基于单片机的数控直流电流源的设计毕业论文

1、基于单片机的数控直流电流源的设计【摘要】 随着电子技术的飞速发展，电子设备越来越多，而电子设备要工作都需要有电源能够为其通电。性能好的电子设备，首先就离不开稳定的电源，电源的稳定度越高，电子设备机器外围条件越优越，设备的寿命就更长。而各种不同的电子设备所需要的供电电源不是统一的，所以，对于数控恒定电流源的研究与开发就显得相当重要了。现在数控恒压技术已经很成熟，但在恒流方面尤其是在数控恒流方面的技术还有待发展，高性能的数控电流源的研究与开发非常重要。本文介绍了一种基于单片机的数控电流源的设计方法，系统以at89c52单片机为中心控制器，利用按键设置输出电流，单片机将该电流值送1602液晶屏显示，

2、同时，通过与d/a转换器的数据通信端口将输出电流的数字量送入d/a转换器，d/a转换器将数字量转换为为模拟量后输出，再通过压控流电路得到输出的电流，采样电路把输出的电流转换成电压值送入ad，经转换后把对应的数字量送入单片机，形成闭环系统。a/d转换器采用max1241，d/a转换器采用ad5320。本文提供的数控电流源具有很高的精度值，可满足多种电流源的试验要求，且电路精炼、简单易懂、成本低廉、实用价值和开发价值大。【关键字】 数控电流源 at89c52 a/d转换器 d/a转换器based on scm control dc current source designabstract as

3、electronic technology in recent years, electronic devices and electronic equipment work will need to have the power of electricity. the performance of electronic equipment is first and foremost from a stable source of stability, the higher the external condition, an electronic device, machine equipm

4、ent of the more, it will be long. and a variety of electronic equipment needed the supply of power is not unified, so for nc constant current research and development is very important. it is a constant pressure nc technology have a ripe, constant flow in the field, especially at a constant stream n

5、c skills to development, performance nc current research and development is very important.this article describes a revivification of nc current design methods and systems to at89c52 monolithic integrated circuits to control, the button for the output, the current monolithic integrated circuits curr

6、ent take the tube, at the same time, and d a converter data communications port output of the current number of tier d a converter, d a converter will be converted to numbers measure for simulating after the output, run by a constant flow of electrical a steady output of electricity. d a converter a

7、dopt max1241 ad5320.this article provides nc current source of very high precision, a number of current trials, circuits, refining, simplicity, low cost, or useful value. developing keywords numerical controlled current source at89c52 analog -to- digital conversion digital-to- analog conversion目录第1章

8、 概述11.1设计要求11.2理论分析11.3系统介绍1第2章 硬件设计32.1电源模块32.2恒流源模块52.3单片机模块62.4键盘模块102.4.1键盘电路112.5显示模块112.5.1 1602lcd显示112.5.2 lcd显示硬件电路122.6 a/d模块142.6.1芯片max1241142.6.2 a/d模块电路152.7 d/a模块162.8存储模块172.8.1c总线182.8.2 芯片24c02c182.8.3 存储模块电路18第3章 软件设计243.1编程语言描述243.2系统软件的功能模块243.2.1主程序设计243.2.2 中断程序设计25第4章 软件仿真及硬件

9、调试294.1 proteus294.2软件仿真294.3硬件调试314.3.1单片机最小系统调试314.3.2键盘及液晶显示调试314.3.3数模转换与功放电路调试314.3.4模数转换电路调试314.3.5存储器电路调试31第5章 设计总结32致谢33参考文献34附录a 原理图35附录b 实物图36第1章 概述1.1设计要求（1）输出电流范围：0500ma (dc)；（2）准确度：0.05%设置值 1ppm满幅 ；（3）步进精度：10ma；（4）有效输出电压010v 最大输出电压12v； （5）lcd1602液晶屏显示 前面板键盘操作；1.2理论分析首先，在数控方面采用单片机比cpld和f

10、pga等可编程逻辑器件好，因为此处只是一般用途的控制，没有必要选用价格昂贵的cpld和fpga，而且他们用在此处并不合适，控制起来显得很麻烦。而单片机则不同，他有着非常成熟的技术，这方面的参考文献也很多，而且他从来就是用于控制方面的，在这方面有着天生的优势。还有他价格也不贵，仅几元人民币。对于这样的应用系统比较划得来。其次在恒流源方面，我们方案也很好。从理论上看，运放是接成比较器的，作为模拟反馈的，这样在只要运放的输入不变，那么三极管的是不变的，根据三极管的共射极输入特性可知，不变时，和也保持不变，而且，。当比较大时。当运放的输入改变时，也改变了值，这样也就改变了和的值，而且这个变化基本也是呈

11、线性的。这也就是本系统的恒流原理。由于器件受温度的影响以及局部非线性的存在，这样的恒流源不能做到真正的恒流，因此，当外界条件发生变化时，我们要及时给予补偿，只有这样才能做到真正的恒流。这也就是为什么要加入模数转换器的真正原因，他能实时测量电流的变化并按照一定的算法及时给予补偿，采用数字补偿逐次逼近的方式作为反馈调整环节，由程序控制调节功率管的输出。当改变负载大小时，基本上不影响电流的输出。模数转换器还起到测量的作用，同时送显示让我们知道实际的电流输出值。1.3系统介绍本系统以at89c52单片机为主控制器，通过键盘来设置直流电源的输出电流，设置步进等级可达10ma，并可由液晶模块显示实际输出电

12、流值和电流设定值。首先，采用单片稳压芯片实现直流稳压，然后采用了分立元器件实现稳流。为实现对输出电流控制：一方面，通过d/a转换器（ad5320）输出实现电流的预置，再经过运算放大器控制晶体管的输出电流。另一方面，单片机系统还兼顾对恒流源进行实时监控，输出电流经过电流/电压转变后，通过a/d转换(max1241)芯片，实时把模拟量转化为数字量，再经单片机分析处理， 通过数据形式的反馈环节，使电流更加稳定，这样构成稳定的压控电流源。此外，系统还增加了存储设备，能够保存掉电前的数据，使系统更加方便使用。系统原理框图,如图1.1所示：图1.1 系统原理框图第2章 硬件设计2.1电源模块 本设计共用到

13、电源有四种：即12v、+5v、负载电源。可选用的有开关电源和稳压电源两种，由于开关电源的纹波系数比较大，对ad和da转换的精度会有影响。稳压电源的线性比较好，因此采用常用的稳压电源来作为整个系统的电源。稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路组成，如图2.1所示：图2.1 电源方框及波形图整流和滤波电路：整流电路的作用是将交流电压变换成脉动电压。滤波电路一般由电容和电感组成，可以组成不同类型的滤波电路，其作用是把脉动电压中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压。再通过稳压电路得到平直的直流电压。2.1.1电源设计该电源按常规设计，即用降压变压器把220v市电变成较低的交流电，再

14、通过整流桥将交流变为脉动的直流，并上电容滤波再接入78xx和79xx系列稳压块稳压（78xx系列输出正电压，79xx系列输出负电压，且输入电压应高于输出电压4v-7v，压差较大稳定,但功耗也大,7805应加大散热片输出电压才稳定），从而得到5v，12v的电压源。其中5v电源用lm7812输出的12v电压作为lm7805的输入电压以得到5v电压。电路原理图分别如图2.2和图2.3所示：图2.2 +5v电源图2.3 12v电源考虑到恒流源电路的电源需要提供较大的功率，同时为了减少电源间的干扰，而且单片机对电源电压的稳定性要求很高，当供电电压波动大时会出现复位情况，所以恒流源电路电源由单独电源提供。

15、由lm317搭建成输出电压为1.237v的可调电源，稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路、保护电路和稳压电路组成。其电路原理图,如图2.4所示：图2.4 负载电源2.2恒流源模块用“运放+大功率三极管”的结构构成恒流源部分。功率三极管选用ss8050，它是应用范围广、中小功率npn型的三极管，特征频率：最小150mh，集电极最大允许电流:1.5（a），集电极电压：40v。其性能满足本设计要求，同时可以通过功率管的不同容量来满足不同的应用要求。采用常用的大功率电阻作为采样电阻，输出电流波动比较大，而康锰铜丝（阻值随温度的变化较小）是一种温度特性佳的阻性元件，选其作为取样电阻，其两端电压正比于

16、流过的电流，因此该电压的反馈就是负载电流的反馈。当功率三极管工作于饱和区时，集电极电流ic近似为电压vrl控制的电流。即当uc为常数时，满足：ic=a（vbc），只要vbc不变，ic就不变。在此电路中，r13为取样电阻，采用康铜丝绕制（阻值随温度的变化较小），阻值为0.35欧。运放采用op-07作为电压比较器，(vda)=(uin-)=(uin+)=(vad)，功率三极管ic=ie(基极电流相对很小，可忽略不计) 所以io=ie= vad/r13= vda/r13。正因为io= vda/r13，电路输入电压vda控制电流io，即io不随rl的变化而变化，从而实现压控恒流。 其原理,如图2.5所

17、示：图2.5 恒流电路2.3单片机模块2.3.1 at89c52芯片介绍单片机是大规模集成电路结束发展的产物，常见的单片机有8051系列的单片机、8096系列的单片机、pic系列、avr系列、spce061a的凌阳单片机。他将中央处理器(cpu)、存储器（rom/ram）、输入输出接口、定时器/记数器等主要计算机部件集成在一片芯片上，因此单片机被称为单片机微型计算机(single chip microcomputer).单片机配上适当的外围设备和软件，便可构成一个单片机应用系统。本次设计对单片机的要求：只要能够方便地扩展显示器、键盘、a/d转换器、d/a转换器等外设即可，其他并无特殊要求。故选

18、择常见的美国inter公司生产的mcs-51系列单片机，它具有可高性高、功能强、体积小、价格低、和抗干扰能力强等特点，被广泛应用于工农业生产、国防、科研及日常生活等各个领域。而且本组同学也比较熟悉。我们选择的atmel公司的at89c52单片机，他是一种低功耗、高性能cmos8位微控制器，具有8k isp（在系统可编程）flash存储器。使用atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80c51产品指令和引脚完全兼容。片上flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位cpu和在系统可编程flash，使得at89c52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、

19、超有效的解决方案。at89c52管脚,如图2.6所示：at89c52具有如下特点： 兼容mcs-51指令系统 32个双向i/o口 3个16位可编程定时/计数器 全双工uart串行中断口线 2个外部中断源 中断唤醒省电模式 看门狗（wdt）电路 灵活的isp字节和分页编程 4.5-5.5v工作电压 时钟频率0-33mhz 2568bit内部ram 低功耗空闲和省电模式 3级加密位 软件设置空闲和省电功能 双数据寄存器指针 8k可反复擦写(1000次)isp flash romat89c52主要引脚的主要功能：vcc：接+5v电源。gnd：接地。图2.6 at89c52引脚p0口：p0口为一个8位

20、漏极开路双向i/o口，作为输出口，每位能驱动8个ttl逻辑电平。对p0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，p0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，p0口具有内部上拉电阻。在flash编程时，p0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。p1口：p1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向i/o口，p1口输出缓冲器能驱动4个ttl逻辑电平。对p1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（iil）。此外，p1.0和p1.1分别作定时器/记数器

21、2的外部记数输入(p1.0/t2)和定时器/记数器2的触发输入(p1.1/t2ex),具体如下表1所示。在flash编程和校验时，p1口接收低8位地址字节。表1各端口引脚与复用功能表引脚号第二功能p1.0t2(定时器/记数器t2的外部记数输入)，时钟输入p1.1t2ex(定时器/记数器t2的捕捉/重载触发信号和方向控制)p1.5mosi(在系统编程用)p1.6miso(在系统编程用)p1.7sck(在系统编程用)p2口：p2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向i/o口，p2输出缓冲器能驱动4个ttl逻辑电平。对p2口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外

22、部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（iil）。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器(例如movx dptr)时，p2口送出高八位地址。在这种应用中，p2口p2口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址（如movx ri）访问外部数据存储器时，p2口输出p2锁存器的内容。在flash编程和校验时，p2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。p3口：p3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向i/o口，p2输出缓冲器能驱动4个ttl逻辑电平。对p3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（iil）

23、。p3口亦作为at89c52特殊功能（第二功能）使用，如下表2所示。在flash编程和校验时，p3口也接收一些控制信号。表2各端口引脚与复用功能表端口引脚复用功能p3.0rxd（串行输入口）p3.1txd（串行输出口）p3.2（外部中断0）p3.3（外部中断1）p3.4t0（记时器0外部输入）p3.5t1（记时器1外部输入）p3.6（外部数据存储器写选通）p3.7（外部数据存储器读选通）rst：复位输入。晶振工作时，rst脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，rst脚输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器auxr(地址8eh)上的disrto位可以使此功能无效。disrto

24、默认状态下，复位高电平有效。ale/ ：地址锁存控制信号（ale）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。在flash编程时，此引脚（）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ale以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ale脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址为8eh的sfr的第0位置 “1”，ale操作将无效。这一位置 “1”，ale仅在执行movx或movc指令时有效。否则，ale将被微弱拉高。这个ale使能标志位（地址为8eh的sfr的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。：外部程序存储器选通信号。当a

25、t89c52从外部程序存储器执行外部代码时，在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，将不被激活。/vpp：访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000h到ffffh的外部程序存储器读取指令，必须接gnd。为了执行内部程序指令，应该接vcc。在flash编程期间，也接收12伏vpp电压xtal1：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。xtal2：振荡器反相放大器的输出端。2.3.2 at89c52硬件电路设计 单片机系统是整个数控系统的核心部分，它主要用于键盘按键管理、数据处理、实时采样分析系统参数及对各部分反馈环节进行整体调整。主要包括at89c52单片机、振荡电路、复位电路

26、等。电路,如图2.7所示：图2.7 单片机控制电路(1)at89c52单片机的p1口是个双向口，可以作输出输入口，在本系统中用作显示部分，p0口也是个双向口，主要接a/d、 d/a和24c02c。p2口的p2.3、 p2.4、 p2.5、p2.6接键盘输入。而p3口主要用于中断。(2)复位电路 复位是单片机初始化操作。复位将单片机复位初始化状态，目的是使cpu及个专用寄存器处于一个确定的初始状态。如前面介绍，在单片机的复位信号rst上保持2个机器周期以上的高电平，单片机就会复位。本次设计采用的是手动复位方式和自动复位都可以，利用按键闭合是单片机复位端上保持接通高电平状态两个机器周期以上就可以完

27、成复位。(3)振荡电路 该电路是由内部反相放大器通过引脚xtal1和引脚xtal2与外接的晶体以及电容c2和c3构成，产生出晶体振荡信号。此晶振信号接至内部的时钟电路。图中的晶振频率为11.0592mhz，外接晶体时，电容c2和c3通常选30pf。虽然对外接电容没有严格要求，但电容的大小会影响振荡频率、振荡器的稳定性和起振的速度。振荡器的这些特性对弹片机的应用影响很大，因此在设计印刷电路板时，应使晶体和电容尽可能与单片机靠近，以保证稳定可靠。2.4键盘模块键盘的作用是对单片机输入数据，进行对输出的控制。设计要求能对输出电流进行“+”，“-”调节，本设计采用五个按键，分别是“进入调整”、“+”、

28、“-”、“确定”、“取消”。把按键值送给单片机的并行口p2， p2.3p2.6作为键盘的输入端口。2.4.1键盘电路如图2.8所示，在没按下按键时对应的io端口为高电平，当按下按键后对应的端口为低电平，由此可知是否有哪个键被按下，其中的电阻称为限流电阻起到限定电流的作用，否则电流过大会损坏单片机的io端口。从键盘的上到下开始，依次为“进入调整”、“+”、“-”、“确定”、“取消”。 进入调整的作用是在系统工作时使程序进入电流调整状态，进入调整与单片机的int0引脚相连。图2.8 键盘电路2.5显示模块2.5.1 1602lcd显示液晶显示器由于体积小、质量轻、功耗低等特点，已成为各种便携式电子

29、信息产品的理想显示器。液晶显示器通常可分为两大类，一是点阵型，二是字符型。一般的字符型液晶只有两行，面积较小，能显示字符和一些很简单的图形；而点阵型液晶通常面积较大，可以显示图形和更多的字符。为了方便设计，同时又能满足设计的需要及尽可能降低设计成本。因此，我们选择1602lcd液晶显示器。目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模块。针对此设计，我们选用16*2模块。1602字符型液晶显示器实物如图2.9所示：图2.9 1602液晶显示器1602引脚功能说明编号符号引脚说明编号符号引脚说明1vss电源地9d2数据2vdd电源正极10d3数据3vl液晶显示偏压11d4数据4rs数据/

30、命令选择12d5数据5r/w读/写选择13d6数据6e使能信号14d7数据7d0数据15bla背光源正极8d1数据16blk背光源负极液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平，表示不忙，否则此指令失效。要显示字符时要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字符，图2.10是1602的内部显示地址,如下图：图2.10 1602lcd内部显示地址2.5.2 lcd显示硬件电路1602lcd的读写控制引脚是第5引脚r/w;在本次设计中，为了降低程序设计，我们只用lcd作显示器，在此只对其写操作，所以设计时直接将r/w接地。第三引脚的滑动电阻器可以调整屏幕

31、的亮度，其电路原理图，如图2.11所示：图2.11 lcd电路1602程序如下：void write_date(uchar date)/显示器写数据lcdrs=1;p0=date;delay(1);lcde=1;delay(1);lcde=0;void write_com(uchar com) /显示器写程序lcdrs=0;p0=com;delay(1);lcde=1;delay(1);lcde=0;void init()/lcd1602初始化lcde=0;write_com(0x38);/8位数据端口，2行显示，5*7点阵write_com(0x0f);/d2=1:开显示；d1=1:显示光标

32、；d0=1：光标闪烁write_com(0x01);/清屏write_com(0x80);/设定地址指针在第一行第一个位置2.6 a/d模块由于本次设计的数控直流电流源能够完成设定输出值。根据题目要求输出0ma500ma，以10ma为步进。需要的级数为：因，由此可见采用11位的转换芯片完全可以满足要求，但市场上并没有11位转换器，所以系统中采用12位高精度a/d转换芯片max1241。同时d/a也采用12位的转换芯片ad5320。2.6.1芯片max1241max1241是maxim公司推出的一种串行a/d转换器，具有低功耗、高精度、高速度、体积小、接口简单等优点。max1241是一种单通道1

33、2位逐次逼近型串行a/d转换器，功耗低，转换速度快。它使用逐次逼近技术完成a/d转换过程。最大非线性误差小于1lsb，转换时间9s。采用三线式串行接口，内置快速采样/保持电路。max1241内部结构（如图2.12）和管脚定义（如图2.13）：图2.12 max1241内部结构管脚名称功能参数1vdd电源输入+2.7+5.2v2vin模拟电压输入03shdn节电方式控制端“0”节电方式；“1”工作4ref参考电压输入端1.0vvdd5gnd电源地6dout串行数据输出三态7cs芯片选通“0”选通；“1”禁止8sclk串行输出驱动时钟输入频率范围：02.1mhz图2.13 max1241管脚定义2

34、.6.2 a/d模块电路max1241的vdd供电范围为2.75.25v，为减少来自电源的干扰，可在vdd引脚配置4.7f和0.1f的滤波电容。由于max1241内部没有参考电源提供，需外接参考电压，只需将vref接在4.7f电解电容即可；特殊情况下，让悬空，此时，即可在ref引脚输入参考电压，其范围为1.0vdd.ref引脚外接电解电容不宜选择过大，电容越大，max1241由待机模式到正常工作模式的唤醒时间将越长。max1241的三根数据线，时钟输入端、片选控制端和数据输出端分别由at89s52的p1.0、p1.1和p1.2控制。 max1241芯片内部具有采样/保持电路，无需外部保持电容和

35、采样/保持电路。 max1241的控制线sclk、dout可与at89s52的通用i/o口直接相连，无需任何接口变换， 模拟电压经前级放大至0vref范围后，由ain引脚输入。其中max1241，所用到的+2.5v基准电压，由lm336精密的2.5v并联的稳压二极管提供。其外围电路，如图2.14所示：图2.14 max1241外围电路ad程序如下：uint ad_conver()/a/d转换 uint voltage_temp=0;uchar ucloop=12;adcs=1;adsclk=0;adcs=0;while(adout=0);/eoc信号为高表示转换结束adsclk=1;adscl

36、k=0;while(ucloop-) adsclk=1;/上升沿数据稳定并读出voltage_temp=1;if(adout=1)voltage_temp+=1;adsclk=0;adcs=1;return voltage_temp;2.7 d/a模块有前面的计算知，模拟量输出通道我们选用了ad公司的单通道12位电压输出d/a转换器，单电源工作，电压范围为2.7v5.5v，时钟频率最高可达30mhz。片内高精度输出放大器提供满电源幅度输出，其基准来自电源输入端，可以提供较大的动态输出范围，它利用能与标准的接口标准兼容的3线串行接口与微处理器交换数据，接口简单。工作过程中，将sync置为低电平时

37、候启动写序列，在这个阶段，sync线至少要保持低电平一直到sclk的第16个下降沿，dac在这第16个下降沿被更新，如果在这之前sync被拉为高电平，就意味着写序列中断，此时移位寄存器复位。来自din线的数据在sclk的下降沿随时钟送入16位移位寄存器，输入移位寄存器的数据位数为16位宽，前两位是无关位，接下来2为是控制位，决定控制器件处于哪种工作方式，最后12位是数据位，它们代表着da转换器即将输出的电压值。在第16个时钟下降沿，最后一位数据随时钟输入并按照给定内容执行已编制好的功能。其外围电路，如下图2.15所示：图2.15 ad5320外围电路da程序如下：void da_conver(

38、uint dignum) /d/a转换uint dig=0;uchar k=0;dasync=1;_nop_();_nop_();dasync=0;for(k=0;k16;k+)dasclk=1;dig=dignum&0x8000;if(dig) dadin=1;else dadin=0;dasclk=0;_nop_();_nop_();dignum=1;dasync=1;_nop_();_nop_();2.8存储模块本系统的外扩存储器主要是用来记忆用户数据，因此容量不需要很大，一般的小型存储器芯片就可以。然而从方便系统扩展来和价格来考虑，我们选用了eeprom24c02，它是采用c接口的一种

39、常用2kbit（2568bit）的存储器。首先，我们还是先介绍c总线。2.8.1c总线在现代电子系统中，有为数众多的ic需要进行相互之间以及与外界的通信。为了提供硬件的效率和简化电路的设计，philips开发了一种用于内部ic控制的简单的双向两线串行总线c。c总线支持任何一种ic制造工艺，并且philips和其他厂商提供了种类非常丰富的c兼容芯片。作为一个专利的控制总线，c已经成为世界性的工业标准。c总线是一种用于ic器件之间的二线制总线。它通过sda（串行数据线）及scl（串行时钟线）两根线连到总线上的器件之间传送信息，并根据地址识别每个器件，不管是单片机、存储器、lcd驱动还是键盘接口。c

40、总线的数据传送格式是在c总线开始信号后，送出的第一个字节数据是是用来识别从器件的地址，其中前七位为地址码，第8位为方向位（r/w）。方向位为“0”表示发送，每次都是先传最高位。2.8.2 芯片24c02c24c02c是一种串行存储器，其容量2kbit。其封装，如图2.16所示：图2.16 24c02c引脚a0、a1和a2引脚用于多器件工作。将这些输入引脚上的电平与从器件地址中的相应位作比较，如果比较结果为真，则该器件被选中。sda串行数据引脚为双向引脚，用于把地址和数据输入/ 输出器件。该引脚为漏极开路。因此，sda总线要求在该引脚与vcc之间接入上拉电阻。对于正常的数据传输，只允许在scl为

41、低电平期间改变sda电平。而sda电平在scl高电平期间若发生变化，表明起始和停止条件产生。wp写保护引脚必须连接到vss或者vcc。如果连接到vss， 写操作使能。如果连接到vcc，写操作被禁止，但读操作不受影响。vcc电源输入引脚，标称条件下在vcc低于3.8v时，则vcc阈值检测电路会禁止内部的擦写逻辑。2.8.3 存储模块电路将a0、a1、a2全部接地，即决定了该模块的地址为0xa0，24c02c的外围电路，如图2.17所示：图2.17 24c02c外围电路程序如下：/*/作用：启动iic总线 /*/void start()sda=1;_nop_();_nop_();scl=1;_no

42、p_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();sda=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();scl=0;/*/作用：停止iic总线 /*/void stop()sda=0;_nop_();scl=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();sda=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();scl=0;/*/作用：应答iic总线 /*/void ack()sda=0;_nop_();_nop_();_nop_();scl=1;_nop_();

43、_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();scl=0;_nop_();_nop_();/*/作用：非应答iic总线 /*/void noack()sda=1;_nop_();_nop_();_nop_();scl=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();scl=0;_nop_();_nop_();/*/作用：发送一个字节 /*/void send(uchar data) uchar bitcounter=8;uchar temp;do temp=data;scl=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_()

44、;_nop_();if(temp&0x80)=0x80)sda=1;elsesda=0;scl=1;temp=data1;data=temp;bitcounter-; while(bitcounter);scl=0;/*/作用：读一个字节并返回 /*/uchar read(void)uchar temp=0;uchar temp1=0;uchar bitcounter=8;sda=1;do scl=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();scl=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();if(sda)temp

45、=temp|0x01;elsetemp=temp&0xfe;if(bitcounter-1) temp1=temp1;temp=temp1; bitcounter-; while(bitcounter);return(temp);/*/作用：写入数据 /*/void wrtorom(uchar data,uchar address,uchar num)uchar j;uchar *pdata;pdata=data;for(j=0;jnum;j+) start(); send(0xa0); /写入芯片地址 ack(); send(address+j); /写入存储地址 ack(); send(*

46、(pdata+j); /写数据 ack(); stop(); delay(10); /*/作用：读出数据 /*/void rdfromrom(uchar data,uchar address,uchar num)uchar j;uchar *pdata;pdata=data;for(j=0;jnum;j+) start(); /写入芯片地址 send(0xa0); ack(); send(address+j); /写入存储地址 ack(); start(); send(0xa1); /读入地址 ack(); *(pdata+j)=read(); /读数据 scl=0; noack(); sto

47、p(); 第3章 软件设计3.1编程语言描述 c语言已成为当前举世公认的高效简洁，又贴近硬件的编程语言之一，将c语言向单片机上的移植，始于20世纪80年代的中后期，经过十几年的努力，c语言终于成为专业化的单片机实用高级语言，人们通常把开发mcs-51使用的c语言简称c51。采用c51编写的应用程序结构清楚、模块化程度高、可读性强，并容易移植。应用c51进行软件开发，用户可以不必具体考虑寄存器、存储器的分配等工作，而把这部分工作交给编译、连接软件，用户只需了解mcs-51的存储器结构，甚至不必去了解51的指令系统。c51开发环境一般都提供了数学计算等子程序，为程序开发带来方便。虽然采用c51编程

48、形成的源代码比不上有经验人员编写的汇编语言精炼，但对于相对复杂的系统开发或复杂运算，还是比用汇编语言容易得多，且易于移植及有利于系统的维护和升级。在实时要求较高的场合，可采用c51汇编混合编程。本设计我们采用的是c51，其编译器是keil c51，它是德国keil software公司出品的51系列兼容单片机c语言软件开发系统。keil c51软件提供了丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具。c51语言编程方法是：1.启动uvision3(keil c51基于windows下的开发环境)，创建一个项目文件，并从器件数据库里选择一款cpu芯片；2.根据应用要求，在pc上用文本编辑软件编写c语言

49、源程序；利用c51编译工具软件对源程序进行编译，生成目标文件(.obj文件)；利用c51连接工具对目标程序进行连接定位，生成绝对程序，即可以装载到开发装置仿真运行。在某些情况下，也可以将绝对程序转化为十六进制代码程序(.hex文件)。3.2系统软件的功能模块根据本系统的实际及键盘设置要求，软件设计可分为以下2个功能模块：主程序和中断程序。3.2.1主程序设计主程序主要完成的是一些初始化的设置（比如液晶显示和键盘），和监控程序。主程序流程图和监控程序流程图，分别如图3.1和图3.2所示： 图3.1 主程序流程图图 图 3.2 监控程序流程图 3.2.2 中断程序设计中断程序主要是对不同的按键做出不同的处理，其中断流程图，如图3.3所示：图3.3 中断程序流程图其中数字程序流程图和设置程序流程图，分别如图3.4和图3.5所示： 图3.4 数字程序流程图 图3.5 和设置程序流程图恢复程序流程图和加法程序流程图，分别如图3.6和图3.7所示： 图3.6 恢复程序流程图 图3.7 加法程序流程图减法程序流程图和确认程序流