控制器电路优化：MCU芯片基本电路、键盘和显示电路详解

图4-8左部的中、上侧为MCU基本电路，右下侧为键盘、显示电路。

（1）MCU基本工作条件电路之一

电源、时钟和复位控制通常称为MCU芯片工作的三要素，从VDD、VSS电源引脚8、11脚引入+5V芯片供电电源；9、10脚为片内（反相器）振荡器引脚，外接晶振元件，与内部电路一起构成振荡器，形成MCU系统工作的“基础”时钟信号。时钟信号是MCU芯片工作的“心跳节拍器”，其内部各单元电路均按此时钟节拍协调有序地工作；15脚是复位控制端，MCU芯片每次上电后进行的初始化操作，必须有一个复位控制动作，以使内部电路“各就各位”，恢复至起始点（如对内部相关计数器、寄存器进行的清零操作）。复位方式有片内程序复位和片外定时电路复位等两种方式，本例电路是由内部软件方式复位的，外接R39接+5V电源的上拉电阻，该脚静态正常电压值为+5V，上电期间内部电路以软件方式实现系统复位操作。

8、9、10、11、15等5引脚的工作状态正常，是MCU芯片本身正常工作所需的必备条件。

（2）MCU基本工作条件电路之二

MCU实际上是个数字信号控制器件，内部各电路的工作必须依据时钟信号进行，一般是根据“基础”时钟信号，由时钟发生器模块（CGM电路：内含晶体振荡电路、锁相环频率合成器、时钟选择电路等）电路，做进一步分频、频率合成等处理，得到各电路所需的频率基准。CGM又可称为脉冲信号发生器，专门用于处理脉冲/频率信号。

图4-8 MCU芯片基本电路和键盘、显示电路

从VDDA、VSSA电源引脚1、42脚引入的，为芯片内部CGM电路的供电电源；9、10脚内、外部晶振电路提供内部GCM的脉冲/脉冲源信号；芯片的5脚（CGMXFC）是内部锁环相频率合成器电路所接的滤波网络，为芯片内部锁相环电路提供误差电平。

9、10、1、42、5等5引脚的工作状态正常，是芯片内部数字信号处理部分能正常工作的前提，这是MCU系统能正常（工作）处理数字信号的必备条件。

（3）MCU基本工作条件电路之三

MCU芯片内部的A-D（模-数）转换电路专门用于对输入模拟电压信号的模-数转换处理，本例电路中，是对39、40、41引脚输出的电流检测信号进行处理，以形成降压切换开关量信号输出（和停机保护信号输出，保护动作时，继电器控制信号为0）。如果有必要输出模拟信号，则芯片内部D-A（数-模）转换电路用于将内部数字信号转换为模拟电压输出。在A-D或D-A转换处理过程中，处理电路需要一个基准参考电压，以确定输入量、输出量的对应坐标。如将+5V对应为2000个脉冲数，则输入2.5V模拟电压信号时，对应转换脉冲数为1000个。(www.xing528.com)

芯片的36、37脚分别为VREFL、VREFH，低、高基准电压输入端，34脚（VSSAM）为模拟电路地电平端，以上3个引脚的工作状态决定着内部A-D、D-A转换电路输出值的精确度，是MCU芯片内部模拟电路正常工作的前提。

（4）键盘操作与显示电路

1）键盘操作电路。

MCU芯片的13、14、16、30脚等4个I/O信号端子，输入来自键盘电路按钮开关S1～S4的键操作信号，其中13、30两个引脚输入节能运行的起动、停机控制信号，该控制信号可用S3、S4按键输入，也可以从控制端子8^∗、9^∗输入，当7^∗（参见图4-9上部的电源电路）、8^∗端子经外部操作开关短接时，光耦合器PU1由此产生输入侧电流，输出侧光敏晶体管受光电子激发而导通，将低电平的起动信号送入MCU芯片的13脚，装置开始工作。

起、停操作是接受控制端子/面板按键，还是采用其他控制方式，可用参数进行设置。本例电路，已设置为控制器得电为起动运行状态，失电为停机状态。因而控制端子8^∗、9^∗闲置未用。

按键S1、S2的键操作信号分别由14、16脚输入至芯片内部，这是两个设置按键，可对降压档数进行设置，如对2档降压或3档降压输出模式的选择，选择为两档降压控制模式时，控制器内部对应3路继电器触点信号输出。如负载电动机的功率为45kW时，可设置F1=80A（全压运行）、F2=66A（1档降压运行）、F2=55A（2档降压运行）、F4=OFF（以上档位取消）。使运行电流小于66A时，切换为降压1档运行，电动机的端电压由380V降为320V；若降压运行后电流继续减小，小于55A时，装置切换为降压2档，电动机的端电压降为290V。

S1～S4的键操作信号（和操作过程），均可由5位LED显示器进行同步显示，同时D9、D10、D11等发光二极管根据起、停操作和运行中出现的异常情况，做出运行、过载、断相等运行和故障指示。

2）显示电路。

图4-8右侧电路为5位显示器驱动电路。显示器由5位8段/8单元（7只发光二极管用于数值显示，1只二极管用于小数点显示）LED器件组成，可显示0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F等十六进制的数字和字母内容。本例电路采用共阳极LED器件，从1N芯片的3、6、24、25、21脚输出的显示器位驱动信号，分别经晶体管Q1、Q2、Q3、Q5进行放大，以提升电流驱动能力，提供显示器4N的位驱动电流（控制共阳极电流的通断）；从1N芯片的17～20、21、22、23、28等8个引脚输出的段驱动信号，分别经2N、3N同相缓冲/驱动器（DM7407N）内部8组电路，进行缓冲后输出，以提升电流驱动能力，控制5位显示器中每段（每只发光二极管）电流的通断。

位驱动和段驱动信号相配合，完成各种数值的显示。对显示器的发光控制一般采用循环扫描方式，即通以20Hz频率以上的脉冲电压，由于人的视觉暂留效应，所看到LED是“恒定发亮”的，以降低驱动功耗。