單片機(jī)產(chǎn)品設(shè)計

1、本章從如何設(shè)計單片機(jī)產(chǎn)品？怎樣把非電量轉(zhuǎn)換成計算機(jī)能接受的數(shù)字量？怎樣才能提高產(chǎn)品抗干擾等幾個廣大讀者比較關(guān)心的問題著手，著重介紹設(shè)計方法和解決問題的方法。10.1 概述學(xué)習(xí)單片機(jī)最終的目的是開發(fā)出產(chǎn)品或者是維修與單片機(jī)有關(guān)的產(chǎn)品，下面具體討論有關(guān)產(chǎn)品設(shè)計的問題。10.1.1 單片機(jī)產(chǎn)品設(shè)計微型計算機(jī)產(chǎn)品，一般分為兩大類，一類用于科學(xué)計算、數(shù)據(jù)處理、企業(yè)管理；另一類用于過程控制。對于前一類，通常由單片機(jī)、屏幕顯示器、鍵盤、打印機(jī)和產(chǎn)品所配置的產(chǎn)品軟件所組成。后一類，是單片機(jī)用于過程控制。單片機(jī)用于控制產(chǎn)品的特點是：（1）控制產(chǎn)品的精度高。（2）功能強(qiáng)。（3）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。（4）產(chǎn)品的

2、數(shù)據(jù)記錄、處理方便。（5）體積小、重量輕、功耗省、投資少、見效快。因此，以單片機(jī)為核心的控制產(chǎn)品廣泛地應(yīng)用于各個領(lǐng)域，它將加速我國實現(xiàn)四個現(xiàn)代化的進(jìn)程。下面對在設(shè)計單片機(jī)產(chǎn)品時需要考慮的一般問題，作一簡述。單片機(jī)產(chǎn)品設(shè)計與調(diào)試的一般原則單片機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計，由于控制對象的不同，其硬件和軟件結(jié)構(gòu)有很大差異，但產(chǎn)品設(shè)計的基本內(nèi)容和主要步驟是基本相同的。在設(shè)計單片機(jī)控制產(chǎn)品時，一般需要作以下幾個方面的考慮：1、確定產(chǎn)品設(shè)計的任務(wù)在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計之前，首先必須進(jìn)行設(shè)計方案的調(diào)研，包括查找資料、進(jìn)行調(diào)查、分析研究。要充分了解委托研制單位提出的技術(shù)要求、使用的環(huán)境狀況以及技術(shù)水平。明確任務(wù)，確定產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)，

3、包括產(chǎn)品必須具有哪些功能。這是產(chǎn)品設(shè)計的依據(jù)和出發(fā)點， 它將貫穿于產(chǎn)品設(shè)計的全過程，也是整個研制工作成敗、好壞的關(guān)鍵，因此必須認(rèn)真做好這項工作。2、產(chǎn)品方案設(shè)計在產(chǎn)品設(shè)計任務(wù)和技術(shù)指標(biāo)確定以后，即可進(jìn)行產(chǎn)品的總體方案設(shè)計，一般包括：（1）機(jī)型及支持芯片的選擇。機(jī)型選擇應(yīng)適合于產(chǎn)品的要求。設(shè)計人員可大體了解市場所能提供的構(gòu)成單片機(jī)產(chǎn)品的功能部件，根據(jù)要求進(jìn)行選擇。若作為產(chǎn)品生產(chǎn)的產(chǎn)品，則所選的機(jī)種必須要保證有穩(wěn)定、充足的貨源，從可能提供的多種機(jī)型中選擇最易實現(xiàn)技術(shù)指標(biāo)的機(jī)型，如字長、指令產(chǎn)品、執(zhí)行速度、中斷功能等。如果要求研制周期短，則應(yīng)選擇熟悉的機(jī)種，并盡量利用現(xiàn)有的開發(fā)工具。（2）綜合考慮軟

4、、硬件的分工與配合。因為產(chǎn)品中的硬件和軟件具有一定的互換性，就如有些由硬件實現(xiàn)的功能也可以用軟件來完成，反之也一樣。因此，在方案設(shè)計階段要認(rèn)真考慮軟、硬件的分工與配合?？紤]的原則是：軟件能實現(xiàn)的功能盡可能由軟件來實現(xiàn)，以簡化硬件結(jié)構(gòu)，還可降低成本。但必須注意：這樣做勢必增加軟件設(shè)計的工作量。此外，由軟件實現(xiàn)的硬件功能，其響應(yīng)時間要比直接用硬件時間長，而且還占用了CPU的工作時間。因此，在設(shè)計產(chǎn)品時，必須考慮這些因素。3、產(chǎn)品的硬件和軟件設(shè)計當(dāng)軟、硬件的分工確定后，硬件和軟件的設(shè)計工作可能同時進(jìn)行。但由于微機(jī)產(chǎn)品的硬件與軟件設(shè)計關(guān)系密切，在設(shè)計過程中，還需經(jīng)常取得協(xié)調(diào)，才能設(shè)計比較滿意的產(chǎn)品。（

5、1）產(chǎn)品的硬件設(shè)計。一個產(chǎn)品的硬件電路設(shè)計包含兩部分：一是產(chǎn)品擴(kuò)展，即單片機(jī)（或微處理器）內(nèi)部的功能部件、如RAM，ROM，I/O口、定時器/計數(shù)器、中斷產(chǎn)品等不夠滿足產(chǎn)品的要求時，必須在片外進(jìn)行擴(kuò)展，選擇相應(yīng)的芯片，實現(xiàn)產(chǎn)品擴(kuò)展。二是產(chǎn)品配置，即按產(chǎn)品功能要求配置外圍設(shè)備，如鍵盤、顯示器、打印機(jī)、A/D和D/A轉(zhuǎn)換器等，也即要設(shè)計合適的接口電路?？偟膩碚f，硬件設(shè)計工作主要是輸入、輸出接口電路設(shè)計和存儲器的擴(kuò)展。一般的單片機(jī)產(chǎn)品主要有以下幾部分組成，如圖10-1所示。MCS-51系列微機(jī)芯片(CPU、存儲器)A/DD/A傳感器放大器傳感器放大器多路轉(zhuǎn)換器鍵盤執(zhí)行機(jī)構(gòu)打印機(jī)顯示器現(xiàn)場信號圖10-

6、1 MCS-51產(chǎn)品組成傳感器將現(xiàn)場采集的各種物理量（如溫度、濕度、壓力等）變成電量，經(jīng)放大器放大后，送入A/D轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)字量，送MCS-51系列CPU進(jìn)行處理，最后將控制信號經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換送給受控的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。為監(jiān)視現(xiàn)場的控制一般還設(shè)有鍵盤及顯示器，并通過打印機(jī)將控制情況如實記錄下來。在有些情況下可以省掉上述組成的某些部分，這要視具體要求來設(shè)計。單片機(jī)外接電路較多時，必須考慮其驅(qū)動能力。因為，驅(qū)動能力不足會影響產(chǎn)品工作的可靠性。所以當(dāng)我們設(shè)計的產(chǎn)品對I/O端口的負(fù)載過重時，必須考慮增加I/O端口的負(fù)載能力，即加接驅(qū)動器。如Po口需要加接雙向數(shù)據(jù)總線驅(qū)動器械74LS245，P2口

7、接單向驅(qū)動器械74LS244即可。F的退耦電容。電源線和接地線應(yīng)該加粗些，并注意它們的走向（布線），最好沿著數(shù)據(jù)的走向。對某些應(yīng)用場合，輸入輸出端口還要考慮加光電耦合器件，以提高產(chǎn)品的可靠性及抗干擾能力（詳見 10.3節(jié)）產(chǎn)品中選用的器件要盡可能考慮其性能匹配，如選用CMOS芯片的單片機(jī)構(gòu)成產(chǎn)品，則產(chǎn)品中的所有芯片都應(yīng)該選擇低功耗的產(chǎn)品，以構(gòu)成低功耗的產(chǎn)品。又如選用的晶振頻率較高時，則存儲芯片應(yīng)選用存取速度較高的芯片。（2）產(chǎn)品的軟件設(shè)計。產(chǎn)品軟件是根據(jù)產(chǎn)品功能要求設(shè)計的，應(yīng)可靠地實現(xiàn)產(chǎn)品的各種功能。一個產(chǎn)品的工作程序?qū)嶋H上就是該產(chǎn)品的監(jiān)控程序。對用于控制產(chǎn)品的應(yīng)用程序，一般是用匯編語言編寫的

8、，編寫程序時常常與輸入、輸出接口設(shè)計和存儲器的擴(kuò)展交織在一起，因此，軟件設(shè)計是產(chǎn)品研制過程中最重要也是最困難的任務(wù)，因為它直接關(guān)系到實現(xiàn)產(chǎn)品的功能和性能。通常在編制程序前先畫出流程框圖，要求框圖結(jié)構(gòu)清晰、簡捷、合理。使編制的各功能程序?qū)崿F(xiàn)模塊化、子程序化。這不僅便于調(diào)試、鏈接，還便于修改和移植。合理的劃分程序存儲區(qū)和數(shù)據(jù)存儲區(qū)，既能節(jié)省內(nèi)存容量，也使操作方便。指定各模塊占用MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部RAM中的工作寄存器和標(biāo)志位（安排在20H2FH位尋址區(qū)域），讓各功能程序的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行結(jié)果以及運(yùn)行要求都設(shè)置狀態(tài)標(biāo)志以便查詢。使程序的運(yùn)行、控制、轉(zhuǎn)移都可通過標(biāo)志位的狀態(tài)來控制。并還要估算子程序和

9、中斷嵌套的最大級數(shù)，用以估算程序中的棧區(qū)范圍。此外，還應(yīng)把使用頻繁的數(shù)據(jù)緩沖器盡量設(shè)置在內(nèi)部RAM中，以提高產(chǎn)品的工作速度。完成上述工作之后，就可著手編制軟件。軟件的編制可借助于開發(fā)產(chǎn)品、利用交叉匯編屏幕編輯或手工編制。編制好的程序可通過匯編自動生成或手工匯編成目標(biāo)程序，然后以十六進(jìn)制代碼形式送入開發(fā)產(chǎn)品進(jìn)行軟件調(diào)試。4、產(chǎn)品調(diào)試當(dāng)硬件和軟件設(shè)計好后，就可以進(jìn)行調(diào)試了。硬件電路檢查分為兩步：靜態(tài)檢查和動態(tài)檢查。硬件的靜態(tài)檢查主要檢查電路制作的正確性，因此，一般無需借助于開發(fā)器；動態(tài)檢查是在開發(fā)產(chǎn)品上進(jìn)行的。把開發(fā)產(chǎn)品的仿真頭連接到產(chǎn)品中，代替產(chǎn)品的確定系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)、技術(shù)指標(biāo)選擇機(jī)型劃分軟、硬件

10、硬件邏輯框圖設(shè)計軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計選擇元器件完成邏輯設(shè)計確定算法系統(tǒng)設(shè)計完成現(xiàn)場調(diào)試/工業(yè)試驗?zāi)K調(diào)試 排除故障（仿真聯(lián)調(diào)） 程序流程圖及編制程序樣機(jī)組裝靜態(tài)測試匯編及程序模塊調(diào)試達(dá)到技術(shù)指標(biāo)？ N Y圖10-2 系統(tǒng)調(diào)試流程圖單片機(jī)。然后向開發(fā)產(chǎn)品輸入各種診斷程序，檢查產(chǎn)品中的各部分工作是否正常做完上述檢查就可進(jìn)行軟硬件連調(diào)。先將各模塊程序分別調(diào)試完畢，然后再進(jìn)行連接，連成一個完整的產(chǎn)品應(yīng)用軟件，待一切正常后，即可將程序固化到EPROM中，此時即可脫離開發(fā)產(chǎn)品，進(jìn)行脫機(jī)運(yùn)行，并到現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)試，考驗產(chǎn)品在實際應(yīng)用環(huán)境中是否能正常而可靠地工作，同時再檢測其功能是否達(dá)到技術(shù)指標(biāo)，如果某些功能還未達(dá)到要求

11、，則再對產(chǎn)品進(jìn)行修改，直至滿足要求。上述微機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計過程用框圖表示如圖10-2所示。10.2 傳感器接口電路10.2.1 概述在設(shè)計計算機(jī)的產(chǎn)品中，通常遇到大量的非電量信號，如前面所說的溫度、濕度、壓力、流量等等。由于計算機(jī)不能直接對這些非電量信號進(jìn)行控制處理，因此在進(jìn)入計算機(jī)前必須對這些量加以轉(zhuǎn)換，即將非電量信號轉(zhuǎn)換成電量（電流或電壓信號），然后經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器把電流或電壓信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量信號，最后才能由計算機(jī)分析處理。本節(jié)將介紹在計算機(jī)的控制檢測產(chǎn)品中，如何采用傳感器技術(shù)，對一些常用的信號如溫度、溫度、壓力的測量，并介紹一些有關(guān)的接口電路。傳感器是一種能將非電量轉(zhuǎn)換成電量的器件。其

12、種類繁多，分類方法多種多樣，如按照傳感器的使用分類，大致可以分為如下幾種：壓力傳感器：主要用于各種壓力如對靜壓、動壓、絕對壓力、真空壓力、負(fù)壓及壓差的測量等。力傳感器：有靜態(tài)力、動態(tài)力以及力矩傳感器等。溫度傳感器：指各種測量溫度的傳感器，包括按不同溫度范圍劃分的各種測溫元件；熱電阻、熱電耦及各種半導(dǎo)體測溫元件等。振動傳感器：包括測量振幅、速度、加速度等各種振動及沖擊的傳感器。按使用方法分類：對使用者來說便于選取，但只強(qiáng)調(diào)了一個方面，因有些傳感器可以同時用于測量幾種被測量的物理量，如熱電耦不僅能測量溫度，同時也可以測量電流、真空度等。有時可以將傳感器的工作原理加上它的使用范圍作為傳感器的名稱來分

13、類，如“應(yīng)變式測力傳感器”、“壓力式加速度計”、“半導(dǎo)體溫度傳感器”等。10.2.2 傳感器接口電路在傳感器的測量電路中，最簡單的形式為電橋電路，通過對一個相似元件的比較來進(jìn)行測量。電橋具有兩種基本的工作方式：零點檢測；直接讀出電壓或電流差值?；倦姌螂娐啡鐖D10-3所。 只要當(dāng)R1/R4=R2/R3時，電橋就達(dá)到零輸出狀態(tài)。如果R2/R3的比值固定為K，當(dāng)被測物理 圖10-3 電橋電路量的大小能使R1=KR4時，電橋為平衡狀態(tài)，Eout輸出為零。對于大多數(shù)應(yīng)用電橋電路的傳感器，不但要考慮電橋的輸出與被測值之間的線性關(guān)系，電橋的靈敏度，輸出信號的穩(wěn)定等因素。一般情況下，電橋輸出不能直接被計算機(jī)

14、所用，必須經(jīng)過信號的放大、整形及經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后的信號才能進(jìn)入計算機(jī)分析、處理。至于信號進(jìn)入計算機(jī)處理前的有關(guān)抗干擾的處理問題，將在 10-3節(jié)中有專門的討論。1、壓力傳感器帶有應(yīng)變電橋的電壓測量電路,一般采用應(yīng)變片電橋作為壓力傳感器，用放大器作為應(yīng)變片電橋輸出信號調(diào)整電路。AD542J場效應(yīng)管作為輸入級運(yùn)算放大器，接成跟隨器以消除對濾波器的負(fù)載。電橋的輸出由一個AD522型集成差分放大器讀出，當(dāng)壓力傳感器的壓力從零到100磅/平方英寸時，達(dá)到010伏的輸出電壓。AD522還可克服溫度對輸入電壓的漂移，如環(huán)境溫度變化20，則最大漂移將是120微伏，小于滿量程的1%。2、半導(dǎo)體溫度傳感器AD590

15、是美國模擬器件公司推出的一種新型溫度傳感器。該器件采用集成工藝制造的雙端型溫度傳感器。在-55+150范圍內(nèi)能按1A/K的恒定比率輸出一個與溫度成正比的電流，通過對此電流的測量就可得到所需的溫度值。AD590是一個電流源，流過的電流數(shù)值等于絕對溫度（K）的度數(shù)，激勵電壓可以從+4V+30V。如圖10-4所示。圖10-4 溫度傳感器AD590可以簡單地實現(xiàn)遠(yuǎn)距離測溫。使用AD590可以很方便地構(gòu)成計算機(jī)的測溫控制產(chǎn)品，并能在各種不同溫度范圍內(nèi)進(jìn)圖10-5 測溫電路 圖10-6輸入電路行測量。圖10-5是一個實用的測溫電路，測溫范圍在60內(nèi)可以得到較好的精度。電路中通過對R2的調(diào)節(jié)，能對指定測溫范

16、圍的中點溫度進(jìn)行校正。A，C兩點的輸出電壓為毫伏級，當(dāng)AD590置于10為分度的標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)視環(huán)境溫度，接通電源數(shù)分鐘之后，調(diào)節(jié)R2，使A、C兩點的電壓為（273.2+t）mV，再調(diào)節(jié)R7，使VBC=+273.2mV，此電壓起到了絕對溫度（K）和攝氏溫度（）的轉(zhuǎn)換之用。AD590可按圖10-6用100米或更長的雙股線連入電路。A，B兩點的輸出電壓（mV）可以直接讀成以為單位的溫度值。在計算機(jī)的控制產(chǎn)品中可以直接利用A，B兩點的電壓值送A/D轉(zhuǎn)換器。利用兩個AD590器件可以容易地實現(xiàn)兩點溫差測量的差值，如圖10-6所示。其原理為t1，t2兩個反向電流源的疊加，得到兩點溫度的差值。用AD590測量溫度

17、的方法很多，這里不一贅述。3、力傳感器接口電路某些測力傳感器利用一段彈簧作為敏感元件。圖10-7所示為力傳感器接口電路。電路中的力傳感器為一個彈簧連到可變電阻上，其阻值的大小與施加在彈簧上的力成正比，當(dāng)力從0增加到20磅，電阻從100變到500。圖10-7力傳感器接口電路可變電阻接到運(yùn)算放大器（A2）的反饋回路中，而通以5mA的恒定電流。02伏的輸出范圍提供每伏10磅的數(shù)值。從AD580型集成參考電源輸出的2.5V參考源取得參考電壓信號，經(jīng)AD741J運(yùn)算放大器反相，輸出放大器再反相一次，即得到正的輸出，接入晶體管2N2219，則可由輸出放大器驅(qū)動負(fù)載。輸出Eout為02V，此輸出信號送至A/

18、D轉(zhuǎn)換器可得到對應(yīng)的數(shù)字信號。對此電路的校正：先將輸入變化到20磅，調(diào)至2V的輸出幅度，然后將力減至0磅調(diào)節(jié)偏置到0V，這樣便完成了傳感器接口電路的設(shè)計。10.3 單片機(jī)產(chǎn)品的抗干擾技術(shù)10.3.1 干擾源及其傳播途徑為了保證單片機(jī)產(chǎn)品能夠長期穩(wěn)定、可靠地工作，在產(chǎn)品設(shè)計時必須對抗干擾能力給予足夠的重視。隨著各種電氣設(shè)備的大量增加，致使各設(shè)備之間產(chǎn)生干擾的機(jī)會增多，特別是單片機(jī)產(chǎn)品。由于產(chǎn)品本身比較復(fù)雜，再加上工作環(huán)境比較惡劣（如溫度和濕度高，有振動和沖擊，空氣中灰塵多，并含有腐蝕性氣體以及電磁場的干擾等），同時還要受到使用條件（包括電源質(zhì)量、運(yùn)行條件、維護(hù)條件等）的影響，因而可以毫不夸張地說

19、，當(dāng)代世界的干擾如同環(huán)境污染一樣，正危機(jī)著現(xiàn)代工業(yè)的各個方面?？垢蓴_方面的課題不但有許多實際問題要解決，而且有不少理論問題要探討。1、干擾源所謂干擾，就是有信號以外的噪聲或造成惡劣影響的變化部分的總稱。干擾產(chǎn)生于干擾源，主要可分為外部干擾源和內(nèi)部干擾源兩種。外部干擾是指那些與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)無關(guān)，而是由使用條件和外界環(huán)境因素決定的。主要有：太陽及其他天體輻射出的電磁波；廣播電臺或通信發(fā)射臺發(fā)出的電磁波；周圍的電器裝置（包括交換工具、工廠和家用電器等）發(fā)出的電或磁的工頻干擾也可視作外部干擾。而內(nèi)部干擾則是由產(chǎn)品結(jié)構(gòu)布局、生產(chǎn)工藝等所決定的。主要有：交流聲；不同信號的感應(yīng)，如雜散電容、長線傳輸造成的波的反

20、射、多點接地造成的電位差引起的干擾、寄生振蕩引起的干擾、熱騷動噪聲干擾、顫噪聲、散粒噪聲、閃變噪聲、尖峰或振鈴噪聲引起的干擾均屬于內(nèi)部干擾。2、干擾的耦合及其傳播圖10-8表示了噪聲侵入單片機(jī)產(chǎn)品的基本途徑，由圖可見，最容易受到干擾的部位是電源、接地產(chǎn)品、輸入和輸出通道。歸納起來，噪聲的耦合和傳播途徑主要有以下幾種：采樣 裝置輸出設(shè)備單片機(jī)（微處理器） 感應(yīng)發(fā)射電磁場 電源 輸入 輸出 傳導(dǎo) 感應(yīng) 接地噪聲 接地噪聲 大地圖10-8 噪聲的入侵途徑（1）靜電耦合方式。干擾信號通過分布電容的耦合、傳播到電子裝置。（2）互感耦合方式。它是由電磁器件的漏磁通以及印刷線間和電纜間的互感作用而產(chǎn)生的噪聲

21、。（3）公共阻抗耦合方式。在共用電源和公共接地時，由于電源內(nèi)部及各接地點之間存在著阻抗，結(jié)果會造成電源及接地電位的偏移，它進(jìn)而又影響了邏輯元件的開、關(guān)門電平，使線路工作不可靠。（4）電磁場輻射耦合方式。無線電收發(fā)機(jī)、廣播以及一般通信電波、雷達(dá)等，通過空間耦合造成干擾。（5）傳導(dǎo)。噪聲通過電源或輸入、輸出、信號處理線路進(jìn)行傳播，是一種有線的傳播方式。（6）漏電流。印刷線路板表面、端子板表面、繼電器端子間、電容器產(chǎn)生的漏電流以及二極管反向電流等，它們會產(chǎn)生干擾信號。干擾波的無距離傳播主要是電磁場傳播和長線傳播兩個途徑?？偨Y(jié)起來，上面幾種干擾 圖10-9 隔離變壓器途徑中，電源和接地部分是最值得注意

22、的，而空間干擾相對于其它來看，對單片機(jī)產(chǎn)品的影響不是主要的。10.3.2 電源產(chǎn)品的抗干擾措施現(xiàn)在的計算機(jī)大都使用市電（220V、50Hz）。電網(wǎng)的沖擊、頻率的波動將直接影響到實時控制產(chǎn)品的可靠性、穩(wěn)定性。因此在計算機(jī)和市電之間必須配備穩(wěn)壓電源以及采取其他一些抗干擾措施。1、供電產(chǎn)品一般保護(hù)措施、輸入電源與強(qiáng)電設(shè)備動力線分開單片機(jī)產(chǎn)品所使用的交流電源，要同接有強(qiáng)電設(shè)備的動力線分開，最好從變電所單獨(dú)拉一組專用供電線，或者使用一般照明電，這樣可以減輕干擾影響。、隔離變壓器隔離變壓器的初級和次級之間均用隔離屏蔽層，用漆包線或銅等非導(dǎo)磁材料繞一層（但電氣 上不能短路），而后引一個頭接地。初次級間的靜電

23、屏蔽各與初級間的零電位線相接，再用電容耦合入地。如圖10-9所示。、低通濾波器由諧波頻譜分析可知，對于毫秒、微秒級的干擾源，其大部分為高次諧波，基波成分甚少。因此可用低通濾波器讓50Hz的基波通過，而濾除高次諧波。使用濾波器要注意的是：濾波器本身要屏蔽，并保證屏蔽盒和機(jī)殼有良好的電氣接觸；全部導(dǎo)線要靠近地面布線，盡量減少耦合；濾波器的輸入輸出端引線必須相互隔離。、交流穩(wěn)壓器對于功率不大的小型或單片機(jī)產(chǎn)品，為了抑制電網(wǎng)電壓起伏的影響而設(shè)置交流穩(wěn)壓器，這在目前的具體情況下是很重要的。選擇設(shè)備時功率容量要有一定裕度。一方面保證其穩(wěn)壓特性。另一方面有助于維護(hù)它的可靠性。、采用獨(dú)立功能塊單獨(dú)供電最近十幾

24、年出現(xiàn)的單片機(jī)產(chǎn)品，廣泛采用獨(dú)立功能塊供電。在S-100總線（BUS）產(chǎn)品中，如CPU板，內(nèi)存板，4FDC（或者16FDC）板，TU-ATR板，A/D和D/A轉(zhuǎn)換板，PRI板等都采用每塊單獨(dú)設(shè)置穩(wěn)壓電源。它們是在每塊插件板上用三端穩(wěn)壓集成塊，如7805，7905，7812，7815，7824，7820等組成穩(wěn)壓電源。這種分布式獨(dú)立供電方式比起來單一集中穩(wěn)壓方式有以下幾個優(yōu)點：1）每個插件板單獨(dú)對穩(wěn)壓過載進(jìn)行保護(hù)，這樣不會穩(wěn)壓器故障使整個產(chǎn)品遭到破壞。2）對于穩(wěn)壓器產(chǎn)生的熱量有很大的散熱空間。3）總線上的壓降不會影響到插件本身的電壓。 圖10-10 7705引腳圖、采用專用電源電壓監(jiān)測集成電路美

25、國德州儀器公司最新推出的ICTL7705及TL7700芯片是專門用以排除電源干擾的芯片，它們不僅具有電源接通時的復(fù)位功能。并且在電源電壓升到正常電壓時解除該復(fù)位信號的功能，此外還能檢測出電源瞬時短路和瞬時降壓，同時能產(chǎn)生復(fù)位信號，如7705CP能正確監(jiān)測出降低的電壓，片內(nèi)還含有溫度補(bǔ)償?shù)幕鶞?zhǔn)電壓和正負(fù)兩種邏輯條引腳步，雙列直插式的集成電路芯片，器件的引腳功能如圖10-10所示。 Vref基準(zhǔn)電壓輸出端，輸出電壓為2.5V。為了 防止電源線所引起的沖擊雜音及振蕩，需要一只0.1UF以上的旁路電容Ct，其輸出電流必須小于30mA。如果要使用的電流30mA，則該引腳的輸出必須要加緩沖放大器。：復(fù)位輸

26、入端，低電平有效，它用以強(qiáng)制復(fù)位輸出端有效.Ct定時電容的連接端。連接定時電容器有以確定復(fù)位輸出脈沖寬度，脈寬可調(diào)范圍從100s-10sGND ： 接地端圖10-11 7705用作電壓監(jiān)視及復(fù)位電路Vcc加電過程瞬間壓降 瞬間脈沖干擾 Vst RESET 0 ttop ts top ts top圖 10-12 電源電壓變化與輸出狀態(tài)的變化圖：復(fù)位輸出端，低電平有效，其輸出是集電極開路方式，故必須外接上拉電阻.RESET ：復(fù)位輸出端，高電平有效。其輸出是集電極開路的，故必須外接下拉電阻.SENSE：被測電壓的輸入電壓的輸入端，檢測4.5V以上的電平.圖10-11該芯片用于8031產(chǎn)品中對+5V

27、源監(jiān)視與復(fù)位的電路，圖10-12為電源電壓的變化及輸出狀態(tài)的變化波形，由圖可見，在電源接通，電壓開始上升，瞬間電壓降和瞬間干擾脈沖時，電源監(jiān)測器都能正確而及時輸出復(fù)位脈沖信號，圖示中Vs為被監(jiān)測電平，對+5V來，一般Vs大于4.5V。top為復(fù)位脈沖的寬度，其可由Ct來設(shè)定，ts為反應(yīng)時間，對該芯片而言約為500ns左右,同時可外加RC延時網(wǎng)絡(luò)來加長ts時間，用以降低噪聲影響和器件的靈敏度，上電時RESET有效，直到Vcc達(dá)到Vs以后，再經(jīng)過top時間RESET無效，當(dāng)Vcc下降或有干擾時，只要Vcc小于Vs，經(jīng)過時間ts后RESET有效，當(dāng)Vcc恢復(fù)到Vs以上或干擾脈沖過后，再經(jīng)過top時間

28、RESET變?yōu)闊o效。.當(dāng)用7705控制8031復(fù)位端時，如圖10-11所示，還需軟件配合，才能使用，因為8031復(fù)位端有效時，8031被初始化復(fù)位，使程序計數(shù)器PC和其余的特殊功能寄存器置零，使P0P3口都置成FFH等，使程序從0000H開始執(zhí)行，若8031正在執(zhí)行某一程序(例如采樣程序或控制程序)當(dāng)中，產(chǎn)品受到干擾，器件在微秒級內(nèi)便有反應(yīng)，使整個產(chǎn)品復(fù)位，包括接口部分。待干擾脈沖過后程序設(shè)計數(shù)器從0000H開始執(zhí)行，而并不是從原來干擾時，程序斷點處執(zhí)行，這就破壞了整個產(chǎn)品的工作。所以在程序的初始化部分要加上軟件開關(guān)或相應(yīng)的狀態(tài)標(biāo)志，即在程序執(zhí)行之前，首先要打開與自身有關(guān)的軟件開關(guān)或置相應(yīng)的狀

29、態(tài)標(biāo)志，同時關(guān)掉與自身無關(guān)的軟件開關(guān)或狀態(tài)標(biāo)志，然后再執(zhí)行程序。這樣做以后，當(dāng)產(chǎn)品受到干擾而進(jìn)入初始化程序時，首先判斷各個軟件開關(guān)和狀態(tài)標(biāo)志，繼而程序自動轉(zhuǎn)向被中斷的原程序斷點繼續(xù)執(zhí)行。以上所列出的六項措施，經(jīng)過實踐證明是行之有效的，但對每個具體產(chǎn)品而言，還要根據(jù)實際情況來確定采取哪幾項措施。10.3.3 地線產(chǎn)品在實際控制產(chǎn)品中，接地是抑制干擾的主要方法。在設(shè)計中如能把接地和屏蔽正確地結(jié)合起來使用，是可以解決大部分干擾問題的。因此，產(chǎn)品設(shè)計時，對接地方法須加以充分而全面的考慮。計算機(jī)控制產(chǎn)品中，大致有以下幾種地線：（1）數(shù)字地（又叫邏輯地）。這種地作為邏輯開關(guān)網(wǎng)絡(luò)的零電位。（2）模擬地。這種

30、地作為A/D轉(zhuǎn)換前置放大器或比較器的零電位。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換器在錄取050mV這類小信呈時，模擬地必須認(rèn)真地對待，否則，將會給產(chǎn)品帶來不可估量的誤差。（3）功率地。這種地為大電流網(wǎng)絡(luò)部件的零電位。（4）信號地。通常為傳感器的地。（5）屏蔽地（也叫機(jī)殼地）。為防止靜電感應(yīng)和磁場感應(yīng)而設(shè)。上述這些地線如何處理，是單片機(jī)控制產(chǎn)品中設(shè)計、安裝、調(diào)試的一個大問題，本節(jié)就這些問題作些分析。1、一點接地和多點接地的應(yīng)用原則、根據(jù)常識，高頻電路應(yīng)就近多點接地，低頻電路應(yīng)一點接地。由于高頻時，地線上具有電感，因而增加了地線阻抗。同時各地線之間又產(chǎn)生電感耦合，特別是當(dāng)?shù)鼐€長度為1/4波長的奇數(shù)倍時，地線阻抗就會變得很

31、高。這時地線變成了天線，可以向外輻射噪聲信號。因此，若采用一點接地，則其地線長度不得超過1/20波長，否則，應(yīng)采用多點接地。、交流地與信號地不能共用。因為在一段電源地線的兩點間會有數(shù)毫伏，甚至幾伏電壓。對低電平的信號電路來說，這是一個非常嚴(yán)重的干擾。、信號地SG和機(jī)殼地FG的連接必須避免形成閉環(huán)回路。如圖10-13所示，由于A、B兩個裝置各將SG和FG接上，因而就形成虛線所示的閉環(huán)回路。如果在這個閉環(huán)回路中有鏈接磁通，則閉環(huán)回路中就會感應(yīng)出電壓，在SGA和SGB之間便存在電位差，形成干擾信號。解決方法有：將SG和FG斷開，即把裝置的公共接地點懸空。可采用光耦合元件或變壓器隔離。但SG與FG仍連

32、接，這樣可使動作穩(wěn)定?？稍贔G和SG間短路，使動作穩(wěn)定。對低頻而言，又不會形成閉環(huán)回路。但以上各種方法的效果隨裝置而言，須根據(jù)具體情況決定采用何種措施效果較好。A BFGA SGA I0 SGB FGB FA FB圖10-13 形成閉環(huán)回路的SG（信號地）和FG（機(jī)殼地）的接線方法2、印刷線路板的地線布置印刷線路板的地線主要指TTL，CMOS印刷板的接地。印刷板中的地線應(yīng)成網(wǎng)狀，而且其它布線不要形成環(huán)路，特別是環(huán)繞外周的環(huán)路，在噪聲干擾上這是很值得注意的問題。印刷電路板上的接地線，根據(jù)電流通路最好逐漸加寬，并且不要小于3mm。圖10-14為導(dǎo)線寬和允許電流之間的關(guān)系。當(dāng)安裝大規(guī)模集成電路芯片時

33、，要讓芯片跨越平行的地線和電源線，這樣可以減少干擾。圖10-14 導(dǎo)線寬和允許電流之間的關(guān)系圖 10.3.4 A/D和D/A轉(zhuǎn)換器的抗干擾措施圖10-15為單片機(jī)實時控制產(chǎn)品的示意圖。由圖可見，在控制產(chǎn)品中，連接傳感器與單片機(jī)之間的A/D轉(zhuǎn)換電路和連接單片機(jī)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的D/A轉(zhuǎn)換電路是必不可少的。傳感器電平轉(zhuǎn)換A / D單片機(jī)D/A執(zhí)行結(jié)構(gòu)電平轉(zhuǎn)換 被測 對象圖10-15 單片機(jī)控制產(chǎn)品示意圖A/D和D/A轉(zhuǎn)換器是一種精密的測量裝置，因而在現(xiàn)場使用時，其首要問題就是排除干擾。下面就常態(tài)干擾和共態(tài)干擾討論其對策。1、抗常態(tài)干擾的方法、在常態(tài)干擾嚴(yán)重的場合，可以用積分式或雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器。

34、這樣轉(zhuǎn)換的是平均值。瞬間干擾和高頻噪聲對轉(zhuǎn)換結(jié)果影響較小。因為用同一積分電路進(jìn)行正反兩次積分，使積分電路的非線性誤差得到了補(bǔ)償，所以轉(zhuǎn)換精度較高，動態(tài)性能好，但轉(zhuǎn)換速度較慢。、低通濾波，對于低頻干擾，可以采用同步采樣的方法加以排除。這就要先檢測出干擾的頻率，然后選取與此成整數(shù)倍的采樣頻率，并使兩者同步。、傳感器和A/D轉(zhuǎn)換器相距較遠(yuǎn)時，容易引起干擾。解決的辦法可以用電流傳輸代替電壓傳輸。傳感器直接輸出420mA電流，在長線上傳輸。接收端并250左右的電阻，將此電流轉(zhuǎn)換成15V電壓，然后送A/D轉(zhuǎn)換器，屏蔽線必須在接收端一點入地。2、抗共態(tài)干擾的方法利用屏蔽法來改善高頻共模抑制。在高頻時，由于兩

35、條輸入線RC時間常數(shù)的不平衡（串聯(lián)導(dǎo)線電阻分布電容以及放大器內(nèi)部的不平衡）會導(dǎo)致共模抑制的下降，當(dāng)加入屏蔽防護(hù)后，此誤差可以降低，同時屏蔽本身也減少了其他信號對電路的干擾耦合。注意：屏蔽網(wǎng)是接在共模電壓上，而不能接在地或與其他屏蔽網(wǎng)相連。3、軟件方法提高A/D轉(zhuǎn)換器抗干擾能力被控現(xiàn)場的工頻（50Hz）干擾一般都較大，因此，在A/D轉(zhuǎn)換器的輸入電壓上常會迭加一些工頻成分，如圖10-16所示。顯然，工頻會直接給A/D轉(zhuǎn)換器帶來干擾，并影響A/D轉(zhuǎn)換精度。由圖可知，t1時刻的采樣值V1為：V1=Vo+e E V1 e V0 e V1 T/2 t1 t1+T/2 t圖10-16 工頻成分圖其中e是迭加

36、在Vo上的工頻干擾信號的瞬時值。T+T/2時刻（T為工頻周期）的采樣值V1為：V1=Vo-e顯而易見V1和V1的算術(shù)平均值為Vo。因此對帶有工頻干擾的監(jiān)測電壓取樣進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時，可用軟件方法濾除這種迭加在模擬信號上的工頻干擾。具體做法是：在硬件上使實時時鐘頻率與工頻頻率保持倍頻且又同步的關(guān)系；在軟件上，響應(yīng)A/D轉(zhuǎn)換的請求時，連采樣兩次進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，兩次取樣的時間間隔應(yīng)是T/2。考慮到工頻的周期會有所波動，因此，連續(xù)兩次取樣進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換的操作都應(yīng)與實時時鐘中斷處理同步，這樣就可以有效地濾除工頻干擾，保證A/D轉(zhuǎn)換的精度。對非工頻的其它干擾，上述方法從原則上講也可以采用。10.3.5 長線

37、傳輸干擾的排除計算機(jī)實時控制產(chǎn)品是一個從傳感器到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的龐大自動控制產(chǎn)品。處于中央控制室的計算機(jī)不但要接收從傳感器等檢測儀表發(fā)來的信息，而且要將控制指令送往執(zhí)行機(jī)構(gòu)。由現(xiàn)場到主機(jī)的連接線往往長達(dá)幾十米，甚至數(shù)百米。信息在長線上傳輸將會遇到延時、畸變、衰減和干擾等，因此在長線傳輸過程中，必須采取一系列有效措施，下面重點討論。1、雙絞線的使用屏蔽導(dǎo)線對靜電感應(yīng)的作用比較大，但對電磁感應(yīng)卻不太起作用。電磁感應(yīng)噪聲是磁通在一來一往的導(dǎo)線構(gòu)成的閉環(huán)路中鏈接產(chǎn)生的。因此，為了消除這種噪聲，往復(fù)導(dǎo)線要使用雙絞線，雙絞線中感應(yīng)電流的方向前后相反，故從整體來看，感應(yīng)相互抵消了。如圖10-17所示。 感應(yīng)側(cè) 被

38、感應(yīng)側(cè)圖10-17 利用雙絞線消除電磁感應(yīng)噪聲2、長線傳輸過程中的竄擾很多計算機(jī)采用美觀的“經(jīng)緯”走線、橫線和直線規(guī)則地排列，因而相鄰線平等度極高，由于平行線之間存在著互感和分布電容，因此進(jìn)行信息傳送時會產(chǎn)生竄擾，影響產(chǎn)品的工作可靠性。如功率線、載流線與小信號線一起并行走線；電位線與脈沖線一起平行走線；電力線與信號線平行走線都會引起竄擾。消除這些竄擾的方法如下：、分開走線。長線傳送時，功率線、載流線和信號線分開；電位線和脈沖線分開；電力電纜必須單獨(dú)走線，而且最好用屏蔽線。、交叉走線、邏輯設(shè)計時要考慮消除竄擾問題當(dāng)CPU向外送數(shù)時，如16位送全“1”，數(shù)字電平信號發(fā)生負(fù)跳變將在發(fā)送控制線上產(chǎn)生竄

39、擾，影響產(chǎn)品正常工作；同樣當(dāng)16位數(shù)據(jù)線中有15位為“1”，一位為“0”時，則15位“1”信號將對1位“0”信號發(fā)生竄擾。這時可用“避”和“清”兩種方法加以解決。所謂“避”就是在時間上避開竄擾脈沖；所謂“清”就是送數(shù)前先清“0”，將干擾脈沖引起的誤動作先清除，然后再送命令。10.2.3 幾種元器件的抗干擾措施1、門電路、觸發(fā)器、單穩(wěn)電路的抗干擾措施、對信號整形為了保持門電路輸入信號和觸發(fā)器時鐘脈沖的正確波形，如規(guī)定的上升時間ta和下降時間tf，以及確保一定的脈沖寬度，如果前一級有RC型積分電路時，后面要用斯密特型電路整形。、組件不用的輸入端處理一般有如圖10-18所示的幾種方法。圖中（a）所示

40、的方法最簡單，但增加了前級門的負(fù)擔(dān)。（b）把不用的輸入端通過一個電阻接+5V。這種方法適用于慢速、多干擾的場合。（c）利用印刷電路板上多余的反相器，讓其輸入接地，使其輸入接地，使其輸出去控制工作門不用的輸入端。圖10-18 輸入端處理方法圖、觸發(fā)器的抗干擾措施為防止R-S觸發(fā)器發(fā)和誤動作，往往把幾個信號“與”起來作為它的輸入信號。同時觸發(fā)器輸出端引出板外時，必須通過緩沖器隔離，而且以“非”信號傳輸抗干擾能力較強(qiáng)。、單穩(wěn)電路的抗干擾措施單穩(wěn)電路的外接RC端的抗噪聲能力比輸入端低得多，因此要盡量縮短這里的連線，減小閉環(huán)流，以防止由于感應(yīng)產(chǎn)生的誤觸發(fā)。當(dāng)接入可變電阻時，應(yīng)當(dāng)將電阻接在單穩(wěn)電路側(cè)。2、

41、光電耦合器件光電耦合器件的應(yīng)用非常廣泛，概括起來可以分為兩大類：一類是輸入輸出的隔離，避免形成地環(huán)路，這樣可以任意選擇接地點；其二是可以消除和抑制噪聲。下面就這兩方面來討論。、輸入輸出隔離當(dāng)光電耦合用回路的隔離方法時，線路非常簡單，不必?fù)?dān)心輸入、輸出的接地問題。1）脈沖電路方面的應(yīng)用。門電路將不同電位的信號，加到光電耦合器上，構(gòu)成簡單的邏輯電路。能很方便地用于各種邏輯電路互連的輸入端，并且只把信號送到輸出端，而輸入端的噪聲不傳給輸出端。2）斬波器。在測量微弱的電流時，往往用斬波放大器。如果使用機(jī)械換流器或場效應(yīng)線路時，壽命短、響應(yīng)速度慢，而且出現(xiàn)尖峰干擾，影響電路工作。若使用光電耦合器就沒有這

42、樣的問題。因為光電耦合器的輸入輸出之間是隔離的，尖峰噪聲可以去掉。、消除由負(fù)載引起的噪聲用邏輯電路的信號來驅(qū)動可控硅，如圖10-19所示負(fù)載為電感性的開關(guān)電路，用了光電耦合器，負(fù)載所產(chǎn)生的尖峰噪聲，不會反饋到邏輯電路。感性 Vcc+10V4N25IN圖10-19 可控硅感性負(fù)載開關(guān)電路3、機(jī)械觸點及交、直流電路的噪聲抑制 47270 1047F (a)R=47270F R C Vcc R C (b)圖10-20 機(jī)械觸點的抗干擾措施、機(jī)械觸點的抗干擾措施開關(guān)、按鈕、繼電器觸點等在操作時，經(jīng)常要發(fā)生抖動，如不采取措施，則會造成誤動作。這類器件可采用圖10-20所示的辦法，以獲得沒有振蕩的邏輯信號

43、。、防止電感性負(fù)載閉合、斷開噪聲的措施接觸器、繼電器的線圈斷電時，會產(chǎn)生很高的反電勢，這不僅要損壞元件，而且成為感應(yīng)噪聲，可以通過電源直接侵入到單片機(jī)裝置中，也可以配線間因靜電感應(yīng)而耦合。因此，在輸入/輸出通道中使用這類器件時，必須在線圈兩端并接噪聲抑制器。交、直流電路的噪聲抑制器接法可參見圖10-21。圖10-21 交、直流電路的噪聲抑制器10.4 8位A/D，D/A轉(zhuǎn)換產(chǎn)品的設(shè)計實例在單片機(jī)的智能儀器儀表、數(shù)據(jù)采集以及實時控制產(chǎn)品中，被控對象往往是一些連續(xù)變化的模擬量，例如溫度、壓力、形變、位移、流量等。這些非電的模擬量必須通過傳感器轉(zhuǎn)換成電模擬量，再轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，才能輸入到計算機(jī)加工處

44、理。有時還要求將處理結(jié)果轉(zhuǎn)換成模擬量以實現(xiàn)對被控對象的控制，并要求通過鍵盤置數(shù)、顯示、打印等。本產(chǎn)品設(shè)計能完成上述各方面要求。通過修改和增加軟件還可擴(kuò)展功能。故可稱本產(chǎn)品是一個通用的，且可進(jìn)一步開發(fā)應(yīng)用的8位A/D，D/A轉(zhuǎn)換產(chǎn)品。1、產(chǎn)品的硬件設(shè)計、產(chǎn)品的組成8位A/D，D/A轉(zhuǎn)換產(chǎn)品選用廉價的8031單片機(jī)為主機(jī)，由于其片內(nèi)無程序存儲器，故以其為核心，外擴(kuò)4K（8K）字節(jié)EPROM 2732（2764）作為程序存儲器，2K字節(jié)RAM 6116作為數(shù)據(jù)存儲器，74LS373作為地址鎖存器，8位輸入A/D轉(zhuǎn)換器（0809），一路D/A轉(zhuǎn)換輸出（0832）和I/O接口芯片8155可編程并行I/O

45、擴(kuò)展接口、8255可編程的平行口。并由8155，8255支持下的8位LED數(shù)字顯示器、28鍵盤輸入和PP40打印機(jī)，以實現(xiàn)人機(jī)通信。產(chǎn)品總體結(jié)構(gòu)框圖見圖10-22。圖10-22 系統(tǒng)總體框圖、產(chǎn)品工作原理主機(jī)8031借助于程序可啟動A/D轉(zhuǎn)換器（0809）中任一路通道進(jìn)行轉(zhuǎn)換工作，現(xiàn)設(shè)7通道被啟動工作，開始將采樣輸入的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，轉(zhuǎn)換完成后，向8031請求中斷。本產(chǎn)品軟件設(shè)計為每當(dāng)8031響應(yīng)轉(zhuǎn)換中斷到255次時，將最后一次轉(zhuǎn)換所得的數(shù)據(jù)存入RAM（6116）。同時將此數(shù)據(jù)送顯示緩沖區(qū)，經(jīng)LED顯示，并送D/A轉(zhuǎn)換器（0832）輸出。還可根據(jù)需要按打印鍵，將內(nèi)存單元中內(nèi)容成批打印出來。

46、、產(chǎn)品硬件設(shè)計：1）顯示電路。由8155中的PA口、PB口、8只LED顯示器和3片段07組成顯示電路。LED選用共陰極的七段顯示器，并采用動態(tài)顯示原理，即由低位到高位，一位一位顯示，對于每一位顯示器來說，每隔一段時間點亮一次。因此，控制顯示器公共陰極電位的I/O口只需一個，現(xiàn)選用PB口（稱為掃描口）、即用PB口輸出位選碼。位選碼中為0的位是被選中的顯示位。8位二進(jìn)制代碼中，每次只有一位為0的被選位。此外，控制各位顯示器所顯示的字形也需一個I/O口，現(xiàn)選用PA口。PA口的輸出與LED相連，完成“段選”功能。來自PA口的各位和LED各段的對應(yīng)關(guān)系如下： PA7 PA6 PA5 PA4 PA3 PA

47、2 PA1 PA0 段選數(shù)據(jù)口 a b c d e f g h稱PA口為段選數(shù)據(jù)口。如果PAi=1，則位選碼中為0的位，相應(yīng)段的發(fā)光管發(fā)光，反之PAi=0，則相應(yīng)段不發(fā)光。這樣，PA口中的段選碼和PB口中的位選碼相配合就可顯示相應(yīng)位的數(shù)碼了。其邏輯電路如圖10-23。圖10-23 顯示電路2）鍵盤電路。由8155PA口、PC口和28矩陣結(jié)構(gòu)形式的16只鍵組成，其中10只數(shù)碼鍵、6只功能鍵。產(chǎn)品中暫用2只功能鍵：A/D轉(zhuǎn)換鍵和打印鍵。鍵盤排列見圖6-33所示。在鍵盤掃描電路中，8155的PA口用作控制鍵掃描的列線，是輸出口，也稱鍵掃描口，同時也是8位顯示器的段選數(shù)據(jù)口。PC口用作輸入口，其中PC

48、01接鍵盤的行線，稱鍵輸入口。閉合鍵的鍵值確定：根據(jù)該鍵所在的行、列值決定。例如：閉合鍵4，鍵4所在的行為第0行，其行首鍵號為0，第4列，閉合鍵值由下式可計算得到：鍵值=行首鍵號+列號=0+4=43）A/D轉(zhuǎn)換器的選擇。當(dāng)前A/D轉(zhuǎn)換電路的型號很多。但是，它們在精度、速度和價格上的差別也很大。產(chǎn)品中選用0809A/D轉(zhuǎn)換器，在精度、速度和價格等方面都屬中等，這對一般實時控制、數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品來講是合適的。ADC0809有8個通道的模擬量輸入，在程序控制下，可令任意通道進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換并可得到相應(yīng)的8位二進(jìn)制數(shù)字量。由于0809要求轉(zhuǎn)換時的時鐘信號頻率不能高于640kHz（當(dāng)頻率為640kHz時，轉(zhuǎn)換

49、速度約為100s），本產(chǎn)品采用250kHz。其中與8031連接圖見圖10-24。圖10-24 0809和8031的連接圖4）D/A轉(zhuǎn)換器選擇。選用8位D/A轉(zhuǎn)換器0832，其結(jié)構(gòu)框圖見第八章。0832由8位數(shù)據(jù)輸入寄存器、8位DAC寄存器和8位D/A轉(zhuǎn)換器三部分組成。它是電流輸出型的，即將輸入的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬電流量輸出。Iout1與Iout2的和是常數(shù)，它們的值隨DAC寄存器的內(nèi)容成線性變化。但是，在單片機(jī)的產(chǎn)品中，往往需要電壓信號輸出，為此，將電流輸出再通過運(yùn)算放大器A741，即可得到轉(zhuǎn)換電壓輸出了。見圖10-25。5）打印機(jī)的選擇。單片機(jī)產(chǎn)品中，經(jīng)常選用微型打印機(jī)，如PP40、GP16等

50、。本產(chǎn)品選用PP40微型彩色繪圖器，因其接口簡單、功能強(qiáng)，能打印ASCII碼字符和描繪各種彩色圖案。8031通過8255的PA口輸出要打印的數(shù)據(jù)到PP40打印機(jī)的數(shù)據(jù)輸入端，當(dāng)8031向PP40輸出選通信號STR0BE時，數(shù)據(jù)就打入到PP40，并啟動PP40打印機(jī)的機(jī)械裝置，進(jìn)行打印或繪圖。當(dāng)PP40正在打?。ɑ蛎枥L）時，其狀態(tài)輸出線BUSY呈高電平，空閑時輸出低電平。故BUSY可作為中斷請求線或供CPU查詢用。PP40打印機(jī)和8255連接如圖10-26所示。PP40打印機(jī)的詳細(xì)介紹請參閱有關(guān)說明書。圖10-25 0832和8031的連接圖 圖10-26 8255和打印機(jī)連接圖8位A/D，D/

51、A轉(zhuǎn)換產(chǎn)品總體邏輯圖見圖10-27（見書末）。2、產(chǎn)品軟件設(shè)計產(chǎn)品軟件設(shè)計采用模塊化結(jié)構(gòu)。整個程序由主程序、顯示、鍵盤掃描、A/D、D/A轉(zhuǎn)換以及連接打印機(jī)打印等子程序模塊組成。8031單片機(jī)產(chǎn)品中，片內(nèi)、外RAM，ROM以及I/O口存儲空間的地址編制是統(tǒng)一的，現(xiàn)地址分配如下：堆棧棧頂?shù)刂吩O(shè)置在片內(nèi)RAM數(shù)據(jù)緩沖區(qū)60H。顯示緩沖區(qū)設(shè)在片內(nèi)RAM：40H47H單元。6116 RAM地址設(shè)定為：8000H87FFH。2764 EPROM存儲區(qū)地址為0000H1FFFH。8155：狀態(tài)口 DF00H ：RAM DE00HDEFFH A口 DF01H B口 DF02H C口 DF03H8255：狀態(tài)口 3FFFH A口 3FE7H B口 3FEFH（沒使用）