍵盤顯示電路模塊的復(fù)位腳/RST是一定要接一個(gè)復(fù)位電路的。當(dāng)系統(tǒng)使用環(huán)境比較好時(shí)，可以直接采用在管腳定義里提供的RC復(fù)位電路，但當(dāng)產(chǎn)品使用環(huán)境比較惡劣時(shí)，也可以將/RST接到MPU的口線上，這樣不僅可以用口線復(fù)位，還可以進(jìn)行定時(shí)刷新，預(yù)防一些其它干擾。本設(shè)計(jì)RST是與8255相連定時(shí)刷新的。鍵盤輸入和顯示電路需要在軟件上占用很多資源，查詢鍵盤和LCD的循環(huán)顯示都使軟件程序執(zhí)行時(shí)間過程，鍵盤查詢過程中應(yīng)該注意鍵盤消抖，防止干擾信號(hào)影響輸入，造成錯(cuò)誤輸入信號(hào)，引起單片機(jī)工作錯(cuò)誤。4. 5 RS485通訊電路工業(yè)控制系統(tǒng)中，不同的系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)之間常常需要通信來實(shí)現(xiàn)各種檢測(cè)和控制，單片機(jī)系統(tǒng)與上位PC機(jī)之間的通訊方式主要采用并行通信或串行通信兩種方式。并行傳送速度高，但傳送的距離很短，通常小于10m；串行數(shù)據(jù)通信時(shí)數(shù)據(jù)一位一位順序傳送，不同系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)之間只需很少的幾條信號(hào)線即可完成數(shù)據(jù)交換，顯然，串行傳送的速度低，但傳送的距離很長，通?？蛇_(dá)幾十米至幾千米，甚至更遠(yuǎn)。串行通信按照數(shù)據(jù)流的方向又可分為全雙工、半雙工和單工。全雙工是指通信雙方能在同一時(shí)刻進(jìn)行發(fā)送和接受。半雙工是指通信雙方不能同時(shí)收發(fā)數(shù)據(jù)單工是指通信一方只能接收或發(fā)送數(shù)據(jù)，另一方只能發(fā)送或接收數(shù)據(jù)【3】。本設(shè)計(jì)中采用為半雙工工作方式的RS—485串行通信接口集成電路MAX1480A。MAX1480A是MAX公司1944年7月才推向市場(chǎng)，功能相當(dāng)完善并具有電隔離的RS—485數(shù)據(jù)通信接口集成電路。其中的收發(fā)器，光耦合器和變壓器提供了一種完整的廉價(jià)接口，其封裝為28腳DIP，接口兩邊的邏