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基于单片机的数控电压源课程.doc
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基于单片机的数控电压源课程.doc
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基于单片机的数控电压源课程设计
基于单片机的数控电压源课程设计
一.系统硬件设计结构框图
本数控直流稳压电源的设计以一稳压电源为基础,以高性能单片机系统为控
制核心,以稳压驱动放大电路、短路保护电路为外围的硬件系统,在检测与控制
软件的支持下实现对电压输出的数字控制,通过对稳压电源输出的电压进行数据
采样与给定数据比较,从而调整和控制稳压电源的工作状态及监测开关电路的输
出电流大小。本数控直流稳压电源实现以下功能:键盘可以直接设定输出电压值;
可快速调整电压;LCD显示电压值等。
1.1 8051简介
我们采用8051系列的AT89S51作为CPU,AT89S51是一种带4K字节FLASH可编程
可擦除只读存储器(FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only
Memory)的低电压,高性能CMOS8位微处理器。该器件采用ATMEL高密度非易失存
储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
1.2 主要特性
1)与MCS-51兼容 ;
2)8位字长的CPU;
3)可在线ISP编程的4KB片内FLASH存储器,用于程序存储,可擦写1000次;
4) 256B的片内数据存储器,其中高128字节地址被特殊功能寄存器SFR占用;
AT89S51
矩阵
键盘
LCD
显示
D/A 转换
DAC0832
A/D 转换
ADC0809
可调稳压源
稳压
电源
+5V
+15
-15V
键盘编码
MM74C922
基于单片机的数控电压源课程设计
5)可编程的32根I/O口线(P0~P3);
6)2个可编程16位定时器;
7)一个数据指针DPTR;
8)1个可编程的全双工串行通信口;
9)具有“空闲”和“掉电”两种低功
耗工作方式;
10)可编程的3级程序锁定位;
11)工作电源的电压为5(1±0.2)V;
12)振荡器最高频率为24MHz;
13)编程频率3 ~24 MHz,编程电流
1mA,编程电压为5V。
1.3 芯片引脚排列与名称
DIP封装形式的AT89S51的芯片引脚排
列与名称如图1所示。
VCC:供电电压。
GND:接地。
P0口:P0口为一个8位,并行, 图1 AT89S51的芯片引脚排列与名称
漏极开路双向I/O口,作为输出时可驱动8个TTL负载。该口内无上拉电阻,在设
计中作为D/A,A/D及液晶显示器的数据口。
P1口:P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输
出4个TTL门电流。P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,该口在设
计中低四位作为键盘输入口,高四位与RST作为在线编程下载口。
P2口:P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收/输出4
个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,可作为输入。
在作为输出时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。该口在设计中作为D/A,A/D
及液晶显示器的控制口。
P3口:P3口管脚是带内部上拉电阻的8位双向I/O口,可接收输出4个TTL门电
流。当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。作为输入,
由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流,这是由于上拉的缘故。P3口也可作为
AT89S51的一些特殊功能口,如下表1所示:
表1 各端口引脚与复用功能表
基于单片机的数控电压源课程设计
端口引脚
复用功能
P3.0
TXD(串行输入口)
P3.1
RXD(串行输出口)
P3.2
/INT0(外部中断0)
P3.3
/INT1(外部中断1)
P3.4
T0(记时器0外部输入)
P3.5
T1(记时器1外部输入)
P3.6
/WR(外部数据存储器写选通)
P3.7
/RD(外部数据存储器读选通)
该口在设计中使用其特殊功能作为D/A,A/D读写信号的控制口。和A/D的中断输
入口。
RST:该引脚为复位信号输入端,高电平有效。在振荡器稳定工作情况下,
该引脚被置成高电平并持续两个机器周期以上是系统复位。
ALE/PROG:当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的
地位字节。在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。该引脚在设计中作为
锁存器器和A/D的时钟信号。
/PSEN:外部程序存储器的选通信号。
/EA/VPP:/EA为访问芯片内部和芯片外部程序存储器的选择信号。在FLASH
编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。
XTAL1:芯片内振荡器放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
XTAL2:芯片内振荡器放大器的输出。
2 键盘控制器 MM74C922
2.1 简介
键盘的作用是对单片机输入数据,设计中要求能是电压进行“+”,“-”,及
电压值的设定,所以采用键盘为 4×4 的薄膜矩阵键盘,用 MM74C922 芯片进行识
别按键后送 AT89S51 的并行口 P1, P1.0~P1.3 作为键盘输入口。传统的 4×4
矩阵键盘识别处理程序的编写相对烦琐。所以采用 MM74C922 芯片来将 4×4 矩阵
键盘的键值转换成 4 位 BCD 码以简化程序的编写。
2.2 主要特性
基于单片机的数控电压源课程设计
CMOS 工艺技术制造,工作电压 3-15V,“二键锁定”功能,编码输出为三态
输出,可直接与微处理器数据总线相连,内部振荡器能完成 4×4 矩阵键盘扫描,
亦可用外部振荡器使键盘操作与其他处理同步,通过外接电容避免开关发生前、
后沿弹跳所许的延时。有按键按下时数
据有效线变高,同时封锁其他键,片内
锁存器将保持键盘矩阵的 4 位编盘,
可由微处理器读出
2.3 芯片引脚排列与名称
DIP 封装形式的 MM74C922 的芯片
引脚排列与名称如图 4 所示。
VCC:供电电压(+5~+15);
GND:接地;
Y1~Y2:矩阵键盘行输入, 图 4 MM74C922 芯片引脚排列与名称
其内部接有上拉电阻;
X1~X2:矩阵键盘列输入;
OUT1~OUT2:矩阵键盘列输出;
OSC:振荡器输入;
DA:按键有效输出,当有任意键按下是 DA 输出高电平;
/OE:输出有效端,低电平有效。
3 D/A 转换器 DAC0832
3.3.1 简介
设计要求电压输出范围是 0.0V~9.9V,步进 0.1V,共有 100 种状态,因此
采用 8 位的 D/A 转换器就能满足设计要求。因此采用常用的 DAC0832 芯片。8 位
字长的 D/A 转换器 DAC0832 具有 256 种状态,能满足设计要求。DAC0832 芯片是
具有两个输入数据寄存器的 8 位 DAC,它能直接与 AT89S51 单片机相连接,
3.2 主要特性
1)8 位分辨率;
2)电流型输出,稳定时间为 1uS;
3)可双缓冲输入,单缓冲输入或
直接数字输入;
4)单一电源供电(+5~+15V);
基于单片机的数控电压源课程设计
5 低功耗(20mW;)
3.3 芯片引脚排列与名称
DIP 封装形式的 DAC0832 的芯片引脚排列与名称如图 51 所示。
VCC:电源电压,+5V。
GND:地线输入端。 图 5 DAC0832 的芯片引脚排列与名称
D0~D7:8位数字量输入引脚。单片机由这8根线传送给D/A转换数字量。D7
为最高有效位,D0为最低有效位。
Vref:参考电压端。
/CS:片选信号,当/CS为低电平时候,芯片被选中工作。
ILE:允许数字量输入线。高电平有效。
/XREF:传送控制输入线,低电平有效。
/WR1,/WR2:写命令输入线。
Ffb:运算放大器反馈线。
Iout1,Iout2:模拟电流输出线,Iout1+Iout2为一常数。
二.硬件电路设计
1.A/D 转换器 ADC0809
1.1 简介
ADC0809 是美国国家半导体公司生产的 8 位 ADC,它是采用逐次逼近的方法
完成 A/D 转换的。ADC0809 的内部结构框图如图 所示。ADC0809 由单一+5V 电
源供电,片内有带锁存功能的 8 路模拟多路开关,,可对 8 路 0~5V 的输入模拟
电压信号分时进行转换,完成一次转换约需 100us;输出具有 TTL 三台锁存缓冲
器,可以直接接到单片机数据总线上。通过适当的外接电路,ADC0809 可对 0~5V
的双级性模拟信号进行转换。
1.2 主要特性
1)8 路 8 位 A/D 转换器,即分辨率 8 位。
2)具有转换起停控制端。
3)转换时间为 100μs
4)单+5V 电源供电
5)模拟输入电压范围 0~+5V,不需零点和满刻度校准。
6)工作温度范围为-40~+85 摄氏度
7)低功耗,约 15mW。
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