【導(dǎo)讀】來，以其極高的性價比，受到人們的重視和關(guān)注，因此應(yīng)用廣泛，發(fā)展迅速。廉、可靠性高、靈活性好，開發(fā)較為容易。目前，在我國，單片機(jī)已經(jīng)廣泛地用。于智能儀表、機(jī)電設(shè)備過程控制、自動檢測、家用電器和數(shù)據(jù)處理等各個方面。單片機(jī)誕生于20世紀(jì)70年代。最初的單片機(jī)是利用大規(guī)模集成電路技術(shù)把。現(xiàn)代的單片機(jī)則增加了更多的片內(nèi)外設(shè)（比如定時器、計數(shù)器、串行口、中。能，因而被稱為單片微型計算機(jī)，簡稱單片機(jī)。單片機(jī)按照其用途可以劃分為通用型和專用型兩大類。通用型單片機(jī)是把可開發(fā)資源全部提。單的I/O口集成到芯片上，像Farichild公司的產(chǎn)品就屬于這一類。機(jī)通常還需要擴(kuò)展其他外圍處理電路才能構(gòu)成完整的系統(tǒng)。它以體積小、功能全、價格低廉贏得了廣泛的。機(jī)產(chǎn)量的60%以上，8位單片機(jī)在最近若干年將仍是工業(yè)檢測，控制應(yīng)用的主角。8051等已存在15年，產(chǎn)量仍是上升的。機(jī)都有Wait、Stop等省電運(yùn)行方式。允許使用的電源電壓范圍也越來越寬。

　　

【正文】 時鐘電路設(shè)計 8XX51 系列單片機(jī)的時鐘信號通常用兩種電路形式得到：內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式。 在引腳 XTAL1 和 XTAL2 外接晶體振蕩器（簡稱 晶振），就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。由于單片機(jī)內(nèi)部有一個高增益反向放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器，并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。晶振通常選用 6MHZ、 12MHZ 或 24MHZ。內(nèi)部振蕩方式如圖 3— 24 所示。圖中電容 C1,C2 起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用。電容值一般為 5— 30pF。內(nèi)部振蕩方式所得時鐘信號比較穩(wěn)定，實用電路中使用較多。外部振蕩方式是把已有的時鐘信號引入單片機(jī)內(nèi)。這種方式適宜用來使單片機(jī)的時鐘與外部信號保持一致。外部振蕩方式如圖 3— 25 所示。 對 HMOS 的單片機(jī)（ 8031， 8031AH 等），外 部時鐘信號由 XTAL2 引入；對于CHMOS 的單片機(jī)（ 8XCXX） ,外部時鐘信號由 XTAL1 引入。 鍵盤接口設(shè)計 89S522 +5V C1 R1 復(fù)位電路 323 26 一、人機(jī)交互接口的設(shè)計 所謂人機(jī)交互接口，是指人與計算機(jī)之間建立聯(lián)系、交互信息的輸入 /輸出設(shè)備的接口。這些輸入 /輸出設(shè)備主要有鍵盤、顯示器和打印機(jī)等。他們是計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中必不可少的輸入、輸出設(shè)備，是控制系統(tǒng)與操作人員之間的交互窗口。一個安全可靠的控制系統(tǒng)必須具有方便的交互功能。操作人員可以通過系統(tǒng)顯示的內(nèi)容，及時掌握生產(chǎn)情況，并可通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)，傳遞命令，對計算 機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行人工干擾，使其隨時能按照操作人員的意圖工作。 二、鍵盤設(shè)計需要解決的幾個問題 鍵盤是若干按鍵的集合 ,是向系統(tǒng)提供操作人員干預(yù)命令及數(shù)據(jù)的接口設(shè)備。鍵盤可分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種類型。編碼鍵盤能自動識別按下的鍵并產(chǎn)生相應(yīng)代碼，以并行或串行方式發(fā)給 CPU。它使用方便，接口簡單，響應(yīng)速度快，但需要專用的硬件電路。非編碼鍵盤則是通過軟件來確定按鍵并計算鍵值。這種方法雖然沒有編碼鍵盤速度快，但它不需要專用的硬件支持，因此得到了廣泛的應(yīng)用 . 鍵盤上計算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的一個重要組成部分，設(shè)計時必 須解決下述一些問題。 鍵盤實際上是一組按鍵開關(guān)的集合，其中每一個按鍵就是一個開關(guān)量輸入裝置。鍵的閉合與否，取決于機(jī)械彈性開關(guān)的通、斷狀態(tài)。反應(yīng)在電壓上就是呈現(xiàn)出高電平或低電平，若高電平表示斷開，那么低電平鍵閉合。所以，通過電平狀態(tài)（高或低）的檢測，便可確定相應(yīng)按鍵是否已被按下。 實際按鍵操作中，若無意中同時或先后按下兩個以上的鍵，系統(tǒng)確定哪個鍵操作是有效的，完全取決設(shè)計者的意圖。如視按下時間最長者為有效鍵，或認(rèn)為最先按下的鍵為當(dāng)前的按鍵，也可以將 最后釋放的鍵看成是輸入鍵。不過單片機(jī)控制系統(tǒng)的資源有限，交互能力不強(qiáng)，通?？偸遣捎脝捂I按下有效，多鍵同時按下無效的原則。 有時，由于操作人員按鍵動作不夠熟練，會使一次按鍵產(chǎn)生多次擊鍵的效果，及重鍵的情形。為消除重鍵的影響，編制程序時可以將鍵的釋放作為按鍵的結(jié)束。等鍵釋放電平后再轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的功能程序，以防止一次擊鍵多次執(zhí)行的錯誤發(fā)生。 鍵盤，作為向系統(tǒng)提供操作人員的干預(yù)命令的接口，以其特定的按鍵代表著各種確定操作命令。所以準(zhǔn)確無誤地辨認(rèn)每個鍵的動作及其所處的狀態(tài)，是系統(tǒng)能 否正常工作的關(guān)鍵。 多數(shù)鍵盤的按鍵均采用機(jī)械彈性開關(guān)。一個電信號通過機(jī)械觸點的斷開、閉合過程，完成高、低電平的切換。由于機(jī)械觸點的彈性作用，一個按鍵開關(guān)閉合及斷開的瞬間必然伴隨有一連串的抖動。 消除按鍵盤抖動通常有兩種方法：硬件消抖和軟件消抖。通過硬件電路消除按鍵過程中抖動的影響是一種廣為采用的措施。這種做法，工作可靠，且節(jié)省機(jī)時。 硬件消抖是通過在按鍵輸出電路上加一定的硬件線路來消除抖動，一般采用 R— S 觸發(fā)器或單穩(wěn)態(tài)電路。如圖 326 所示。 27 圖 326 單穩(wěn)態(tài)電路 軟件消抖是利用延時來跳過抖動過程 鍵盤的結(jié)構(gòu)形式一般有兩種：獨立式鍵盤與矩陣式鍵盤。獨立式鍵盤就是各按鍵相互獨立，每個按鍵各接一根 I/O 口線，每根 I/O口線上的按鍵都不會影響 其它的 I/O 口線。如圖 327 所示 三、矩陣鍵盤的工作方式 1．查詢工作方式 這種方式是直接在主程序中插入鍵盤檢測子程序，主程序每執(zhí)行一次則鍵盤檢測子程序被執(zhí)行一次，對鍵盤進(jìn)行檢測一次，如果把沒有鍵按下，則跳過鍵識別，直接執(zhí)行主程序；如果有鍵按下，則通過鍵盤掃描子程序識別按鍵，得到按鍵的編碼值，然后根據(jù)編碼值進(jìn)行相應(yīng)的處理，處 理完后再回到主程序執(zhí)行。鍵盤掃描子程序流程如圖 328 所示 。 圖 328 鍵盤掃描流程圖 斷開 閉合 +5V +5V 輸出 圖 326 28 如圖 329 所示，就是中斷工作方式，當(dāng)有中斷的時候，就去執(zhí)行掃描程序，沒有中斷的時候， CPU 可以去做其他的事情。這樣可以提高 CPU的效率。 四、系統(tǒng)鍵盤的實現(xiàn) 29 圖 330 系統(tǒng)鍵盤實現(xiàn) 矩陣式鍵盤又叫行列式鍵盤。用 I/O 口線組成行、列結(jié)構(gòu)，鍵位設(shè)置在行列的交點上。例如 4 4 的行、列結(jié)構(gòu)可組成 16 個鍵的鍵盤，比一個鍵位用一根I/O 口線的獨立式鍵盤少了一半的 I/O 口線 。對矩陣鍵盤的工作過程可分兩步：第一步是 CPU 首先檢測鍵盤上是否有鍵按下；第二步是再識別是哪一個鍵按下。 1．檢測鍵盤上是否有鍵按下處理方法是：將行線送入低電平，列線送入高電平。讀入 P1 口的狀態(tài)來判別。其具體過程如下： P1 口輸出 0FH，即所有行線置成高電平，所有列線置成低電平，然后將 P1 口狀態(tài)讀入與 0FH 比較。如果有鍵按下，總會有一根行線電平被拉至低電平，從而使行輸入狀態(tài)不全為 1。 2．識別鍵盤中哪一個鍵按下處理方法是：確認(rèn)有鍵按下后，保存行掃描時有鍵按下時的狀態(tài) X 。 P1 口輸出 F0H,進(jìn)行列掃描，保存 列掃描狀態(tài) Y，取出鍵值 Z=X|，那么行掃描讀入的狀態(tài)為 00001110，列掃描讀入的狀態(tài)為 11100000，最后鍵值 Z=11101110=EEH，然后轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的服務(wù)程序。 D/A轉(zhuǎn)換設(shè)計 一、 D/A 轉(zhuǎn)換器概述 D/A 轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)： 1．轉(zhuǎn)換精度通常用分辨率和轉(zhuǎn)換誤差來描述。 ：輸出模擬電壓應(yīng)能區(qū)分 0～ 2n1共 2n個輸入數(shù)字量。表示方法： (1)用輸入二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)表示；如 8位。 （ 2)用輸出模擬電壓的最小值與最大值的比值表示。指最小輸出電壓和最大輸 出電壓之比。 DAC0808 的分辨率為 1/256 2．精度 DAC實際輸出電壓與理想的輸出電壓的偏差。 DAC0808 的最大滿刻度偏差為 +1LSB 3．線性度 DAC 實際傳輸特性曲線與理想的傳輸特性曲線的偏差。 DAC0808的最大誤差為 +% 4．溫度靈敏度：在輸入不變的情況下，輸出模擬電壓隨溫度變化產(chǎn)生的變化量。一般用滿刻度輸出條件下溫度每升高 1℃，輸出電壓變化的百分?jǐn)?shù)作為溫度系數(shù) 5．轉(zhuǎn)換速度 用完成一次轉(zhuǎn)換所需的時間－－建立時間 tset－－來衡量。建立時間：從輸入信號變化開始到輸出電壓進(jìn)入 與 穩(wěn) 態(tài) 值 相 差 1/2LSB 范圍以內(nèi)的時間。輸入信號由全 0 變?yōu)槿?1 所需時間最長。不包含運(yùn)放的 DAC 建立時間可達(dá) 。當(dāng)外接運(yùn)放時，轉(zhuǎn)換時間還應(yīng)加上運(yùn)放的上升（下 30 降）時間。 RsTR SVtT ( m a x)0( m a x) ?? TTR(max)為轉(zhuǎn)換時間 ts 為建立時間， Vo(max)輸出最大電壓值， SR 為運(yùn)放輸出轉(zhuǎn)換速率 二． D/A 轉(zhuǎn)換的分類 D/A 轉(zhuǎn)換器的品種繁多、性能各異。按輸入數(shù)字量的位數(shù)分： 8位、 10 位、12位和 16 位等；按輸入的數(shù)碼分：二進(jìn)制方式和 BCD碼方式；按傳送數(shù)字量的方式分：并行方式和串行方式；按輸出 形式分：電流輸出型和電壓輸出型，電壓輸出型又有單極性和雙極性；按與單片機(jī)的接口分：帶輸入鎖存的和不帶輸入鎖存的。 三、 D/A 轉(zhuǎn)換器的原理 D D D D( L S B ) ( M S B )S S S S00112233R+A v oi 166。178。f16 82R2R+V2RRI4R4IREFI8II2R 2RIRII I16 22 圖 331 D/A轉(zhuǎn)換原理 圖中 S0～ S3為模擬開關(guān)，由輸入數(shù)碼 Di 控制，當(dāng) Di=1 時， Si接運(yùn)算放大器反相輸入端（虛地），電流 Ii 流入求和電路；當(dāng) Di=0 時， Si將電阻 2R 接地。所以，無論 Si 處于何種位置，與 Si 相連的 2R電阻均接 “ 地 ” （地或虛地）。 流過各開關(guān)支路（從右到左）的電流分別為 I/ I/ I/ I/16。 將輸入數(shù)字量擴(kuò)展到 n 位，則有： 可簡寫為： VO=－ KnB )2222( 13223140 DDDDRVi R E F ?????總電流 ： 輸出電壓： fRiv ???O)2(2 3 04 ii iREF DRV ??? ??)2(2 304ii iR E Ff DVRR ???? ??)]2([2 10O ini inR E Ff DVRRv ???? ??? 31 四、 DAC0808 簡介 電流開關(guān)R 2R 梯形網(wǎng)絡(luò) 偏置電路恒流源D0D1D2D3D4D5D6D7I0G N D+VCC補(bǔ)償端C O M P+VR E F VR E F+ VEE電流開關(guān)梯形網(wǎng)絡(luò) 偏置電路恒流源補(bǔ)償端電流開關(guān)梯形網(wǎng)絡(luò) 偏置電路恒流源補(bǔ)償端NCD4D5D6D7 D 0D1D2D3VCC VEEIOGNDC O M P12345678 910161514131211VRE F+VRE F 圖 332 DAC 0808 簡化電路框圖和管腳排列 其中， DAC0808 是八位電流輸出型 D/A 轉(zhuǎn)換器件，由 4 腳輸出轉(zhuǎn)換電流。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中通常需要的是電壓信號，電流信號與電壓信號之間的轉(zhuǎn)換可由運(yùn)算放大器實現(xiàn)。 DAC0808 不帶鎖存器，所以在使用時必須加一個 74LS373進(jìn)行數(shù)據(jù)鎖存。 VREF 為參考電源， VEE 負(fù)電壓供電； D0 是高數(shù)據(jù)位（ MSB）， D7才是地數(shù)據(jù)位（ LSB） .DAC0808 的電源極性： VCC=+5V， VEE=15V， VREF=+15V。 五、系統(tǒng)的實現(xiàn) nREFfVRRK 2??其中有： 32 圖 333 系統(tǒng) D/A實現(xiàn) 電壓變換 一、 LM324 簡介 LM324 是四運(yùn)放集成電路 ,它采用 14 腳雙列直插塑料封裝。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器 ,除電源共用外 ,四組運(yùn)放相互獨立。每一組運(yùn)算放大器可用圖 334所示的符號來表示 ,它有 5個引出腳 ,其中 “+” 、 “ ” 為兩個信號輸入端 ,“V+” 、 “V ” 為正、負(fù)電源端 ,“Vo” 為輸出端。兩個信號輸入端中 ,Vi（ ）為反相輸入端 ,表示運(yùn)放輸出端 Vo 的信號與該輸入端的位相反 。Vi+（ +）為同相輸入端 ,表示運(yùn)放輸出端 Vo的信號與該輸入端的相位相同。 LM324的引腳排列見圖 335。 33 圖 334 圖 335 由于 LM324 四運(yùn)放電路具有電源電壓范圍寬 ,靜態(tài)功耗小 ,可單電源使用 ,價格低廉等優(yōu)點 ,因此被廣泛應(yīng)用在各種電路中。 二、原理圖如圖所示 圖 336 系統(tǒng)信號變換 34 第四章 軟件設(shè)計 應(yīng)用系統(tǒng)中的應(yīng)用軟件是根據(jù)系統(tǒng)功能要求設(shè)計該可靠地實現(xiàn)系統(tǒng)的各種功能。一個優(yōu)秀的應(yīng)用系統(tǒng)的應(yīng)具有下列特點： （ 1）根據(jù)軟件功能要求，將系統(tǒng)軟件分成若干個獨立的部 分。設(shè)計出軟件的總體結(jié)構(gòu)，使其結(jié)構(gòu)清晰、流程合理。 （ 2）要樹立結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計風(fēng)格，各功能程序?qū)崏K化、子程序化。既便于調(diào)試、鏈接，又便于移植、修改。 （ 3）建立正確的數(shù)學(xué)模型。即根據(jù)功能要求，描各個輸入和輸出變量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，它是關(guān)系到系統(tǒng)好壞的重要因素。 （ 4）為提高軟件設(shè)計的總體效率，以簡明、直觀法對任務(wù)進(jìn)行描述，在編寫應(yīng)用軟