基于单片机的四路数控及显示系统的设计

刘静波
（南京工程学院 通信工程系 江苏 南京 211167）
摘 要：以单片机89C52 为核心，控制四路D/A 转换器实现独立数控与显示。每路数控单元都能互不影响地各自调整，输出的步进电压为±0.1V。分析了系统数控原理，给出较详细的软件设计过程、电路和程序结构，并对实际应用方面作介绍。
关键词：数控 单片机 D/A转换

D/A 转换器DAC0832 内部主要由T 型电阻网络和电子开关组成，输入不同数字量可以控制相应电子开关，从而使T 型电阻网络输出与数字量成正比的模拟电流，并通过外接运放得到模拟电压[1、5]。若加到四个DAC0832 的基准电压为固定值UZ（可以是同一个UZ），则在单片机89C52 的作用下，可以对每路D/A 转换器分别进行控制，从而实现每路独立以0.1V 步进电压输出。DAC0832 是8 位D/A 转换常用器件，在本系统中作为被控对象，其内部的电阻网络对数字量的解码，完全可以达到低于0.1V 分辨率的要求，这是一种可行、实用的方案，单片机89C52 如何来控制每路数控独立输出与显示则是要解决的重点内容。系统实现的功能如下：各路数控独立输出与调整；同一基准电压UZ 条件下，各路输出电压范围0～UZ，步进电压0.1V；每路用两位数码管显示相应数值；每路用两个按键分别实现加、减功能，对应为+0.1V 和-0.1V 的调整。

1 DAC0832 的数控原理
对每一路数控单元来说，可以按图1 连接。根据本系统的要求以及考虑简化电路，图1中对DAC0832 电阻网络的连接端口Iout1、Iout2、Vref、Rfb 作适当的处理，区别于常规典型应用。通过分析可以得到以下两个表达式。

其中（1）式是当前DAC0832 内部电阻网络连接端口Iout1、Vref 与数字量之间的关系，注意基准电压UZ 通过射随器U1A 加在Iout1 端，因此（1）式中Iout1 用UZ 替换表示；（2）式是数字量与输出电压之间的关系，可以通过运放分析计算得到，采用叠加原理[2]不难推导。
其中ΣDn 是输入到DAC0832 数字量的表示方法，它清楚地表明对于每一个数控输出电压UO，必然对应一个数字量。如UZ=+5V，则按照0.1V 步进电压设计数控输出电压，对应有51 个数字量，这是数控的基本原理，也是程序设计的重要依据。
2 单片机控制部分
图2 是单片机控制部分的示意图，其硬件资源分配如下：P0 口作为数据总线，并通过8D 锁存器后，作为数码管显示与键盘扫描信号。P1 口是八位数码显示的位选信号。P3.5 用作键盘检测。八个按键S1～S8（四路输出、每路均可以单独加和减控制）控制数控输出与显示。采用了并行总线方式输出数据，因此必须解决地址的分配问题，采取将P2.7～P2.5经74HC138 译码得到的CS0～CS4 五个选择信号分配到各单元，地址分配关系是显示与键盘为0000H-1FFFH、数控1 单元至数控4 单元分别是2000H-3FFFH、4000H-5FFFH、6000H-7FFFH 和8000H-9FFFH。
3 软件设计
本系统的监控程序任务是初始化、启动输出与显示、处理键盘检测，然后根据键值调用相应功能模块。其次是具体执行软件部分，它完成具体实质性的功能，输出数字量、显示键盘检测取键值、按键处理程序、明确该键控制哪路？是实现“加”功能还是实现“减”功能等。
图3 是系统总流程图，它表明了系统监控程序的框架，这实际上采取的是查询方式的调度模式[3]。30H～37H 是八位数码显示的指针，40H～43H 是四个控制输出数字量的指针。

 
3.1 数字量输出子程序
送给DAC0832 的数字量在此子程序中完成，40H～43H 作为四个控制输出数字量的指针，配合查表指令不难实现数字量的输出的。但要注意每路地址与数据指针的对应，而40H～43H 的内容显然由键盘处理程序中进行更新。值得重视的问题是，系统采取查询方式、不断循环的监控模式，如没有按键按下，或某一个具体按键按下则只要进行该按键的处理时，没有必要每循环一次而把所有数字量重复送到D/A转换器。程序这样解决：对每一路数字量输出前，查询当前各自标志位，当然标志位满足判断条件的前提下，才能送出数字量。标志位有四个，占用单片机位寻址空间00H～03H，这四个标志位的控制在键盘处理时置位，并

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