基于单片机的智能稳压电源设计

基于单片机的智能稳压电源的设计摘要本文介绍了一种基于单片机的智能稳压电源的设计方案，其核心技术是通过单片机控制数模转换来改变其后的稳压模块的输出。该系统由整流滤波初步稳压局部、单片机控制局部、DAC和显示局部组成，该稳压电源能连续步进可调，并且可实时显示，弥补了传统稳压电源的缺乏。关键词：单片机，稳压电源，连续步进可调，DACDesignofIntelligentPowerSupplyBasedonMCUThispaperintroducesasingle-chipmicrocomputer-basedIntelligentPowerSupplyDesignprogram,itscoretechnologythroughtheMCUtocontroldigital-to-analogconverterstochangethevoltageregulatormodulesubsequentoutput.ThesystemconsistsofrectifierfilterpreliminaryregulatoroftheMCUcontroloftheDACanddisplaycomponents,thepowersupplycanbecontinuouslyadjustablestepper,andcanbereal-timedisplay,madeupfortheshortcomingsoftraditionalvoltageregulatorpowersupply.Keywords：MCU，RegulatedPowerSupply，Steppingandadjustablerow，DAC目录前言1第1章概述21.1研究的目的和意义21.2国内外研究状况21.3研究方法及内容21.4稳压电源的介绍31.5稳压电源的分类41.5.1DC/DC变换41.5.2AC/DC变换5第2章设计原理62.1设计原理6稳压电源根本原理62.1.2稳压电路设计方案62.2系统框图8第三章主要器件介绍93.1AT89C51简介93.2DAC0832工作原理103.3数码管显示原理11数码管结构11数码管工作原理123.4TL082芯片的简介12第4章硬件电路与数据测试154.1整流滤波、初步稳压154.2AT89C51主控局部164.3数模转换DAC0832174.4稳压局部174.5显示电路184.6数据测试与分析18第5章软件设计205.1软件流程图20结论21谢辞22参考文献23附录24外文资料翻译30前言通信电源是保证通信畅通的根底，其根底地位确保了电源专业将长久的兴旺开展并保持其专业的稳定性和独立性，特殊的作用不会被其它专业所取代，所以自60年代以来通信电源事业一直方兴未艾，技术在不断的进步，设备在不断的更新，专业地位日益得到提高，特别是进入90年代以来，随着通信事业超常规的快速开展，电源专业尤为得到了长足的进步，新型的电子器件、新设备、微电子技术、计算机集中监控技术等正在广泛的被通信电源所采用。全球通信电源技术开展呈现以下几大趋势：(1)高效率，高功率密度，高的使用环境温度；运营商的设备不断增多、用电量加剧、机房面积紧张等客观因素的存在，对电源产品提出了高效率、高功率密度、宽的使用环境温度的要求。(2)网络化智能化的监控管理；随着网络的日益开展，巨大网络设备需要大量人力、物力投在设备的管理和维护工作上，如：通信设施所处环境越来越复杂，人烟稀少、交通不便这些都增大了维护的难度。这对电源设备的监控管理提出了新的要求。(3)全数字化控制；数字化技术的开展逐步表现出了传统模拟技术无法实现的优势，如：采用全数字化控制技术，有效缩小电源体积降低了本钱，大大提高了设备的可靠性和对用户的适应性。(4)平安、防护、良好EMC指标；考虑到设备复杂的运行环境，电源设备须满足相关的平安、防护、防雷标准，才能保证电源的可靠运行。(5)绿色环保；环保一方面的指标是，通信电源的电流谐波符合要求。降低电源的输入谐波，不但可以改善电源对电网的负载特性，减小给电网带来的污染，也可减少对其他网络设备的谐波干扰。另一个重要方面是，材料可循环利用和对环境无污染。这方面需要产品满足WEEE、ROHS指令。WEEE、ROHS指令包括两局部的内容，即涉及循环再利用WEEE和限制使用有害物质的ROHS。所以设计一个智能电源十分必要。第1章概述1.1研究的目的和意义直流稳压电源是一种常见的电子仪器,应用于电子电路、教学实验等领域。目前使用的直流稳压电源大局部是线性电源,利用分立器件组成,其体积大,效率低,可靠性差,操作使用起来不方便,自我的保护功能不够,因而发生故障的几率高。随着电子技术的飞速开展,各种电子、电器设备对稳压电源的性能要求日益提高,稳压电源不断朝着小型化、高效率、低本钱、高可靠性、低电磁干扰、模块化和智能化方向开展,以单片机系统为核心而设计制造出来的新一代智能型稳压电源不但电路简单,结构紧凑,价格低廉,性能卓越,而且由于单片机具有计算和控制能力,利用它对采样数据进行各种计算,从而可排除和减少由于干扰信号和模拟电路引起的误差,提高稳压电源输出电压和控制电流精度,降低了模拟电路的要求。1.2国内外研究状况在我国,以电力电子学为核心技术的电源产业,从二十世纪60年代中期开始形成,到了90年代以来,电源产业进入快速开展时期。一方面,电源产业规模的开展在加快;另一方面,在国家自然科学基金的资助下或创新意识指导下,我国电力电子技术的研究从吸收消化和一般跟踪开展到前沿跟踪和根底创新,电源产业界涌现了一些技术难度较大,具有国际先进水平的产品,而且还产生了一大批具有代表性的研究成果和产品;目前国内还开展了跟踪国际多方面前沿性课题的研究或根底创新研究。但是我国电源产业与兴旺国家相比,存在着很大的差距和缺乏:在电源产品的质量、可靠性、开发投入、生产规模、工艺水平、先进检测设备、智能化、网络化、持续创新能力等方面的差距为10-15年,尤其在实现直流稳压电源的智能化、网络化方面的研究不是很多。1.3研究方法及内容本系统研究的直流稳压电源主要是符合智能化、数字化以及模块化的特点。智能化主要是指系统有可编程模块可以对系统进行智能控制。数字化主要是指系统输出电压通过7段数码管显示,并且可以通过按键对输出电压进行连续步进数字化调节。模块化是指系统由各个相关模块组成,提高了系统的可靠性。本设计介绍了基于单片机控制的开关稳压电源,以高性能单片机为控制核心,组成数据处理电路,在检测和控制软件支持下,调整和控制开关电源的工作状态。第2章开关稳压电源的原理及实现方法。1.4稳压电源的介绍电是工业的动力,是人类生活的源泉,电源是产生电的装置,表示电源特性的参数有功率、电压、电流、频率等,在同一参数要求下,又有重量、体积、效率和可靠性等指标。我们用的电,一般都需要经过转换才能适合使用的需要,例如交流转换成直流,高电压变成低电压,大功率变换成小功率等。开关电源是采用功率半导体器件作为开关,通过控制开关输出脉冲信号的占空比调整输出电压。以功率晶体管(GTR)为例,当开关管饱和导通时,集电极和发射极俩端的压降接近零;当开关管截止时,其集电极电流为零。开关型稳压电源直接从电网电压进行整流、滤波、调整。开关型电源不同于线性电源供给器,一个开关电源晶体管之间快速切换非常全面的和全关闭状态,最大限度地减少浪费能源。所以,电路功耗很小,效率可到达80%-90%,比普通线性稳压电源提高了近一倍,故开关电源被誉为高效节能型电源开关电源是利用现代电力电子技术,控制开关管开通和关断的时间比率,维持稳定输出电压的一种电源,开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC和MOSFET构成。开关电源和线性电源相比,二者的本钱都随着输出功率的增加而增长,但二者增长速率各异。线性电源本钱在某一输出功率点上,反而高于开关电源,这一点称为本钱反转点。随着电力电子技术的开展和创新,使得开关电源技术也在不断地创新,这一本钱反转点日益向低输出电力端移动,这为开关电源提供了广阔的开展空间。目前,开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于以电子计算机为主导的各种终端设备、通信设备等几乎所有的电子设备,是当今电子信息产业飞速开展不可缺少的一种电源方式。目前市场上出售的开关电源中采用双极性晶体管制成的100kHz、用MOS-FET制成的500kHz电源,虽已实用化,但其频率有待进一步提高。要提高开关频率,就要减少开关损耗,而要减少开关损耗,就需要有高速开关元器件。然而,开关速度提高后,会受电路中分布电感和电容或二极管中存储电荷的影响而产生浪涌或噪声。这样,不仅会影响周围电子设备,还会大大降低电源本身的可靠性。其中,为防止随开关启-闭所发生的电压浪涌,可采用R-C或L-C缓冲器,而对由二极管存储电荷所致的电流浪涌可采用非晶态等磁芯制成的磁缓冲器。不过,对1MHz以上的高频,要采用谐振电路,以使开关上的电压或通过开关的电流呈正弦波,这样既可减少开关损耗,同时也可控制浪涌的发生。这种开关方式称为谐振式开关。目前对这种开关电源的研究很活泼,因为采用这种方式不需要大幅度提高开关速度就可以在理论上把开关损耗降到零,而且噪声也小,可望成为开关电源高频化的一种主要方式。当前,世界上许多国家都在致力于数兆Hz的变换器的实用化研究。1.5稳压电源的分类现在的稳压电源技术领域是边开发相关电力电子器件,边开发开关变频技术,两者相互促进推动着开关电源每年以超过两位数字的增长率向着轻、小、薄、低噪声、高可靠、抗干扰的方向开展。开关电源可分为AC/DC和DC/DC两大类,DC/DC变换器现已实现模块化,且设计技术及生产工艺在国内外均已成熟和标准化,并已得到用户的认可,但AC/DC的模块化,因其自身的特性使得在模块化的进程中,遇到较为复杂的技术和工艺制造问题。以下分别对两类开关电源的结构和特性作以阐述。DC/DC变换DC/DC变换是将固定的直流电压变换成可变的直流电压,也称为直流斩波。斩波器的工作方式有两种,一是脉宽调制方式Ts不变,改变ton(通用),二是频率调制方式,ton不变,改变Ts(易产生干扰)。其具体的电路由以下几类:(1)Buck电路??降压斩波器,其输出平均电压Uo小于输入电压Ui,极性相同。(2)Boost电路??升压斩波器,其输出平均电压Uo大于输入电压Ui,极性相同。(3)Buck-Boost电路??降压或升压斩波器,其输出平均电压Uo大于或小于输入电压Ui,极性相反,电感传输。(4)Cuk电路??降压或升压斩波器,其输出平均电压Uo大于或小于输入电压Ui,极性相反,电容传输。当今软开关技术使得DC/DC发生了质的飞跃,美国VICOR公司设计制造的多种ECI软开关DC/DC变换器,其最大输出功率有300W、600W、800W等,相应的功率密度为(6、2、10、17)W/cm3,效率为(80-90)%。日本NemicLambda公司最新推出的一种采用软开关技术的高频开关电源模块RM系列,其开关频率为(200~300)kHz,功率密度已到达27W/cm3,采用同步整流器(MOS-FET代替肖特基二极管),是整个电路效率提高到90%。AC/DC变换AC/DC变换是将交流变换为直流,其功率流向可以是双向的,功率流由电源流向负载的称为“整流〞,功率流由负载返回电源的称为“有源逆变〞。AC/DC变换器输入为50/60Hz的交流电,因必须经整流、滤波,因此体积相对较大的滤波电容器是必不可少的,同时因遇到平安标准(如UL、CCEE等)及EMC指令的限制(如IEC、FCC、CSA),交流输入侧必须加EMC滤涉及使用符合平安标准的元件,这样就限制AC/DC电源体积的小型化,另外,由于内部的高频、高压、大电流开关动作,使得解决EMC电磁兼容问题难度加大,也就对内部高密度安装电路设计提出了很高的要求,由于同样的原因,高电压、大电流开关使得电源工作消耗增大,限制了AC/DC变换器模块化的进程,因此必须采用电源系统优化设计方法才能使其工作效率到达一定的满意程度。AC/DC变换按电路的接线方式可分为,半波电路、全波电路。按电源相数可分为单项、三相、多相。按电路工作象限又可分为一象限、二象限、三象限、四象限。第2章设计原理2.1设计原理稳压电源根本原理直流稳压电源由电源变压器T、整流、滤波和稳压电路四局部组成，其原理框图如图2-1所示。电网供给的交流电压u1(220V,50Hz)经电源变压器降压后，得到符合电路需要的交流电压u2，然后由整流电路变换成方向不变、大小随时间变化的脉动电压u3，再用滤波器滤去其交流分量，就可得到比拟平直的直流电压uI。但这样的直流输出电压，还会随交流电网电压的波动或负载的变动而变化。在对直流供电要求较高的场合，还需要使用稳压电路，以保证输出直流电压更加稳定。图2-1直流稳压电源框图稳压电路设计方案方案一：采用LM78XX系列三端稳压器稳压，电路如图2-2图2-2三端稳压器稳压电路方案二：采用LM317系列可调三端稳压器稳压，电路如图2-3图2-3可调三端稳压器稳压电路方案三：由运放组成的串联型稳压电源，电路如图2-4图2-4串联型稳压电路方案一与方案二都可实现稳定的电压输出，而且电路结构简单，但方案一电压输出固定，方案二虽然电压可调但很难实现步进调节。方案三既可实现稳定的电压输出，而且输出电压连续步进可调，满足设计要求。在方案三中用到了运放、单片机、数模转换DAC0832，这些器件都需要稳定的工作电压，因此系统最终的选择方案一与方案三相结合，采用方案一实现系统的工作电压，采用方案三实现系统稳压电源的连续步进可调。2.2系统框图系统由各个模块组成，由各个模块组成的系统框图如图2-5所示。显示电路显示电路调整电路调整电路AT89C51单片AT89C51单片机取样电路比拟电路按键控制取样电路比拟电路按键控制DAC电源电路DAC电源电路图2-5系统框图第三章主要器件介绍3.1AT89C51简介本课题设计的直流稳压电源的核心控制器件选用AT89C51[1]。AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器〔FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory〕的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。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AT89C51是一种高效微控制器，AT8920C51是他的精简版，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，引脚图如图3-1。图3-1AT89C51引脚图AT89C51主要特性

·与MCS-51兼容

·4K字节可编程闪烁存储器

·寿命：1000写/擦循环

·数据保存时间：10年

·全静态工作：0Hz-24Hz

·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3.2DAC0832工作原理直流稳压电源的数模转换采用通用芯片DAC0832。DAC0832的原理框图如图3-2所示。DAC0832主要由8位输入存放器、8位DAC存放器、8位D/A转换器以及输入控制电路四局部组成。8位输入存放器用于存放主机送来的数字量，使输入数字量得到缓冲和锁存，由加以控制；8位DAC存放器用于存放待转换的数字量，由加以控制；8位D/A转换器输出与数字量成正比的模拟电流；由与门、非与门组成的输入控制电路来控制2个存放器的选通或锁存状态。图3-2DAC0832原理框图当WR2和XFER同时有效时，8位DAC存放器端为高电平“1〞，此时DAC存放器的输出端Q跟随输入端D也就是输入存放器Q端的电平变化；反之，当端为低电平“0〞时，第一级8位输入存放器Q端的状态那么锁存到第二级8位DAC存放器中，以便第三级8位DAC转换器进行D/A转换。一般情况下为了简化接口电路，使第二级8位DAC存放器的输入端到输出端直通，只有第一级8位输入存放器置成可选通、可锁存的单缓冲输入方式。特殊情况下可采用双缓冲输入方式，即把两个存放器都分别接成受控方式。DAC单极性输出方式如图3-3所示图3-3DAC单极性输出电路3.3数码管显示原理数码管结构输出电压采用7段数码管进行显示。数码管由8个发光二极管〔以下简称字段〕构成，通过不同的组合可用来显示数字09、字符AF、H、L、P、R、U、Y、符号“〞及小数点“〞。数码管的外型结构如图3-4〔a〕所示。数码管又分为共阴极和共阳极两种结构，分别如图3-4〔b〕和图3-4〔c〕所示。〔a〕外型结构〔b〕共阴极〔c〕共阳极图3-4数码管结构图数码管工作原理共阳极数码管的8个发光二极管的阳极〔二极管正端〕连接在一起，通常，公共阳极接高电平〔一般接电源〕，其它管脚接段驱动电路输出端。当某段驱动电路的输出端为低电平时，那么该端所连接的字段导通并点亮，根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。此时，要求段驱动电路能吸收额定的段导通电流，还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。共阴极数码管的8个发光二极管的阴极〔二极管负端〕连接在一起，通常，公共阴极接低电平〔一般接地〕，其它管脚接段驱动电路输出端，当某段驱动电路的输出端为高电平时，那么该端所连接的字段导通并点亮，根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。此时，要求段驱动电路能提供额定的段导通电流，还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻.数码管字形编码要使数码管显示出相应的数字或字符必须使段数据口输出相应的字形编码。对照图3-4〔a〕，字型码各位定义如下：数据线D0与a字段对应，D1字段与b字段对应……，依此类推。如使用共阳极数码管，数据为0表示对应字段亮，数据为1表示对应字段暗；如使用共阴极数码管，数据为0表示对应字段暗，数据为1表示对应字段亮。如要显示“0〞，共阳极数码管的字型编码应为：11000000B〔即C0H〕；共阴极数码管的字型编码应为：00111111B〔即3FH〕。依此类推可求得数码管字形编码如表3-2所示3.4TL082芯片的简介TL082是一通用的J-FET双运算放大器。其特点是：●较低的办入偏置电压和偏置电流；●输出设有短路保护电路；●输入级具有较高的输入阻抗；●内建频率补偿电路；●较高的压摆率:16V/us(典型值);●最大工作电压：Vccmax=+/-18V.替换型号：MB4708，NJM081，μPC802TL082双运放引脚电压：如图表3-1脚号有信号电压/V引脚功能脚号有信号电压/V引脚功能10正相输出155.2正相输出221反相输出165.6反相输出231正相输出17-12输出24-14控制电压810中心偏移控制电压表3-1显示字符字形共阳极共阴极dpgfedcba字型码dpgfedcba字形码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熄灭灭11111111FFH0000000000H表3-2数码管字型编码表第4章硬件电路与数据测试4.1整流滤波、初步稳压整流就是把交流电变成脉动的直流电的过程，整流的根本器件是二极管，利用二极管的单向导电性即可把交流电转换成脉动的直流电，桥式整流电路如图4-1所示[2]。图4-1整流滤波电路滤波是为了降低输出电压的脉动成分，得到较为平滑的直流电源，常有的滤波电路有电容滤波、RC〔LC〕∏型的滤波形式。电容是一个能储存电荷的元件。有了电荷，两极板之间就有电压UC=Q/C。在电容量不变时，要改变两端电压就必须改变两端电荷，而电荷改变的速度，取决于充放电时间常数。时间常数越大，电荷改变得越慢，那么电压变化也越慢，即交流分量越小，也就“滤除〞了交流分量，经过滤波后，输出电压的纹波减小，直流成分得到提高；固定三端稳压器稳压电路如图4-2所示，在输入与公共端之间、输出端与公共端之间分别接了0.33uf、0.1uf的电容,可以防止自激振荡。图4-2三端稳压电路4.2AT89C51主控局部单片机AT89C51是系统的控制核心，主要是通过控制数摸转换来实现对稳压电源的调节，并且控制显示电路，电路如图4-3所示。图4-3AT89C51主控电路主控电路中包括AT89C51工作的根本电路：复位电路和晶振电路，还有两个按键：+SW键和-SW键，这两个按键用于控制输出电压的增加与减小。4.3数模转换DAC0832DAC模块是整个系统的纽带，连接着控制局部与稳压局部，电路如图4-4图4-4数模转换电路该数模转换电路采用的是DAC0832单极性输出方式，输出Vo=-B*Vref/256，其中B的值为D0~D7组成的8位二进制，取值范围为0~255，Vref是参考电压，该电压有电阻R2和可变电阻R3分压所得，通过调节可变电阻可以改变参考电压Vref。4.4稳压局部稳压局部是系统的实现核心，DAC模块输出的模拟信号决定最终的输出电压，电路如图4-5所示。图4-5稳压电路稳压电路中电阻R7和R8组成取样电路，对输出电压进行取样，运放TL082构成比拟电路，对采样电压与数模转换输出的电压进行比拟以控制调整电路，三极管Q1和Q2构成调整电路，调整电路通过改变三极管的管压降来调整输出电压。4.5显示电路显示电路是对系统输出电压进行显示，使得整个系统更加合理话，由于只显示输出的电压，所以显示器件采用数码管，电路如图4-6所示；图4-6数码管显示电路4.6数据测试与分析数据测试主要是测试输出电压与设定值之间的误差。测试数据如表4-1表4-1测试数据设定值(V)输出电压(V)误差(V)12.92.840.0623.22.970.0333.53.480.0245.04.980.0257.06.980.0269.18.080.02710.210.180.02811.010.960.04911.111.010.09从表4-1中的数据可以看出第1组和第9组输出电压与设定值偏差比拟大，设定值在3.2V——11V时输出电压偏差不大。为了减小误差，所以将电压的设定值限定在3.2V——11V之间。系统输出电压在3.2V——11V之间步进可调。第5章软件设计5.1软件流程图系统软件流程图直观的描述了如何实现对系统输出电压的调节。首先对系统的输出电压进行初始化，设定为5V〔常用电压值〕，然后通过判断按键是+键或是-键对系统的输出电压进行相应的调节，并保证输出电压不超出设定范围，如图5-1图5-1系统软件流程结论该设计采用闭环反应调整的方法，设计出了实用的直流电压源，其电压输出的级数与D/A的位数有紧密关系，本设计采用了8位的D/A，假设采用12位或16位的D/A转换器进行相应的闭环调整，直流电源的精度会进一步提高。由于该电源在结合了线性电源与开关电源各自优点的根底上还参加了单片机控制，不仅小巧、轻便、输出特性良好而且还操作简单，具有控制智能化等特点，因此，十分适用于各种科学实验与小功率的电子设备中，相信会有很好的应用前景。谢辞致谢时光荏苒，大学三年的学习时光已经接近尾声，在此我想对我的母校，我的父母、亲人们，我的老师和同学们表达我由衷的谢意。感谢我的家人对我大学四年学习的默默支持;感谢我的母校洛阳理工学院给了我在大学四年深造的时机，让我能继续学习和提高;感谢李的老师和同学们四年来的关心和鼓励。老师们课堂上的激情洋溢，课堂下的谆谆教诲;同学们在学习中的认真热情，生活上的热心主动，所有这些都让我的四年充满了感动。这次毕业论文设计我得到了很多老师和同学的帮助，其中我的论文指导老师李老师对我的关心和支持尤为重要。每次遇到难题，我都会向李老师寻求帮助，而李老师每次不管忙或闲，总会耐心给我讲解。李老师平日里工作繁多，但我做毕业设计的每个阶段，从选题到查阅资料，外文翻译，论文提纲确实定，中期论文的修改，后期论文格式调整等各个环节中都给予了我悉心的指导。这几个月以来，李老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想给我以无微不至的关心，在此谨向李老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。同时感谢在整个毕业设计期间和我交流过的同学，和曾经在各个方面给予过我帮助的伙伴们，在此，我再一次真诚地向帮助过我的老师和同学表示感谢。参考文献谭博学，苗汇静.集成电路原理及应用.北京：电子工业出版社，2003，30～50.童诗白,华成英.模拟电子技术根底.北京：高等教育出版社,2001，200～215.韩建文.琼州大学学报第11卷第2期2004，45～60.谭浩强,张基温,唐永炎.C语言程序设计教程.北京：高等教育出版社,1992，163～198.黄友锐.单片机原理及应用.安徽：合肥工业大学出版社，2006，67～75.刘建辉，冀常鹏.单片机智能控制技术.国防工业出版社，2007，45～56.王增福,魏永明.新编线性直流稳压电源.北京：电子工业出版社,2004，100～421.李伯成.基于MCS-51单片机的嵌入式系统设计.北京：电子工业出版社，2004，109～112.范立南.单片微型计算机控制系统设计.北京:人民邮电出版社,2004，28～142.蔡明生.电子设计.北京:高等教育教育出版社,2004，57～214.吴黎明.单片机原理及应用技术.北京：科学出版社，2003.张俊谟.单片机中级教程—原理与应用.北京：北京航空航天大学出版社，2006，6～7.张志良，马彪.单片机原理与控制技术.北京：机械工业出版社，2001.沈任元，吴勇.常用电子元器件简明手册.北京：机械工业出版社，2004.何立民.单片机高级教程—应用与设计.北京：北京航天航空大学出版社，2007.附录附录一系统源程序ORG30HSTART:MOVR1,#64H；输出电压初使化MOV40H,#0；设定为5VMOV41H,#5MOV42H,#0DL:JBP1.0,DL1；+键按键处理CALLDELAYCJNER1,#078H,DL3JMPDL2DL3:INCR1；输出电压增加INCR1INC42HMOVR5,42HCJNER5,#0AH,DL2MOV42H,#0INC41HMOVR5,41HCJNER5,#0AH,DL2MOV41H,#0INC40HJMPDL2DL1:JBP1.1,DL2；-键按键处理CALLDELAYCJNER1,#0DCH,DL4JMPDL2DL4:DECR1；输出电压减少DECR1DEC42HMOVR5,42HCJNER5,#0FFH,DL2MOV42H,#9DEC41HMOVR5,41HCJNER5,#0FFH,DL2MOV41H,#9DEC40HMOVR5,40HCJNER5,#0FFH,DL2MOV40H,#0DL2:MOVP0,R1；数据显示CALLDISPJMPDLDELAY:MOVR4,#02H；延时DELAY3:MOVR3,#0FFHDELAY1:MOVR2,#04FHDELAY2:DJNZR2,DELAY2DJNZR3,DELAY1DJNZR4,DELAY3RETDISP:MOVP3,#0F7H；显示子程序MOVP2,#3EH；显示单位CALLDELAMOVDPTR,#TAB；显示小数位MOVA,42HMOVCA,@A+DPTRMOVP3,#0FBHMOVP2,ACALLDELAMOVA,41H；显示个位数MOVCA,@A+DPTR；至小数点ADDA,#80HMOVP3,#0FDHMOVP2,ACALLDELAMOVR5,40HCJNER5,#0,DISP1RETDISP1:MOVA,40H；显示十位数MOVCA,@A+DPTRMOVP3,#0FEHMOVP2,ACALLDELARETDELA:MOVR3,#04FH；延时DELA1:MOVR2,#57HDELA2:DJNZR2,DELA2DJNZR3,DELA1RETTAB:DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH,77H；数码管显示数据表END附录二系统总电路图一附录三系统电路图二附录四系统电路图三外文资料翻译StructureandfunctionoftheMCS-51seriesStructureandfunctionoftheMCS-51seriesone-chipcomputerMCS-51isanameofapieceofone-chipcomputerserieswhichIntelCompanyproduces.Thiscompanyintroduced8top-gradeone-chipcomputersofMCS-51seriesin1980afterintroducing8one-chipcomputersofMCS-48seriesin1976.Itbelongtoalotofkindsthislineofone-chipcomputerthechipshave,suchas8051,8031,8751,80C51BH,80C31BH,etc.,theirbasiccomposition,basicperformanceandinstructionsystemareallthesame.8051dailyrepresentatives-51serialone-chipcomputers.Anone-chipcomputersystemismadeupofseveralfollowingparts:(1)Onemicroprocessorof8(CPU).(2)AtslicedatamemoryRAM(128B/256B),itusenotdeposittingnotcanreading/datathatwrite,suchasresultnotmiddleofoperation,finalresultanddatawantedtoshow,etc.(3)ProcedurememoryROM/EPROM(4KB/8KB),isusedtopreservetheprocedure,someinitialdataandforminslice.ButdoesnottakeROM/EPROMwithinsomeone-chipcomputers,suchas8031,8032,80C,etc..(4)Four8runsidebysideI/OinterfaceP0fourP3,eachmouthcanuseasintroduction,mayuseasexportingtoo.(5)Twotimer/counter,eachtimer/countermaysetupandcountintheway,usedtocounttotheexternalincident,cansetupintoatimingwaytoo,andcanaccordingtocountorresultoftimingrealizethecontrolofthecomputer.(6)Fivecutoffcuttingoffthecontrolsystemofthesource.(7)OneallduplexingserialI/OmouthofUART(universalasynchronousreceiver/transmitter(UART)),isitrealizeone-chipcomputerorone-chipcomputerandserialcommunicationofcomputertousefor.(8)Stretchoscillatorandclockproducecircuit,quartzcrystalfinelytuneelectriccapacityneedouter.Allowoscillationfrequencyas12megahertasnowatmost.Everytheabove-mentionedpartwasjoinedthroughtheinsidedatabus.Amongthem,CPUisacoreoftheone-chipcomputer,itisthecontrolofthecomputerandcommandcentre,madeupofsuchpartsasarithmeticunitandcontroller,etc..Thearithmeticunitcancarryon8personsofarithmeticoperationandunitALUoflogicoperationwhileincludingone,the1storingdevicetemporariliesof8,storingdevice2temporarily,8'saccumulationdeviceACC,registerBandprocedurestateregisterPSW,etc.PersonwhoaccumulateACCcountby2inputendsenteredofcheckingetc.temporarilyasoneoperationoften,comefrompersonwhostore1operationisitisitmakeoperationtogoontocounttemporarily,operationresultandloopbackACCwithanotherone.Inaddition,ACCisoftenregardedasthetransferstationofdatatransmissionon8051inside.Thesameasgeneralmicroprocessor,itisthebusiestregister.HelprememberingthatagreeingwithAexpressesintheorder.Thecontrollerincludestheprocedurecounter,theorderisdepositted,theorderdecipher,theoscillatorandtimingcircuit,etc.Theprocedurecounterismadeupofcounterof8fortwo,amountsto16.Itisabyteaddresscounteroftheprocedureinfact,thecontentisthenextIAthatwillcarriedoutinPC.Thecontentwhichchangesitcanchangethedirectionthattheprocedurecarriesout.Shakethecircuitin8051one-chipcomputers,onlyneedouterquartzcrystalandfrequencytofinelytunetheelectriccapacity,itsfrequencyrangeisits12MHZof1.2MHZ.Thispulsesignal,as8051basicbeatsofworking,namelytheminimumunitoftime.8051isthesameasothercomputers,theworkinharmonyunderthecontrolofthebasicbeat,justlikeanorchestraaccordingtothebeatplaythatiscommanded.ThereareROM(procedurememory,canonlyread)andRAMin8051slices(datamemory,canisitcanwrite)twotoread,theyhaveeachindependentmemoryaddressspace,disposewaytobethesamewithgeneralmemoryofcomputer.Procedure8051memoryand8751sliceprocedurememorycapacity4KB,addressbeginfrom0000H,usedforpreservingtheprocedureandformconstant.Data8051-87518031ofmemorydatamemory128B,addressfalse00FH,useformiddleresulttodepositoperation,thedataarestoredtemporarilyandthedataarebufferedetc..InRAMofthis128B,thereisunitof32bytesesthatcanbeappointedasthejobregister,thisandgeneralmicroprocessorisdifferent,8051sliceRAMandjobregisterrankoneformationthesametoarrangethelocation.ItisnotverythesamethatthememoryofMCS-51seriesone-chipcomputerandgeneralcomputerdisposesthewayinaddition.Generalcomputerforfirstaddressspace,ROMandRAMcanarrangeindifferentspacewithintherangeofthisaddressatwill,namelytheaddressesofROMandRAM,withdistributingdifferentaddressspaceinaformation.Whilevisitingthememory,correspondingandonlyanaddressMemoryunit,canROM,itcanbeRAMtoo,andbyvisitingtheordersimilarly.ThiskindofmemorystructureiscalledthestructureofPrinceton.8051memoriesaredividedintoprocedurememoryspaceanddatamemoryspaceonthephysicsstructure,therearefourmemoryspacesinall:Theprocedurestoresinoneanddatamemoryspaceoutsidedatamemoryandoneinprocedurememoryspaceandoneoutsideone,thestructureformsofthiskindofproceduredeviceanddatamemoryseparatedformdatamemory,calledHarvardstructure.Butusetheanglefromusers,8051memoryaddressspaceisdividedintothreekinds:(1)Intheslice,arrangeblocksofFFFFH,0000Hoflocation,inunisonoutsidetheslice(use16addresses).(2)Thedatamemoryaddressspaceoutsideoneof64KB,theaddressisarrangedfrom0000H64KBFFFFH(with16addresses)tootothelocation.(3)Datamemoryaddressspaceof256B(use8addresses).Threeabove-mentionedmemoryspaceaddressesoverlap,fordistinguishinganddesigningtheordersymbolofdifferentdatatransmissionintheinstructionsystemof8051:CPUvisitslice,ROMorderspendMOVC,visitblockRAMorderusesMOVXoutsidetheslice,RAMorderusesMOVtovisitinslice.8051one-chipcomputerhavefour8walkabreastI/Oport,callP0,P1,P2andP3.Eachportis8accuratetwo-waymouths,accountsfor32pinsaltogether.EveryoneI/Olinecanbeusedasintroductionandexportedindependently.Eachportincludesalatch(namelyspecialfunctionregister),oneexportsthedriverandaintroductionbuffer.Makedatacanlatchwhenoutputting,datacanbufferwhenmakingintroduction,butfourfunctionofpasswaytheseself-same.Expandamongthesystemofmemoryoutsidehavingslice,fourportthesemayserveasaccuratetwo-waymouthofI/Oincommonuse.Expandamongthesystemofmemoryoutsidehavingslice,P2mouthseehigh8addressoff;P0mouthisatwo-waybus,sendtheintroductionof8lowaddressesanddata/exportintimesharingOutputgrade,P3ofmouth,P1ofP1,connectwithinsidehaveloadresistanceofdrawing,everyoneoftheycandrive4ModelLSTTLloadtooutput.Aswhileinputtingthemouth,anyTTLorNMOScircuitcandriveP1of8051one-chipcomputersasP3mouthinanormalway.Becausedrawresistanceonoutputgradeofthemhave,canopenawaycollectortooordrain-sourceresistanceisiturgetoopenaway,donotneedtohavetheresistanceofdrawingouterly.Mouthsareallaccuratetwo-waymouthstoo.Whentheconductisinput,mustwritethecorrespondingportlatchwith1first.Asto80C51one-chipcomputer,portcanonlyoffermilliampereofoutputelectriccurrents,isitoutputmouthgowhenurgingoneordinarybasingoftransistortoregardas,shouldcontactaresistanceamongtheportandtransistorbase,inordertotheelectricitywhilerestrainingthehighlevelfromexportingP1~P3Beingrestoredtothethroneistheoperationofinitializingofanone-chipcomputer.ItsmainfunctionistoturnPCinto0000Hinitially,maketheone-chipcomputerbegintoholdtheconductprocedurefromunit0000H.Exceptthattheonesthatenterthesystemareinitializednormally,asbecauseprocedureoperateitmakemistakesoroperatetherearen'tmistake,inordertoextricateoneselffromapredicament,needtobepressedandrestoredtothethronethekeyrestartingtoo.Itisaninputendwhichisrestoredtothethronethesignalin8051ChinaRSTpin.Restoretothethronesignalhighleveleffective,shouldsustain24shakecycle(namely2machinecycles)theaboveitseffectivetimes.If6offrequencyofutilizationbrillianttoshake,restoretothethronesignaldurationshouldexceed4delicatetofinishrestoringtothethroneandoperating.Producethelogicpictureofcircuitwhichisrestoredtothethronethesignal:Restoretothethronethecircuitandincludetwopartsoutsideinthechipentirely.Outsidethatcircuitproducetorestoretothethronesignal(RST)handovertoSchmitt'strigger,restoretothethronecircuitsampletooutput,SchmittoftriggerconstantlyineachS5P2,machineofcycleinhavingonemore,thenjustgotandrestoredtothethroneandoperatedthenecessarysignalinsidly.Restoretothethroneresistanceofcircuitgenerally,electriccapacityparametersuitablefor6brillianttoshake,canisitrestoretothethronesignalhighleveldurationgreaterthan2machinecyclestoguarantee.Beingrestoredtothethroneinthecircuitissimple,itsfunctionisveryimportant.Piecesofone-chipcomputersystemcouldnormalrunning,shouldfirstcheckitcanrestoretothethronenotsucceeding.Checkingandcanpopone'sheadandmonitorthepinwiththeoscillographtentatively,pushandisrestoredtothethronethekey,thewaveformthatobservesandhasenoughrangeisexported(instantaneous),canalsothroughisitrestoretothethronecircuitgroupholdingvaluecarry