【正文】 到12位DAC轉(zhuǎn)換器。 TLC5618的最大串行時鐘速率為：f(SCLK)max=1/[tW(CH)mintW(CL)min]=20MHz數(shù)據(jù)的更新速率受片選周期限制，此時tp(cs)=16X[tw(CH))+tw(CL)]+tsU(CS1)=820ns對于滿度輸入階躍跳變，移位寄存器至12位寄存器的建立時間限制了更新速率。 圖12 TLC5618的內(nèi)部結(jié)構(gòu)16位的數(shù)據(jù)中，前4位（D15—D12）為編程控制位，其功能如下表1所示；后12位（D11—D0）為數(shù)據(jù)位，用于模擬數(shù)據(jù)的輸出。上電復(fù)位功能可確保重復(fù)啟動。圖11 MAX187的操作時系 D/A轉(zhuǎn)換電路主要由D/A轉(zhuǎn)換芯片TLC5618組成，TLC5618是帶有緩沖基準(zhǔn)輸入的可編程雙路12位數(shù)/模轉(zhuǎn)換器。要注意的是：在置為低電平啟動A/D轉(zhuǎn)換后，檢測到DOUT有效（），才能發(fā)SCLK移位脈沖讀數(shù)據(jù)，SCLK至少為13個，發(fā)完脈沖后應(yīng)將置為高電平。這時可在SCLK端輸入一串脈沖將結(jié)果從DOUT端移出，讀入單片機(jī)中處理。其工作過程是：使用內(nèi)部參考時，電源開啟后，經(jīng)過20 ，可進(jìn)行正常的轉(zhuǎn)換操作。 V參考電壓方式。 MAX187是12位A／D轉(zhuǎn)換芯片，C20和C12并聯(lián)起電源去藕的作用。我們將此三個管腳接地，表示其地址為000B。24C02是外部存儲器，它的A0A2管腳是地址腳，當(dāng)一個電路中有多個I2C總線元器件時，單片機(jī)通過設(shè)置這三個管腳來區(qū)分是與那個元器件通信。此電路還可以實現(xiàn)單片機(jī)在運(yùn)行期間，手動來實現(xiàn)復(fù)位操作，在晶振為12MHz時，C7為10μF、R1為10K、R2為1K。此電路能實現(xiàn)開機(jī)和單片機(jī)在運(yùn)行時的復(fù)位，開機(jī)復(fù)位要求接通電源后，單片機(jī)自動實現(xiàn)復(fù)位操作，開機(jī)瞬間單片機(jī)的RST引腳獲得高電平，隨著電容C7的充電RST的高電平將逐漸下降。單片機(jī)外圍電路如圖9所示：圖9 單片機(jī)外圍電路單片機(jī)外圍電路由復(fù)位電路、晶振電路、外部存儲器電路組成。ISP編程口和AT89S52的連線為：、 、RESET分別連接到ISP的7腳上，ISP的2腳聯(lián)合接電源，無須外加寫讀器。具體連線如上圖8所示，AT89S52的串行通信引腳的TXD和RXD分別接到MAX232的T1IN和T1OUT上，MAX232的R1OUT和R1IN分別接到RS232的3上，RS232的5腳接地。單片機(jī)與PC機(jī)串行通信接口電路及編程下載電路如圖8所示：圖8 單片機(jī)與PC機(jī)串行通信接口的電路本設(shè)計的串行通信部分主要是由MAX232電平轉(zhuǎn)換電路和ISP編程下載電路組成，其原理是：MAX232芯片把單片機(jī)引腳的COMS電平（0—5V）轉(zhuǎn)換為RS232電平（12V— +12V），AT89S52單片機(jī)有一個全雙工的串行通信口，而PC機(jī)有一個RS232的通信接口。 D/A轉(zhuǎn)換芯片TLC5618TLC5618是可編程雙路12位數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，TLC5618的特點：（1）；（2）3線串行接口；（4）高阻抗基準(zhǔn)輸入；（5）電壓輸出范圍為基準(zhǔn)電壓的兩倍。MAX187的封裝圖如圖6所示：、圖6 MAX187的封裝圖（1）VDD +5V電源；（2）AIN 模擬量輸入，電壓范圍0——VREF；（3） 操作模式選擇,低電平為休眠模式，正常操作模式為高電平或懸空，高電時使用內(nèi)部參考模式，懸空時禁止使用內(nèi)部參考；（4）REF 參考電壓。其引腳封裝如圖5所示；主要引腳介紹如下：圖5 單片機(jī)AT89S52封裝圖（1）VCC、GND 電源、接地引腳；（2）XTALAXTAL2 外部振蕩器接入的兩個引腳；（3）RESET 復(fù)位信號輸入引腳；（4）RXD、TXD P3 口 作第二功能引腳用作串行通信接口輸入、輸出引腳；（5）— 數(shù)據(jù)/地址總線引腳；—；—。如圖3所示：外部采集電路A/D轉(zhuǎn)換電路D/A轉(zhuǎn)換電路外部存儲器按鍵電路LED顯示電路控制器單片機(jī)AT89S52電源電路MAX232電平轉(zhuǎn)換電路PC機(jī)圖3 系統(tǒng)硬件設(shè)計框圖本設(shè)計的主要硬件電路包括：電源電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、D/A轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)與PC機(jī)串行通信接口和ISP編程下載電路、單片機(jī)外圍電路、LED顯示電路、鍵盤電路等部分。對比兩種設(shè)計方案，我選擇方案二來設(shè)計此系統(tǒng)，因為方案二的硬件電路比方案一較簡單；方案二配上外部的采集電路和相應(yīng)的軟件就可以實現(xiàn)各種不同的功能，而方案一只能實現(xiàn)一種功能；方案二的軟件控制過程也比方案一的較為簡單和直觀，方案二的性能也比方案一的穩(wěn)定，所以選擇方案二來設(shè)計此系統(tǒng)。方案二：設(shè)計的方框圖如圖2所示：外部采集電路A/D轉(zhuǎn)換電路外部存儲器按鍵電路LED顯示電路控制器單片機(jī)AT89S52電源電路MAX232電平轉(zhuǎn)換電路PC機(jī)D/A轉(zhuǎn)換電路圖2 方案二設(shè)計方框圖從方案二的設(shè)計方框圖中可以看出用此方案設(shè)計的系統(tǒng)由電源電路、數(shù)據(jù)采集放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、D/A轉(zhuǎn)換電路、MAX232串行接口電路、單片機(jī)外圍電路、LED顯示電路、鍵盤電路等部分組成。此方案的特點是：硬件電路的實現(xiàn)相當(dāng)?shù)膹?fù)雜，用到的元器件也較多；而且整個系統(tǒng)的控制過程用軟件實現(xiàn)起來也比較的困難。根基設(shè)計目標(biāo)的要求，此系統(tǒng)可以采用以下兩種設(shè)計方案來實現(xiàn)。該設(shè)計要求實現(xiàn)：（1）、能夠進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換功能；（2）、能夠進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換功能；（3）、設(shè)計串行通信接口，實現(xiàn)與PC機(jī)的通信；（4）、具有人機(jī)對話功能，可通過鍵盤進(jìn)行輸入；（5）、LED顯示器能夠根據(jù)按鍵的輸入進(jìn)行相應(yīng)的顯示；（6）、自制+5V穩(wěn)壓電源。與此同時在市場上以單片機(jī)為核心控制器的產(chǎn)品更是層出不窮，各種家用電器、智能儀器儀表、醫(yī)療器械、機(jī)電一體化、實時工業(yè)控制、交通領(lǐng)域無不用到單片機(jī)。單片機(jī)的系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計方案1緒論自單片機(jī)出現(xiàn)至今，單片機(jī)技術(shù)已走過了近20年的發(fā)展路程?？v觀20年來單片機(jī)發(fā)展歷程可以看出，單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展以微處理器(MPU)技術(shù)及超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展為先導(dǎo)，以廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域為拉動，表現(xiàn)出較微處理器更具個性的發(fā)展趨勢。從目前單片機(jī)的發(fā)展趨勢來看，單片機(jī)控制技術(shù)已成為電子設(shè)計技術(shù)及計算機(jī)技術(shù)不可缺少的一個重要部分，因此單片機(jī)系統(tǒng)在電子世界里有著較好的前景，進(jìn)行單片機(jī)的系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計在當(dāng)今電子領(lǐng)域有著重大的意義。設(shè)計結(jié)果要求：完成電路的設(shè)計，硬件電路應(yīng)該設(shè)計出原理圖并畫出PCB板圖，完成軟件程序的編寫（包括流程圖和部分源代碼）。方案一：設(shè)計的方框圖如圖1所示：D/A轉(zhuǎn)換低通濾波功率放大激勵裝置電源電路控制器單片機(jī)AT89S52PC機(jī)A/D轉(zhuǎn)換電路采樣保持電路多路模擬開關(guān)傳感器電路被測對象圖1 方案一設(shè)計方框圖從方案一的方框圖中我們可以看出用此設(shè)計方案設(shè)計的系統(tǒng)由信號源即被測對象、傳感器、多路模擬開關(guān)、采樣保持電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、控制電路、PC機(jī)、D/A轉(zhuǎn)換電路、低通濾波電路、功率放大電路、激勵裝置、電源電路等部分組成?？傊擒浖陀布膶崿F(xiàn)都比較的復(fù)雜。此方案的特點是：硬件電路的實現(xiàn)較為簡單、所用元器件也較少、系統(tǒng)可以配上外部的各種傳感器采集電路作為系統(tǒng)的被測對象的模擬輸入信號來源，如壓力、溫度、濕度的采集等等；配上相應(yīng)的模擬采集電路和軟件就可以實現(xiàn)各種不同的功能、還能用LED數(shù)碼管十進(jìn)制顯示相應(yīng)的測量數(shù)據(jù)，如可以顯示測得的壓力、溫度、濕度；還可以實現(xiàn)和PC機(jī)串行通信和ISP編程下載功能，不需要編程器直接從PC上下載程序。本論文包括五個部分，分別為：（系統(tǒng)開發(fā)背景、設(shè)計的意義、設(shè)計目標(biāo)和方案的選擇等）；（包括各模塊的硬件電路設(shè)計、主要芯片的介紹等）；（包括主程序流程圖的設(shè)計、控制算法、）；（包括硬件、軟件的調(diào)試）；2硬件系統(tǒng)設(shè)計硬件電路的設(shè)計框圖就采用上面我們選擇的方案二的設(shè)計框圖。 系統(tǒng)的硬件詳細(xì)圖如圖4所示：圖4 系統(tǒng)硬件詳細(xì)設(shè)計圖AT89S52是低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，其主要特點為：（1）、40個引腳DIP 40封裝，8k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲器；（2）、256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM）；（3）、5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷；（4）、2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信接口。 A/D轉(zhuǎn)換芯片MAX187MAX187是串行12位ADC,內(nèi)含高速采樣保持器和基準(zhǔn)電源，3條串口線，接口標(biāo)準(zhǔn)與ISP兼容，其主要特性如下：（1）+5V單電源供電；（2）；（3），；（4）采樣頻率達(dá)75Kbps，串行數(shù)據(jù)輸出速率可達(dá)到5MHz。使用外部參考時，—VDD的基準(zhǔn)電壓；（5）GND 接地引腳；（6）DOUT 數(shù)據(jù)輸出引腳；（7） 片選信號輸入引腳；（8）SCLK 時鐘信號輸入引腳，最高為5MHz。 TLC5618的引腳排列如圖7 所示，各個引腳的功能如下所述： 圖7 TLC5618的引腳封裝（1）DIN 數(shù)據(jù)輸入； （2）SCLK 串行時鐘輸入； （3）CS 芯片選擇，低電平有效； （4）OUTA DACA模擬輸出； （5）AGND 模擬地； （6）REFIN 基準(zhǔn)電壓輸入； （7）OUTB DACB模擬輸出； （8）VDD 正電源。只要用RS232 D型9針的引腳的雙邊母頭接到PC機(jī)上，而另一頭和MAX232相連接，MAX232的輸出再和AT58S52相連就可以實現(xiàn)單片機(jī)和PC機(jī)的串行通信[1]。MAX232外圍元件只有四個電容，根據(jù)MAX232的典型應(yīng)用電路， ∕50V的電解電容。D1為下載指示燈，R1為限流電阻，發(fā)光二極管的壓降為2V，電流取5mA,其阻值為：R1=52/=600Ω，考慮到和ISP一起共電，在此取1K。復(fù)位電路采用上電和按鍵都有效的復(fù)位電路。RST引腳的高電平只要能保持足夠的時間（2個機(jī)器周期），單片機(jī)就可以進(jìn)行復(fù)位操作。單片機(jī)的時鐘信號為內(nèi)部時鐘方式，單片機(jī)內(nèi)部有一振蕩電路，只要在單片機(jī)的XTAL1和XTAL2引腳外接一石英晶體振蕩器，就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生了時鐘脈沖信號，圖中C5和C6的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振，電容值選為22μF[2]?，F(xiàn)只有這一個I2C總線芯片，[3]。 A/D轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換電路 A/D轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換電路如圖10所示：圖10 A/D和D/A轉(zhuǎn)換電路A/D轉(zhuǎn)換電路主要由A/D轉(zhuǎn)換芯片MAX187和外圍電容組成；D/A轉(zhuǎn)換電路主D/A轉(zhuǎn)換芯片TLC5618組成，MC1403是為TLC5618提供基準(zhǔn)參考電壓而設(shè)置的。為保證采樣精度，最好 將MAX187與AT89S52分開供電。輸入模擬信號的電壓范圍為0～ V，如模擬輸入電壓不在這個范圍要外加電路進(jìn)行電壓范圍的變換。當(dāng)為低電平時，在下降沿MAX187的T／H電路進(jìn)入保持狀態(tài)，并開始轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)讀取完成后將置為高電平。MAX187完整的操作時序如圖11所示。TLC5618的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖圖12所示，TLC5618由12位的A/D轉(zhuǎn)換器、A邏輯控制器、雙緩沖寄存器、16位移位寄存器、上電復(fù)位電路及寄存器A、B組成。DAC輸出電壓范圍為基準(zhǔn)電壓的兩倍，其輸出極性與基準(zhǔn)電壓輸入相同；基準(zhǔn)電壓來自基準(zhǔn)電壓芯片MC1403的輸出端，其輸出基準(zhǔn)電壓為VO=+，上電時內(nèi)部電路把DAC寄存器復(fù)位至0，輸出緩沖器具有可達(dá)電源電壓幅度的輸出。從表1中可以看出，TLC5618可工作在三種數(shù)據(jù)傳送方式。表1可知建立時間可選為3μs或15μs。所有CS的跳變應(yīng)當(dāng)發(fā)生在SCLK輸入為低電平時。圖13 TLC5618的操作時序表1 D15—D12編程控制位的功能編 程 位代 碼 功 能D15D14D13D121XXX把串行接口寄存器的數(shù)據(jù)寫入鎖存器A并用緩沖器鎖存數(shù)據(jù)更新鎖存器B0XX0寫鎖存器B和雙緩沖鎖存器0XX1僅寫雙緩沖鎖存器X1XX14μS建立時間X0XX3μS建立時間XXXX上電（Power－up）操作XX1X斷電（Power－down）方式 LED數(shù)碼管顯示電路 LED數(shù)碼顯示電路如圖14所示： 圖14 LED數(shù)碼顯示電路 LED顯示電路由74LS138譯碼器，三極管放大電路，限流電阻電路、共陽極LED數(shù)碼管、驅(qū)動共陽級LED數(shù)碼管的74LS47等組成。因為只有6只數(shù)碼管；分別用來選擇6只數(shù)碼管到底哪一只被點亮，如輸出輸入ABC=001時，則第一個數(shù)碼管被選擇點亮；ABC=010時，第二個數(shù)碼管被點亮，其余的依此類推。同時74LS47將單片機(jī)送來的BCD碼翻譯成LED顯示該BCD的七段信息輸出。如74LS47的輸入DCBA=0001時，它轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制就是1，那么此時選中的數(shù)碼管就要顯示十進(jìn)制的1，那對應(yīng)的輸出就abcdefg=0110000，其他情況是依此類推。鍵盤輸入電路與單片