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1、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。AT89S51矩阵矩阵 键盘键盘LCD 显示显示D/A 转换转换 DAC0832A
2、/D 转换转换 ADC0809可调稳压源可调稳压源稳压稳压 电源电源+5V +15 -15V键盘编码键盘编码 MM74C9221.1 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（FPEROMFlash 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 12 2 主要特性主要特性1）与MCS-51兼容 ；2）8位字长的CPU；3）可在线ISP
3、编程的4KB片内FLASH存储器，用于程序存储，可擦写1000次；基于单片机的数控电压源课程设计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；5）可编程的32根I/O口线（P0P3）；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（10.2）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 13 3 芯片芯片引脚排列与名称引脚排列与名称DIP封装形式的AT89S51
4、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， 图图1 1 AT89S51AT89S51的芯片引脚排列与名称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
5、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，基于单片机的数控电压源课程设计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：表表1 1 各端口引脚与复用功能表各端口引脚与复用功能表端口引脚 复用功能P3.0 TXD（串行输入口）P3.1 RXD（串行输出口）
6、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。/P
7、SEN：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 2 键盘控制器键盘控制器 MM74C922MM74C9222 21 1 简介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 44 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， P1.0P1.3 作为键盘输入口。传统的
8、44 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44 矩阵键盘的键值转换成 4 位 BCD 码以简化程序的编写。基于单片机的数控电压源课程设计2 22 2 主要特性主要特性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 44 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 23 3 芯片引脚排列与名称芯片引脚排列与名称DI
9、P 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；Y1Y2：矩阵键盘行输入， 图图 4 4 MM74C922MM74C922 芯片引脚排列与名称芯片引脚排列与名称其内部接有上拉电阻；X1X2：矩阵键盘列输入；OUT1OUT2：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 3 D/AD/A 转换器转换器 DAC0832DAC08323 33 31 1 简介简介设计要求电压输出范围是 0.0V9.9V，步进 0.1V，共有 100 种状态，因此采用
10、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 32 2 主要特性主要特性1）8 位分辨率；基于单片机的数控电压源课程设计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）；5 低功耗（20mW；）3 33 3 芯片引脚排列与名称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
11、所示。VCC:电源电压，+5V。 GND:地线输入端。 图图 5 5 DAC0832DAC0832 的芯片引脚排列与名称的芯片引脚排列与名称D0D7：8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。二硬件电路设计二硬件电路设计1.A/D1.A/D 转换器转换器 A
12、DC0809ADC08091 11 1 简介简介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 05V 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05V 的双级性模拟信号进行转换。1 12 2 主要特性主要特性1）8 路 8 位 AD 转换器，即分辨率 8 位。 2）具有转换起停控制
13、端。 基于单片机的数控电压源课程设计3）转换时间为 100s4）单5V 电源供电 5）模拟输入电压范围 05V，不需零点和满刻度校准。 6）工作温度范围为-4085 摄氏度 7）低功耗，约 15mW。1 13 3 芯片引脚排列与名称芯片引脚排列与名称DIP 封装形式的 ADC0809 的芯片引脚排列与名称如图 6 所示 各引脚功能说明如下：VCC:电源电压，+5V。GND:地线输入端。D0D7：8位数字量输出引脚。A/D转换结果由这8根线传送给单片机。D7为最高有效位， 图图6 6 08090809引脚图引脚图排列与名称排列与名称D0为最低有效位。IN0IN7:8路模拟量输入引脚。Vref(+
14、)：参考电压正端。Vref(-)：参考电压负端。START:启动信号输入端，START为正脉冲，其上升沿清除ADC0808的内部的各寄存器，其下降沿启动A/D开始转换。ALE:地址锁存启动信号,在ALE的上升沿,将A、B、C上的通道地址锁存到内部的地址锁存器。START和ALE两信号用于启动A/D转换。EOC:转换完成信号，当EOC上升为高电平时，表明内部A/D转换已完成。OE:允许输出信号。当OE=1时，即为高电平，允许输出锁存器输出数据。CLK:时钟输入信号，0809的时钟频率范围在101200kHz，典型值为640kHz。A、B、C:3位地址输入线，经过译码后可选通IN0IN78个通道中
15、的一个通道进行转换。A、B、C的输入与选通的通道的关系如表2所示：表表2 2被选通的通道C B A被选通的通道C B AIN00 0 0IN41 0 0IN10 0 1IN51 0 1基于单片机的数控电压源课程设计IN20 1 0IN61 1 0IN30 1 1IN71 1 12 2 显示器显示器设计要求能显示当前电压值，因此可采用液晶显示或者数码管显示两种方法。考虑到数码管显示过于单调，因此采用采用液晶显示。液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富等特点，现在点阵型液晶显示模块已经是单片机应用设计中常用的信息显示器件了。2 21 1 简介简介本设计中采用了 1602C 型点阵式液晶显示模
16、块。LCD 技术和半导体技术的结合使该显示模块具有高可靠性和低功耗的特点。1602C 型点阵式液晶显示模块内部有字符产生存储器和数据存储器。该显示模块可直接与 AT89s51 单片机相接，所有的显示功能由控制器用指令实现。由单一的+5V 的电源供电，数据传送方式有 4 位和 8 位两种选择。内有显示 92 个 ASCII 字符和 92 个特殊字符的字库。2 22 2 引脚排列与名称引脚排列与名称1602C 引脚排列与名称如图 7 所示。GND：电源地；VCC：电源正极，4.55.5V，通常使用 5V 电压；VO：LCD 对比度调节端，电压调节范围为05V；RS：写入数据或者指令选择端。要写入指令时，使 RS 为低电平；要写入数据时，使 RS 为高电平； R/W：读写控制端。R/W 为高电平时，读取数据；R/W 为低电平时，写入数据； E：LCD 模块使能信
