基于51单片机的数字稳压电源设计讲义

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1、河南科技学院 毕毕业业设设计计论论文文 论文题目论文题目：数字稳压电源设计 系 部 专 业 班 级 学生姓名 指导教师 学 号 河南机电高等专科学校毕业设计 2 2011年09月25日 目录目录 软件介绍1 设计任务3 英文摘要3 绪论4 第一章、设计要求与方案论证第一章、设计要求与方案论证5 1.1 设计要求5 1.2 系统基本方案选择和论证5 1.2.1单片机芯片的选择方案和论证.5 1.2.2 显示模块选择方案和论证5 1.2.3 时钟芯片的选择方案和论证6 1.2.4 温度传感器的选择方案与论证6 1.3 电路设计最终方案决定6 第二章、系统的硬件设计与实现第二章、系统的硬件设计与实现

2、.7 2.1 电路设计框图7 2.2 系统硬件概述7 2.3主要单元电路的设计8 2.3.1单片机主控制模块的设计8 2.3.2时钟电路模块的设计11 2.3.3温度采集模块设计12 2.3.4 电路原理及说明.13 2.3.5显示模块的设计16 第三章、系统的软件设计第三章、系统的软件设计22 3.1程序流程框图.22 3.2 子程序的设计.25 3.2.1 DS18B20温度子程序25 3.2.2 读、写DS1302子程序26 第四章、指标测试第四章、指标测试.28 4.1 测试仪器.28 4.2硬件测试28 4.3软件测试28 4.4测试结果分析与结论29 4.4.1 测试结果分析.29

3、 4.4.2 测试结论.29 河南机电高等专科学校毕业设计 3 结束语结束语30 致谢、参考文献致谢、参考文献.31 附录一原理图32 附录二PCB图.32 摘 要 设计一种基于单片机的电子时钟。针对题目要求，本系统电路设计采用 AT89S51 单片机，作为液晶显示万年历的中心控制器件。按照硬件应用电路与软 件设计模块化的设计思路，依据设计方案的要求，本系统电路设计分为： AT89S51 单片机最小系统、温度检测（DS18B20）电路模块，实时时钟 （DS12C887）电路模块，LCD 显示电路模块，按键控制电路模块等几个部分。这 样设计的结果使电路结构简洁，各种要求能完全保证，同时使系统电路

4、的稳定性 得到提高。在显示控制的编程中，查阅许多相关资料，经过最后的软件仿真与调 试，硬件电路的性能测试，证明是成功的。 关键词 单片机；LCD；实时时钟; DS18B20; DS12C887 绪 论 众所周知，科学技术的发展离不开实践，实践是促进科学技术发展的重要手 段，应用起来更加广泛，电子系统的功能越来越强大，电路图也越来越复杂，印 刷电路板的走线越来越复杂和精密。计算机的应用使得我们对各种复杂的电路设 计工作变得简单快捷。 “科学实践是科学理论的源泉” 。基于“基础研究，应用研 究，开发研究，生产研究”四个方面，如果结合得好的话，经济建设和国防建设 定会兴旺发达。 验证性实践和训练性的

5、实践主要是针对电子技术本门学科范围内的理论验证 和实际技能的培养。 河南机电高等专科学校毕业设计 4 综合性的实践，属于应用型实践，目的是培养学生综合运用所学的理论的能 力和解决比较复杂的实际问题的能力。 设计性实践，主要侧重于某些理论知识的灵活运用。随着电子技术的飞速发 展，各种新型电子器件和集成电路应用越集中，使得更好更复杂的电路得以实现。 电子设计自动化（Electronics Design Automates,即 EDA 技术）工具的集成设 计环境， Protel99se、PowerPCB、Altium Designer 等软件的运用使得设计电路 更加方便。 作为电子专业的学生，更应该

6、熟练掌握各种电路编辑软件，作为专业必需的 技能更要及时地对这一类软件的更新版本进行学习，其日趋强大的功能是对我们 专业技能的补充。 随着科技的快速发展，时间的流逝,至从观太阳、摆钟到现在电子钟，人类 不断研究，不断创新纪录。本课题设计采用 AT89S51 单片机作为核心。利用美国 DALLAS 公司的新型时钟日历芯片 DS12C887，它可以对年、月、日、时、分、秒 进行计时，而且 DS12C887 的使用寿命长，误差小。对于数字电子万年历采用直 观的数字显示，可以同时显示年、月、日、时、分、秒等信息，还具有时间校准 等功能。温度测量使用 DS18B20，它不仅检测温度灵敏度高而且可以设置温度

7、上 下限报警。显示采用 1602 液晶模块显示，功耗小，能在 5V 的低压工作，使用方 便。 科学的进步要求我们在不断的实践中熟练各种制板的技术，并不断地总结经 验。这次毕业设计对我来说非常重要，这是对我的一次考验和挑战，好的开头是 成功的第一步，我更应该加倍努力去完成，尽力做到更好，为将来的学习奠定良 好的基础！ 第一章设计要求与方案论证 1.11.1 设计要求设计要求： （）基本要求 具有年、月、日、星期、时、分、秒等功能； 时间与阴、阳历能够自动关联； 具有温度计功能； 具备年、月、日、星期、时、分、秒校准功能； ( 2 ) 创新要求 具有上、下课响铃功能； 河南机电高等专科学校毕业设计

8、 5 具有防御报警功能； 1.2 系统基本方案选择和论证 1.2.1 单片机芯片的选择方案和论证： 方案一: 采用 89C51 芯片作为硬件核心，采用 Flash ROM，内部具有 4KB ROM 存储空 间,能于 3V 的超低压工作,而且与 MCS-51 系列单片机完全兼容,但是运用于电路 设计中时由于不具备 ISP 在线编程技术, 当在对电路进行调试时，由于程序的错 误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，对芯片的多次拔插会对芯片造成一 定的损坏。 方案二: 采用 AT89S52,片内 ROM 全都采用 Flash ROM；能以 3V 的超底压工作；同时 也与 MCS-51 系列单片机完全

9、该芯片内部存储器为 8KB ROM 存储空间，同样具有 89C51 的功能，且具有在线编程可擦除技术，当在对电路进行调试时，由于程序 的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，不需要对芯片多次拔插，所以 不会对芯片造成损坏。 所以选择采用 AT89S52 作为主控制系统. 1.2.2 显示模块选择方案和论证： 方案一： 该系统采用 MCS-51 系列单片机 AT89S51 作为控制核心。温度检测采用 ds18b20 温度传感器；利用单片机定时器实现时间计数走时；显示采用 16 个数码 管显示。该方案的特点是中小规模集成电路应用技术成熟,性能可靠,程序编写简 单，占用单片机的 I/O 口少。但

10、是由于定时器实现,所以电路断电后，就不能计 时；并且运用数码管比较多电路连线比较复杂；制作过程工序比较烦琐,产品体 积大。. 方案二： 该系统仍采用 MCS-51 系列单片机 AT89S51 作为控制核心。温度检测仍采用 ds18b20 温度传感器；采用实时时钟芯片 ds12c887 计时，由于其内部自带锂电池， 断电后内部计数器仍在工作，可以防止突然断电，并且可以自动进行闰年调整和 设置定时时间。显示采用液晶显示模块 1602,其体积小，集成度高，耗电量小。 电路连线比较简单，并且制作产品体积小，便于控制和实现。整个系统具有极其 灵活的可编程性,能方便地对系统进行功能的扩张和更改性。 河南机

11、电高等专科学校毕业设计 6 1.2.3 时钟芯片的选择方案和论证： 方案一： 直接采用单片机定时计数器提供秒信号，使用程序实现年、月、日、星期、 时、分、秒计数。采用此种方案虽然减少芯片的使用，节约成本，但是，实现的 时间误差较大。所以不采用此方案。 方案二： 采用 DS1302 时钟芯片实现时钟，DS1302 芯片是一种高性能的时钟芯片，可自 动对秒、分、时、日、周、月、年以及闰年补偿的年进行计数，而且精度高,位 的 RAM 做为数据暂存区，工作电压 2.5V5.5V 范围内，2.5V 时耗电小于 300nA. .2.4 温度传感器的选择方案与论证: 方案一： 使用热敏电阻作为传感器，用热敏

12、电阻与一个相应阻值电阻相串联分压，利 用热敏电阻阻值随温度变化而变化的特性，采集这两个电阻变化的分压值，并进 行 A/D 转换。 。此设计方案需用 A/D 转换电路，增加硬件成本而且热敏电阻的感 温特性曲线并不是严格线性的，会产生较大的测量误差。 方案二： 采用数字式温度传感器 DS18B20，此类传感器为数字式传感器而且仅需要一条 数据线进行数据传输，易于与单片机连接，可以去除 A/D 模块，降低硬件成本， 简化系统电路。另外，数字式温度传感器还具有测量精度高、测量范围广等优点。 1.3 电路设计最终方案决定 综上各方案所述,对此次作品的方案选定: 采用 AT89S52 作为主控制系统; D

13、S1302 提供时钟;数字式温度传感器;1602 液晶显示模块显示方案。 第二章系统的硬件设计与实现 2.1 系统原理框图 河南机电高等专科学校毕业设计 7 图 2-1 系统原理图 2.22.2 系统硬件概述系统硬件概述 本电路是由 AT89S52 单片机为控制核心，具有在线编程功能，低功耗，能在 3V 超低压工作；时钟电路由 DS1302 提供，它是一种高性能、低功耗、带 RAM 的 实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补 偿功能，工作电压为 2.5V5.5V。采用三线接口与 CPU 进行同步通信，并可采用 突发方式一次传送多个字节的时钟信号或 RAM 数据。

14、DS1302 内部有一个 31*8 的 用于临时性存放数据的 RAM 寄存器。可产生年、月、日、周日、时、分、秒，具 有使用寿命长，精度高和低功耗等特点，同时具有掉电自动保存功能；温度的采 集由 DS18B20 构成；显示部份有 1602 模块进行显示。 2.32.3 主要单元电路的设计主要单元电路的设计 2.3.12.3.1 单片机主控制模块的设计单片机主控制模块的设计 AT89S52AT89S52 河南机电高等专科学校毕业设计 8 AT89S52 主要性能 与 MCS-51 单片机产品兼容 、8K 字节在系统可编程 Flash 存储器、 1000 次擦写周期、 全静态操作： 0Hz33Hz

15、 、 三级加密程序存储器 、 32 个可编程 I/O 口线 、三个 16 位定时器/计数器 八个中断源 、全双工 UART 串行通道、 低功耗空闲和掉电模式 、掉电后中断可唤醒 、看门狗 定时器 、双数据指针 、掉电标识符 。 功能特性描述 At89s52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系 统可编程 Flash 存储器。使用 Atmel 公司高密度非 易失性存储器技术制造， 与工业 80C51 产品指令和引脚完 全兼容。片上 Flash 允许程序存储器在系 统可编程，亦适于 常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位 CPU 和在 系统 可编程 Flash，使得 A

16、T89S52 为众多嵌入式控制应用系统提 供高灵 活、超有效的解决方案。 AT89S52 具有以下标准功能： 8k 字节 Flash，256 字节 RAM， 32 位 I/O 口线，看门狗定时器， 2 个数据指针， 三个 16 位 定时器/计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口， 片内晶振及时钟电路。另外， AT89S52 可降至 0Hz 静态逻 辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下， CPU 停止工作，允许 RAM、定时 器/计数器、串口、中断继续工 作。掉电保护方式下， RAM 内容被保存，振 荡器被冻结， 单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。8 位微控制器 8K 字节在系统可编程 Flash AT89S52 P0 口：P0 口是一个 8 位漏极开路的双向 I/O 口。作为输出口，每位能 驱动 8 个 TTL 逻辑电平。对 P0 端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。 当访问外部程序和数据存储器时， P