1、基于单片机设计作者:日期: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STC8 9 c5 2协同的设计方法；2 .掌握单片机的编程方法；3 .熟练利用K ELL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
2、间共三周(2 014. 0 3 .0320 1 4. 0 3 .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201图，学习单片机开发软件的使用。4 .03.032 014. 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2014.03.及掌握各种利用 KELL进行编程，学习编程调试和整合方法1 0 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2 0 14.0品及硬件课程设计说明书，课程设计答辩3 .1720 1 4. 03. 21五、指导教师评语及学生成绩指导教师评
3、语成绩指导教师签字:目录1 .前言2 .设计任务及要求2.1 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 A u ti u m Designer 09 软件介绍4.2 A u t i u m Designer 0 9界面及功能简述4.3 KEL L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
4、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。51单片机是对所有兼容Intel 8 03 1指令系统的单片机的统称。该系列单 片机的始祖是I n tel的8 0 31单片机，后来随着Fla s h rom技术的发展， 8 03 1单片机取得了长足的进展，成为应用最广泛的8位单片机之一，其代表型 号是ATME公司的A T89系列，它广泛应用于工业测控系统之中。很多公司都 有51系列的兼容机型推出，今后很长的一段时间内将占有大量市场。51单片机是基础入门的一个单片机，还是应用最广泛的一种。需要注意的是52系列的
5、单片机一般不具备自编程能力单片机自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。而美国公司A TME公司开发活生产了新型的8位
6、单片机AT89系列单片机， 它不但有一月SMC S- 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CP UA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VC D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。3. 系统硬件介绍3.1 单片机 ST C8 9 C5289C5 2是IN T EL公司MCS_ 5 1系列单片机中基本的产品，它采用 I
7、N T EL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。它结合了 HMOS的高速和高密度技术及CHMS的低功耗特征，它基于标准的 MC S- 51单片机体系结构和指令系统 ，属于80C5 1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。8 9C52内置8位中央处理单元、256字节内部数据存储器R AM 8 k片内程序存储器（R OM 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。此外，89C52还可工作于低功耗模式 ，可
8、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定时器、虫行口和中断系统维持其功能。 掉电模式下，保存RAM数据，时钟振荡停止，同时停止芯 片内其它功能。89C52有PDI P （40pin）和P LC C（ 4 4p i n）两种封装形式。主要功能特性标准MC S-51内核和指令系统片内8kROM回扩充6 4kB外部存储器） 32个双向I /。口- 256x 8 bl t内部RAM可扩充64kB外部存储器）3个1 6位可编程定时/计数时钟频率 3. 5 -12/2 4/33 MHz器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
9、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T TL和CMO矍辑电平空闲和掉电节省模式 PDIP(4 0)和 PLCC(44)封装形式管脚说明VCC: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8 TT L门电流。 当P1 口的管脚第一次写 1时，被定义为 高阻输入。P 0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,P 0输出原码，此时P 0外部必须被 拉高。pi 口： pi 口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/ on ,pi 口缓冲器能接收输出
10、4TTL门电流。P 1 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F LASH编程和校验时，P 1 口作为第八位地址接收。P2 口： P2 口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O 口,P 2 口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P 2 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,P 2 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。P 2 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
11、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F LAS H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（I LL）这是由于上拉的缘故。P3 口作为AT89c 51的一些特殊功能口 ，管脚 备选功能P3.0 RXD（串行输入口 ）P 3.1 TXD （串行/&出口 ）P3 . 2 /I NT 0 （外部中断 0）P3.3 /INT 1 （外部中断1）P3. 4 T0 （记时器
12、0外部输入）P3 .5 T 1 （记时器1外部输入）P3.6 /WR （外部数据存储器写选通 ）P3. 7 /R D（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 / PRO G: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FL A SH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A LE脉冲。如想禁止 AL E的输出可在 SFR8EHM址上
13、置0。此时，ALE只有在执行M OV X, MOVC旨令是 AL E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。/ P SEN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。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/P S EN信号将不出现。/ E A / VPP:当/ EA保持低电平时，则在此期间 外部程序存储器（0 0 0 0H-F F FFH）,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R ESE T;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1 2V编程
14、电源（VPP） XTAL 1 :反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XT AL2 :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（AT8 9C5 2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、X TAL2分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 XTA L2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XT
15、A L1上的电容，最大可达到1 00pF。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 20p F .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 1 2 / 2 4/33 MH z 操作n三个1 6位的定时器/计数器n 可编程的时钟输出n Up/ D own定时器/计数器n 三
16、级程序锁定系统n 8K/16K /32K片内程序存储器n 2 56字节片内RAMn改进的快速脉冲编程算法n布尔处理器n 3 2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nTTL和CM OS兼容逻辑电平n 64K片外程序存储空间n6 4 K片外数据存储空间n MC S 51单片机可兼容指令集n闲置节能和掉电模式n ONCE （On-Ci r cui t 仿真）模式n四级中断优先级n扩展温度范围（-40c到+8 5 C）3. 2稳压调节模块LM11 7/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1.2
17、V至3 7 V,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。LM 1 1 7/LM317内置有过载保护、安全区保护 等多种保护电路。通常LM11 7/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1 5 厘米）。使用输出电容 能改变瞬态响应。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。LM1 17/LM317能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/LM 31
18、7的极限就行。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%。8 0dB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L M1 1 7 /LM317 1 . 25V 至 3 7 V 连续可调。其封装形式如下：10-220TO-220FPD?FAKTO-3绝对最大额定值符号参数值单位VI- O输入-输出电压彳40VI O输出电流内部限制Top工作结温LM117 -55到1 5L M317工作原理：L
19、M3 17的输入最同电压为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。LM317t三个引脚.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（20 0左右）在输出弓I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容.1.3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
20、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 2 3 2 C串行接口 CO M1和COM2 , MS C-5 2单 片机带有一个全双工串行接口：Tx D、RxD ,通过编程可实现串行通信。3.3.2 MAX232发送/接收器MAXIM公司的 MAX232接收/发送器是为满足E I A/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 MAX2 3 2
21、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+5 V电源变换为RS-2 3 2C输出电平所需的正负十伏电压，MAX 23 2外围只要接5个容值为1 u f的电解容和去耦电容。 3.3.3 串口通信接口设计MA X 2 32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 R S -232C串行标准的接口电路，M A X 23 2具有驱动能力。不需要外加驱动电路，因此只要将串行通信设备的发送、接收端与之相应的管教连接就可。3.3.4 MAX232 简介MAX 2 3 2芯片是美信公司专门为电脑的R S- 2 3 2标准串口设计的接口电路,使用+5 v单电源供电。内部结构基本可
22、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+1 2 v和12v两个电源，提供给 RS-2 3 2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（RI OUT）、11 脚（T1IN）、14 脚（T1OUT）为第 一数据通道。8 脚（R 2I N ）、9 脚（R2O UT ）、1 0 脚（T 2 I N）、7 脚（T2OUT）为第二数据通道。TT L/C MOS 数据从 T1I N、T 2IN 输入转换成R S- 2 3 2数据从 T 1 O UT、T2
23、OUT送到电脑 DB9插头；D B9插头的R S-2 3 2数据从 R1IN、R2IN输入转换成 T T L/C MO S 数据后从 R1 OUT R2OUT 输出。第三部分是供电。15脚GND、1 6脚VC C （+ 5 V）。该产品是由德州仪器公司（T I ）推出的一款兼容R S 23 2标准的芯片。由于电脑串口 r s232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/EI A-2 3 2- F 电平。该器件符合 TIA/ EIA 232 F标准，每一个接
24、收器将 TIA/EIA - 2 32-F电平转换成5-V TTL/ CMOSI平。每一个发送器将TTL/ CM OS电平车t换成 TIA/EI A- 2 3 2 - F电平。主要特点1?、单5V电源工作2、 L inBiCM O STM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 ANS I标准EIA /TIA-23 2 -E及IT U推荐标准 V. 28MAX232获得正负电源的方法 在单片机控制系统中，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： 9 V,-
25、9 V; 12V, 1 2 V .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：MA）。32. MAK 232 是TTL RS2 32电平转换的典型芯片，按照芯片的推荐电路， 取振荡电容为u F的时候，若输入为5V,输出可 以达到一14 V左右，输入为0V ，输出可以达到 14V,在扇出电流为20mA的时候，处处 电压可以稳定在12 V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-
26、 8 8 3（方法30 1 5）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 CM OS数据获取器件。P CF8591具有4个模拟输入、1个模拟输出和1个串行 12c总、线接口。PCF85 9 1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12c总线上接入8个PCF8591器件，而无需额 外的硬件。在PCF8 5 91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I 2C总线以串行的方式进行传输。？ PCF 8591 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-bi t数模转换。PCF85 9 1的最
27、大转化速率由I2C总线的最大速率决PCF 8 591 特性?单独供电? P CF8591的操作电压范围2.5V-6 V?低待机电流?通过I 2C总线串行输入/输出? P C F 859 1通过3个硬件地址引脚寻址? P C F85 9 1的采样率由I2C总线速率决定? 4个模拟输入可编程为单端型或差分输入?自动增量频道选择? PC F 8 5 91的模拟电压范围从 Vss到Vdd? P CF859 1内置跟踪保持电路? 8-bit逐次逼近A/D转换器?通过1路模拟输出实现DAC增益SCLSDARc总线AO状态寄存器0AC数界和存器 ADUR数排枳存器EXTOSC模獴多济开关建省控制转存器逻辘采
28、样保持V- AGNDA I N0AIN3:模拟信号输入端。A 0A3:引脚地址端。VDD、VSS:电源端。(2. 56V)SDA、SC L: 12 c总线的数据线、时钟线。AINO T A1N1 W AIN2 叵 AIN8 EM3巨 Al LEA3叵 vm aPCFB591 ；：丫卸AOUTVfiEP AGKDEXTOSCSCL图I PCF859】弓I脚O S C :外部时钟输入端，内部时钟输出端EXT:内部、外部时钟选择线，使用内部时钟时EXT接地AGND :模拟信号地。AOUT:D/A 转换输出端。VREF:基准电源端。DB9Cl*VccV4ONDCl-TloutC2*RlinC2-Rlout9.TimT2oitT2inR2ttRlout2，：；：；丁,一 -* - - * A - -1 1801020304050607ppp?ppppP20 P21 P22 P23P24 P25 P26 P27INTI WCD 七 ALEMAX232T T 2 3 4 J 6 7 mupppppp p pINTOT1 _T0 EA/VPXIX2RKETPSEN15P2.1P2?0rfM上GNDTFLL4SDA SCL OSC EXT AGND VREF AOUT VCCGNDA2AlAOAIN3AIN2AIN1AINO8%后力1-VCCPCF85911AAAAG配”Rd1 tRes2 10k
