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(2)传输速率较低,在异步传输时,波特率为20Kbps;因此在“南方的老树51CPLD开发板”中,综合程序波特率只能采用19200,也是这个原因。
(3)接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式,这种共地传输容易产生共模干扰,所以抗噪声干扰性弱。
(4)传输距离有限,最大传输距离标准值为50英尺,实际上也只能用在50米左右。
3.6.2 RS232的串行通讯
图3-13 串口通讯的硬件电路
AT89C52单片机有一个全双工的串行通讯口,所以单片机和电脑之间可以方便地进行串口通讯。进行串行通讯时要满足一定的条件,比如电脑的串口是RS232电平的,而单片机的串口是TTL电平的,两者之间必须有一个电平转换电路,我们采用了专用芯片MAX232进行转换。
MAX232芯片是一种单电源供电的接口芯片,其内部集成的电源电路,配合外接5个1.0μF电容器,可以将单一的+5V电源转换为符合RS-232标准所需要的电源,并完成TTL正逻辑与RS-232的负逻辑之间的转换。每一片MAX232可以完成两路串行通信的电平转换。我们采用了三线制连接串口,也就是说和电脑的9针串口只连接其中的3根线:第5脚的GND、第2脚的RXD、第3脚的TXD,这是最简单的连接方法。 MAX232的第10脚和单片机的11脚连接,第9脚和单片机的10脚连第 15脚和单片机的20脚连接。其原理图如图3-13所示。
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3.7 键盘模块
3.7.1 概述
键盘是人与微机系统打交道的主要输入设备。至于如何设计键盘要根据具体情况而定。键盘可以分为两种,即编码键盘和非编码键盘。编码键盘是通过一个编码电路来识别闭合键的键码,非编码键盘是通过软件来识别键码。编码键盘是较多按键和专用驱动芯片的组合,当按下某个按键时,它能够处理按键抖动,连击等问题,直接输出按键的编码,无需系统软件干预,并且还可以简化软件设计。而非编码键盘的硬件电路简单,用户可以方便的增减按键的数量,而且成本低,在单片机系统中,当按键数量不多时,更方便用非编码键盘。本设计中需要用到十四个建,直接采用单片机端口扩展成4X4行列式键盘。 3.7.2 行列式键盘工作原理
在行列式键盘中,每个按键都分别跨接在一根行线和一根列线上。行线通过拉电阻接到+5V上,无键按下时,行线处于高电平状态,而当有按键按下时,行线电平状态将由于此行线相连的列线的电平决定。列线的电平如果为低则行线电平为低;列线的电平如果为高,则行线的电平亦为高。这一点是识别行列式键盘按键是否按下的关键所。由于行列式键盘中行、列线为多键共用,各按键均影响该键所在的行和列的电平。因此各按键彼此将相互发生影响,所以必须将行、列线信号配合起来并作适当的处理,才能确定闭合键的位置。
P1.2P1.3P1.6P2.7AT89C52P3.4P3.5P3.6P3.7RRRR+5V
图3-14 键盘电路连接
获取键盘的信息的方法有两种:扫描法和反转法。本设计采用扫描法,所有行线固定为输出端口,并依次输出低电平;所有列线固定为输入端口,用来检测按键
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状态。当全部按键均松开时,从列线上检测不到行线输出的低电平。当某个按键按下时,只有在对应的行线输出低电平时才能在对应的列线端口检测到低电平。键盘电路如图3-14所示。
3.8 监控电路模块
3.8.1 DS1232 概述
随着计算机技术的发展,单片微型计算机在工业自动化领域和智能化产品中得到了广泛的应用。如何提高单片机产品的抗干扰能力是产品开发和设计人员所面临和必须解决的问题。美国DALLAS公司生产的“看门狗(WATCHDOG)”集成电路DS1232具有性能可靠、使用简单、价格低廉的特点,应用在单片机产品中能够很好的提高硬件的抗干扰能力,我们曾将DS1232应用到“粮食中心库粮仓温度监测系统”、“银行利率显示屏”、“多功能电脑时钟”、“电厂皮带秤测速系统”和“全自动限电计量系统”中,在实际使用中收到了良好的效果。 3.8.2 DS1232功能及连接电路
(1)DS1232引脚说明
采用8脚DIP封装,如图3-15所示。 各引脚功能如下: PBRST:按钮复位输入端; TD:看门狗定时器延时设置端; TOL:5%或10%电压监测选择端; GND:电源地;
RST:高电平有效复位输出端; RST:低电平有效复位输出端; ST:周期输入端;
Vcc:电源。 图3-15 DS1232硬件结构
(2)主要特点
●具有8脚DIP封装和16脚SOIC贴片封装两种形式,可以满足不同设计要求; ●在微处理器失控状态下可以停止和重新启动微处理器; ●微处理器掉电或电源电压瞬变时可自动复位微处理器; ●精确的5%或10%电源供电监视; ●不需要分立元件;
●适应温度范围宽,-40~+85℃。
DS1232PBRSTTDTOLGNDVccSTRSTRST 25
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(3)主要功能及工作原理
DS1232能够实时监测向微处理器供电的电源电压,当电源电压VCC低于预置值时,DS1232的第5脚和第6脚输出互补复位信号RST和RST。预置值通过第3脚(TOL)来设定;当TOL接地时,RST 和RST信号在电源电压跌落至4.75V以下时产生;当TOL与VCC相连时,只有当VCC跌落至4.5V以下时才产生 RST和RST信号。当电源恢复正常后, RST和RST信号至少保持250ms,以保证微处理器的正常复位。在单片机产品中,最简单的按键复位电路是由电阻和电容构成的,如果系统扩展存在需要和微处理器同时复位的其他接口芯片,这种简单的阻容复位电路往往不能满足整体复位的要求。DS1232提供了可直接连接复位按键的输入端PBRST(第1脚),在该引脚上输入低电平信号,将在RST和RST端输出至少250ms的复位信号,监控电路采用DS1232芯片。其功能简单概括为:上电和掉电是给AT89C52产生RESET信号;看门狗对系统进行监控,防止死机。其电路连接如图3-16所示。
DS1232PBRSTTDTOLGNDGND图3-16 DS1232 电路连接
+5VAT89C52VccALERSTVccSTRSTRST
3.9 电源模块
3.9.1 设计原理
各种电子设备都需要直流电源提供能量,多数情况是利用交流电网提供的交流电经整流、滤波和稳压后得到的,对于直流电源的主要要求是输出电压平稳、平滑、脉动成分小,交流电变换成直流电的转化效率高等。单片机应用系统一般需要比较纯净的低压直流电源,直流稳压电源不但要为系统中的所有单元供电,还要为某些需要芯片和模块提供参考电压。
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3.9.2 设计步骤
电网电压电源变压器整流电路滤波电路稳压电路负载
图3-17 直流电源方框图
直流稳压电源的获取一般要经过变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路几个 步骤图。3-17为直流稳压电源方框图。 (1).电源变压器
交流电网提供50HZ、220V(单相)或380V(三相)正弦电压,但各种电子设备所需直流电压不尽相同,且与交流电压有很大差异,所以常用各种不同容量和不同变比的变压器把电网电压变成合适的交流电压再进行其它的转换。
(2).整流电路
整流电路利用二极管的单向导电性能将电源变压器副边交流电压变换成脉动的直流电压,有半波整流电路和全波整流电路之分。这种电压含有很大的交流分量,因而离真正的直流电压还差的很远。
(3).滤波电路
滤波电路将整流电路输出的单向脉动电压中的交流成分滤除掉,变成比较平滑的直流电压输出。一般滤波电路由电容、电感等储能元件组成。
(4).稳压电路
稳压电路往往利用自动调整的原理,使得输出直流电压在电网电压或负载电流变化或两者均发生变化时保持稳定。当起调整作用的器件在线性区时,则称之为“线性直流稳压电源”。 3.9.3 电源电路
由于本设计中单片机及所用到的芯片都只需要5V的数字电源,因此我们采用7805三端集成稳压器来获得5V电源即可,其电源电路如图3-18所示。
三端集成稳压器具有体积小、使用方便,且内部含有过电流和过热保护电路,
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