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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；LC显示电压值等。1.1 8051 简介我们采用8051系列的AT89S5作为CPU AT89S5是一种带4K字节FLAS!可编程 可擦除只
2、读存储器（FPEROFlash Programmable and Erasable Read Only Memory的低电压，高性能CMOS位微处理器。该器件采用ATME高密度非易失存 储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-5指令集和输出管脚相兼容。1 2主要特性1）与MCS-5兼.容；2）8位字长的CPU3）可在线ISP编程的4K叭内FLAS!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SFF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）个数据指针DPTR8）1个可编程的全双工串行通信口；PLU
3、VCCPI.IP0.0CAD0)PI.2PO 1(AD1)PL3P0.2(AD2PL 4PC.XAD3PI 5P0.4 沁4、P6P0.5(AD5)PI.7P0.6(AD6)RESETP0 7AD7P3.C(RXD)EAAppPJJ(TXD)ALE/PROGP3.21NTPSENPl.1)P2.7(A15)P3.4(TC)P3.5(T1)P2 XA13)P3.K)巴,4( Al 2)P3.7(；RD)P2.XA11)XIP2.2(A1OJxsP2.l(AP)GNDP2 Q(A3)3S茄36353433323130理2726站出232221I3IDTr7亟Tr2.ATSPsSl409）具有“空闲
4、”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24MHz13）编程频率324 MHz,编程电流1mA编程电压为5Vo1. 3芯片引脚排列与名称DIP封装形式的AT89S5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
5、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乍为在线编程下载口。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，P
6、3 口将输出电流，这是由于上拉的缘故。P3 口也可作为 AT89S5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端口引脚复用功能P3.0TXD（串行输入口）P3.1RXD（串行输出口）P3.2/INT0 （外部中断0）P3.3/INT1 （外部中断1）P3.4T0 （记时器0外部输入）P3.5T1 （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
7、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FLASHY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MM74C9222. 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
8、采用键盘为4X 4的薄膜矩阵键盘，用MM74C92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 4X4 矩阵键盘识别处理程序的编写相对烦琐。所以采用MM74C92芯片来将4X4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CMOS：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4X 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
9、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勺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丫2:矩阵键盘行输入，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；1Y1VCCY2 0UT1Y3 0UT2Y4 0UT3OSC 0UT4MASK 0EX4DAX3XIGND X2182173164155r 14613712811910MM74C922图4 MM74C922E片引脚排列与名称DA输出高电平;DA按键有效输出，当有任意键按下是 /OE :输出有效端，低电平有效。3
10、D/A 转换器 DAC08323. 3. 1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8位的D/A转换器就能满足设计要求。因此采用常用的 DAC083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 ；CSCCILEVI? F 5 6 2 1 曲XREDDDDMMltO 9 -6 5-4
11、-3-2 1 2E14II一ilrrl監：二 1 1匸兀：1 一 .丁 T :一 DAC08325低功耗（20mW）3. 3芯片引脚排列与名称DIP封装形式的DAC0832勺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勺芯片引脚排列与名称DO- 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 为最咼有效位，DO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
12、算放大器反馈线。Iout1，Iout2 :模拟电流输出线，Iout1+lout2 为一常数。二.硬件电路设计1. A/D 转换器 ADC08091.1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勺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对05V 的双级性模拟信号进行转换。1. 2主要特性1）8路8位A/
13、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100卩s4）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15mW1. 3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。IIT3IN3IN2IN1INIIN5INOIN6ALEIN7ASTARTBEOCCD3D7OED6CLKD5VCCD4VREF+DOGNDVREF-DID2vT151P38To282726222524232?2077D旷D7: 8位数字量输出引脚。A/D转换结
14、果由这8根线传送给单片机。D7为最高有效位,图6 0809引脚图排列与名称GND地线输入端。D0为最低有效位。IN0IN7:8路模拟量输入引脚。Vref(+):参考电压正端。Vref(-):参考电压负端。START启动信号输入端，STAR为正脉冲，其上升沿清除ADC080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勺上升沿,将A B C上的通道地址锁存到内部 的地址锁存器。STAR和ALE两信号用于启动A/D转换。EOC转换完成信号，当EOCb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=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2被选通的通道C B A被选通的通
