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1、电镀数字脉冲电源控制电路设计摘 要目前的电镀技术仍存在诸如加工时间长、镀层厚度均匀性差、镀层容易出现缺陷等，这些问题不仅影响到电镀制品的质量，同时还大大限制了电镀技术的应用与发展，因此，我们希望能改进电镀技术。为此本设计设计了一款能够改善电镀质量的电镀电源-数字脉冲电镀电源，该电源以AT89C51单片机为控制核心，控制看门狗电路，按键电路，显示电路，功能控制电路以及与从系统的串口通信，实现对电源的控制；看门狗电路以MAX813L为核心，实现上电复位，手动复位，和电路监控；按键电路采用4*4矩阵键盘；显示电路采用LCD1602实现电源动态的显示；从系统以AT89C2051为核心，控制产生开关管的
2、控制信号；为了减少模拟信号对电路的干扰，在电源电路的设计中使用了光电耦合器，有效的减少了模拟信号的干扰。该系统在理论上能够实现电镀电压可调，脉冲时间、脉冲占空比可调控。关键词：脉冲,电镀,电源,单片机Pulse Electroplating Power SupplyABSTRACTThe current electroplating technology is still has some problems, such as the processing time is long, the less uniformity of plating thickness, coating has de
3、fects, and so on, these problems not only affect the electroplating products quality, but also greatly limits the electroplating technology development and application, therefore, we hope to improve electroplating technology. Therefore this design designs a new electroplating power - plating digital
4、 pulse electroplating power that can improve the quality of plating , the power uses a AT89C51 as a control core, that controls watch-dog circuit, key circuits, show circuit , function controls circuit and the serial communication with the second system, realize the control of the power; Watch-dog c
5、ircuit uses a MAX813L as the core, achieve the manual reset, electric reset, and circuit monitoring; Button circuit uses a 4 * 4 matrix keyboard; Show circuit uses a LCD1602 to display the powers dynamic; The second system uses a AT89C2051 as the core, signals the switch tube; In order to reduce the
6、 interference of analog signal interference to the circuit, the design of the power circuit uses a photoelectric couplers. In theory, this system can realize that electroplating voltage is adjustable, pulse time, pulse duty cycle can control.KEY WORDS: pulse, electroplate, power, miniature毕业设计（论文）原创
7、性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与
8、阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版
9、，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 优 良 中 及格 不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 优 良 中 及格 不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 优 良 中 及格 不及格4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 优 良 中 及格 不及格5、完成毕业论文（设计
10、）期间的出勤情况 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）指导教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量
11、1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）评阅教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日III教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程1、毕业论文（设计）的基本要点和见
12、解的叙述情况 优 良 中 及格 不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 优 良 中 及格 不及格3、学生答辩过程中的精神状态 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格评定成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等
13、级前的内画“”）教研室主任（或答辩小组组长）： （签名）年 月 日教学系意见：系主任： （签名）年 月 日目 录摘 要IABSTRACTII1绪论11.1引言11.2国内外发展状况11.3本文主要研究工作32电镀数字脉冲电源的总体方案设计42.1系统总体方案设计42.2主系统方案设计42.3从系统方案设计52.4主、从系统通信方式的方案设计53电镀数字脉冲电源设计的关键技术和实现73.1主CPU的选择、方案确定73.1.1AT89C51单片机的内部结构和引脚功能73.1.2引脚的分配93.2显示电路设计93.2.1数码管显示电路设计93.2.2液晶显示电路设计123.2.3显示电路的选择143
14、.3按键电路设计143.3.1按键电路的原理143.3.2按键电路的具体设计173.4复位看门狗电路183.5基于89C2051的从系统的设计213.5.1AT89C2051213.5.2光电耦合器223.5.3三端稳压管234总结27致谢28参考文献29附录3033电镀数字脉冲电源控制电路设计1 绪论1.1 引言随着科学技术与生产的发展，电子技术在生产生活中应用的越来越多，在社会生活中扮演日益重要的角色其中电镀产品就十分突出。但目前的电镀技术仍存在诸如加工时间长、镀层厚度均匀性差、镀层容易出现缺陷以及存在较大内应力等缺陷，这些缺陷不仅影响到电镀制品的质量，同时还大大限制了电镀技术的应用与发展
15、，不能适应当前的社会生产，尤其是精密制造的需要。因此，我们希望能改进电镀技术，从而提高电镀制品的质量。当今比较成熟而稳定的电镀电源为开关电源，我们通过查阅相关资料，对电镀生产的最基本原理进行研究，考虑到各方面因素，决定从生产实际进行改革，通过采用先进的电镀电源，达到提高电镀生产的水平的目的，在提高电镀制品质量的同时，也加快了电镀生产的生产效率，并且消除电镀中的种种缺陷。1.2 国内外发展状况我国开关式电镀电源技术已有突破性发展，在中小型功率领域已进入推广应用的阶段。但在输出功率，通用品种，可靠性，批量生产能力，推广范围，特别是数字化智能控制等方面，同国外工业发达国家水平，尚有较大差距。为了适应
16、我国制造业的迅速发展和成为世界制造中心的需求，进一步加强电镀电源的高频高效化，数字化智能控制绿色可靠的工作并解决相关问题，对推动开关式电镀电源的持续发展是很有必要的。电镀电源经历了四个发展阶段：（1）直流发电机阶段：这种电源耗能大、效率低、噪声大，已经被淘汰。（2）硅整流阶段是直流发电机的换代产品， 技术十分成熟，但效率低，体积大，控制不方便。目前，仍有许多企业使用这种电镀电源。（3）可控硅整流阶段：是目前替代硅整流电源的主流电源，具有效率高、体积小、调控方便等特点。随着核心器件可控硅技术的成熟与发展， 该电源技术日趋成熟，已获得广泛应用。（4）晶体管开关电源即脉冲电源阶段：脉冲电镀电源是当今
17、最为先进的电镀电源，它的出现是电镀电源的一次革命。这种电源具有体积小、效率高、性能优越、纹波系数稳定，而且不易受输出电流影响等特点。脉冲电镀电源是发展的方向，现已开始在企业中使用早期使用的电镀电源是直流发电机组，随后出现了硒堆整流器，均因体积大、噪声大，成本及能耗高等原因，被硅整流电源所替代。20世纪60年代随着晶闸管(SCR)的问世和成功应用，使电镀电源得到了快速发展，出现了晶闸管电镀电源，晶闸管在该电源中既作为整流器件又作为调压器件，控制系统采用移相技术，应用闭环Pl调节，使电源具有自动稳压、稳流等功能，而且保护方式灵活，在体积、运行效率、自动控制、调节方式等方面与硅整流设备相比具有较大优
18、势，得到了广泛应用。但晶闸管电镀电源在小电流情况下容易使网侧及负载上的谐波严重，引起电网的波形畸变，从而形成电网“公害”，在电网中需要增加必要的防范措施。 20世纪80年代以后，变流装置中的普通晶闸管逐渐被新型器件如电力晶体管(GTR)、场效应晶体管(MOSFET)和绝缘栅双极晶体管(IGBT)等取代。以MOSFET和IGBT为功率器件的整流器工作频率可提高至2050kHz，所以该类整流器又称为高频开关电源。其工作过程是将整流后的直流电源，逆变成高频交流电，再经整流后获得直流电源。由于采用的是高频率开关工作模式，所以变压器的体积和器件的功耗大大降低，功率因数和运行效率大大提高，是目前电镀电源的
19、发展方向。随着IGBT器件功率增加、耐压提高和应用技术 的日益成熟，IGBT必将在大多领域中取代晶闸管(SCR)，以达到高效、节能目的。目前正在研制的大功率智能功率模块(IPM)，是将电力电子器件和驱动、保护、控制电路集成到一起，从而提高了系统的可靠性与可维护性，进一步降低成本与能耗，必将不断应用至电镀电源中。 随着电镀工艺的迅速发展，新的电镀工艺从波形、频率、自动控制、综合功能等方面对电镀电源提出更高的要求。目前，普遍采用的电镀电源按波形可分为脉动直流电源、平滑直流电源、周期换向电源、单向脉冲电源、换向脉冲电源、直流叠加脉冲及智能化多波形电源等，以满足不同电镀工艺需要。 综上所述，电镀电源的
20、整体发展趋势是低能耗、无电网污染、高可靠、小体积、高性能和多功能。常用电镀电源简介：(1)硅整流电源 硅整流电源降压变压器一次侧采用调压器调压，二次侧采用二极管整流。根据容量不同，可分为单相全波、三相全波和六相双反星整流等。小容量电源采用干式接触式调压器调压，容量较大时采用油浸感应式调压器调压。根据容量不同，整流组件的冷却方式分为自冷、风冷、水冷和油浸自冷等。由于采用交流调压器调压，所以输出波形为脉动连续直流，该类电源因效率低、体积大、成本高及自动控制难以实现等缺点，在电镀领域中应用受到限制，属于淘汰产品。(2)晶闸管整流电源 晶闸管整流器在小容量时采用交流电源经隔离变压器降压，再经晶闸管移相
21、调压和整流后获得直流电压。在容量较大时采取晶闸管交流侧移相调压，再经隔离变压器降压和二极管整流后获取直流电压。晶闸管及二极管的冷却方式根据不同容量分为自冷、风冷、水冷和油浸自冷等。目前整流变压器大多采用三相五柱芯式节能型变压器，它与六相双反星带平衡电抗器的整流方式相比，可以省去平衡电抗器，达到降低成本、提高效率的目的。晶闸管整流器输出波形为脉动直流，电压低时不连续，为了提高输出波形的平滑性，可增加滤波器或采用多相整流电路。 晶闸管整流器一般具有稳压、稳流、软启动等功能，可灵活应用于生产线中。近几年随着微机控制技术在晶闸管整流器中的广泛应用，可以实现输出波形的换向、直流叠加脉冲、波形分段控制等，
22、还可以实现计时、定时、自动控温、电量计量和定量等控制功能。(3)高频开关电镀电源 高频开关电源自从20世纪90年代开始在电镀领域使用，现已进入推广应用阶段。该类电源具有效率高、体积小等特点，在3000A以下通用型电镀电源中有较强的竞争力。通过近几年的运行检验，其稳定性、输出波形和控制方面已能够满足生产的需要，现正在向500010000A，甚至更大容量扩展，有望在大多电镀领域中取代晶闸管整流器。 普通开关电源的输出波形为高频调制的脉冲直流，若对平滑性有较高要求可以增加直流滤波器，冷却方式一般采取风冷。1.3 本文主要研究工作本课题围绕单片机为核心，完成监控电路和键盘输入、状态显示等硬件电路的设计
23、。单片机使用AT89C51，按照需求将引脚分配给监控电路，按键电路，显示电路；监控电路使用MAX813L作为控制芯片，完成上电复位，自动复位，手动复位，和电源监控的功能；键盘电路使用4*4矩阵键盘，完成数值设置的功能；显示电路使用LCD1602，LCD1602能显示两行字符，每行8个，满足显示的要求；从系统选用AT89C2051作为控制芯片，产生控制开关电源的脉冲。电源电路在正常导通时能够输出可调电压，当控制电路给电源电路开关脉冲时，电源电路根据开关管的导通情况形成脉冲直流电源。2 电镀数字脉冲电源的总体方案设计2.1 系统总体方案设计由于系统中关键的问题是定时，电镀时间的定时及驱动开关管的脉
24、冲定时，而且后者的定时精度直接影响输出脉冲波形的频率精度。同时考虑到系统显示及按键处理的因素，本系统采用了双 CPU 系统设计架构。主系统主要负责显示、按键管理、电镀时间控制以及运行中的暂停等控制；从系统主要负责产生开关管的驱动脉冲。数字控制系统的原理图如图2-1所示。显 示键 盘运行暂停、结束等控制接口从CPU驱 动开关电源主CPU图2-1 双CPU系统原理图2.2 主系统方案设计 主系统利用AT89C51作为中央控制芯片，P0口作为液晶显示的数据线，用于显示电路，P2口作为按键控制电路的行线和列线，P1口作为一般双向I/O口使用，P3口的P3.0、P3.1作为串行通信接口使用，其他P3口作
25、为一般双向I/O口使用。看门狗电路利用MAX813L作为控制芯片，使用其经典电路做到上电自动复位和电路监控的功能，同时设计了一些外围电路，实现手动复位功能。按键电路是使用一个4*4矩阵键盘，通过控制行线和列线达到控制按键的功能。矩阵式键盘可以有效的节省I/O口。显示电路是使用液晶显示，使用了一片1602，达到ton，toff，T的显示功能。2.3 从系统方案设计从系统是基于AT89C2051的控制电路，由从系统单片机定时器提供定时，向电源电路发送一个脉冲，控制电路的通断，使电源电路的输出由直流变为直流脉冲。从系统与主系统的通信方式选为串口通信，通过TXD,RXD交叉连接实现，共用复位信号，由主
26、系统的定时器提管理串口通信。电源电路是一个将交流电转换为脉冲直流的电路，首先交流电源经过变压器转换为28V的交流电源，再经过整流桥整流后输出直流，通过开关管控制直流电源的通断而达到输出脉冲直流的效果。2.4 主、从系统通信方式的方案设计在单片机应用系统中，双 CPU 或多 CPU 系统的建构通常有以下 3 种形式。1）双口 RAM 方式使用一个 CPU 有时会导致软件编写复杂，尤其是当多个外围芯片发生中断请求时，容易造成数据处理的延误。采用双口 RAM 的双 CPU 电路，整个电路分成 2 大部分，每个 CPU 编有单独的程序，各管理 1 部分，这样可减小整个软件编写的难度，增加仪器工作的可靠
27、性。作为 2 个 CPU 交换信息的媒介，主 CPU和从 CPU 均可通过与双口 RAM 相连的总线对双口 RAM 进行读/写。由于双口RAM 大多具有双总线，而且具有总线仲裁机构，因此这种方式的特点是硬件简单，但成本相对较高。这种方式的实现原理可用图2-2表示。片选片选状态状态总线总线主CPU从CPU左总线 右总线双口RAM图2-2 双口RAM方式2）并口通信方式直接将 2 个 CPU 通过并行接口连接起来，实现协调与交流。这种方式是以牺牲并行接口为代价的。虽然是半双工通信方式，但由于是并行通信方式，速度还是比串口方式要快。在并行接口紧张的应用场合，需要权衡。图2-3即为双CPU 通过并行接
28、口连接。P1CPU1P34P35P1CPU2P34P35图2-3 并行通信方式3) 串行通信方式串行通信方式，即主、从 CPU 之间通过串行接口或模拟串行接口进行协调和交流。这种方式的特点是硬件简单，软件实现也很方便。适合于本次设计的需要。本次系统在串行通信的基础上，配合以适当的硬握手联络信号，以克服纯软件握手对驱动脉冲的影响。双口RAM方式硬件电路简单，但成本较高，并行通信方式通信速度快，却是以牺牲I/O口为代价，不适合本次设计的要求，串行通信方式虽然通信速度稍慢，但硬件电路简单，软件实现也很方便，适合本次设计的需要，两CPU通过RXD,TXD交叉连接完成串口通信。3 电镀数字脉冲电源设计的
29、关键技术和实现由于系统中关键的问题是定时，电镀时间的定时及驱动开关管的脉冲定时，而且后者的定时精度直接影响输出脉冲波形的频率精度。同时考虑到系统显示及按键处理的因素，本系统采用了双 CPU 系统设计架构。主系统主要负责显示、按键管理、电镀时间控制以及运行中的暂停等控制；从系统主要负责产生开关管的驱动脉冲。3.1 主CPU的选择、方案确定3.1.1 AT89C51单片机的内部结构和引脚功能主CPU系统主要管理显示电路、按键电路、运行状态控制及向从CPU系统发送脉冲参数等，核心是AT89C51单片机。其中暂停开关PKEY与暂停指示灯通过接口与单片机连接，暂停时指示灯会发光指示。主、从CPU系统的握
30、手信号为R/P，SCOMM。其中R/P用来由主CPU控制从CPU的运行与暂停；SCOMM信号是从CPU向主CPU指示通信状态的，成功结束有效；否则无效。本次设计使用AT89C51单片机作为主系统芯片，AT89C51单片机芯片内部的逻辑结构如下图3-1所示。图3-1 AT89C51内部逻辑结构各部分的情况简单介绍如下：a）中央处理器（CPU）中央处理器是单片机的核心，完成运算和控制操作。在CPU里面包含了运算器、控制器以及若干寄存器等部件组成。b）内部数据存储器（RAM）用于存放可读写的数据，地址范围为00HFFH（256B）。是一个多用多功能数据存储，有数据存储、通用工作寄存器、堆栈、位地址等
31、空间。c）内部程序存储器（ROM）用于存放程序、原始数据或表格。因此称之为程序存储器，地址范围为0000HFFFFH（64KB）。d）定时器/计数器51系列共有两个16位的定时器/计数器，以实现定时或记数功能。e）并行I/O口MCS-51共有4个8位的I/O口（P0、P1、P2、P3），以实现数据的并行输入输出。f）串行口MCS-51有一个全双工的串行口，以实现单片机和其它数据设备之间的串行数据传送。该串行口功能较强，既可作为全双工异步通信收发器使用，也可作为同步移位器使用。g）中断控制系统MCS-51单片机的中断功能较强，以满足控制应用的需要。h）时钟电路i）位处理器8051是标准的40引脚
32、双列直插式集成电路芯片，引脚排列参照下图3-2。图3-2 AT89C51管脚图信号引脚介绍a)输出口线P0.0P0.7 P0口8位双向口线P1.0P1.7 P1口8位双向口线P2.0P2.7 P2口8位双向口线P3.0P3.7 P3口8位双向口线b)ALE 地址锁存控制信号在系统扩展时，ALE用于控制把P0口输出的低8位地址送入锁存器锁存起来，以实现低位地址和数据的分时传送。c)PSEN 外部程序存储器读选通信号在读外部ROM时PSEN有效（低电平），以实现外部ROM单元的读操作。d)EA 访问程序存储器控制信号当EA信号为低电平时，对ROM的读操作作限定在外部程序存储器；而当EA信号为高电平
33、时，则对ROM的读操作作是从内部程序存储器开始，并可延续至外部程序存储器。e)RST 复位信号当输入的复位信号延续2个机器周期以上高电平时即位有效，用以完成单片机的复位操作。f)XTAL1和XTAL2 外接晶体引线端当使用芯片内部时钟时，此二引线端用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。g)Vss 地线h)Vcc +5V电源3.1.2 引脚的分配AT89C51作为中央控制芯片，P0口作为液晶显示的数据线，用于显示电路，P2口作为按键控制电路的行线和列线，P1口作为一般双向I/O口使用，P3口的P3.0、P3.1作为串行通信借口使用，其他P3口作为一般双向I/O口使
34、用。3.2 显示电路设计作为显示电路，要求实现的功能有：能够对ton，toff，T的数值进行显示和设计，并且没个数值都要求有四位有效数字，可以用三组4位的数码管显示，也可以用液晶显示实现，下面对这两种显示方式做以下介绍。3.2.1 数码管显示电路设计数码管采用小型超高亮共阴数码管。为了有所区别，前2个参数的显示采用绿色，后1个参数的显示采用红色。ton, toff参数在运行中始终显示，而T参数则以秒为单位倒计时显示，到0时结束运行。通过P15引脚向MAX813L发出RSTK1信号，使系统复位，也即停止从CPU的脉冲输出，结束电镀运行。由于显示电路的需要，本次设计中共用到3组，每组四个的数码管，
35、因单片机上I/O口有限，利用一个8279对I/O口进行扩展。1)8279 8279是可编程的键盘、显示接口芯片。它既具有按键处理功能，又具有自动显示功能，在单片机系统中应用很广泛。8279内部有键盘 FIFO（先进先出堆栈）/传感器，双重功能的 8*8=64BRAM，键盘控制部分可控制 8*8=64 个按键或 8*8 阵列方式的传感器。该芯片能自动消抖并具有双键锁定保护功能。显示 RAM容量为 16*8，即显示器最大配置可达 16 位 LED 数码显示。数据线DB0-DB7 是双向三态数据总线，在接口电路中与系统数据总线相连，用以传送CPU和 8279 之间的数据和命令。地址线/CS=0 选中
36、 8279，当 A0=1 时，为命令字及状态字地址；当A0=0 时，为片内数据地址，故 8279 芯片占用 2 个端口地址。控制线CLK：8279 的时钟输入线。IRQ：中断请求输出线，高电平有效。/RD、/WR：读、写输入控制线。SL0-SL3：扫描输出线，用来作为扫描键盘和显示的代码输出或直接输出线。RL0-RL7：回复输入线，它们是键盘或传感器矩阵的信号输入线。SHIFT：来自外部键盘或传感器矩阵的输入信号，它是 8279 键盘数据的次高位即 D6 位的状态，该位状态控制键盘上/下档功能。在传感器方式和选通方式中，该引脚无用。CNTL/S：控制/选通输入线，高电平有效。键盘方式时，键盘数
37、据最高位（D7）的信号输入到该引脚，以扩充键功能；选通方式时，当该引脚信号上升沿到时，把 RL0-RL7 的数据存入 FIFO RAM 中。OUTA0-OUTA3：通常作为显示信号的高 4 位输出线。OUTB0-OUTB3：通常作为显示信号的低 4 位输出线。/BD：显示熄灭输出线，低电平有效。当/BD=0 时将显示全熄灭。2）45144514由锁存器和416线译码器组成，主要功能是锁存和译码。3）MC1413MC1413高耐压、大电流达林顿陈列反相输出器，又七个硅NPN达林顿管组成。MC1413的每一对达林顿管都串联一个2.7K的基极电阻，在5V的工作电压下它能与TTL和COMS电路直接相连
38、，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。MC1413工作电压高，工作电流大，灌电流可达500mA，并且能够在关态时承受50V的电压，输出还可以在高负载电流并行运行。4) 7404集电极开路6正相高压驱动器，提供数码管字形显示的驱动电流。AT89C51单片机的I/O口经过8279的扩展后，使用SL0SL3四条线作为数码管的控制线，经过4514的译码后分配到数码管中，负责位选。而字显通过8279上的OUTA0OUTA3,OUTB0OUTB3进行控制。以此来达到单片机控制数码管实现的目的，单片机的显示电路如下图3-3,3-4,3-5所示。图3-3显示电路（1）图3-4 显示电路（2）图3-
39、5 显示电路（3）3.2.2 液晶显示电路设计LCD显示器分为字段显示和字符显示两种。其中字段显示与LED显示相似，只要送对应的信号到相应的管脚就能显示。字符显示是根据需要显示基本字符。系统中采用LCD1602作为显示器件输出信息。与传统的LED数码管显示器件相比，液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富等优点，而且不需要外加驱动电路，现在液晶显示模块已经是单片机应用设计中最常用的显示器件了。LCD1602可以显示2行16个汉字。1）LCD1602的引脚功能LCD1602模块的引脚如图3-6所示，其引脚功能如下：RS：数据和指令选择控制端，RS=0命令状态；RS=1数据。R/W：读写控制线
40、，R/W=0写操作；R/W=1读操作。A：背光控制正电源。 K：背光控制地。E：数据读写操作控制位，E线向LCD模块发送一个脉冲，LCD模块与单片机间将进行一次数据交换。DB0DB7：数据线，可以用8位连接，也可以只用高4位连接，节约单片机资源。VDD：电源端。 VO：亮度控制端（1-5V）。 VSS：接地端。VSS VDD VO RS R/W E DB0 DB1 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6 DB7 A KLCD 模 块1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16图3-6 LCD引脚排布2）LCD有四种操作RSR/W操作00写命令操作(初始化，光标定
41、位等)01读状态操作(读忙标志位)10写数据操作(要显示内容)11读数据操作(可以把显示存储区中的数据反读出来)3）LCD的显示流程1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。LCD1602与单片机连接的电路图如图3-7所示。图3-7 单片机与LCD1602的连接电路图3.2.3 显示电路的选择由本次设计可以看出，数码管显
42、示和液晶显示均能实现所要求的功能，两者相比较而言，液晶显示电路简单，但是造价高，软件编程复杂；数码管显示电路造价低，软件设计简单，但硬件电路复杂，而且由于显示的内容太多，用到12个数码管，会导致硬件电路体积很大。结合实际情况，本次设计选择液晶显示电路来实现显示功能。3.3 按键电路设计3.3.1 按键电路的原理键盘是由按键构成，是单片机系统里最常用的输入设备。我们可以通过键盘输入数据或命令来实现人-机通信。1）按键及键抖动 按键是一种常开型按钮开关。平时，按键的两个触点处于断开状态，按下按键时两个触点才闭合（短路）。如图3-8所示，平常状态下，当按键K未被按下时，按键断开，PA0输入口的电平为
43、高电平；当按键K被按下时，按键闭合，PA0输入口的电平为低电平。图3-8 按键电路一般的按键所用开关都是机械弹性开关，由于机械触点的弹性作用，按键开关在闭合时不会马上稳定地连接，在断开进也不会马上完全的断开，在闭合和断开的瞬间均有一连串的抖动。按键按下的电压信号波形图如图所示，从图中可以看出按键按下和松开的时候都存在着抖动。抖动时间的长短因按键的机械特性不同而有所不同，一般为5ms10ms。如果不处理键抖动，则有可能引起一次按键被误读成多次，所以为了确保能够正确地读到按键，必须去除键抖动，确保在按键的稳定闭合和稳定断开的时候来判断按键状态，判断后再做处理。按键在去抖动，可用硬件或软件两种方法消除。由于使用硬件方法消除键抖动，一般会给系统的成本带来提高，所以通常情况下都是使用软件方法去除键抖动。常用的去除键抖动的软件方法有很多种，但是都离不开基本的原则：就是要么避开抖动的时候检测按键或是在抖动的时候检测到的按键不做处理。这里说明一下常用的两种方法：第一种方法是检测到按键闭合电平后先执行一个延时程序，做一个12ms24ms的延时，让