【正文】 +C9470 u+ C 11100 uC 10C 12104V i n1V out3GND2U7 780 5V C CD1D IO D E 圖 3 +5V電源 5 Q1N P NO P 07R710 0 0R81RLV C L+ 12 12DACADCC 28C 30+C 2710u+C 2910u1234D2B R I D G E 1ACACV i n1V ou t3GND2U9 78 1 2V i n1V ou t3GND2U8 79 1 2+C 1347 0 u+C 1447 0 u+C 1710 0 u+C 1810 0 uC 15 3uC 16 3uC 19104C 20104+ 12 12 圖 4 177。其電路原理圖如圖 5 所示： +C 21330 0u+ C 23+C 24470 uC 22C 25104C 261041234D3B R I D G E 1ACACADJ2V i n1V out3U 10 L M 317D4D IO D ED5D IO D ER6 10kR5150V C L 圖 5 負(fù)載電源 恒流源模塊 用“運放 +大功率三極管”的結(jié)構(gòu)構(gòu)成恒流源。其性能滿足本設(shè)計要求，同時可以通過功率管的不同容量來滿足不同的應(yīng)用要求。 其原理如圖 6 所示： 圖 6 恒流電路 單片機(jī)模塊 AT89S52 芯片介紹 單片機(jī)是大規(guī)模集成電路結(jié)束發(fā)展的產(chǎn)物，常見的單片機(jī)有 8051 系列的單片機(jī)、 8096 系列的單片機(jī)、 PIC 系列、 AVR 系列、 SPCE061A 的凌陽單片機(jī)。本次設(shè)計對單片機(jī)的要求：只要能夠方便地擴(kuò)展顯示器、鍵盤、 A/D 轉(zhuǎn)換器、D/A 轉(zhuǎn)換器等外設(shè)即可，其他并無特殊要求。而且本組同學(xué)也比較熟悉。使用 Atmel 公司高密度非易失性 存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89S52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 GND：接地 。對 P0 端口寫“ 1”時，引腳用作高阻抗輸入。在這種模式下， P0 口具有內(nèi)部上拉電阻。程序校驗時，需要外部上拉電阻。對 P1 端口寫“ 1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。此外， 和 分別作定時器 /記數(shù)器 2 的外部記數(shù)輸入()和定時器 /記數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入 (),具體如下表 1 所示。 表 1 各端口引腳與復(fù)用功能表 引腳號 第二功能 T2(定時器 /記數(shù)器 T2 的外部記數(shù)輸入 )，時鐘輸入 T2EX(定時器 /記數(shù)器 T2 的捕捉 /重載觸發(fā)信號和方向控制 ) MOSI(在系統(tǒng)編程用 ) MISO(在系統(tǒng)編程用 ) SCK(在系統(tǒng)編程用 ) P2 口： P2 口 是一個具有 內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個 TTL邏輯電平。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。在這種應(yīng)用中， P2 口 P2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。在 flash編程和校驗時， P2 口也接收高 8 位地址字節(jié)和一些控制信號。對 P3 端口寫“ 1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。 P3 口亦作為 AT89S52 特殊功能（第二功能）使用，如下表 2 所示。 表 2 各端口引腳與復(fù)用功能表 端口引腳 復(fù)用功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） INT0 （外部中斷 0） INT1 （外部中斷 1） T0（記時器 0 外部輸入） T1（記時器 1 外部輸入） WR （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） RD （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） RST： 復(fù)位輸入?？撮T狗計時完成后， RST 腳輸出 96 個晶振周期的高電平。 DISRTO 默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。在 flash編程時，此引腳（ PROG ）也用作編程輸入脈沖。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， ALE 脈沖將會跳過。這一 位置 “ 1”， ALE 僅在執(zhí)行 MOVX 或 MOVC 指令時有效。這個 ALE 使能標(biāo)志位（地址為 8EH 的 SFR 的第 0 位）的設(shè)置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。 當(dāng) AT89S52 從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時， PSEM 在每個機(jī)器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， PSEM 將不被激活。為使能從 0000H 到 FFFFH 的外部程序存儲器讀取指令， EA 必須接 GND。 在 flash編程期間， EA 也接收 12 伏 VPP 電壓 XTAL1： 振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。 AT89S52 硬件電路設(shè)計 單片機(jī)系統(tǒng)是整個數(shù)控系統(tǒng)的核心部分，它主 要用于鍵盤按鍵管理、數(shù)據(jù)處理、實時采樣分析系統(tǒng)參數(shù)及對各部分反饋環(huán)節(jié)進(jìn)行整體調(diào)整。電路如下圖 8 所示： P 1. 01P 1. 12P 1. 23P 1. 34P 1. 45P 1. 56P 1. 67P 1. 78R S T9P 3. 0/ R X D10P 3. 1/ T X D11P 3. 2/ IN T 012P 3. 3/ IN T 113P 3. 4/ T 014P 3. 5/ T 115P 3. 6/ W R16P 3. 0/ R D17X T A L 218X T A L 119GND20P 2. 021P 2. 122P 2. 223P 2. 324P 2. 425P 2. 526P 2. 627P 2. 728P S E N29A L E /P R O G30E A /V P P31P 0. 732P 0. 633P 0. 534P 0. 435P 0. 336P 0. 237P 0. 138P 0. 039V C C40U3A T 89 S 52ke yAke yBke yCke yDl c dr sl c de nD7D6D5D4D3D2D1D0a d c sa d s c l ka d ou tda s yn cda s c l kda di ns d as c lke yd aV C CY111 .0 59 2M H ZC330pC430pC510uR2220R11kS1S W P BV C C 圖 8 單片機(jī)控制電路 9 (1) AT89S52 單片機(jī)的 P0 口是個雙向口，可以作輸出輸入口，在本系統(tǒng)中用作顯示部分， P1 口也是個雙向口，主要接 A/D、 D/A 和 24C02C。而 P3 口主要用于中斷。復(fù)位將單片機(jī)復(fù)到初始化狀態(tài)，目的是使 CPU及個專用寄存器處于一個確定的初始狀態(tài)。本次設(shè)計采用的是手動復(fù)位方式，利用按鍵閉合是單片機(jī)復(fù)位端上保持接通高電平狀態(tài)兩個機(jī)器周期以上。此晶振信號接至內(nèi)部的時鐘電路。雖然對外接電容沒有嚴(yán)格要求，但電容的大小會影響振蕩頻率、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的速度。 鍵盤模塊 鍵盤的作用是對單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)，設(shè)計中要求能使電流進(jìn)行“ +”，“ ”及電流值的設(shè)定，所以采用鍵盤為 4 4 的矩陣鍵盤，用 MM74C922 芯 片進(jìn)行識別按鍵后送 AT89S52 的并行口 P2， ～ 作為鍵盤輸入口。所以采用 MM74C922 芯片來將 4 4 矩陣鍵盤的鍵值轉(zhuǎn)換成 4 位二進(jìn)制碼以簡化程序的編寫。由 CMOS 工藝技術(shù)制造，工作電壓 315V， “二鍵鎖定 ”功能，編碼輸出為三態(tài)輸出，可直接與微處理器數(shù)據(jù)總線相連，內(nèi)部振蕩器能完成 4 4 矩陣鍵盤掃描，亦可用外部振蕩器使鍵盤操作與其 他處理同步，通過外接電容避免開關(guān)發(fā)生前、后沿彈跳所 需 的延時。其引腳圖如圖 9 所示： 圖 9 MM74C922 鍵盤電路 由 X1～ X4， Y1～ Y4 的連接方式，即可確定每一個按鍵的編碼。我們將 A 作為設(shè)置鍵， B 作為恢復(fù)鍵， C 作為加法鍵， D 作為減法鍵， E 作為確認(rèn)鍵， F 作為取消鍵。通過 DA 信號觸發(fā)中 斷，由于有按鍵時， DA 為高電平，而單片機(jī)的中斷信號為低電平，故需在 DA 信號引腳上接上一個非門，再與單片機(jī)的 INT0引腳相連。液晶顯示器通?？煞譃閮纱箢悾皇屈c陣型，二是字符型。為了方便設(shè)計，同時又能滿足設(shè)計的需要及盡可能降低設(shè)計成 本。目前常用 16*1， 16*2， 20*2 和 40*2 行等的模塊。 1602 字符型液晶顯示器實物如圖 11 所示： 圖 11 1602 液晶顯示器 1602 引腳功能說明 編號 符號 引腳說明 編號 符號 引腳說明 1 VSS 電源地 9 D2 數(shù)據(jù) 2 VDD 電源正極 10 D3 數(shù)據(jù) 3 VL 液晶顯示偏壓 11 D4 數(shù)據(jù) 4 RS 數(shù)據(jù) /命令選擇 12 D5 數(shù)據(jù) 5 R/W 讀 /寫選擇 13 D6 數(shù)據(jù) 6 E 使能信號 14 D7 數(shù)據(jù) 7 D0 數(shù)據(jù) 15 BLA 背光源正極 8 D1 數(shù)據(jù) 16 BLK 背光源負(fù)極 液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。 11 圖 12 1602LCD 內(nèi)部顯示地址 LCD 顯示硬件電路 1602LCD的讀寫控制引腳是第 5引腳 R/W。其電路原理圖如圖 13 所示： 123456789J1R E S 10 KR7P O T 2V C CV C ClcdrslcdenD0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7GND1VCC2VL3RS4RW5EN6D07D18D29D310D411D512D613D714BL+15BL16L CD 16 02U 11L C D 16 02 圖 13 LCD 電路 A/D 模塊 由于本次設(shè)計的數(shù)控直流電流源能夠完成設(shè)定輸出值。根據(jù)題目要求輸出 20mA～ 2021mA，以 1mA 為步進(jìn)。同時 D/A 也采用 12 位的轉(zhuǎn)換芯片 AD5320。 MAX1241 是一種單通道 12 位逐次逼近型串行 A/D 轉(zhuǎn)換器，功耗低，轉(zhuǎn)換速度快 。最大非線性誤差小于 1LSB，轉(zhuǎn)換時間 9181。采用三線式串行接口，內(nèi)置快速采樣 /保持電路。 由于 MAX1241內(nèi)部沒有參考電源提供，需外接參考電壓，只需將 Vref 接在 ；特殊情況下，讓 SHDN 懸空，此時，即可在 REF 引腳輸入?yún)⒖茧妷海浞秶鸀?～ 引腳外接電解電容不宜選擇過大，電容越大， MAX1241 由待機(jī)模式到正常工作模式的喚醒時間將越長 。 MAX1241 芯片內(nèi)部具有采樣 /保持電路，無需外部保持電容和采樣 /保持電路 。其中 MAX1241，所用到的 + 基準(zhǔn)電壓，由 LM336 精密的 。片內(nèi)高精度輸出放大器提供滿電源幅度輸出，其基準(zhǔn)來自電源輸入端，可以提供較大的動態(tài)輸出范圍，它利用能與標(biāo)準(zhǔn)的接口標(biāo)準(zhǔn)兼容的 3 線串行接口與微處理器交換數(shù)據(jù)，接口簡單。來自 DIN 線的數(shù)據(jù)在 SCLK 的下降沿隨時鐘送入 16 位移位寄存器，輸入移位寄存器的數(shù)據(jù)位數(shù)為 16 位寬，前兩位是無關(guān)位，接下來 2 為是控制位，決定控制器件處于哪種工作方式，最后 12 位是數(shù)據(jù)位，它們代表著 DA 轉(zhuǎn)換器即將輸出的電壓值。其外圍電路如下圖 17 所示： V o u t1GND2VDD3 D IN 4S C L K 5S Y N C 6U5A D 5 3 2 0V C CDAC d a s y n cd a s c l kd a d in 圖 17 AD5320 外圍電路 存儲模塊 本系統(tǒng)的外擴(kuò)存儲器主要是用來記憶用戶數(shù)據(jù)，因此容量不需要很大，一般的小型存儲器芯片就可以。 首先，我們還是先介紹 2? C 總線。為了提供