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文文介紹了單片機(jī)控制的電動機(jī)Y-啟動電路設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)是一個(gè)以弱電控制強(qiáng)電的設(shè)計(jì)，有多方面的功能，為智能控制和精確控制電動機(jī)的啟動提供了合理有效的解決方案。本文對系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，并論述了各環(huán)節(jié)中的硬件電路設(shè)計(jì)，針對軟件設(shè)計(jì)與硬件的綜合調(diào)試進(jìn)行了全面的分析，以實(shí)現(xiàn)弱點(diǎn)控制強(qiáng)電為目的，并通過獨(dú)立式鍵盤對電動機(jī)的啟動進(jìn)行調(diào)控，該設(shè)計(jì)經(jīng)過調(diào)試和檢測，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)任務(wù)的各種指標(biāo)。
【關(guān)鍵詞】單片機(jī) 電動機(jī)啟動 電路設(shè)計(jì)
在我們生活中的各個(gè)領(lǐng)域隨處可見單機(jī)片的蹤跡：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信與數(shù)據(jù)傳輸、各種智能IC卡、轎車的安全系統(tǒng)、攝影機(jī)、飛機(jī)上的各種控制儀表，甚至電子寵物和程控玩具，都離不開單片機(jī)的應(yīng)用。在工業(yè)中，電動機(jī)的星三角啟動的應(yīng)用十分廣泛，隨著技術(shù)自動化的普及，工業(yè)中也出現(xiàn)了很多自動機(jī)器，人們將原本需要人來控制的電動機(jī)啟動的工作交給了單片機(jī)，不僅防止了很多意外的發(fā)生，同時(shí)也提高了電動機(jī)的生產(chǎn)效率。
1 單片機(jī)控制的電動機(jī)Y-Δ啟動電路的總體設(shè)計(jì)任務(wù)和選擇
首先要設(shè)計(jì)一個(gè)單片機(jī)控制的電動機(jī)Y-Δ啟動，設(shè)置3秒鐘的啟動時(shí)間，并通過按鍵設(shè)置電動機(jī)Y-Δ進(jìn)行操作運(yùn)行和終止。該設(shè)計(jì)的基本要求和主要內(nèi)容有：控制器要采用STC89C52RC單機(jī)片；電動機(jī)的選擇要用三相異步電動機(jī)；正5V電源需要選用LM7805三端不可調(diào)節(jié)的穩(wěn)壓集成器來實(shí)現(xiàn)；在弱電控制強(qiáng)電模塊中選用DC5V繼電器；在電動機(jī)運(yùn)行模塊中要采用220V的交流接觸器；顯示模塊要用兩位級聯(lián)共陰數(shù)碼管；設(shè)置模塊需要通過獨(dú)立式鍵盤來進(jìn)行設(shè)置和調(diào)控；指示模塊需選用不同顏色的發(fā)光二極管進(jìn)行指示操控。
根據(jù)上述任務(wù)設(shè)計(jì)的要求，經(jīng)分析探討，基于單片機(jī)定時(shí)器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中包括的內(nèi)容有：電源模塊、定時(shí)模塊、控制器模塊、顯示模塊、設(shè)置模塊以及指示模塊。
2 單片機(jī)控制的電動機(jī)Y-Δ啟動電路中系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的硬件電路設(shè)計(jì)
2.1 電源模塊電路
該設(shè)計(jì)通過+5V直流電壓來供電，一般來說，直流穩(wěn)壓電源的組成部分有電源變壓器、整流濾波電路和穩(wěn)壓電路。電源變壓器是把交流電網(wǎng)中220V的電壓轉(zhuǎn)換成為比所需要的值，交流電壓經(jīng)過整流電路變?yōu)槊}動的直流電壓，因?yàn)槊}動的直流電壓中含有大幅度的紋波，當(dāng)電網(wǎng)電壓波動、溫度和負(fù)載發(fā)生變化時(shí)穩(wěn)壓電路能夠繼續(xù)保持直流電壓的穩(wěn)定，選用輸出電壓為+5V的三端集成穩(wěn)壓器LM7805，變壓器會將電網(wǎng)220V的電壓轉(zhuǎn)為+9V，通過發(fā)光二極管橋式整流之后，送入LM7805的輸入端。
2.2 復(fù)位和晶振電路
單片機(jī)在平時(shí)復(fù)位端電平是0，單片機(jī)復(fù)位主要通過按鍵高電平復(fù)位，該設(shè)計(jì)中的復(fù)位電路既能用于操作復(fù)位，也能實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位。通電時(shí)，電極兩端可看做短路，RESET端電壓逐漸下降，也就是低電平，此時(shí)單片機(jī)開始工作。LED發(fā)光二極管在復(fù)位電路中主要用來指示電路電源是否安全接通，晶振電路采用的是外部無源晶振，晶振值選用12MHz，兩個(gè)諧振電容取值為30PF。
2.3 弱電控制強(qiáng)電電路
電氣觸頭可通過電流，可以把強(qiáng)電接觸器的線圈直接接在弱電繼電器觸頭上，如果弱電繼電器觸頭可通過電流，可在其上加一個(gè)中間繼電器以控制強(qiáng)電。
2.4 電動機(jī)運(yùn)行模塊電路
電動機(jī)的電源通斷可以通過單片機(jī)控制的接觸器主觸頭加以控制，同時(shí)電機(jī)的星型啟動三角運(yùn)行的效果可由單片機(jī)的定時(shí)來轉(zhuǎn)換。
2.5 電路設(shè)置
設(shè)置電路的過程中，電路可通過獨(dú)立式鍵盤的設(shè)置和調(diào)控加以控制，采用P2口作為獨(dú)立式鍵盤的行線，在這里不必加上拉電阻。
2.6 電路指示
此設(shè)計(jì)主要采用發(fā)光二極管作為指示燈，將發(fā)光二極管接在接口處，當(dāng)兩端的電壓差超出自身導(dǎo)通壓降時(shí)就會開始工作，此時(shí)的電流要滿足電流和電壓的要求，并與發(fā)光二極管的電流相適應(yīng)，二極管才可以正常發(fā)光。在發(fā)光二極管的連接處接入一個(gè)電阻，此電阻能夠通過對二極管圖電流的限制以減小耗損。該設(shè)計(jì)在+5V的電壓作用下采用510歐對電阻進(jìn)行限流，二極管會在不超出單片機(jī)的最大限流的前提下正常工作。
3 單片機(jī)控制的電動機(jī)Y-Δ啟動電路中的軟件設(shè)計(jì)
3.1 系統(tǒng)主程序流程
系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整個(gè)過程在系統(tǒng)主程序流程中的具體表現(xiàn)如下：
首先，可以對系統(tǒng)進(jìn)行初始化，包括地址的常量定義、初始化單片機(jī)各端口、資源分配、初始化電動機(jī)的啟動時(shí)間和定時(shí)器、設(shè)置推棧指針等。其次，能夠調(diào)用啟動時(shí)間處理程序，電動機(jī)的啟動時(shí)間為十六進(jìn)制數(shù)，存儲在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中，如果要顯示出數(shù)碼管，就要進(jìn)行十進(jìn)制進(jìn)行區(qū)分，并且每一位都存在不同的單元。最后，可以調(diào)用啟動時(shí)間以顯示程序，在顯示程序當(dāng)中，要對顯示的數(shù)值進(jìn)行滅0處理，當(dāng)啟動的時(shí)間十位是0的話，將不顯示該位，以降低閱讀差錯(cuò)。先控制數(shù)碼管的位碼，選中要點(diǎn)亮的數(shù)碼管，此時(shí)將顯示出段碼。
3.2 程序設(shè)計(jì)和軟件調(diào)試
程序流程圖設(shè)計(jì)好之后就可以根據(jù)流程圖編寫程序了，該設(shè)計(jì)采用匯編語言編寫，經(jīng)調(diào)試，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求。軟件的調(diào)試通過應(yīng)用KEIL軟件和ISIS軟件仿真電路進(jìn)行操作和控制，應(yīng)用KEIL軟件調(diào)試后會生成HEX文件，先對設(shè)計(jì)中的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行調(diào)試，再對主程序進(jìn)行調(diào)試，最后將各部分程序連接起來進(jìn)行整體調(diào)試。
4 結(jié)論
綜上所述，本設(shè)計(jì)開發(fā)了一種適用于人們的生產(chǎn)生活的，在單片機(jī)的基礎(chǔ)上控制電動機(jī)星三角啟動的定時(shí)裝置。同時(shí)，對系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述和分析，論述了各環(huán)節(jié)中的硬件電路設(shè)計(jì)，針對軟件設(shè)計(jì)與硬件的綜合調(diào)試進(jìn)行了全面的分析，以實(shí)現(xiàn)弱點(diǎn)控制強(qiáng)電為目的，并通過獨(dú)立式鍵盤對電動機(jī)的啟動進(jìn)行調(diào)控，該設(shè)計(jì)經(jīng)過調(diào)試和檢測，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)任務(wù)的各種指標(biāo)。
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關(guān)鍵詞： AT89C51； 鋼纖維； PWM控制； 鋼釬排序電路
中圖分類號： TN911?34； TM42 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）14?0149?03
Design of microcontroller?based control circuit for steel fiber sorting device
HUANG Jie
（Hunan Railway Professional Technology College， Zhuzhou 412005， China）
Abstract： A control circuit of steel fiber sorting device taking MCS?51 microcontroller as control core was designed. It generates a PWM control signal by microcontroller to control the size of the sort magnetic field according to the feed quantity. The problems of low efficiency and heating generation of the steel sorting circuit were solved effectively. The intelligent control of the magnetic field and feed speed， and high reliability of the system were realized. The control circuit designed in this paper improved the efficiency of steel fiber sorting packing.
Keywords： AT89C51； steel fiber； PWM control； steel sortingcircuit
0 引 言
鋼纖維是混凝土理想的增強(qiáng)材料，在混凝土中均勻地按比例摻入鋼纖維，可以使混凝土在抗拉、抗沖擊、抗裂、抗剪、抗耐磨、抗疲勞強(qiáng)度、抗凍融性能上比普通混凝土有很大提高。國外有研究表明，在混凝土中加入0.75%～1%的鋼纖維，可以大大提高高強(qiáng)度混凝土柱的彈性和延展性[1]。
國內(nèi)外對鋼纖維在混凝土制作方面的應(yīng)用研究較多[1?2]，但是在鋼纖維的包裝技術(shù)方面的研究基本還是空白。鋼纖維的有序包裝不只是影響到鋼纖維的運(yùn)輸，還直接影響到鋼纖維的使用效果。采用人工排序的方式效率很低，自動化的鋼纖維排序設(shè)備研究具有重要的意義。本文設(shè)計(jì)的鋼纖維排序設(shè)備利用單片機(jī)進(jìn)行智能控制，采用電磁排序法進(jìn)行鋼纖維排序。
1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)
電磁排序法的工作原理是在同一表面內(nèi)設(shè)計(jì)有平行磁力線N、S極，同時(shí)設(shè)計(jì)有垂直N、S極磁力線。紙箱坐落在電磁鐵中心，通電后被磁力線包圍，采用圓筒振動篩均勻布料，鋼纖維在從振動篩落入包裝箱的過程中，受到磁力線的作用，從而依據(jù)磁力線方向，在箱內(nèi)直接有序排列。系統(tǒng)控制電路結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 鋼纖維排序設(shè)備控制電路結(jié)構(gòu)圖
來料速度檢測模塊采用無接觸式速度傳感器檢測振動篩電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而得到振動篩的振動速度和振動篩的給料速度。
根據(jù)給料速度的大小，單片機(jī)控制排序勵(lì)磁電路勵(lì)磁電流的大小，從而控制排序磁場強(qiáng)度的大小，使得排序整齊而電流不過大，限制電路發(fā)熱量。料滿檢測模塊采用紅外傳感器，檢測包裝箱內(nèi)裝料的量，當(dāng)裝料快滿的時(shí)候，發(fā)出料滿信號，溢料保護(hù)模塊發(fā)出報(bào)警信號，如果包裝箱一直沒有更換，則當(dāng)料滿以后，系統(tǒng)停止工作，防止溢料。系統(tǒng)啟動以后，散熱控制模塊啟動散熱裝置，當(dāng)過熱保護(hù)模塊的溫度傳感器檢測溫度高于設(shè)定的安全溫度時(shí)，系統(tǒng)停機(jī)。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2.1 MSC?51單片機(jī)控制模塊設(shè)計(jì)
AT89C51是一種帶4 KB閃爍可編程可擦除只讀存儲器（Flash Programmable and Erasable Read Only Memory，F(xiàn)PEROM）的低電壓，8位高性能CMOS微處理器。該器件采用Atmel高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS?51指令集和輸出管腳相兼容[3]。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個(gè)芯片中，Atmel的AT89C51是一種高效微控制器。
單片機(jī)的P1.0～P1.4作為來料速度數(shù)據(jù)輸入口，過熱信號、料滿信號通過中斷0和中斷1，即P3.2，P3.3口輸入，P2.0～P2.4分別為排序勵(lì)磁PWM控制信號、退磁控制信號、過熱報(bào)警控制信號、料滿報(bào)警控制信號輸出口。
2.2 排序勵(lì)磁驅(qū)動與保護(hù)電路
排序勵(lì)磁開關(guān)管的驅(qū)動與保護(hù)電路如圖2所示，單片機(jī)輸出的PWM信號從P2.0引出后，經(jīng)過74LS08整形，消除信號抖動造成的干擾。然后通過光耦TLP250進(jìn)行隔離，將鋼釬排序設(shè)備的控制電路與主電路隔離，避免主電路對控制信號的干擾。
圖2 排序勵(lì)磁驅(qū)動與保護(hù)電路原理圖
勵(lì)磁電路開關(guān)管驅(qū)動選用專用驅(qū)動芯片IR2113進(jìn)行驅(qū)動，IR2113是高可靠性、大電壓、高速、兩路觸發(fā)的大功率MOSFET或IGBT的驅(qū)動器[4?6]。
內(nèi)部電路如圖3所示。其控制輸入信號使相應(yīng)輸出端有觸發(fā)信號輸出。低壓側(cè)輸出（L0）取決于VCC，高壓側(cè)輸出（H0）取決于浮點(diǎn)值VBS。兩路輸出間的耐壓值為500 V。低壓側(cè)輸出和高壓側(cè)輸出與對應(yīng)輸入信號同步，兩路輸出都受SD控制。高電平時(shí)無輸出，只有SD為低電平時(shí)，輸入信號的上升沿才能觸發(fā)輸出。圖3 IR2113內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖
IR2113可以輸出兩路輸出，但是本設(shè)計(jì)主電路只有1個(gè)開關(guān)管，只用L0單獨(dú)輸出。從TLP250引入的PWM信號與IR2113D的LIN端子相連，LO與主電路開關(guān)管的控制極相連，COM端與開關(guān)管的陰極相連。
電路過熱信號與SD端子相連，當(dāng)主電路過熱后，通過SD關(guān)閉開關(guān)管出發(fā)信號輸出，從而使主電路斷電起到保護(hù)的作用。VZ1為穩(wěn)壓二極管，防止電壓過大損壞開關(guān)管。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
主電路中采用直流斬波技術(shù)來調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的大小，利用單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器功能產(chǎn)生PWM控制信號來控制斬波電路開關(guān)管，控制系統(tǒng)的控制流程圖如圖4所示。
圖4 控制系統(tǒng)工作流程圖
系統(tǒng)啟動后，首先開啟散熱風(fēng)機(jī)，然后檢測包裝箱是否已經(jīng)裝滿，裝滿的話開啟溢料保護(hù)，輸出溢料報(bào)警，等待更換包裝箱。沒裝滿的話則檢測系統(tǒng)是否過熱，過熱的話則啟動過熱保護(hù)，正常的話則讀取振動篩速度，根據(jù)振動篩速度，決定輸出勵(lì)磁PWM信號的占空比，從而控制主電路中直流斬波電路輸出電壓的大小，進(jìn)而控制排序電磁力的大小。
當(dāng)包裝箱即將裝滿時(shí)，輸出退磁信號，對箱內(nèi)鋼纖維進(jìn)行一次性整體退磁。包裝箱沒滿的話，繼續(xù)檢測振動篩速度，根據(jù)振動篩速度實(shí)時(shí)調(diào)整勵(lì)磁控制信號。實(shí)現(xiàn)排序電磁里的足夠大，同時(shí)避免磁場的過度飽和而嚴(yán)重發(fā)熱。
4 結(jié) 語
本文設(shè)計(jì)的鋼釬排序設(shè)備主電路采用直流斬波器調(diào)節(jié)排序勵(lì)磁的大小，控制線路以MCS?51單片機(jī)為控制核心進(jìn)行設(shè)計(jì)，系統(tǒng)成本大大降低，降低成本的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了勵(lì)磁磁場與進(jìn)料速度的智能控制，同時(shí)，提供了溢料保護(hù)，過熱保護(hù)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的高可靠性。該系統(tǒng)成本低，智能化，大大的提高了鋼纖維的排序包裝效率。
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關(guān)鍵詞：顯示驅(qū)動芯片；上電復(fù)位；電源檢測
1概述
顯示驅(qū)動芯片是一款規(guī)模大、電源系統(tǒng)復(fù)雜、數(shù)?；旌系腟oC芯片。在驅(qū)動芯片中，數(shù)字電路起著很重要的作用，芯片各模塊的上下電及工作時(shí)序均由其控制。而邏輯電路在上電過程中很容易出現(xiàn)錯(cuò)誤狀態(tài)，需要在電源電壓達(dá)到電路的正常工作電平后，利用復(fù)位電路對邏輯電路進(jìn)行初始化，以保證數(shù)字邏輯的正確性。
驅(qū)動芯片的外接電源有兩個(gè)，分別是鋰電池電源VDDA和10電源VDDI，芯片所需的其他電源均在片內(nèi)通過LDO或電荷泵產(chǎn)生。在芯片的啟動過程中，各電源需要按照一定的先后順序陸續(xù)上電。在外接電源VDDA和VDDI上好電后，提供數(shù)字電源DVDD的LDO就需要啟動，并在上電完成后給數(shù)字電路提供一個(gè)復(fù)位信號，對觸發(fā)器、寄存器及鎖存器等單元電路進(jìn)行復(fù)位，保證電路在上電過程中能正常啟動。其他電源及電路模塊則在數(shù)字電路正常工作后，在其控制下按照一定的時(shí)序分別啟動。因此，上電控制電路對顯示驅(qū)動芯片正常上電啟動起著重要的作用。
2芯片上電控制電路
2.1上電檢測電路
只有當(dāng)驅(qū)動芯片的兩個(gè)外接電源VDDA和VD-DI都上電之后，芯片才能啟動。在芯片設(shè)計(jì)中，采用了電源上電檢測電路，對VDDA和VDDI進(jìn)行檢測，當(dāng)上電檢測完成后，才啟動后續(xù)電路。上電檢測電路的電路結(jié)構(gòu)如圖1所示，分為三個(gè)部分，分別是VDDI檢測電路，VDDA檢測電路以及VDDA延遲檢測電路，其中VDDA延遲檢測電路采用的就是常見的RC結(jié)構(gòu)。在VDDA上電結(jié)束，檢測電路會輸出低電平信號VDDA_ON，經(jīng)過一段時(shí)間延遲，輸出信號VDDA OELAY翻轉(zhuǎn)為高電平；VDDI上電結(jié)束，檢測電路會輸出低電平VDDI_ON，作為后續(xù)電路的使能信號。
由于芯片電源VDDA和VDDI上電沒有先后順序，分兩種情況考慮上電檢測電路：一種VDDA先上電，另一種是VDDI先上電，上電檢測波形如圖2所示。由上電檢測波形可以看出電源上電結(jié)束后，上電檢測信號會發(fā)生相應(yīng)的變化。從上電檢測波形可以看出，VDDA ON與VDDI 0N都輸出低電平時(shí)，VDDA與VDDI兩電源完成上電。
2.2系統(tǒng)上電控制電路
外部電源（VDDI、VDDA）上電完成以后，即可進(jìn)行內(nèi)部數(shù)字電路上電及芯片復(fù)位操作，具體可通過圖3電路實(shí)現(xiàn)。在電路中，VDDA OELAY和VDDl 0N為上電檢測電路的輸出信號，其中VDDA DELAY在VDDA上電之后經(jīng)t1時(shí)間延時(shí)后由低變高，而VDDI_ON則在VDDI上電結(jié)束輸出低電平。VDDI_ON為電平轉(zhuǎn)換電路的使能信號，電平轉(zhuǎn)換電路結(jié)構(gòu)如圖4所示。在VDDI未上電時(shí)，VDDI_ON為高電平，電平轉(zhuǎn)換電路的輸出為低電平，不受輸入信號影響。在VDDI上電之后，電平轉(zhuǎn)換電路才能正常進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換。
DVDD_EN為DVDD_LDO的使能信號，高電平有效。當(dāng)該信號為高時(shí)，DVDD LDO⒖始工作，產(chǎn)生數(shù)字供電電源DVDD。圖5所示DVDD延遲檢測電路對DVDD電壓進(jìn)行檢測，在DVDD上好電后經(jīng)t2時(shí)間延時(shí)，DVDD_DELAY由低跳高。RESX信號為主機(jī)配置的復(fù)位信號，通過10接口到該電路，經(jīng)過兩個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路從VDDI電壓域分別轉(zhuǎn)換至VDDA和DVDD電壓域，其中VDDA電壓域的RESX信號用于控制帶隙基準(zhǔn)（BGR）的使能，并與VDDA_DELAY信號相與之后作為觸發(fā)器的清零信號。DVDD電壓域的RESX信號則與DVDD_DE-LAY信號相與之后作為硬復(fù)位信號hw給數(shù)字電路，在數(shù)字電路中與軟復(fù)位信號sw相與之后作為整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)位信號。觸發(fā)器的D端和觸發(fā)端信號由數(shù)字控制，在芯片接收到深睡眠指令時(shí)，觸發(fā)端產(chǎn)生一個(gè)上升沿，將Q端信號變?yōu)楦唠娖健?/p>
下面從以下六種情況考慮芯片復(fù)位。
（a） VDDA與VDDI上電啟動
VDDI上電后，檢測信號VDDI_ON立即輸出低電平。VD-DA上電后，經(jīng)過時(shí)間t1延時(shí)后，檢測信號VDDA_DELAY輸出高電平。在時(shí)間t1內(nèi)，DVDD使能信號直接有效，DVDD開始建立并穩(wěn)定，數(shù)字電路上電；同時(shí)VDDA DELAY的低電平對D觸發(fā)器清零。
在以上過程進(jìn)行的同時(shí)，主機(jī)配置復(fù)位信號RESX為低脈沖，數(shù)字電路開始復(fù)位。RESX變高的時(shí)刻，帶隙基準(zhǔn)開始正常工作。但是數(shù)字電路的復(fù)位信號由RESX和DVDD_DELAY共同作用的。只有當(dāng)數(shù)字電路上電t2時(shí)間后，DVDD_DELAY才會翻轉(zhuǎn)為高電平，此時(shí)RESX和DVDD_DELAY同時(shí)為高，數(shù)字電路復(fù)位完成。
在數(shù)字電路復(fù)位期間，D觸發(fā)器的觸發(fā)信號一直維持低電平，且復(fù)位結(jié)束，觸發(fā)信號輸出默認(rèn)值低電平，這樣即可保證DVDD一直有效，即數(shù)字電路持續(xù)供電。
（b）RESX硬復(fù)位
若RESX為低電平，即硬復(fù)位信號有效，則數(shù)字電路復(fù)位，帶隙基準(zhǔn)電路重啟。注意的是，RESX硬復(fù)位并沒有使數(shù)字電路掉電。
（c）軟復(fù)位
當(dāng)數(shù)字電路接收到軟復(fù)位命令時(shí)，反映到電路上sw端為低電平，則Reset信號直接對數(shù)字電路復(fù)位。
（d）VDDI掉電，再啟動
若VDDI掉電，VDDA不掉電，這時(shí)檢測信號VDDA_DE-LAY保持高電平，但是VDDI_ON由低電平翻轉(zhuǎn)為高電平，導(dǎo)致DVDD LDO關(guān)閉，即數(shù)字電路掉電。一旦數(shù)字電路掉電，芯片不能自啟動，必須在VDDI重新上電后，配置RESX一個(gè)低電平脈沖，才能使DVDD LDO重新啟動，即數(shù)字電路重新上電。同（a）一樣，本電路會重啟帶隙基準(zhǔn)，并完成數(shù)字電路復(fù)位。
（e）VDDA掉電，再啟動
若VDDA掉電，VDDI不掉電，這時(shí)檢測信號VDDI_ON保持低電平，VDDA_DELAY翻轉(zhuǎn)為低電平，并且VDDA是DVDDLDO的電源，VDDA的掉電使得數(shù)字電路無電。值得注意的是：處于此種狀態(tài)的芯片不能自啟動。只有VDDA重新上電，才能讓數(shù)字電路上電；接著通過配置RESX為低電平脈沖，使帶隙基準(zhǔn)重啟、數(shù)字電路復(fù)位。
（f）芯片深睡眠及喚醒
當(dāng)芯片接收到深睡眠模式的指令時(shí)，一方面反映在圖3中D觸發(fā)器輸人為高電平，觸發(fā)信號由低到高電平翻轉(zhuǎn)，將D端的高電平輸出至Q端，導(dǎo)致DVDD_EN變?yōu)榈碗娖?，DVDD LDO關(guān)閉，數(shù)字電路掉電，同時(shí)，觸發(fā)器的輸出信號還控制SRAM的電源開關(guān)，當(dāng)其變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，SRAM的電源將斷開，節(jié)省系統(tǒng)功耗；另一方面，芯片內(nèi)部DC-DC電路、振蕩器、驅(qū)動電路及MPU接口與寄存器均不工作，芯片進(jìn)入深睡眠模式。
這種模式下，芯片同樣不能自啟動。主機(jī)必須通過配置RESX，才能使數(shù)字電路重新上電與復(fù)位、帶隙基準(zhǔn)重啟。深睡眠狀態(tài)失效，即芯片深睡眠模式被喚醒。
3電路仿真
該電路采用umcl62ehv工藝設(shè)計(jì)，并利用Cadence Spectre對其進(jìn)行仿真。
圖6為VDDA和VDDI上電以及VDDI掉電仿真，從圖中可以看到，在VDDA上電后，DVDD_EN為高電平，DVDD LDO開始工作，DVDD電壓上電。VDDA_DELAY經(jīng)過約130us延時(shí)后，跳為高電平，DVDD_DELAY在DVDD上電后，經(jīng)大約240us延時(shí)后跳為高電平。VDDI_ON在VDDI上電后即變?yōu)榈碗娖?。在VDDI掉電時(shí)，VDDI_ON變?yōu)楦唠娖?，同時(shí)DVDD_EN變?yōu)榈碗娖?，DVDD LDO關(guān)閉，DVDD開始掉電。
圖7則是對芯片深睡眠及喚醒情況進(jìn)行仿真?？梢钥吹疆?dāng)觸發(fā)器觸發(fā)信號CLK第一個(gè)上升沿到來時(shí)，由于系統(tǒng)剛上電，VDDA_DELAY還是低電平，DVDD_EN不受其影響，繼續(xù)保持高電平，DVDD正常上電。這可以保證系統(tǒng)在上電期間，不會因?yàn)檫壿嬰娐返腻e(cuò)誤信號而導(dǎo)致DVDD LDO誤關(guān)閉，使其不能上電。當(dāng)CLK的第二個(gè)上升沿到來時(shí)，意味著芯片接收到深睡眠模式指令，將D端的高電平傳輸?shù)接|發(fā)器Q端，DVDD_EN變?yōu)榈碗娖剑珼VDD LDO關(guān)閉，芯片進(jìn)入深睡眠狀態(tài)。直到主機(jī)給RESX配置低脈沖，DVDD_EN才重新變?yōu)楦唠娖?，芯片推出深睡眠模式，被成功喚醒?/p>
關(guān)鍵詞:LED顯示屏; 單片機(jī); 控制電路設(shè)計(jì); 串行輸出
中圖分類號:TP29文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A
文章編號:1004-373X(2010)15-0200-03
Design of LED Display Screen Control Circuit Based on MCU
LI Xiu-zhong
(Foshan Polytechnic College, Foshan 528237, China)
Abstract: A kind of LED display screen control circuit based on MCU is introduced. The smooth movement display of a line of several characters, figures and symbolls can be realized with the circuit, which can be widely used in enterprise, school, market, public place for text advertisment and information dissemination. The design method and working principle of the control circuit are elaborated. The simulation results of the circuit is presented. This circuit can be expanded to the display screen composed of any number of 16 × 16 dot matrix LED display modules. The practical application shows the circuit is stable and reliable, and the result is good.
Keywords: LED display screen; MCU; design of control circuit; serial output
0 引 言
LED顯示屏廣泛應(yīng)用于工礦企業(yè)、學(xué)校、商場、店鋪、公共場所等進(jìn)行圖文顯示,廣告宣傳,信息。本文設(shè)計(jì)一種由4個(gè)16×16點(diǎn)陣LED模塊組成的顯示屏,由單片機(jī)作控制器,平滑移動顯示任意多個(gè)文字或圖形符號,本電路可級聯(lián)擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)由任意多個(gè)16×16點(diǎn)陣LED模塊組成的顯示屏[1]。
1 電路設(shè)計(jì)
控制電路由AT89C51單片機(jī)作控制器,顯示屏由4個(gè)16×16點(diǎn)陣LED模塊組成,每個(gè)16×16點(diǎn)陣LED模塊由4個(gè)8×8點(diǎn)陣LED模塊組成,用戶可根據(jù)需要擴(kuò)展增加任意多個(gè)16×16點(diǎn)陣LED模塊。8×8 點(diǎn)陣LED模塊結(jié)構(gòu)如圖1所示,共8行8列,每個(gè)發(fā)光二極管放置在行線和列線的交叉點(diǎn)上,共64個(gè)發(fā)光二極管。當(dāng)某一列為高電平,某一行為低電平時(shí),則對應(yīng)的發(fā)光二極管點(diǎn)亮。
單片機(jī)P3.0引腳接串入并出移位寄存器74LS164(U10)的串行數(shù)據(jù)輸入端,8個(gè)74LS164(U10~U17)級聯(lián),P3.1引腳接8個(gè)74LS164的時(shí)鐘脈沖輸入端;8個(gè)74LS164分別接8個(gè)鎖存器74LS373(U18~U25),8個(gè)鎖存器的數(shù)據(jù)輸出端接4個(gè)16×16點(diǎn)陣LED模塊的行線,每個(gè)16×16點(diǎn)陣LED模塊的行線是獨(dú)立控制的。P1.0接8個(gè)74LS164(U2~U9)的時(shí)鐘脈沖輸入端,P1.1接U2、U4、U6、U8的串行數(shù)據(jù)輸入端,每兩個(gè)74LS164(U2和U3,U4和U5,U6和U7,U8和U9)級聯(lián);U2~U9的并行數(shù)據(jù)輸出端接4個(gè)16×16點(diǎn)陣LED模塊的64條列線。P1.2接所有74LS164的清0端,P1.3接鎖存器的鎖存控制端。設(shè)計(jì)完成的電路如圖2所示[2-5]。
圖1 8×8點(diǎn)陣 LED模塊結(jié)構(gòu)
圖2 LED顯示屏控制電路
2 工作原理
本電路利用串行通信口工作于方式0,同時(shí)利用P1.0和P1.1模擬串行輸出,來實(shí)現(xiàn)LED顯示屏字符平滑移動顯示。由于LED模塊為16×16點(diǎn)陣,所以字符點(diǎn)陣也為16×16點(diǎn)陣,即每個(gè)字符由32個(gè)字節(jié)即16個(gè)字?jǐn)?shù)據(jù)組成,每個(gè)字?jǐn)?shù)據(jù)決定了每列LED點(diǎn)亮的情況。16×16點(diǎn)陣字符數(shù)據(jù)由字符點(diǎn)陣提取軟件獲得。
首先單片機(jī)P1.1串行輸出一位二進(jìn)制位“1”,經(jīng)4組74LS164給4個(gè)16×16點(diǎn)陣LED模塊的第1列送入一高電平,接著由P3.0串行輸出4個(gè)16×16點(diǎn)陣LED模塊的第1列行數(shù)據(jù),即Y1,Y17,Y33,Y49列的行數(shù)據(jù),經(jīng)74LS373鎖存后送LED顯示屏的行線,此時(shí)每個(gè)LED模塊第1列對應(yīng)的LED點(diǎn)亮。每列的行數(shù)據(jù)為1個(gè)字?jǐn)?shù)據(jù),4列共4個(gè)字?jǐn)?shù)據(jù),每個(gè)字?jǐn)?shù)據(jù)首字節(jié)在字符點(diǎn)陣數(shù)據(jù)表中的地址相差32,此時(shí)每個(gè)LED模塊顯示每個(gè)字符的第1列。接著P1.1串行輸出一位二進(jìn)制位“0”,經(jīng)4組74LS164移位后給4個(gè)LED模塊的第2列送入一高電平,再由P3.0串行輸出4個(gè)16×16點(diǎn)陣LED模塊的第2列行數(shù)據(jù),即Y2,Y18,Y34,Y50列的行數(shù)據(jù),經(jīng)74LS373鎖存后送LED顯示屏的行線,此時(shí)每個(gè)LED模塊第2列對應(yīng)的LED點(diǎn)亮,即顯示每個(gè)字符的第2列。如此循環(huán),依次點(diǎn)亮每個(gè)LED模塊每列對應(yīng)的LED,直到點(diǎn)亮每個(gè)LED模塊的第16列,即依次顯示每個(gè)字符的各列。只要每列交替顯示的時(shí)間適當(dāng),利用人眼的視覺暫留特性,看上去16列LED同時(shí)點(diǎn)亮,即看上去整個(gè)字符同時(shí)顯示。然后再從第1列依次掃描顯示至16列,如此循環(huán)多次,以確保顯示出的字符具有足夠的亮度[6]。
為實(shí)現(xiàn)字符平滑移動顯示的效果,在上面實(shí)現(xiàn)的4個(gè)字符靜態(tài)顯示一定時(shí)間后,再次掃描顯示時(shí),每個(gè)LED模塊的第1列從每個(gè)字符的第2列數(shù)據(jù)開始掃描顯示,即第1個(gè)LED模塊顯示第1個(gè)字符的第2列、┑3列、……、┑16列和第2個(gè)字符的第1列,第2個(gè)LED模塊顯示第2個(gè)字符的第2列、第3列、……、┑16列和第3個(gè)字符的第1列、第2列、……。當(dāng)┑諶次掃描顯示時(shí),每個(gè)LED模塊的第1列從每個(gè)字符的第3列數(shù)據(jù)開始掃描顯示,即第1個(gè)LED模塊顯示第1個(gè)字符的第3列、第4列、……、第16列和┑2個(gè)字符的┑1列、第2列,第2個(gè)LED模塊顯示┑2個(gè)字符的第3列、第4列、……、第16列和第3個(gè)字符的第1列、第2列、……。如此實(shí)現(xiàn)了字符的平滑移動顯示[7]。
3 程序設(shè)計(jì)
根據(jù)以上電路設(shè)計(jì)及工作原理,繪制出本電路的控制程序流程圖如圖3所示[8]。按程序流程圖編寫出控制程序,用Wave或Keil軟件調(diào)試通過后,產(chǎn)生目標(biāo)代碼文件。
圖3 LED顯示屏控制程序流程圖
4 電路仿真
將目標(biāo)代碼文件加入用Proteus軟件繪制的LED顯示屏控制電路仿真圖中的單片機(jī)中,仿真運(yùn)行,運(yùn)行結(jié)果如圖4所示[9-10]。
圖4 LED顯示屏平滑移動顯示
5 結(jié) 語
該LED顯示屏控制電路用單片機(jī)作為控制器,采用串行移位輸出方式,實(shí)現(xiàn)了一行字符的平滑移動顯示,在實(shí)際應(yīng)用時(shí)還應(yīng)加上相關(guān)驅(qū)動電路。本電路可擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)由任意多個(gè)16×16點(diǎn)陣LED模塊組成的LED顯示屏顯示控制。經(jīng)實(shí)際應(yīng)用表明,該電路穩(wěn)定可靠,效果良好。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：單片機(jī)；可編程；82C55A；液晶顯示器
中圖分類號：TP271文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-3044(2008)25-1563-03
Design of LCD/Voice Control Circuits Based on 51 Single-Chip Microcomputer
YU Xiao-long1,ZHANG Zhen1,2
(1. Information Engineering Institue, Information Engineering University, Zhengzhou 450002, China;2. Zhengzhou University, Zhengzhou 450001, China)
Abstract: This paper introduces a control circuits's design of LCD/Voice based on 51-SCM and programmable peripheral interface 82C55A. It detailed analyse the design of hardware and software. Throughing the programme of SCM, it control the working of 82C55A ,accordingly arrive at the use ofLCD/Voice circuits.
Key words: SCM; Programmable; 82C55A; LCD
當(dāng)前，有很多商業(yè)場所及嵌入式產(chǎn)品中都用到了顯示輸出模塊，在這些電路中，有很大一部分是通過單片機(jī)進(jìn)行控制的。本文提出了一種典型控制液晶顯示及語音的電路，通過51單片機(jī)AT89C55和并行接口芯片82C55A實(shí)現(xiàn)了對圖形液晶顯示模塊NYG12864及語音的控制。
1 硬件電路設(shè)計(jì)
1.1 主控制電路設(shè)計(jì)
在主控制電路中，選用Atmel公司的AT89C55芯片。AT89C55是一款低功耗、高性能8位CMOS微控制器，內(nèi)含20KB可循環(huán)1000次寫入/擦除的閃速存儲器(Flash)，具有256*8位內(nèi)部隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲器(RAM)，32條可編程I/O口線，8個(gè)中斷源和2個(gè)優(yōu)先級的中斷結(jié)構(gòu)，器件兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，引腳兼容工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)89C51和89C52芯片，采用全雙工串行通道及通用編程方式，適用于程序容量大、控制較為復(fù)雜的嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)中。電路工作方式控制芯片選用82C55A，它是一款可編程并行接口芯片，其工作方式有三種，三種工作方式是由其控制命令字來設(shè)定的。控制命令字有兩種，一種是方式選擇控制字，另一種是C口按位置位/復(fù)位控制字，通過寫入不同命令控制字可分別實(shí)現(xiàn)對其內(nèi)部A口、B口和C口的單獨(dú)控制操作。
在電路設(shè)計(jì)上，考慮到所編寫程序的容量，增加了一片AT28C64，它是一款低功耗，最快讀訪問時(shí)間可達(dá)120ns的64K CMOS型的 E2PROM，這樣整個(gè)電路足以滿足通常編程時(shí)對程序空間的要求。完整的電路圖如圖1所示。其中，AT89C55選用12M的晶振，其引腳P27直接控制LCD的使能信號E，P25、P26分別連接AT28C64及82C55A的片選引腳。引腳PSEN和RD相與后連接到AT28C64的OE端，這樣AT28C64既可以作為程序存儲器也可作為數(shù)據(jù)存儲器使用了。
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圖1 主控制電路
1.2 液晶顯示及語音控制電路的設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)中液晶顯示模塊選用圖形液晶顯示模塊NYG12864，它的所有控制器、掃描電路和顯示RAM集成于液晶屏背面，并可選用LED背光，采用單電源供電。該模塊由大規(guī)模點(diǎn)陣式顯示控制器KS0107、液晶屏陣列驅(qū)動電路KS0108B、顯示存儲器和液晶屏等4部分組成。其中控制器是整個(gè)顯示系統(tǒng)核心，它提供了一套完整的指令系統(tǒng)，與單片機(jī)連接后，能較方便的實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的讀寫等控制作用。NYG12864引腳定義如表1所示。
表1 液晶模塊NYG12864引腳定義
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在控制液晶電路中，將82C55A的PC3、PC2、PC1和PC0分別和液晶的D/I、R/W、CS2和CS1相連，以達(dá)到通過82C55A對液晶的控制。單片機(jī)的8位端口P0和液晶的8位數(shù)據(jù)線DB0~DB7相連，用于讀寫時(shí)傳送的數(shù)據(jù)。電路中還有諸如電位器R2其作用是調(diào)節(jié)液晶顯示的對比度，完整的電路圖如圖2所示。
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圖2 液晶顯示電路
對于語音電路，選用API8108芯片，它能夠存儲10秒的語音信息，當(dāng)然根據(jù)實(shí)際需要，可以選用其他的芯片以滿足要求。因受輸出功率影響，在API8108的輸出端接有為低電壓應(yīng)用設(shè)計(jì)的音頻功率放大器LM386，其輸入帶寬可達(dá)300KHz，通過合理連接，能得到的電壓增益最大可達(dá)200dB，輸出音頻功率0.5W。它們和82C55A之間具體連接圖如圖3所示。
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圖3 語音控制電路
2 軟件設(shè)計(jì)
軟件設(shè)計(jì)中難點(diǎn)在于如何控制液晶顯示器的顯示，對于語音芯片的控制可通過單片機(jī)中斷方式進(jìn)行判斷調(diào)用。在液晶顯示模塊NYG12864中，只有驅(qū)動電路KS0108B和單片機(jī)打交道。它有7種指令：顯示開/關(guān)指令、顯示起始行設(shè)置命令、頁設(shè)置指令、列地址設(shè)置指令、讀狀態(tài)指令、寫數(shù)據(jù)指令以及讀數(shù)據(jù)指令。其中，CS1、CS2決定進(jìn)行左右顯示區(qū)的選擇，R/W、D/I及數(shù)據(jù)內(nèi)容決定指令的類型。首先要對液晶清屏和初始化操作，設(shè)置起始行及為顯示狀態(tài)；其次讀取液晶狀態(tài)，此時(shí)R/W=1，D/I=0，若液晶準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)則使R/W=0，讀取液晶頁號（0~7），列顯示地址（0~63）值，這樣就唯一確定了顯示RAM中的一個(gè)單元，接下來就可以用讀、寫指令向該單元寫進(jìn)一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)或者讀出該單元中的內(nèi)容。在主程序中可以調(diào)用液晶的初始化、讀/寫子函數(shù)，主程序流程圖如圖4所示。
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圖4 主程序流程
3 結(jié)束語
本文介紹了一種基于51單片機(jī)控制液晶顯示及語音的電路，設(shè)計(jì)思想和方法具有一定的典型性和代表性，對電路稍加修改就能應(yīng)用于其他場合，如在主控電路中再加入幾片82C55A就能實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的電路控制，這些都是筆者在實(shí)踐過程中得來的，相信能對單片機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)人員有一定的啟發(fā)。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞：AT89C52單片機(jī)；路燈；控制系統(tǒng)
1 概述
隨著我國城市化進(jìn)程的不斷加快，城市發(fā)展規(guī)模越來越大，路燈作為城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，在城市的照明和美化中發(fā)揮著舉足輕重的作用。目前大多數(shù)城市的路燈控制主要依靠人力，經(jīng)濟(jì)成本高，能耗大，與當(dāng)前綠色、環(huán)保的現(xiàn)代社會生活理念不符。一款使用成本低、節(jié)能性好的路燈控制系統(tǒng)，已成為現(xiàn)代城市路燈控制的必需。文章基于單片機(jī)設(shè)計(jì)的節(jié)電型路燈控制系統(tǒng)，經(jīng)過測試，能滿足城市路燈管理需求。
2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)采用AT89C52單片機(jī)作為控制器，通過總線與各個(gè)模塊相連。利用按鍵設(shè)定時(shí)間，在LCD上顯示實(shí)時(shí)時(shí)間、路燈狀態(tài)。用光敏電阻檢測環(huán)境亮暗程度，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換后傳輸給單片機(jī)。單片機(jī)對時(shí)間和環(huán)境光線信號進(jìn)行判斷并處理，并通過繼電器等相關(guān)的執(zhí)行元件來控制路燈。路燈的開關(guān)模式為：0時(shí)至次日6時(shí)為節(jié)能時(shí)間段，路燈在半電壓下工作；19時(shí)至0時(shí)，路燈在全電壓下工作，其它時(shí)間段根據(jù)環(huán)境光線明暗程度來控制路燈的亮暗。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。
2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)
單片機(jī)最小系統(tǒng)主要包括復(fù)位電路、時(shí)鐘電路和電源電路組成。硬件電路圖如圖2所示。
2.2 實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊
本設(shè)計(jì)采用DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，利用時(shí)鐘模塊電路產(chǎn)生時(shí)鐘及定時(shí)等功能，實(shí)現(xiàn)路燈開關(guān)定時(shí)控制。電路如圖3所示。BT1是電壓為3V的紐扣電池，作為DS1302的備用電源。Y2是頻率為32.768 KHz晶振。DS1302的5、6、7引腳分別同單片機(jī)的P2.1、P2.2、P2.3的引腳相連。
2.3 環(huán)境光線檢測模塊
本設(shè)計(jì)使用光敏電阻和ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器結(jié)合的方式檢測，工作原理是當(dāng)照射在光敏電阻上的光線亮度發(fā)生變化時(shí)，光敏電阻的阻值也隨之相應(yīng)的發(fā)生變化，其變化是光線變強(qiáng)阻值減小，反之亦是，此時(shí)ADC0832的通道0得到的電壓值隨光線的變強(qiáng)而減小，ADC0832將電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，送給單片機(jī)，使得單片機(jī)能對環(huán)境明暗程度信號分析和處理。
2.4 路燈控制單元
本設(shè)計(jì)采用LM317穩(wěn)壓器，輸出電壓變化范圍是Vo=1.25V-37V，CD1、CD2起到濾波的作用。穩(wěn)壓電路圖如圖4所示。
路燈控制電路如圖5所示，Q1為PNP性三極管；RL1、RL2為繼電器；D5為續(xù)流二極管；D1、D2、D3、D4為發(fā)光二極管。當(dāng)L1為低電平，則RL1閉合，燈是全電壓工作；當(dāng)L1為高電平、L2為低電平，則RL2閉合，燈是半電壓工作；當(dāng)L1、L2、L3都為高電平，則燈全部不亮。
3 軟件設(shè)計(jì)
根據(jù)控制需要，系統(tǒng)軟件主要分為五部分，分別是：（1）主程序，以一定的邏輯及方式調(diào)用功能模塊，配置硬件資源。（2）LCD顯示程序，對時(shí)間信息和狀態(tài)信息的顯示。（3）ADC0832光線采集程序，對環(huán)境光線信號的采集，將光信號轉(zhuǎn)換成電信號再轉(zhuǎn)成數(shù)字信號，便于單片機(jī)分析處理。（4）DS1302操作程序，處理時(shí)間信息，負(fù)責(zé)路燈開關(guān)定時(shí)控制。（5）定時(shí)中斷程序。
軟件流程圖如圖6所示。
4結(jié)束語
文章基于AT89C52單片機(jī)設(shè)計(jì)了一種路燈控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了路燈按時(shí)間和光線雙重控制，經(jīng)實(shí)驗(yàn)檢測，該系統(tǒng)工作穩(wěn)定、性能可靠、便于擴(kuò)展，自動化、智能化程度高，有助于大幅度節(jié)省電力資源，降低管理成本，契合當(dāng)前城市發(fā)展需求，具有較高的應(yīng)用價(jià)值和良好的商業(yè)前景。
參考文獻(xiàn)
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【關(guān)鍵詞】單片機(jī) ISD1700語音控制芯片 LCD顯示
一般的公交車報(bào)站系統(tǒng)分為兩種，一種是司機(jī)通過按鍵來操作，熟悉路線的司機(jī)在車輛駛?cè)胝军c(diǎn)一定距離范圍內(nèi)時(shí)，按下所對應(yīng)的按鈕，系統(tǒng)報(bào)站。另一種是通過全球定位系統(tǒng)（GPS）的用戶終端接收工作衛(wèi)星的導(dǎo)航信息，從而解算出車輛的經(jīng)緯度信息，進(jìn)而計(jì)算出實(shí)時(shí)坐標(biāo)，將其與站點(diǎn)坐標(biāo)相比較，當(dāng)車輛駛?cè)胝军c(diǎn)一定距離范圍內(nèi)時(shí)，不用人工干預(yù)，系統(tǒng)自動報(bào)站。兩種報(bào)站方法來說，第一種不智能，容易出現(xiàn)失誤，第二種花費(fèi)昂貴巨大。所以本設(shè)計(jì)就利用兩個(gè)TCRT5000紅外反射器作為檢測站牌的傳感器，紅外反射器輪流檢測到站牌后，單片機(jī)判斷接受信號的高低電壓并發(fā)出指令進(jìn)行相應(yīng)的語音報(bào)站，并進(jìn)行液晶顯示，檢測不僅準(zhǔn)確而且價(jià)格低廉。
1 設(shè)計(jì)思路及設(shè)計(jì)方案
1.1 設(shè)計(jì)思路
本系統(tǒng)使用八位單片機(jī)作為控制器件。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行語音再生時(shí)，單片機(jī)控制語音合成電路中的語音芯片來讀取其外接的存儲器內(nèi)部的語音信息，并合成語音信號，再通過語音輸出電路，進(jìn)行語音報(bào)站和提示。同時(shí)，單片機(jī)讀取傳感器返回的站臺信息，將信息顯示在液晶上。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行語音錄制時(shí)，語音信號通過語音錄入電路送給語音合成電路中的語音芯片，由語音芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并將生成的數(shù)字語音信息存儲到語音存儲芯片中，從而建立語音庫。
1.2 硬件電路設(shè)計(jì)
硬件電路包括控制器選型、紅外反射模塊電路設(shè)計(jì)、語音控制電路設(shè)計(jì)、按鍵電路、指示燈、電源電路設(shè)計(jì)等；其中控制器選擇STC89C52--帶8K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器，紅外反射模塊電路以TCRT5000紅外反射器為核心，工作電壓：DC 3V～5.5V，推薦工作電壓為5V，檢測距離：1mm～8mm適用，焦點(diǎn)距離為2.5mm；語音控制電路設(shè)計(jì)以ISD1700芯片為核心，通過軟件編程實(shí)現(xiàn)完成指定地址的放音工作，同時(shí)還能嵌入整個(gè)費(fèi)額顯示程序中。
1.3 軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)上電后，程序自動初始化，通過延時(shí)，電源指示燈閃爍，主控器讀取語音芯片存儲的地址及錄音指針，進(jìn)行復(fù)位，將語音置于第一段，完成語音芯片初始化，通過查看位置表是否小于9，來判斷上行線，還是下行線。在LCD12864屏上顯示。再通過紅外傳感器1號和2號輪流觸發(fā)，指示燈亮，將得到的信號返回給主控器，再命令語音芯片播放當(dāng)前站點(diǎn)信息，完成后語音地址自動加1。依次播放顯示，直到最后一段語音播放完畢再返回第一段語音，循環(huán)播放。
包括主程序--包括初始化，讀取語音芯片存儲的地址及錄音指針并正確判斷當(dāng)前站點(diǎn)以決定播放位置并正確播放站點(diǎn)站名等功能；紅外線播站子程序--實(shí)現(xiàn)站點(diǎn)的正確播放，并順序播放到達(dá)站點(diǎn)的站名等功能；錄音操作子程序--實(shí)現(xiàn)站點(diǎn)錄入及修改等功能。
2 電路功能調(diào)試
本設(shè)計(jì)主要有主控制板，LCD12864板，喇叭，電池盒，USB線，排線，共6部分，先將喇叭和LCD12864板與主控制板連接，再連接供電部分，紅外反射器上方不得有物體遮擋。上電后若有問題可以按復(fù)位鍵進(jìn)行初始化。經(jīng)過靜態(tài)及動態(tài)電路調(diào)試以及軟件調(diào)試，所設(shè)計(jì)的公交車自動報(bào)站電路器實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的功能。
3 結(jié)語
該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了公交車自動報(bào)站功能。本系統(tǒng)功能強(qiáng)大，成本低，系統(tǒng)穩(wěn)定，無需人工介入，語音音質(zhì)好，很好的實(shí)現(xiàn)了車輛報(bào)站的自動化，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。系統(tǒng)選用ISD1700語音芯片，它的錄音數(shù)據(jù)被存放方法是通過ISD多級存儲專利技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，用聲音和聲頻信號的自然形式直接存放在故態(tài)存儲器，從而提供高質(zhì)量回放語音的保真度，使得該系統(tǒng)與其他語音報(bào)站系統(tǒng)相比較，語音質(zhì)量較好。另外，本設(shè)計(jì)仍然存在的許多的不足之處，比如它在報(bào)站時(shí)刻上不能十分的精確，存在一定的誤差。這些問題都需要在今后的研究工作中加以改進(jìn)，使系統(tǒng)更完善，更好的為人們服務(wù)。
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作者簡介
段了然（1992-），女 ，現(xiàn)為新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)械交通學(xué)院學(xué)生，所學(xué)專業(yè)：電氣工程及其自動化。
李雪蓮（1967-），女，四川省儀隴縣人，碩士，副教授，研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)電氣自動化。系本文通訊作者。
作者單位
直接數(shù)字頻率合成器（DDS）因具有頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間短、頻率分辨率高、輸出相位連續(xù)、可編程控制和全數(shù)字化結(jié)構(gòu)、便于集成等優(yōu)越性能，在雷達(dá)、通信、電子對抗等電子系統(tǒng)中應(yīng)用越來越廣泛。目前，在相控陣?yán)走_(dá)和多路信號波形發(fā)生器等一些應(yīng)用場合，開始出現(xiàn)同時(shí)使用多片DDS芯片輸出多路同步信號波形的趨勢。筆者在三通道雷達(dá)中頻信號模擬器的設(shè)計(jì)中，使用數(shù)字信號處理芯片TMS320C6701對三片直接數(shù)字頻率合成器芯片AD9852同時(shí)進(jìn)行控制的接口電路，研究了對多片AD9852芯片輸出模擬信號實(shí)現(xiàn)相位同步的幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。本文就這一接口電路作介紹。
1 AD9852和TMS320C6701簡介
該系統(tǒng)選用的直接頻率合成器是AD公司生產(chǎn)的AD9852，它能產(chǎn)生頻率、相位、幅度可編程控制的高穩(wěn)定的模擬信號。在最高系統(tǒng)時(shí)鐘300MHz時(shí)，輸出頻率的范圍可達(dá)DC-120MHz，精度可達(dá)1.066μHz，頻率轉(zhuǎn)換速度可達(dá)每秒1×10 8個(gè)頻率點(diǎn)；具有14位數(shù)控調(diào)相和12位數(shù)控調(diào)幅功能；具有相移鍵控（PSK）、掃頻功能（CHIRP）和頻移鍵控（FSK）功能。
該系統(tǒng)選用的數(shù)字信號處理芯片（DSP）是TI公司生產(chǎn)的高速浮點(diǎn)TMS320C6701，其內(nèi)部CPU集成了8個(gè)并行功能單元，配有32個(gè)32位通用寄存器，它在6ns周期時(shí)間里最多可同時(shí)執(zhí)行8條32位指令，其運(yùn)算能力可達(dá)1G FLOPS；存儲器尋址空間為32位，可尋址8/16/32位數(shù)據(jù)；有4個(gè)自加載的DMA傳輸通道。
2 TMS320C6701與AD9852接口電路
TMS320C6701是本系統(tǒng)的控制中心，其主要功能是將控制信號和信號波形參數(shù)發(fā)送到AD9852內(nèi)部相應(yīng)的控制寄存器，二者的接口電路原理框圖如圖1所示。
對AD9852內(nèi)部控制寄存器可以進(jìn)行并口或串口的讀寫操作。因?yàn)锳D9852的串口傳輸速率最大僅為10MHz，而并口傳輸速率可達(dá)高達(dá)100MHz，為了提高DSP對AD9852的控制速度，本系統(tǒng)采用了并行接口方式，三片AD9852的8位數(shù)據(jù)總線同時(shí)占用DSP數(shù)據(jù)總線的D0～D7位，它們的6位地址總線同時(shí)點(diǎn)用DSP地址總線的A2～A7位。由于AD9852器件沒有片選輸入信號。需要利用DSP的寫信號/AWR、片選信號/CE0和高位地址數(shù)據(jù)線的第A21～A20位，并由EPLD對其進(jìn)行譯碼要成WRB NO.1、WRB NO.2和WRB NO.3寫信號，分別控制三片AD9852器件的寫信號WRB，該寫信號負(fù)責(zé)把數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)寫入到AD9852的I/O緩沖寄存器中數(shù)據(jù)總線上數(shù)據(jù)寫入到AD9852的I/O緩沖寄存器中進(jìn)行緩存，這樣就實(shí)現(xiàn)了片選不同AD9852芯片目的。
TMS320C6701還控制EPLD產(chǎn)生三片AD9852需要的復(fù)位信號RESET和外部更新時(shí)鐘EXT I/O UPDATECLK。為了使三片AD9852和EPLD之間系統(tǒng)時(shí)鐘同步，它們的外部參考時(shí)鐘REFCLK由同一個(gè)50MHz的溫補(bǔ)晶振提供。
3 三片AD9852同步工作的關(guān)鍵技術(shù)
為了實(shí)現(xiàn)三片AD9852輸出信號波形相位同步，必須保證所有的AD9852芯片在同一個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘節(jié)拍下工作，每個(gè)AD9852的系統(tǒng)時(shí)鐘之間的相位誤差應(yīng)該最大不超過一個(gè)周期。AD9852內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘形成原理圖如圖2所示。AD9852有關(guān)分或單端兩種參考時(shí)鐘形式，它們既可以直接形成系統(tǒng)時(shí)鐘，又可以通過參考時(shí)鐘倍頻器倍頻后形成系統(tǒng)時(shí)鐘，選擇哪種參考時(shí)鐘和是否通過參考時(shí)鐘倍頻器倍頻可由用戶根據(jù)需要自行設(shè)置；異步的外部更新時(shí)鐘經(jīng)過邊沿檢測電路后與系統(tǒng)時(shí)鐘同步，形成上升沿，觸內(nèi)部控制寄存器更新內(nèi)容。從上述分析中可以看出，只有三處AD9852芯片參考時(shí)鐘同步，才能避免它們系統(tǒng)時(shí)鐘彼此之間不同步。下面介紹影響三片AD9852芯片同步工作的幾個(gè)關(guān)鍵信號。
3.1 參考時(shí)鐘信號
實(shí)現(xiàn)多片AD9852芯片同步的首要要求是每個(gè)AD9852的輸入?yún)⒖紩r(shí)鐘之間必須有最小的相位差。本系統(tǒng)要求用一個(gè)時(shí)鐘信號源產(chǎn)生四路相干時(shí)鐘分別分配給EPLD和三片AD9852，這給保證時(shí)鐘信號的驅(qū)動能力和信號完整性帶來了難度。本系統(tǒng)的解決辦法是將溫補(bǔ)晶振產(chǎn)生的信號首先傳送到一個(gè)零延遲時(shí)鐘驅(qū)動芯片CY2305的輸入端，再由該芯片輸出四路同步時(shí)鐘信號，其中一路時(shí)鐘直接供給EPLD，其它三路時(shí)鐘分別輸入給三個(gè)MAX9371芯片，此芯片把輸入的單端LVTTL電平時(shí)鐘轉(zhuǎn)化成差分LVPECL電平時(shí)鐘后，再分別輸入給三片AD9852芯片。為了使輸入到每個(gè)AD9852的參考時(shí)鐘信號的延遲時(shí)間保持一致，需要采用蛇形差分對的走線方法精心布線，使參考時(shí)鐘PCB走線距離相同。本系統(tǒng)AD9852的參考時(shí)鐘之所以采用差分輸入模式，是因?yàn)樗粌H可以抑制時(shí)鐘信號上的共模噪聲，而且它還具有最小的率和更短的上升和下降時(shí)間（小于1ns）。
3.2 更新時(shí)鐘信號
在對AD9852進(jìn)行控制編程時(shí)，寫入AD9852的數(shù)據(jù)首先被緩存在內(nèi)部的I/O緩沖寄存器中，不會影響到AD9852的工作狀態(tài)；只有當(dāng)AD9852的更新時(shí)鐘信號的上升沿到來時(shí)，觸發(fā)I/O緩沖寄存器把數(shù)據(jù)傳送給內(nèi)部控制寄存器以后才改變AD9852的工作狀態(tài)。更新時(shí)鐘信號的產(chǎn)生有兩種方式，一種是由AD9852芯片內(nèi)部自動地產(chǎn)生，用戶可以對更新時(shí)鐘的頻率進(jìn)行編程來產(chǎn)生固定周期的內(nèi)部更新時(shí)鐘；另一種是由用戶提供外部更新時(shí)鐘，此時(shí)AD9852 I/O UD引腳為輸入引腳，由外部控制器提供信號。
在同時(shí)定改三片AD9852內(nèi)部的頻率和相痊控制寄存器的過程中，為了防止因數(shù)據(jù)建立和保持時(shí)間的原因而出現(xiàn)編程信息傳輸錯(cuò)亂，使AD9852的輸出信號失去同步，本系統(tǒng)使用由EPLD提供的同一個(gè)外部更新時(shí)鐘信號。若使用AD9852內(nèi)部更新模式，盡管可以簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，但因?yàn)锳D9852內(nèi)部時(shí)鐘頻率較高，會受到AD8952接口速率的限制，使AD9852的控制時(shí)序不易控制。對外部更新時(shí)鐘信號的PCB布線同參考時(shí)鐘的要求一樣，必須使它的上升沿同時(shí)到達(dá)每片AD9852.
3.3 復(fù)位信號
該系統(tǒng)三片AD9852使用同一個(gè)復(fù)位信號，它在系統(tǒng)上電后和發(fā)送控制數(shù)據(jù)之間由EPLD產(chǎn)生，對AD9852的所有寄存器進(jìn)行初始化，使相位累加器的狀態(tài)被設(shè)置為初始零 相位，使三片AD9852輸出信號相位同步有個(gè)參考起始點(diǎn)；它也可以控制AD9852內(nèi)部的14位相位調(diào)整控制寄存器，根據(jù)實(shí)際需要使它們輸出的模擬信號之間保持一定相位差，它調(diào)整相位的精度可達(dá)到0.022°。
3.4 參考時(shí)鐘信號倍頻
輸出頻率較低的溫補(bǔ)晶振性價(jià)比較高，當(dāng)使用它產(chǎn)生參考時(shí)鐘信號時(shí)，需要使用AD9852片內(nèi)參考時(shí)鐘倍頻器的鎖相環(huán)電路，實(shí)現(xiàn)4～20倍頻后才成為系統(tǒng)時(shí)鐘信號，這使多片AD9852芯片同步工作的問題變得復(fù)雜了，這是因?yàn)锳D9852內(nèi)部的鎖相環(huán)工作有兩個(gè)狀態(tài)；鎖定狀態(tài)和獲得鎖定狀態(tài)。在鎖定狀態(tài)，系統(tǒng)時(shí)鐘信號和輸入的參考時(shí)鐘信號可以保持同步。但當(dāng)給AD9852發(fā)送控制指令時(shí)，其參考時(shí)鐘倍頻器工作后的一小段時(shí)間內(nèi)，鎖相環(huán)不能立刻鎖定，它工作在獲得鎖定狀態(tài)，此時(shí)傳送到AD9852的相位累加器的系統(tǒng)時(shí)鐘周期個(gè)數(shù)是不可控的，直接導(dǎo)致三片AD9852輸出的信號之間相位不能同步，因此一定要等待鎖相環(huán)工作在鎖定狀態(tài)以后，再更新AD9852內(nèi)部頻率或相位等控制字。AD9852片內(nèi)鎖相環(huán)鎖定典型時(shí)間約為400μs，由于每個(gè)AD9852的鎖定時(shí)間不盡相同，建議至少留出1ms時(shí)間給鎖相環(huán)鎖定。
3.5 數(shù)據(jù)總線和地址總線信號
TMS320C6701的數(shù)據(jù)總線和地址總線需要同時(shí)與EPLD和三片AD9852相連接，為了提高總線的驅(qū)動能力，DSP輸出的總線需要通過TI公司的SN74LVTH162245芯片進(jìn)行驅(qū)動后才能與這些異步接口的器件相連接。但是，這樣直接加上驅(qū)動的數(shù)字總線和地址部被三片AD9852分時(shí)復(fù)位會帶來另一個(gè)潛在的問題，即復(fù)用的總線給多片AD9852之間提供了一個(gè)互相耦合電氣通道，使它們的模擬輸出信號之間的隔離度可能達(dá)不到60dB的系統(tǒng)指標(biāo)要求，故需要進(jìn)一步改進(jìn)。本系統(tǒng)采用的方法是使被復(fù)用的TMS320C6701總線上的每一路信號首先驅(qū)動SN74LVTH162245上的四個(gè)輸入端，這樣就可以從它的輸出端得到四個(gè)被相互隔離的四路相同信號，然后再各自加端接匹配電阻，對每路信號進(jìn)行匹配后再接到各自的終端。這樣不僅解決了信號隔離問題，還很好地解決了一路信號線因驅(qū)動多路終端所引起的傳輸阻抗不匹配的問題。
4 AD9852的操作控制時(shí)序
（1）給系統(tǒng)上電，DSP控制EPLD產(chǎn)生復(fù)位信號RESET，此信號需要至少保持10個(gè)參考時(shí)鐘周期的高電平；
（2）依次給每個(gè)AD9852發(fā)送控制字，使每個(gè)AD9852工作狀態(tài)由缺省的內(nèi)部更新時(shí)鐘模式改變成外部時(shí)鐘更新模式；
（3）將AD9852時(shí)鐘倍頻器工作的控制字依次寫入每個(gè)AD9852的I/O緩沖寄存器中，EPLD產(chǎn)生外部更新時(shí)鐘的同時(shí)更新每個(gè)AD9852內(nèi)部控制寄存器；