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基于单片机的数控电压源课程设计-毕设论文.doc

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基于单片机的数控电压源课程设计-毕设论文.doc

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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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