基于单片机的可调电源设计

1、基于单片机的可调电源设计系部：信息与控制工程学院专业：计算机科学与技术学号： 11520208姓名：孙帅教师：付春秀课程设计任务书一、设计题目：单片机的可调电源设计二、设计目的1 .掌握STC89C52协同的设计方法；2 .掌握单片机的编程方法；3 .熟练利用KELL软件进行软件仿真编程及程序下载的方法；4 .掌握可调电源设计、AD转换电路的原理及方法，显示电路和AC到DC硬件电路的设计方法。三、设计任务及要求设计可调电源，通过单片机可以知道电源的电压值。可调电源具有以下基本功能：1 .具有实时显示电源值；2 .要求误差在5%之内；四、设计时间及进度安排设计时间共三周(2014.03.0320

2、14.03.21 ),具体安排如下：周设计设计内容设计时间了解可调电源设计的原理，设计单片机最小系统和外围电路的原理 图，学习单片机开发软件的使用。2014.03.03 2014.03.07第二周按照电路图焊接电路板，学习单片机对各个模块的编程驱动方法以 及掌握各种利用 KELL进行编程，学习编程调试和整合方法2014.03.10 2014.03.14第三周软件下载并调试程序实现系统的基本功能，完成并提交硬件设计作 品及硬件课程设计说明书，课程设计答辩2014.03.17 2014.03.21五、指导教师评语及学生成绩指导教师评语：年 月日成绩指导教师签字：目录1. 前言2. 设计任务及要求2

3、.1 设计目的2.2 设计任务2.3 设计要求3. 系统硬件介绍3.1 单片机STC89C52简介3.2 稳压调节模块3.3 串口通信模块3.4 数模转换模块3.5 液晶显示模块4. 系统软件介绍4.1 Autium Designer 09 软件介绍4.2 Autium Designer 09 界面及功能简述4.3 KELL 软件的使用4.45. 软件编程及调试5.1 软件设计5.2 主程序流程1. 前言单片机又称垫片微控制器， 它不是完成某一个逻辑功能的芯片， 而是把一个计算机系统集成到一个芯片上， 概括的将： 一块芯片集成了一台计算机。 它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供

4、了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。单片机自 20 世纪 70 年代以来， 一极其高的性价比受到人们的重视和关注， 所以应用很广发展很快。单片机的体积小、重量轻、抗干扰能力强，对环境要求不高，加个人低廉，可靠性高，灵活性好，开发较为容易。例如： 80C51 系列单片机已有十多年的生命期， 如今扔保持者上升的趋势， 就充分证明了这一点。 单片机一起一系列优点， 近几年得到迅猛发展和打规范推广， 广泛应用于工业控制系统，数据采集系统，智能化仪器仪表，及通讯设备、日常消费类产品等，并且已经深入到工业生产的各个环节以及人民生活的各层次中， 如车间流水线控制， 自动化系统等

5、。而美国公司ATMEL 公司开发活生产了新型的8位单片机 AT89 系列单片机，它不但有一般MCS 51 单片机的所有特性，而且还拥有一些独特的有点，此次设计中所用到的 89C52 单片机就是其中的一种。单片机内部也有和电脑功能类似的模块，比如CPU、内存、并行总线，还有和硬盘作用相同的存储器件， 用它来做一些类似控制电路的不负杂电路。 我们现在用的全自动滚轮洗衣机，排烟罩VCD 等家电里可以看到它的身影。单片机是靠程序实现功能的， 并且可以修改， 通过不同的程序实现不同的功能， 尤其是特殊的独特的一些功能。2. 课程设计的目的课程设计是学生理论联系实际的重要实践教学环节， 是对学生进行的一次

6、综合性专业设计 训练。通过课程设计学生使学生获得以下几方面能力，为毕业设计奠定基础。1. 进一步巩固和加深学生所学一门或几门相关专业课（或专业基础课）理论知识，培养学生设计、计算、绘图、计算机应用、文献查阅、报告撰写等基本技能；2. 培养学生实践动手能力及独立分析和解决工程实际问题的能力；3. 培养学生的团队协作精神、创新意识，严肃认真的治学态度和严谨求实的工作作风。3. 系统硬件介绍3.1 单片机 STC89C5289C52是INTEL公司MCS-51系列单片机中基本的产品，它采用 INTEL公 司可靠的CHMOS：艺技术制造的高性能8位单片机，属于标准的 MCS-51的HCMO中品。它结合

7、了 HMOS勺高速和高密度技术及 CHMOS勺低功耗特征， 它基于标准的MCS-51单片机体系结构和指令系统，属于80C51增强型单片机版本，集成了时钟输出和向上或向下计数器等更多的功能，适合于类似 马达控制等应用场合。89C52内置8位中央处理单元、256字节内部数据存储器RAM 8k片内程序存储器（ROM 32个双向输入/输出（I/O） 口、3个16 位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振 荡电路。止匕外，89C52还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。在空闲模式下冻结CPU而RAM时器、用行口和中断系统维持其功能。掉电模式下，保存RAM数据，

8、时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能。89C52有PDIP（40pin）和PLCC（44pin）两种封装形式。主要功能特性标准MCS-51内核和指令系统片内8kROM（可扩充64kB外部存储器） 32个双向I/O 口- 256x8bit 内部RAM（可扩充64kB外部存储器） 3个16位可编程定时/计数器时钟频率 3.5-12/24/33MHZ向上或向下定时计数器改进型快速编程脉冲算法 6个中断源- 5.0V工作电压全双工串行通信口,布尔处理器一帧错误侦测 4层优先级中断结构一自动地址识别兼容TTL和CMOSg辑电平空闲和掉电节省模式 PDIP(40)和 PLCC(44)封装形式管脚说明VCC

9、供电电压。GND:接地。P0 口： P0 口为一个8位漏级开路双向I/O 口，每脚可吸收 8TTL门电 流。当P1 口的管脚第一次写 1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程 序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在 FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时 P0外部必须被拉高。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4TTL门电流。P1 口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输 入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。 在FLASH编程和校验时，P1 口作为第八

10、位地址接收。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，且作为输入。并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2 口输出地址的高八位。 在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。P2 口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3 口： P3 口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O 口，可接收输

11、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（ILL）这是由于上拉的缘故。P3 口作为AT89C51的一些特殊功能口，管脚备选功能P3.0 RXD （串行输入口）P3.1 TXD （由行输出口）P3.2 /INTO （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）RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE

12、/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。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存 储器时，将跳过一个 ALE脉冲。如想禁止 ALE的输出可在SFR8EHM址上置00此时，ALE只有在执行 MOVX MOVC旨令是ALE才起用。另外，该引脚 被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN:外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间， 每个机器周期两/PSEN有效。但在

13、访问外部数据存储器时，这两次有效的 /PSEN信号将不出现。/EA / VPP :当/EA保持低电平时，则在此期间外部 程序存储器（0000H-FFFFH）,不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1时，/EA将内部锁定为 RESET当/EA端保持高电平时，此间内部程序存 储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1:反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2:来自反向振荡器的输出。振荡器特性外接石英晶体或者陶瓷谐振器以及电容C1、C2接在放大器的反馈回路（AT89C52内部有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大电路，XTAL1、XTAL2分

14、别是该放大器的输入和输出端）中构成并联振荡电路。为了使装置能够被外部 时钟信号 激活,XATL1应该有效，而XTAL2应该 被悬空。由于输入到内部的时钟信号电路通过了一个二分频的信号，外部 信号的工作周期比没有别的要求，但是最大值和最小值的大小可以在数据 表上观察出来。当正常工作时，外部振荡器可以计算出XTAL1上的电容，最大可达到100pF。这是由于振荡器电容和反馈电容之间的相互作用。当外部信号是标 准高电平或者低电平时，电容不会超过20pF.空置模式用户的软件都可以调用空置模式。当单片机出于这种模式，耗能就会 自然降低。特殊功能端和板子上的随机存储器在空置状态保持各自的电平。 但是处理器阻

15、止装置执行指令。空置模式会被激活如果端口处于复位状态 或者中断系统有效。结构特点n互补高性能金属氧化物半导体结构可擦可编程只读存储器/只读存储器/中央处理器n 12/24/33MHz 操作n三个16位的定时器/计数器n可编程的时钟输出n Up/Down定时器/计数器n三级程序锁定系统n 8K/16K/32K 片内程序存储器n 256字节片内RAMn改进的快速脉冲编程算法n布尔处理器n 32根可编程的输入/输出线n六个中断源n可编程的串行通道带有：一一帧错误检测自动地址识别n TTL和CMOSE容逻辑电平n 64K片外程序存储空间n 64K片外数据存储空间n MCS51单片机可兼容指令集n闲置节

16、能和掉电模式n ONCE （On-Circuit 仿真）模式n四级中断优先级n扩展温度范围（-40c到+85C）3.2 稳压调节模块LM117/LM317是美国国家半导体公司的三端可调正稳压器集成电路。 LM117/LM317的输出电压范围是1.2V至37V,负载电流最大为1.5A。它的使用 非常简单，仅需两个外接电阻来设置输出电压。此外它的线性调整率和负载调整 率也比标准的固定稳压器好。LM117/LM317内置有过载保护、安全区保护等多种 保护电路。通常LM117/LM317不需要外接电容，除非输入滤波电容到 LM117/LM317输入端的连线超过6英寸（约15厘米）。使用输出电容能改变

17、瞬态响应。调整端使用滤波电容能得到比标准三端稳压器高的多的纹波抑制比。 LM117/LM317tg够有许多特殊的用法。比如把调整端悬浮到一个较高的电压上， 可以用来调节高达数百伏的电压，只要输入输出压差不超过LM117/LM317B勺极限 就行。当然还要避免输出端短路。还可以把调整端接到一个可编程电压上，实现可编程的电源输出。特性简介可调整输出电压低到1.2V。保证1.5A输出电流。典型线性调整率 0.01%。 典型负载调整率0.1%。80dB纹波抑制比。输出短路保护。过流、过热保护。调 整管安全工作区保护。标准三端晶体管封装。电压范围LM117/LM317 1.25V 至 37V 连续可调。

18、其封装形式如下：TO-3d2pak绝对最大额定值符号参数值单位VI-O输入一输出电压 差40VIO输出电流内部限制Top工作结温LM117-55到150CLM21 -25 到 150LM3170 至U125Ptot功耗内部限制Tstg储存温度-65到150CLM31作原理：LM31加勺输入最同电压为30多伏，输出电压1.5-32V 电流1.5A 不过在用的时候要注意功耗问题 注意散热问题。LM317W三个弓I 脚.一个输入一个输出一个电压调节。输入引脚输入正电压，输出引脚接负载，电 压调节引脚一个引脚接电阻（200左右）在输出引脚，另一个接可调电阻（几K）接 于地.输入和输出引脚对地要接滤波电

19、容.二三T3.3 串口通信模块3. 3.1串行通信串行通信是指通信的发送方和接收方之间数据信息的传输实在单根数据线上，以每次 一个二进制位移动。串行通信分为异步通信和同步通信方式，而异步通信方式是比较常用的传送方式。在异步通信方式中， 数据时一帧一帧传送和接收的，每帧的数据格式由一位起始位，58位数据位，一位奇偶校验位和一位停止位组成，在发送和接收端可以有各自的时钟 来控制数据的发送和接收，这两个时钟源彼此独立，互不同步，但必须与字符位数的波特率 保持一致。在PC机中一般有两个标准的RS-232C串行接口 COM1和COM2, MSC-52单片机带有一个全双工串行接口：TxD、RxD,通过编程

20、可实现串行通信。3.2.2 MAX232发送/接收器MAXIM 公司的MAX232接收/发送器是为满足 EIA/TIA-232E标准而设计的，具有低 功耗，波特率高，单电源工作，外电路简单，接收器输出为TTL/COMS等优越性。一片MAX232有两组发送接收通路，芯片内部有一个电源变压器，可以把输入的+5V电源变换为RS-232C输出电平所需的正负十伏电压，MAX232外围只要接5个容值为1uf的电解容和去耦电容。3.2.3 串口通信接口设计MAX232可以用作单片机与单片机之间，单片机与PC机之间进行符合RS-232C串行标准的接口电路，MAX232具有驱动能力。不需要外加驱动电路，因此只要

21、将串行通信设备 的发送、接收端与之相应的管教连接就可。3.2.4 MAX232 简介MAX232 芯片是美信公司专门为电脑的RS-232标准串口设计的接口电路，使用+5v单电源供电。内部结构基本可分三个部分：第一部分是电荷泵电路。由 1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。功能是产生+12v和-12v两个电源，提供给 RS-232串口电平的需要。第二部分是数据转换通道。由 7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据 通道。其中 13 脚（R1IN ） 、 12 脚（R1OUT ） 、 11 脚（T1IN ） 、 14 脚（T1OUT ）为 第一数据通道。8 脚（R2IN ）、9 脚

22、（R2OUT ）、 10 脚（T2IN ）、 7 脚（T2OUT ）为第二数据 通道。TTL/CMOS 数据从T1IN、T2IN输入转换成 RS-232数据从T1OUT、T2OUT送 到电脑DB9插头；DB9插头的 RS-232 数据从R1IN、R2IN输入转换成 TTL/CMOS 数据后从 R1OUT、R2OUT 输出。第三部分是供电。 15 脚 GND 、 16 脚 VCC （ +5v ）。该产品是由德外I仪器公司（TI）推出的一款兼容 RS232标准的芯片。由于电脑串口rs232电平是 -10v +10v ，而一般的单片机应用系统的信号电压是ttl 电平 0 +5v,max232 就是用

23、来进行电平转换的 , 该器件包含 2 驱动器、 2 接收器和一个电压发生器电路提供TIA/EIA-232-F电平。该器件符合TIA/EIA-232-F 标准， 每一个接收器将TIA/EIA-232-F 电平转换成5-V TTL/CMOS电平。每一个发送器将 TTL/CMOSt平转换成TIA/EIA-232-F 电平。主要特点1、单 5V 电源工作2、LinBiCMOSTM 工艺技术3、 两个驱动器及两个接收器4、 30V 输入电平5、低电源电流：典型值是8mA6、符合甚至优于ANSI 标准 EIA/TIA-232-E 及 ITU 推荐标准 V.28MAX232获得正负电源的方法在单片机控制系统

24、中，我们时常要用到数/模（D/A）或者模 / 数 （A/D） 变换以及其它的模拟接口电路，这里面要经常用到正负电源，例如： 9V,-9V; 12V,-12V. 这些电源仅仅作为数字和模拟控制转换接口部件的小功率电源。 在控制板上， 我们有的只是5V 电源，可又有很多方法获得非5V 电源。 1. 外接； 2.DC-DC 变换 在这里我介绍一块大家常用的芯片： MAX232. MAX232 是 TTL-RS232 电平转换的典型芯片，按照芯片的推荐电路，取振荡电容为 uF 的时候，若输入为5V, 输出可以达到 -14V 左右，输入为 0V , 输出可以达到14V, 在扇出电流为 20mA 的时候，

25、处处电压可以稳定在12V 和-12V. 因此，在功耗不是很大的情况下，可以将MAX232 的输出信号经稳压块后作电源使用。D保护大于 MIL-STD-883 （方法3015）标准的2000V3.4 数模转换模块PCF8591 是一个单片集成、单独供电、低功耗、 8-bit CMOS 数据获取器件。 PCF8591 具有 4 个模拟输入、 1 个模拟输出和1 个串行 I2C总线接口。 PCF8591 的 3 个地址引脚 A0, A1 和 A2 可用于硬件地址编程，允许在同个I2C 总线上接入 8 个 PCF8591 器件，而无需额外的硬件。在PCF8591 器件上输入输出的地址、控制和数据信号都是通过双线双向 I2C 总线以串行的方式进行传输。PCF8591 的功能包括多路模拟输入、内置跟踪保持、 8-bit 模数转换和 8-bit 数模转换。 PCF8591 的最大转化速率由 I2C 总线的最大速率决定。PCF8591 特性? 单独供电? PCF8