数控可调稳压电源

1、本科毕业设计题目：数控可调稳压电源的设计摘要随着电源技术的不断发展，数控可调稳压电源成为电源研究领域的热门对象，其突出特点是数控特性，数控特性体现在以单片机为核心实现对电源的输出电压的控制。本设计使用的单片机芯片为89C51。先通过键盘输入数字电压，再将电压数值显示在数码管上，最后通过数/模转换得到模拟输出电压。本文主要探讨了数控可调稳压电源的设计方法。首先，简单介绍了数控可调稳压电源的选题背景，全面总结了数控电源的概念、特性以及设计思路等方面的问题。其次，系统介绍了数控可调稳压电源的设计方法。本文所讨论的数控可调稳压电源的设计共包括两个部分的设计：硬件电路设计和软件系统的设计。硬件部分包括：

2、数字显示电路、键盘电路、单片机电路、数字/模拟转换电路、模拟信号放大电路以及输出电流过流保护电路的设计。软件部分包括：单片机的初始化以及各模块的执行程序。其中初始化包括：调整堆栈指针、需要使用的内部数据存储器的初始化、设置数控电源的开机输出电压以及CPU中断部分设置。接着，将软件和硬件相结合，从总体上实现数控电源的位选、数值调整等特性。最后，对设计结果做了整体地概述和分析。包括设计中遇到的问题、元器件的选择和个人体会等。关键词：数控可调稳压电源；单片机；数字显示；位选择；数值调整AbstractWith the power technicalprogress, NC adjustable po

3、wer supply power have become the most popular object of research areas, the prominent feature of the NC is NC characteristics.it embodied in the microcontroller as the core to achieve the power output voltage control.The design of the microcontroller chip for the 89 C51. first,Through digital keyboa

4、rd input voltage, and then voltage values in the digital display on the final through D / A converters are analog output voltage. This article on the NC adjustable power supply design.Firstly, the NC adjustable power supply of choice to do a simple background briefing, a comprehensive summary of the

5、 NC concept of power, features and design ideas, and other aspects.Secondly, the NC adjustable power supply design to the system introduced. This paper presented by the NC adjustable power supply design, including a total of two parts of the design: hardware circuit design and software systems desig

6、n. Hardware, including: the power supply design, figures show circuit, keyboard circuit, SCM circuits, digital / analog converter circuit, analog amplifier and the output current over-current protection circuit. Software includes: MCS module initialization and the implementation procedures. Initiali

7、zed which include: adjusted stack pointer, the need to use the internal data memory of the initialization, set up the boot NC power output voltage and CPU interruption of the set.In succession, that is software and hardware integration, the overall realization of the power of the NC digital election

8、, numerical adjustments characteristics.Finally, the results do the overall design overview and analysis. This includes some of the problems encountered in the design, the choice of components and personal experience and so on.Key words: NC adjustable power supply; SCM; figures show; digital Choice;

9、 numerical adjustment目录1 绪论11.1 简介11.2 论文选题背景11.3 论文研究内容及结构21.3.1 论文研究的主要内容2论文结构22 系统电源的设计42.1 稳压电源的基本原理42.2 稳压电源的原理图52.3 纹波处理52.2.1 纹波的概念62.2.2 纹波的害处6纹波电压的抑制方法63 硬件电路设计73.1 硬件系统结构框架73.2 单片机发展和组成73.2.1 单片机的组成83.2.2 89C51单片机的引脚描述及片外总线结构93.3 译码显示电路113.3.1 输入、输出接口P0P3113.3.2 并行输入/输出口概述113.3.3 串行输入/输出口概

10、述113.3.4 数码管133.3.5 基于串行输入/输出口的数码管电路143.4 数字/模拟转换电路163.4.1 DAC0832数字/模拟转换器的应用163.4.2 DAC0832数字/模拟转换器的介绍163.5 键盘电路193.5.1 中断系统介绍193.5.2 键盘电路233.6 放大电路的设计283.7 保护电路的设计283.8 硬件部分的系统设计304 软件系统设计325 结束语34参考文献36致谢37附录：381 绪论1.1 简介随着科学技术的不断发展，电源作为任何电器设备的供电电路，也在不断的发展和完善中。电路系统都需要有电源的带动才能是使各模块有能量运行起来，所以说电源在电路

11、系统中起到了致关重要的作用，它是电路系统运行的基础。而电源的种类非常多，包括直流稳压电源、直流恒流电源及交流稳压电源等等。数控可调稳压电源则成为近年来不断研究和发展的新方向，它在传统电源的基础上增加了以单片机为基础的数字控制部分，使得电源的通用性得到增强，即它的输出电压是可以调整的，这样，一个电源就可以为需求电压不同的电器设备供电了。数控电源就克服了普通电源只能输出恒定电压值的缺点，即它能在其他硬件设备的支持下通过单片机编程来改变电压的输出范围和步近系数。因此，数控电源将会成为电源发展的主流，倍受人们的关注。1.2设计选题背景电力电子技术包括功率半导体器件与IC技术、功率变换技术及控制技术等几

12、个方面，其中电力电子器件是电力电子技术的重要基础。现代电力电子技术无论对改造传统工业（电力、机械、矿冶、交通、化工、轻纺等），还是对高新技术产业（航天、激光、通信、机器人等）都至关重要，并已发展成为一门独立学科领域，其应用领域几乎涉及到国民经济的各个工业部门。一代器件决定一代电力电子技术。每一代新型电力电子器件的出现，总是带来一场电力电子技术的革命。电源技术是应用电力电子半导体器件，综合自动控制、计算机(微处理器)技术和电磁技术的多学科边缘交叉技术。在各种高质量、高效、高可靠性的电源中起关键作用，是现代电力电子技术的具体应用。当前，电力电子作为节能、节才、自动化、智能化、机电一体化的基础，正朝

13、着应用技术高频化、硬件结构模块化、产品性能绿色化的方向发展。在不远的将来，电力电子技术将使电源技术更加成熟、经济、实用，实现高效率和高品质用电相结合。近年来，数控可调稳压电源也随着数字时代的步伐前进，数控可调稳压电源以其数控可调、使用方便、长期投入费用低等的特点深受人们的喜爱。随着集成芯片的不断发展，电源的设计也变得简单了，不用一步一步地去连接复杂的电路，各部分的电路都集成在各部分的功能模块中，然后将其封装起来，构成模块整体，这样，电源的设计、制作以及故障维修也相对比较简单了，当需要用到某些功能时，只需要将那些功能模块连接起来组成一个整体电路，再经过调试和测试便可以达到其特定功能，如果整体电路

14、中的某个部分出现了错误，那么可以对各模块进行检查，维修起来自然比较方便。本设计中的数控电源就是模块设计中的一个比较好的应用。它的主要功能部分都运用了集成芯片，你不需要知道各芯片的内部电路是这样连接的，只需要知道各芯片管脚的功能和用法就可以了，这样使问题大大的简单化了。随着计算机在各种智能控制系统应用中的不断深入与蓬勃发展，单片机更以其小巧的外形、较高的性价比、灵活的控制方式广泛地应用在这一领域。本文所介绍的数控可调稳压电源，将低价位的单片机引入电源设计中，以单片机作为核心部件，利用键盘产生中断，利用中断服务程序实现各模块的功能。目前，更高功率水平的动向跨越了各种应用，同时伴随着分布式电源架构，

15、尤其是中间总线架构（IBA），它们增加了对机架安装AC/DC前端的需求。与此需求相对应，近期市场上出现了很多新型前端电源。C&D技术公司的D1U-W-1200-12-HC可以1U的外形提供高达1200W功率，它是该公司1U前端系列电源中的一员，该系列可提供高达1600W功率。1200W版面向刀片服务器、工作站、存储系统以及其它采用12V分布式电源架构的应用。另外，该电源的典型效率为91%。除了越来越多地使用大功率前端电源以外，这些电源还显示出推动AC/DC电源市场发展的一些其它趋势：1）更关注电源效率；2）转向数字电源。 我相信数控可调稳压电源的发展将会走上更高的台阶。1.3

16、设计内容及论文结构1.3.1设计的主要内容本设计的数控可调稳压电源是以单片机为核心控制系统。单片机控制系统具有低价、智能的优势，能够根据需求的不同而作相应的调整，更加个性化1。同时，使用单片机控制系统能够节约能源、保护设备、延长设备的使用时间。该设计包括硬件和软件两个部分。硬件设计包括：译码显示电路、数字/模拟转换器电路、键盘电路、放大电路和保护电路等几个方面。软件设计包括：单片机初始化和各中断服务程序设计，单片机初始化包括以下内容：1）调整堆栈指针SP，例如把堆栈指针调整到70H以避开工作寄存器区域。2）需要使用的内部数据存储器存储单元内容初始化。3）设置数控电源的开机输出电压，例如通过向数

17、字/模拟转换器写入数值0使得数控电源的开机输出电压为0。4）允许CPU中断、允许外部中断0中断、允许外部中断1中断。外部中断0的中断信号由保护电路产生，外部中断1的信号由键盘电路产生2。各中断服务程序见附录。1.3.2论文结构论文的主要章节安排如下：第1章为绪论，本章从设计的选题背景出发，介绍了数控可调稳压电源的基本概况、发展状况以及研究现状。第2章为系统电源设计部分，这部分是对整个模块的供电直流稳压电源的设计，整个系统的供电电源包括：+5V、+12V、15V。第3章为硬件设计部分，这部分包括：89C51单片机、译码显示电路、数字/模拟转换电路、键盘电路、放大电路、保护电路几个部分。第4章为软

18、件设计部分，例如单片机的初始化和各功能模块的软件编程等。第5章为设计总结部分，该部分对整个设计进行了综合性的描述。2 系统电源的设计2.1 稳压电源的基本原理直流稳压电源的设计是电子设备的能源电路，关系到整个电路设计的稳定性和可靠性，是电路设计中非常关键的一个环节，本数控可调稳压电源的设计中要用到的直流稳压电源有：+5V、+12V、±15V。其中，+5V主要供单片机芯片和D/A转换芯片使用，电流最大约为400mA；+15V作为运放的正电源，同时也是稳压输出的主电源，电流最大约为450mA，15V作为运放的负电源，+12V给基准电压源供电，该电流较小，不超过50mA。直流电源电路一般由

19、电源变压器、整流滤波电路以及稳压电路所组成如图2.1所示。图2.1 直流稳压电源基本组成框图电源变压器的作用是将电网220V的交流电压变成整流电路所需要的电压。整流电路的作用是将交流电压变换成脉动的直流，它主要有半波整流、全波整流方式，可以由整流二极管构成整流桥堆来执行。滤波电路的作用是将脉动直流滤除纹波，变成纹波小的，常见的电路有RC滤波、LC滤波、型滤波等,常用的选LC滤波电路。其中，它们的关系为（2.1）其中，n为变压器的变比。（2.2）每只二极管或桥堆所承受的最大反向电压（2.3）对于桥式整流电路，每只二极管的平均电流（2.4）RC滤波电路中，C的选择应适应下式，即RC放电时间常数应满

20、足（2.5）式中，T为输入交流信号周期，R为整流滤波电路的等效负载电阻。稳压的作用是将滤波电路输出电压经稳压后，输出比较稳定的电压。2.2 稳压电源的原理图4种稳压电源分别如下图2.2，2.3，2.4所示。图2.2 +5V稳压电源电路此5V电压用来给单片机芯片（89C51）和数字/模拟转换器芯片（DAC0832）提供电压，电容C1和C2用来有效地滤除高频交流分量，从而减小纹波。图2.3 +12V稳压电源电路此+12V给基准电压源供电，它主要用在电压放大电路和电流放大电路中作为三级管的集电极电压，电容的作用和5V电压中电容作用相同。图2.4±15V稳压电源电路此±15V电压用

21、来给电路中的放大器供电，+15V作为运放的正电源，同时也是稳压输出的主电源，-15V作为运放的负电源。电容作用同上。2.3 纹波处理纹波的概念由于直流稳定电源一般是由交流电源经整流稳压等环节而形成的，这就不可避免地在直流量中带有一些交流成份，这种叠加在直流量上的交流分量就称之为纹波。纹波的成分较为复杂，它的形态一般为频率高于工频的类似正弦波的谐波，另一种则是宽度很窄的脉冲波。对于不同的场合，对纹波的要求各不一样。对于电容器老练来说，无论是那一种纹波，只要不是太大，一般对电容器老练质量不会构成影响。而对程控机电源或音响设备中所使用的电源，由于宽度很窄的脉冲没有足够的能量来推动喇叭的纸盆或话机的听

22、筒而形成杂音。因此对于这种窄脉冲的要求可以放宽。2.2.2纹波的害处纹波如果不加以控制，将会给整个系统带来极大的坏处。纹波的害处主要有以下几点：容易在用设备中产生不期望的谐波，而谐波会产生较多的危害。   降低了电源的效率。较强的纹波会造成浪涌电压或电流的产生，导致烧毁用设备。会干扰数字电路的逻辑关系，影响其正常工作。   会带来噪音干扰，使图像设备、音响设备不能正常工作。2.2.3纹波电压的抑制方法抵制纹波电压的方法，常见的有以下几种：在成本、体积允许的情况下，尽可能采用全波或三相全波整流电路。加大滤波电路中电容容量，条件许可时使用效果更好的LC滤波电

23、路。使用效果好的稳压电路，对纹波抑制要求很高的地方使用模拟稳压电源而不使用开关电源。合理布线。本设计中采用的是高容量的滤波电容和稳定性比较好的稳压电路，能够有效地控制纹波。3 硬件电路设计3.1 硬件系统结构框架数控电源的硬件电路组成框图如图3.1所示。它包括显示电路、键盘电路、单片机电路、数字/模拟转换电路、模拟信号放大电路。图3.1 数控电源的硬件电路组成框图图3.1所示数控电源的输出电压是由键盘控制的。通过键盘把需要输出的电压值以步进方式输入到单片机。这里需要注意的是在使用步进方式调整数据时，输出电压不能随着变化，以避免在调整过程中加到负载上的电压不能满足要求。输出电压应该在完成步进调整

24、以后再发生变化，直接向负载施加所需要的电压值。显示电路既可用来显示输出的电压，也可以来显示键盘电路的调整过程。在使用键盘完成输出电压的调整后，输出电压对应的数据被送入数字/模拟转换器，数字/模拟转换器产生输出模拟电压。数字/模拟转换器输出的模拟电压随着它的输入数据的变化而变化，从而实现输出电压的步进调整。在数字/模拟转换器的输出模拟电压不满足输出电压范围的要求，需要增加一个电压放大器。模拟信号放大电路包括电压放大和电流放大两个部分，前者使得输出电压满足要求，后者降低负载变化对输出电压的影响。3.2单片机发展和组成随着微型计算机的出现与发展，它已被广泛应用到各行各业中，使人们的日常生活、工作都发

25、生了重大变化。如果没有微型计算机，人们的工作、生活的质量将受很大的损失。单片微型计算机是微型计算机的一个重要分支，其独特的结构与性能，越来越普及地应用于国民经济的各个领域。本章主要介绍什么是单片微型计算机；它与微型计算机的区别是什么；单片微型计算机的发展概况及其特点和应用。通过本章的学习，可以初略的认识和了解单片微型计算机1。3.2.1单片机的组成单片微型计算机简称单片机。它在一块芯片上集成了各种功能部件：中央处理器（CPU）、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、定时器/计数器和各种输入/输出（I/O）接口（如并行I/O口、串行I/O口和A/D转换器）等。它们之间相互连结，构成一个

26、完整的微型计算机2。如图3.2所示。图3.2 单片机结构框图单片机的发展经历了四个阶段：第一阶段（19711974年），主要是美国INTEL公司从早先的第一台MCS-4微型计算机，到后来功能较强的8位微处理器Intel8008和FAIRCHILD公司的F8微处理器。这些微处理器虽说还不是单片机，但从此拉开了研制单片机的序幕。第二阶段（19741978），初级单片机阶段，以INTEL公司的MCS-48为代表。这个系列的单片机内集成有8位CPU，并行I/O口，8位定时器/计数器，寻址范围不大于4K，且无串行口。第三阶段（19781983），高性能单片机阶段。在这一阶段的单片机普遍带有串行口，多级中

27、断处理系统和16位定时器/计数器。片内ROM，RAM容量加大，且寻址范围可达64K字节，有的片内还带有A/D转换器接口。这类单片机有INTEL公司的MCS-51，MOTOROLA公司的6801和ZILOG公司的Z8等。其中MCS-51系列产品，由于其优良的性能价格比，特别适合我国的国情，MCS-51系列单片机有可能稳定相当一段时期。现在，国内的MCS-51热正在升温，随着我国经济建设步伐的加大，MCS-51系列单片机必将在各个领域大显身手。第四阶段（1983现在），8位单片机巩固发展及16位单片机推出阶段。此阶段主要特征是一方面发展16位单片机及专用单片机；另一方面不断完善高档8位单片机，改善

28、其结构，以满足不同用户的需要。MCS-51系列属高档单片机，近年来，INTEL公司在提高该系列产品性能方面做了不少工作，相继推出了不少新产品：8052/8752/8032、低功耗的CHMOS工艺芯片80C51/87C51/80C31、具有高级语言编程的芯片8052AH-BASIC、高性能的C252系列等。在本次设计中我们采用了MCS-51系列中的89C51来完成产品的CPU的功能。3.2.289C51单片机的引脚描述及片外总线结构89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的

29、低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。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。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的89C51是一种高效微控制器，89C2051是它的一种精简版本。89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。89C51的主要特性有：与MCS-51 兼容；4K字节可编程闪烁存储器；寿命：1000写/擦循环；数据保留时间：10年；全静态工作：0Hz-24Hz

30、；三级程序存储器锁定；128*8位内部RAM；32可编程I/O线；两个16位定时器/计数器；5个中断源；可编程串行通道；低功耗的闲置和掉电模式；片内振荡器和时钟电路3。图3.389C51引脚配置图下面按其引脚功能分为四部分叙述这40条引脚的功能：1）主电源引脚VCC和GNDVCC（40脚）接+5V电压。GND（20脚）接地。2）外接晶体引脚XTAL1和XTAL2XTAL1 和XTAL2外接晶体振荡器(简称晶振)或陶瓷谐振器,就构成了内部振荡方式。由于单片机内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡器，并产生振荡时钟脉冲。3） 控制或与其它电源复用引脚RST/VPD、ALE/、和

31、/VPPRST/VPD：当振荡器运行时，在此引脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。在此引脚与VSS引脚之间连接一个约10K的下拉电阻，与VCC引脚之间连接一个约10F的电容，可以保证可靠地复位。VCC掉电期间，此引脚可接上备用电源，以保持内部RAM的数据不丢失。当VCC主电源下掉到低于规定的电平，而VPD在其规定的电压范围（5土0.5V）内，VPD就向内部RAM提供备用电源。ALE/：当访问外部存储器时，ALE（允许地址锁存）的输出用于锁存地址的低位字节。即使不访问外部存储器，ALE端仍然以不变的频率周期性地出现正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此，它可用作对外输出的时钟，或用

32、于定时目的。然而要注意的是，每当访问外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。ALE端可以驱动（吸收或输出电流）8个LS型的TTL输入电路。对于EPROM型的单片机（如8751），在EPROM编程期间，此引脚用于输入编程脉冲（）。：此脚的输出是外部程序存储器的读选通信号。在从外部程序存储器取令（或常数）期间，每个机器周期两次有效。但在此期间，每当访问外部数据存储器时，这两次有效的信号将不出现。同样可以驱动（吸收或输出）8个LS型的TTL输入。/VPP：当端保持高电平时，访问内部程序存储器，但在PC（程序计数器）值超过0FFFH（对8051/8751/80C51）或1FFFH（对3052）时，将自

33、动转向执行外部程序存储器内的程序。当保持低电平时，则只访问外部程序存储器，不管是否有内部程序存储器。对于常用的8031来说，无内部程序存储器，所以脚必须常接地，这样才能只选择外部程序存储器。对于EPROM型的单片机（如8751），在EPROM编程期间，此引脚也用于施加21伏的编程电源（VPP）。4） 输入/输出（I/0）引脚P0、P1、P2、P3（共32根）P0口（39脚-32脚）：是双向8位三态I/O口，在外接存储器时，与地址总线的低8位及数据总线复用，能以吸收电流的方式驱动8个LS TTL负载。P1口（l脚-8脚）：是8位准双向I/O口。由于这种接口输出没有高阻状态，输入也不能锁存，故不是

34、真正的双向I/O口。能驱动（吸收或输出电流）4个LS TTL负载。对8052、8032，P1.0引脚的第二功能为T2定时/计数器的外部输入，P1.1引脚的第二功能为T2EX捕捉、重装触发，即T2的外部控制端。对EPROM编程和程序验证时，它接收低8位地址。P2口（21脚-28脚）：是8位准双向I/O口。在访问外部存储器时，它可以作为扩展电路高8位地址总线送出高8位地址。在对EPROM编程和程序验证期间，它接收高8位地址。P2可以驱动（吸收或输出电流）4个LS TTL负载。P3口（l0脚-17脚）：是8位准双向I/O口，在MCS-51中，这8个引脚还用于专门功能，是复用双功能口。P3能驱动（吸收

35、或输出电流）4个LS TTL负载。作为第一功能使用时，就作为普通I/O口用；功能和操作方法与P1口相同。作为第二功能使用时，各引脚的定义如表3.1所示。值得强调的是，P3口的每一条引脚均可独立定义为第一功能的输入输出或第二功能4。表3.1 P3口的第二功能定义口线引脚第二功能P3.010RXD（串行输入口）P3.111TXD（串行输入口）P3.212（外部中断0）P3.313（外部中断1）P3.414T0（定时器0外部输入）P3.515T1（定时器1外部输入）P3.616（外部数据存储器写脉冲）P3.717（外部数据存储器读脉冲）3.3译码显示电路3.3.1输入、输出接口P0P3单片机具有4个

36、分别被命名为P0、P1、P2和P3的8位并行输入/输出接口，其中各口的功能在前面已经做了相应的介绍。输入/输出口与外设之间传递方式一般有两种方式：并行输入/输出和串行输入/输出。3.3.2并行输入/输出口概述并行输入输出方式与外设之间传送的位数为8位，数据传送需要8条数据线。寻址空间的寻址范围为64KB，故寻址需要16条地址线。P0口的8个引脚通过时分方式被用作数据总线和地址总线的低8位，P2口的8个引脚被单独用作地址总线的高8位。由于一个实际的单片机应用系统不可避免地需要扩展一些外围器件，这些外围器件的地址都占用外围外部数据存储空间的地址资源，因此P0口可P2口通常不被通用并行输入/输出接口

37、。P3口除了可以被用作通用并行输入/输出接口外，还具有表3.1所示的第二功能。如果不对单片机的输入/输出口进行扩展，通常能用作通用并行输入/输出接口的端口仅剩下P1口。综上所述，并行通信方式的优点是数据传送速度快，所有的数据位同时传送，缺点是电路比较复杂，一个并行的数据有多少位，就需要多少条传输线。3.3.3串行输入/输出口概述采用串行通信方式时，所有的数据位按一定的顺序、通过一条传输线逐个地进行传送。它的优点是电路简单，仅一条传输线；缺点是数据传送速度慢，89C51系列单片机提供的同步通信和异步通信两种串行通信模式。串行通信的接受部分具有缓冲能力，即已经受到的第一个字节在被读取之前就可以开始

38、接受第二个字节。但是应当注意的是，如果第2个字节完成接受，而第一个字节仍没有被读取，一个字节的数据将被丢失。串行输入/输出具有独立的发送和接受缓冲寄存器，它们共同被称为串行数据缓冲寄存器（SBUF），并占用特殊功能寄存器的同一地址（99H）。发送缓冲寄存器只能写入不能读出，接受缓冲寄存器只能读出不能写入，因此他们的区分可以通过指令来实现。串行输入/输出的数据使用引脚RXD和引脚TXD可以同时接受和发送数据。引脚RXD和引脚TXD也就是引脚P3.0和引脚P3.1，这里它们被按P3口的第2功能来使用。串行输入/输出口的工作方式89C51串行口的工作方式可以分为4种工作方式。这4种工作方式的简述如下

39、：1）工作方式0串行口工作方式0为同步移位寄存器方式。在这种方式下，串行数据的发送和接收都是通过引脚RXD进行，引脚TXD用来传送同步移位脉冲。串行数据一帧的位数为8位，传输时低位在前，高位在后。数据传送的波特率是固定的，为单片机时钟频率的1/12。如果单片机的时钟脉冲频率为12MHZ，则数据传送的波特率是1MB。串行工作方式0的数据传输波特率不受电源控制寄存器（PCON）中SMOD位的影响。2）工作方式1串行口工作方式1为异步通信方式。串行数据一帧的数据为10位：1位起始位、8位数据位和一位停止位。数据位传输时低位在前，高位在后。串行数据的发送通过引脚TXD进行，串行数据的接收都是通过引脚R

40、XD进行。数据传输的波特率是可变的。3）工作方式2串行口工作方式2为异步通信方式。串行数据一帧的数据为11位：1位起始位、8位数据位、1位可编程位和一位停止位。数据位传输时低位在前，高位在后，紧接着是可编程位。串行数据的发送通过引脚TXD进行，串行数据的接收都是通过引脚RXD进行。数据传输的波特率是固定的。是单片机时钟频率的1/32或是1/64。具体工作在哪一种波特率由电源控制寄存器(PCON)SMOD位的内容决定，当SMOD位被置1，波特率是单片机时钟频率的1/32；当SMOD位被清0，波特率是单片机时钟频率的1/64。在发送时，数据帧中可编程位的值取决于串行口控制寄存器(SCON)的位TB

41、8。例如把程序状态字(PSW)的位P的值送入TB8可以实现数据传输的奇偶校验。在接收时，数据帧中的可编程位送入串行口控制寄存器(SCON)的位RB8，停止位这时被丢失。4）工作方式3串行口工作方式3除数据传输的波特率是可变的外，其他与工作方式2相同。串行输入/输出口的工作控制寄存器控制串行输入/输出口工作的控制寄存器有两个：串行口控制寄存器(SCON)和电源控制寄存器(PCON)。串行口控制寄存器(SCON)串行口控制寄存器(SCON)在特殊功能寄存器中的字节地址为98H，它既可以进行字节寻址，也可以进行位寻址。这个寄存器的格式如表3.2所示。表3.2串行口控制寄存器(SCON)的格式数据位D

42、7D6D5D4D3D2D1D0SCONSM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI在表3.2中，每一位的具体功能如下。SM0和SM1：串行口工作方式控制位，工作方式的功能说明如表3.3所示。表3.3串行口的工作方式SM0 SM1工作方式功能说明000 同步移位寄存器方式01 18位异步通信方式,波特率可变1029位异步通信方式,波特率为focs/32或focs/64113 9位异步通信方式,波特率可变REN：串行接收使能控制位。TB8：串行工作方式2和3时被发送的第9位数据。RB8：串行工作方式2和3时被接收的第9位数据。TI：发送中断标志位。RI：接收中断标志位。电源控制寄存器(PCON)电

43、源控制寄存器(PCON)在特殊功能寄存器中的字节地址为87H，它没有位寻址功能，只能进行字节寻址。这个寄存器的格式如表3.4所示。表3.4电源控制寄存器(PCON)的格式数据位 D7D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0PCONSMOD GF1 GF0 PD IDL复位值 0 X X X 0 0 0 0电源控制寄存器(PCON)中仅有D7位SMOD，在串行输入/输出口中的控制中被应用，它被用来控制串行通信的波特率。SMOD为1时的波特率是它为0时的2倍。3.3.4数码管数码管是单片机应用电路中常用的显示器件。每个数码管由8个发光二极管组成。数码管有共阴极和共阳极两种类型。共阴极数码管内部8个

44、二极管的阴极被连接在一起和引脚com相接，在使用是引脚应接低电平，当数码管其余的某个引脚接高电平，则相应的发光二极管被点亮。共阳极数码管com端应接高电平，当数码管其余的某个引脚接低电平，则相应的发光二极管被点亮。各数码管的原理图和电路符号图如下图3.4（a）、（b）、（c）、（d）所示。（a）共阴数码管原理图（b）共阳数码管原理图（c）共阴数码管电路符号图（d）共阳数码管电路符号图图3.4 数码管的原理图和电路符号图3.3.5基于串行输入/输出口的数码管电路如前所述，89C51芯片提供的并行输入/输出口是有限的，因此必须想办法进行扩展。应用串行工作方式0的同步移位寄存器方式是扩展输入/输出能

45、力的一种方法。串行口工作方式0的输出时序图3.5所示。图3.5串行口工作方式0的输出时序图当向串行数据缓冲寄存器SBUF写入一个数据，在引脚RXD和引脚TXD将自动产生如图3.5所示的信号。引脚RXD输出数据，引脚TXD输出同步移位时钟。同步移位时钟的周期等于单片机的工作周期，因此输出一个字节的数据需要8个单片机的工作周期。串行口输出一个字节的数据需要8个单片机的工作周期这一点在编程时应该注意，不能连续地编写两条向串行数据缓冲寄存器(SBUF)写入数据的指令。因为如果第一个数据还没有被全部发送出，再向串行数据缓冲寄存器(SBUF)写入一个数据，新写入的数据将覆盖没有完成发送的第一个数据的剩余内

46、容，导致数据传输错误。引脚RXD的输出数据不能直接送入数码管，这是因为串行数据通过一条线输出，而数码管的工作则同时需要8个输入信号。使用8位移位寄存器74LS164可以把串行信号转换成数码管所需要的并行信号以满足数码管的需要5。74LS164的功能表如表3.5所示。表3.5 74LS164的功能表输入输出MRCLKDsaDsb Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7 0×××00 0000 00 10××Q00Q10Q20Q30Q40Q50Q60Q701111Q00Q10Q20Q30Q40Q50Q6010×0Q00Q10Q20Q30Q40Q

47、50Q601×00Q00Q10Q20Q30Q40Q50Q60由于本设计中需要用到两个数码管，所以需要两个74LS164来驱动两个数码管。从单片机TXD引脚来的同步移位信号同时加到两个74LS164的引脚CLK，从单片机RXD引脚来的串行数据信号加到第1个74LS164的串行数据输入口，从第一个74LS164的引脚Q7移出的串行数据再加到第2个74LS164的串行数据输入口。在采用同步移位方式的串行输出时，没传送一个字节的数据需要8个机器周期6，因此两个显示代码的输出语句间隔必须大于8个机器周期。基于串行输出口的2位数码管显示电路如下图3.6所示。图3.6基于串行输出口的2位数码管显示

48、电路图。3.4数字/模拟转换电路3.4.1DAC0832数字/模拟转换器的应用数字/模拟转换器有并行输入模式和串行输入模式，前者如DAC0832，后者如DAC7611。考虑到器件的购买方便和价格，这里采用DAC0832。由于本设计的电源只需要一路输出，为简化电路组装和程序设计，DAC0832的硬件电路采用单缓冲方式接口电路。按照所处理的信号，电路可以分为模拟电路和数字电路。在模拟电路中，信号的特征为幅度连续和时间连续，如话筒输出的语音信号或者温度传感器输出的反映温度变化的信号。在数字电路中，信号的特征为幅度离散和时间离散，如许多识字电路中的输出信号7。自然界中大多数物理量的变化都是连续的，但是

49、单片机属于数字电路，因此当语音信号和反映温度变化这样的连续信号在应用单片机处理之前必须转换成离散信号，完成这种功能的器件称为模拟/数字转换器。同样单片机完成信号处理后，很多情况下还需要把离散的信号转换成为联系的模拟信号，完成这种功能的器件称为数字/模拟转换器8。本节以DAC0832数字/模拟转换器为例介绍数字/模拟转换器的应用。3.4.2DAC0832数字/模拟转换器的介绍DAC0832数字/模拟转换器是一种接口与MCS51系列单片机完全兼容，具有8位分辨率的数字/模拟转换器芯片。它的封装形式如图3.7所示。图3.7 DAC0832数字/模拟转换器封装外型图在图3.7中,对各引脚信号说明如下：

50、（1）DI7DI0：转换数据输入。（2）：片选信号（输入），低电平有效。（3）ILE：数据锁存允许信号（输入），高电平有效。（4）：第1写信号（输入），低电平有效。上述两个信号控制输入寄存器是数据直通方式还是数据锁存方式；当ILE=1和=0时，为输入寄存器直通方式；当ILE=1和=1时，为输入寄存器锁存方式。（5）：第2写信号（输入），低电平有效。（6）：数据传送控制信号（输入），低电平有效。上述两个信号控制DAC寄存器是数据直通方式还是数据锁存方式；当=0和=0时，为DAC寄存器直通方式；当=1和=0时，为DAC寄存器锁存方式。（7）Iout1：电流输出1。（8）Iout2：电流输出2。DA

51、C转换器的特性之一是：Iout1+Iout2=常数。（9）Rfb反馈电阻端。0832是电流输出，为了取得电压输出，需在电压输出端接运算放大器，Rfb即为运算放大器的反馈电阻端。运算放大器的接法如图3.8所示。（10）Vref：基准电压，其电压可正可负，范围-10V+10V。（11）GND：数字/模拟接地端。图3.8运算放大器接法3.4.3DAC0832数字/模拟转换器的单缓冲方式接口DAC0832数字/模拟转换器有两种与单片机的接口方式：单缓冲方式和双缓冲方式。当系统中只需要一路数字/ 模拟转换，或者虽然需要多路数字/模拟转换，但是多路数字/模拟转换之间不需要同步输出时，采用单缓冲方式可以简化

52、电路连接和程序编写。当系统中需要多路数字/ 模拟转换，同时多路数字/模拟转换之间需要同步输出时，采用双缓冲方式是必须的选择。而本设计中只需要一路输出，故采用单缓冲方式。图3.9 DAC 0832 单缓冲方式接口电路原理图由于DAC0832数字/模拟转换器是电流输出型，即它的输出电流与输入数字信号成正比，图3.9中运算放大器用来把电流输出信号转换成电压输出信号。运算放大器的输出在送往负载的同时也送到DAC0832数字/模拟转换器的引脚Rfb用作反馈信号。引脚Vref的基准电源由DAC0832数字/模拟转换器的供电电源提供，这样就简化了电路结构。对于DAC0832数字/模拟转换器的控制线，引脚IL

53、E直接与供电电源相连接，引脚和与单片机的地址输出线P2.7相连接，引脚和与单片机的写数控制引脚P3.6相连接。在这样的连线情况下，当单片机执行指令MOVX DPTR， A时，单片机的输出信号时序完全满足DAC0832数字/模拟转换器的工作要求。首先当单片机给出DAC0832数字/模拟转换器的地址信号，即单片机引脚P2.7输出低电平信号，则数字/模拟转换器的引脚和的电平将满足要求。在这种情况下。接着单片机给出低电平的写控制信号，则数字/模拟转换器的引脚和的电平满足要求。在这种情况下，输入锁存器和DAC寄存器的输出都随着输入的状态变化。最后单片机给出的写控制信号的上跳边沿同时完成输入锁存器和DAC

54、寄存器输出的锁存来完成数字/模拟转换。只要单片机的地址输出线P2.7引脚输出低电平即可满足DAC0832数字/模拟转换器所需要的地址要求。如果使其他地址输出引脚为高电平，则DAC0832数字/模拟转换器的地址为7FFFH。DAC0832的输入数据和输出模拟电压的对应关系可以由表3.6看出。表3.6 8位D/A转换器在单极性输出时的输入/输出关系数字量模拟量11111111±VREF(255/256)10000001±VREF(129/256)10000000±VREF(128/256)01111111±VREF(127/256)00000000±

55、;VREF(1/256)00000000±VREF(0/256)由表3.6所示的对应关系，该器件的分辨率只有8位，本设计中使用的基准电压VREF为5V，数控电源的电压输出范围为0.09.9V，步进电压调整值为0.1，因此在数控电源中，DAC0832数字/模拟转换器电路的数据输入范围为0062H以提供100个调整步进，对应于这个输入数据范围，DAC0832数字/模拟转换器对应的模拟电压输出范围为0.001.92V8,9。DAC0832数字/模拟转换器的电源电压为5V时，完成一次转换的时间约为1s，当单片机采用12MHZ时钟则基本满足这个要求。3.5 键盘电路3.5.1中断系统介绍MCS51系统单片机属于程序控制式计算机。它的工作过程是在程序控制器的控制下逐条执行程序指令的过程。中断系统是为了使单片机具有处理外界异步事件的能力而设置的。当单片机正在程序控制器的控制下处理设定的事件，如果外界发生了紧急事件的处理请求，这时单片机需要暂时停止正在处理的设定事件，转去处理这个突发的紧急事件。在这个紧急事件被处理后，单片机应该回到刚才暂停的地方，继续进行设定事件的处理10。上述工作过程称为中断处理过程，实现这个过程的单片机内部电路称为中断系统，请求单片机执行中断处理过程的信号称为中断信号源。89C5