本科毕业论文 稳压电源设计方案与优化研究.doc

1、1 学号：XXXXXXXX稳压电源设计方案与优化研究学院名称： XXXXXXXXXXX 专业名称： XXXXXXXXXX 年级班别： XXXXXXXXXXX 姓 名： XXXXXX 指导教师： XXX 2012 年 5 月XXXXXX 大学本科毕业论文II稳压电源设计方案与优化研究摘 要本论文首先介绍了电源的基础知识,包括电源的分类、作用，线性电源和开关电源的区别。然后对单片机控制进行了介绍，包括它的简单特性及应用，重点介绍了 AT89S52 单片机，最后给出了如何用 AT89S52 单片机设计稳压开关电源。参照有关文献，对其原理进行了研究。这种开关电源，使得开关稳压电源具有电压输出范围宽，多

2、组电压预设，电流过流设定保护，短路自动恢复等多种功能，实现电压输出的智能化控制。使用中文液晶显示器显示输出电压及电流等信息，使用键盘操作完成数字化输入控制，使得开关稳压电源读数直观，操作简便，稳定精读高。关键词： 电源；单片机；液晶显示器；原理The design proposal and Optimization Research of voltage-IIstabilized sourceAbstractThis thesis first introduced foundation knowledge of liquid power source, including classify a

3、nd function of the power sources. Then, author presented an introduction on the MCU, such as its ordinary traits, application, especially on the property of the MCU AT89S52. According to some references, the principle of SMPS is studied. This switch power has functions of having a range wide output,

4、 group the voltage, current flow set protection, short circuit can be automatic recovery and so on, it can also realize the output voltage of the intelligent control. Using Chinese LCD monitor and the keyboard operation can finish the functions of showing information of the output voltage and curren

5、t and digital input control. This can make the SMPS have an intuitive reading, simple operation and stable high intensive reading.Keyword: power source; SCM; LCD; principle目 录摘 要 IIIIABSTRACT II前 言 11 电源基础知识 21.1 电源的定义及作用 .21.2 电源的分类 .31.3 直流开关电源的原理及特点 .32 单片机控制 52.1 单片机介绍 .52.2 单片机指令系统 .72.3 AT89S5

6、2 单片机 82.4 液晶显示器 .113 单片机控制开关电源 123.1 原理电路图 .123.2 用 AT89S52 单片机控制开关电源优点 .124 结 论 13参考文献 14致 谢 15前 言1随着电力电子技术的高速发展，电力电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源 1，进入 80 年代计算机电源全面实现了开关电源(SMPS 2)化，率先完成计算机的电源换代，进入 90 年代开关电源相继进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源，更促进了开关电源技术的迅速发展。开关电源是利用现代电力电子技术，控制

7、开关晶体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 3IC 和 MOSFET4构成。开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源， 。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术在不断地创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广泛的发展空间。目前，开关电源以其高效节能、体积小、重量轻等优点已经在工业领域获得了广泛的应用，成为工业领域重要的基础产品。 2008 年工业开关电源市场规模已经达到了 11.8 亿元人民币。但由于金融危机对市场造

8、成了比较大的影响，2009 年工业开关电源市场规模的增速预计不足 7%。但由于下游应用企业产业升级、新兴行业需求的带动以及国家政策的扶持等因素对大陆电源市场的发展起了积极的推动作用。因此，随着金融危机的缓解，大陆工业开关电源市场还会呈现较快的发展态势。本文第一部分对电源的基础知识进行了介绍，包括电源的分类、作用，线性电源和开关电源的区别。第二部分是对单片机 5知识的介绍，尤其是对本文中 AT89S52 单片机进行了重点介绍。第三部分对用 AT89S52 单片机 6控制开关电源的原理进行了研究，是本文的重点部分。文章在最后对本文所做的研究进行了综述。21 电源基础知识1.1 电源的定义及作用发

9、电 机 能 把 机 械 能 转 换 成 电 能 ， 干 电 池 能 把 化 学 能 转 换 成 电 能 。 发 电 机 、 电 池 本身 并 不 带 电 ， 它 的 两 极 分 别 有 正 负 电 荷 ， 由 正 负 电 荷 产 生 电 压 (电 流 是 电 荷 在 电 压 的作 用 下 定 向 移 动 而 形 成 的 )， 电 荷 导 体 里 本 来 就 有 ， 要 产 生 电 流 只 需 要 加 上 电 压 即 可 ，当 电 池 两 极 接 上 导 体 时 为 了 产 生 电 流 而 把 正 负 电 荷 释 放 出 去 ， 当 电 荷 散 尽 时 ， 也 就 荷尽 流 (压 )消 了 。

10、干 电 池 等 叫 做 电 源 。 通 过 变 压 器 和 整 流 器 7， 把 交 流 电 变 成 直 流 电的 装 置 叫 做 整 流 电 源 。 能 提 供 信 号 的 电 子 设 备 叫 做 信 号 源 。 晶 体 三 极 管 能 把 前 面 送 来的 信 号 加 以 放 大 ， 又 把 放 大 了 的 信 号 传 送 到 后 面 的 电 路 中 去 。 晶 体 三 极 管 对 后 面 的 电路 来 说 ， 也 可 以 看 做 是 信 号 源 。 整 流 电 源 、 信 号 源 有 时 也 叫 做 电 源 。电 源 是 向 电 子 设 备 提 供 功 率 的 装 置 ， 也 称 电 源

11、 供 应 器 ， 它 提 供 计 算 机 中 所 有 部 件所 需 要 的 电 能 。 电 源 功 率 的 大 小 ， 电流和 电压是 否 稳 定 ， 将 直 接 影 响 计 算 机 的 工 作 性能 和 使 用 寿 命 。 计算机电源是 一 种 安 装 在 主 机 箱 内 的 封 闭 式 独 立 部 件 ， 它 的 作 用 是 将 交 流 电 通 过一 个 开 关 电源变压器换 为 5V， -5V， +12V， -12V， +3.3V 等 稳 定 的 直 流 电 ， 以 供 应 主机 箱 内 系 统 版 ， 软 盘 ， 硬 盘 驱 动 及 各 种 适配器扩 展 卡 等 系 统 部 件 使 用

12、 。 通 俗 来 讲 就 是 ，一 个 电 源 坏 了 ， 另 一 个 备 份 电 源 代 替 其 供 电 。 可 以 通 过 为 节 点 和 磁 盘 提 供 电 池 后 援 来增 强 硬 件 的 可 用 性 。 HP 支 持 的 不 间 断 电 源 (UPS)， 如 HP PowerTrust， 可 提 防 瞬 间掉 电 。 磁 盘 与 供 电 电 路 的 连 接 方 式 应 使 镜 像 副 本 分 别 连 接 到 不 同 的 电 源 上 。 根 磁 盘 与其 相 应 的 节 点 应 由 同 一 电源电路供 电 。 特 别 是 ， 群 集 锁 磁 盘 （ 当 重 组 群 集 时 用 作 仲裁

13、 器 ） 应 该 有 冗余电 源 ， 或 者 ， 它 能 由 群 集 中 节 点 之 外 的 电 源 供 电 。 您 的 HP 代 表可 提 供 关 于 群 集 的 电 源 、 磁 盘 和 LAN 硬 件 布 局 方 面 的 详 细 信 息 。 目 前 许 多 磁盘阵列和 其 他 架 装 系 统 含 有 多 个 电 源 输 入 ， 它 们 应 部 署 为 设 备 上 的 不 同 电 源 输 入 连 接 到 带有 两 个 或 三 个 电 源 输 入 的 独 立 电 路 设 备 上 ， 这 样 ， 一 般 情 况 下 ， 只 要 出 现 故 障 的 电 路不 超 过 一 个 ， 系 统 就 能 继

14、 续 正 常 运 行 。 因 此 ， 如 果 群 集 中 的 所 有 硬 件 有 2 个 或 3 个 电 源 输 入 ， 则 要 求 至 少 有 三 个 独 立 的 电 路 ， 以 确 保 群 集 的 电 路 设 计 中 没 有 单 点 故 障 。优 质 的 电 源 一 般 具 有 FCC、 美 国 UL 和 中 国 长 城 等 多 国 认 证 标 志 。 这 些 认 证 是 认 证机 构 根 据 行 业 内 技 术 规 范 对 电 源 制 定 的 专 业 标 准 ， 包 括 生 产 流 程 、 电 磁 干 扰 、 安 全 保3护 等 ， 凡 是 符 合 一 定 指 标 的 产 品 在 申 报

15、 认 证 通 过 后 ， 才 能 在 包 装 和 产 品 表 面 使 用 认 证标 志 ， 具 有 一 定 的 权 威 性 。1.2 电源的分类电源可按不同的方式分类 。从其性质上来看，电源体可分为普通电影和特种电源两大类。普 通 电 源 包 括 开关电源、 逆 变 电 源 、 交 流 稳 压 电 源 、 直流稳压电源、 DC/DC 电 源 、通 信 电 源 、 模 块 电 源 、 变 频 电 源 、 UPS 电 源 、 EPS 应 急 电 源 、 净 化 电 源 、 PC 电源、整 流 电 源 、 定 制 电 源 、 加 热 电 源 、 焊 接 电 源 /电弧电 源 、 电 镀 电 源 、

16、网 络 电 源 、 电 力操作电源、 适 配 器 电 源 、 线 性 电 源 、 电源控制器/ 驱 动 器 、 功 率 电 源 、 逆 变 电 源 、 参 数电 源 、 调 压 电 源 、 变 压 器 电 源 等 。 特 种 电 源 包 括 岸 电 电 源 、 安 防 电 源 、 高 压 电 源 、 医疗 电 源 、 军 用 电 源 、 航 空 航 天 电 源 、 激 光 电 源 和 其 他 特 种 电 源 。按照电源类型可以将电源分为交流稳压电源和直流稳压电源 8。能 够 提 供 一 个 稳 定 电 压 和 频 率 的 电 源 称 交 流 稳 压 电 源 。 目 前 国 内 多 数 厂 家

17、所 做 的工 作 是 交 流 电 压 稳 定 。 交 流 稳 压 电 源 包 含 有 ： 参 数 调 整 （ 谐 振 ） 型 、 自 耦 （ 变 比 ）调 整 型 、 大 功率补偿型 净 化 型 稳 压 器 （ 含 精 密 型 稳 压 器 ） 以 及 开 关 型 交 流 稳 压 电源 。 其 中 开 关 型 交 流 稳 压 电 源 应 用 于 高 频 脉 宽 调 制 技 术 ， 与 一 般 开 关 电 源 的 区 别 是 它的 输 出 量 必 须 是 与 输 入 侧 同 上 频 、 同 相 的 交 流 电 压 。 它 的 输 出 电 压 波 型 有 准 方 波 、 梯型 波 、 正 弦 波 等

18、 ， 市 场 上 的 不 间 断 电 源 （ UPS） 抽 掉 其 中 的 蓄 电 源 和 充电器， 就 是 一台 开 关 型 交 流 稳 压 电 源 的 稳 压 性 好 ， 控 制 功 能 强 ， 易 于 实 现 智 能 化 ， 是 非 常 具 有 前 途的 交 流 稳 压 电 源 。 但 因 其 电 路 复 杂 ， 价 格 较 高 ， 所 以 推 广 较 慢 。直 流 稳 压 电 源 按 习 惯 可 分 为 化 学 电 源 ， 线 性 稳 压 电 源 和 开 关 型 稳 压 电 源 。 直 流开 关 型 稳 压 电 源 是 本 文 所 要 重 点 讲 述 的 电 源 。1.3 直流开关电源

19、的原理及特点开 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 成 本 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 成 本 在 某 一 输 出 功 率 点 上 ， 反 而 高 于 开 关 电 源 ， 这 一 点 称 为 成本 反 转 点 。 随 着 电 力 电

20、 子 技 术 的 发 展 和 创 新 ， 使 得 开 关 电 源 技 术 也 在 不 断 地 创 新 ， 这一 成 本 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 发 展 空 间 。开 关 电 源 的 原 理 电 路 图 是 ：4开 关 电 源 的 优 点 是 体 积 小 ， 重 量 轻 ， 稳 定 可 靠 ； 缺 点 相 对 于 线 性 电 源 来 说 纹 波 较大 （ 一 般 1%VO(P-P),好 的 可 做 到 十 几 mV(P-P)或 更 小 )。 它 的 功 率 可 自 几 瓦 几 千瓦 均 有 产 品 。 价 位 为

21、 3 元 十 几 万 元 /瓦 ， 下 面 就 一 般 习 惯 分 类 介 绍 几 种 开 关 电 源 ： 、 AC/DC 电 源 该 类 电 源 也 称 一 次 电 源 AC 是 交 流 ， DC 是 直 流 ， 它 自 电 网 取 得 能 量 ， 经 过 高压 整 流 滤 波 得 到 一 个 直 流 高 压 ， 供 DC/DC 变 换 器 在 输 出 端 获 得 一 个 或 几 个 稳 定 的 直 流电 压 ， 功 率 从 几 瓦 几 千 瓦 均 有 产 品 ， 用 于 不 同 场 合 。 属 此 类 产 品 的 规 格 型 号 繁 多 ，据 用 户 需 要 而 定 通 信 电 源 中 的

22、 一 次 电 源 （ AC220 输 入 ， DC48V 或 24V 输 出 )也 属 此 类 . 、 DC/DC9，10 电 源 在 通 信 系 统 中 也 称 二 次 电 源 ， 它 是 由 一 次 电 源 或 直 流 电 池 组 提 供 一 个 直 流 输 入 电压 ， 经 DC/DC 变 换 以 后 在 输 出 端 获 一 个 或 几 个 直 流 电 压 。 、 通 信 电 源 通 信 电 源 其 实 质 上 就 是 DC/DC 变 换 器 式 电 源 ， 只 是 它 一 般 以 直 流 48V 或 24V供 电 ， 并 用 后 备 电 池 作 DC 供 电 的 备 份 ， 将 DC

23、的 供 电 电 压 变 换 成 电 路 的 工 作 电 压 ， 一般 它 又 分 中 央 供 电 、 分 层 供 电 和 单 板 供 电 三 种 ， 以 后 者 可 靠 性 最 高 。 、 电 台 电 源电 台 电 源 输 入 AC220V/110V， 输 出 DC13.8V,功 率 由 所 供 电 台 功 率 而 定 ,几 安 几 百安 均 有 产 品 .为 防 止 AC 电 网 断 电 影 响 电 台 工 作 ,而 需 要 有 电 池 组 作 为 备 份 ,所 以 此 类电 源 除 输 出 一 个 13.8V 直 流 电 压 外 ,还 具 有 对 电 池 充 电 自 动 转 换 功 能 。

24、 、 模 块 电 源 11 随 着 科 学 技 术 飞 速 发 展 ， 对 电 源 可 靠 性 、 容 量 /体 积 比 要 求 越 来 越 高 ， 模 块 电 源越 来 越 显 示 其 优 越 性 ， 它 工 作 频 率 高 、 体 积 小 、 可 靠 性 高 ， 便 于 安 装 和 组 合 扩 容 ， 所5以 越 来 越 被 广 泛 采 用 。 目 前 ， 目 前 国 内 虽 有 相 应 模 块 生 产 ， 但 因 生 产 工 艺 未 能 赶 上 国际 水 平 ， 故 障 率 较 高 。 DC/DC 模 块 电 源 目 前 虽 然 成 本 较 高 ， 但 从 产 品 的 漫 长 的 应 用

25、 周 期 的 整 体 成 本 来 看 ，特 别 是 因 系 统 故 障 而 导 致 的 高 昂 的 维 修 成 本 及 商 誉 损 失 来 看 ， 选 用 该 电 源 模 块 还 是合 算 的 ， 在 此 还 值 得 一 提 的 是 罗 氏 变 换 器 电 路 ， 它 的 突 出 优 点 是 电 路 结 构 简 单 ， 效 率高 和 输 出 电 压 、 电 流 的 纹 波 值 接 近 于 零 。 、 特 种 电 源 高 电 压 小 电 流 电 源 、 大 电 流 电 源 、 400Hz 输 入 的 AC/DC 电 源 等 ， 可 归 于 此 类 ， 可根 据 特 殊 需 要 选 用 。 开 关

26、 电 源 的 价 位 一 般 在 2-8 元 /瓦 特 殊 小 功 率 和 大 功 率 电 源 价 格稍 高 ， 可 达 11-13 元 /瓦 。2 单片机控制单 片 机 是 一 种 集 成 在 电 路 芯 片 ， 是 采 用 超 大 规 模 集 成 电 路 技 术 把 具 有 数 据 处 理能 力 的 中 央 处 理 器 CPU 随 机 存 储 器 RAM、 只 读 存 储 器 ROM、 多 种 I/O 口 和 中 断 系 统 、定 时 器 /计 时 器 等 功 能 （ 可 能 还 包 括 显 示 驱 动 电 路 、 脉 宽 调 制 电 路 、 模 拟 多 路 转 换 器 、A/D 转 换

27、器 等 电 路 ） 集 成 到 一 块 硅 片 上 构 成 的 一 个 小 而 完 善 的 计 算 机 系 统 。2.1 单片机介绍单 片 微 型 计 算 机 简 称 单 片 机 ， 是 典 型 的 嵌 入 式 微控制器（ Microcontroller Unit） ， 常 用 英 文 字 母 的 缩 写 MCU 表 示 单 片 机 ， 它 最 早 是 被 用 在 工 业 控 制 领 域 。 由 于单 片 机 在 工 业 控 制 领 域 的 广 泛 应 用 ， 为 使 更 多 的 业 内 人 士 、 学 生 、 爱 好 者 ， 产 品 开 发人 员 掌 握 单 片 机 这 门 技 术 ， 于

28、是 产 生 单片机开发板 ， 比 较 有 名 的 例 如 电 子 人 DZR-01A单 片 机 开 发 板 。 单 片 机 由 芯片内 仅 有 CPU 的 专 用 处理器发 展 而 来 。 最 早 的 设 计 理 念 是通 过 将 大 量 外 围 设 备 和 CPU 集 成 在 一 个 芯 片 中 ， 使 计算机系统更 小 ， 更 容 易 集 成 进 复杂 的 而 对 体 积 要 求 严 格 的 控 制 设 备 当 中 。 INTEL 的 Z80 是 最 早 按 照 这 种 思 想 设 计 出 的处 理 器 ， 从 此 以 后 ， 单 片 机 和 专 用 处 理 器 的 发 展 便 分 道 扬

29、 镳 。 早 期 的 单 片 机 都 是 8 位 或 4 位 的 。 其 中 最 成 功 的 是 INTEL 的 8031， 因 为 简 单 可靠 而 性 能 不 错 获 得 了 很 大 的 好 评 。 此 后 在 8031 上 发 展 出 了 MCS51 系 列 单 片 机 系 统 。基 于 这 一 系 统 的 单 片 机 系 统 直 到 现 在 还 在 广 泛 使 用 。 随 着 工 业 控 制 领 域 要 求 的 提 高 ，开 始 出 现 了 16 位 单 片 机 ， 但 因 为 性 价 比 不 理 想 并 未 得 到 很 广 泛 的 应 用 。 90 年 代 后随 着 消费电子产品大

30、发 展 ， 单 片 机 技 术 得 到 了 巨 大 提 高 。 随 着 INTEL i960 系 列 特 别6是 后 来 的 ARM 系 列 的 广 泛 应 用 ， 32 位 单 片 机 迅 速 取 代 16 位 单 片 机 的 高 端 地 位 ， 并且 进 入 主 流 市 场 。 而 传 统 的 8 位 单 片 机 的 性 能 也 得 到 了 飞 速 提 高 ， 处 理 能 力 比 起 80年 代 提 高 了 数 百 倍 。 目 前 ， 高 端 的 32 位 单 片 机 主频已 经 超 过 300MHz， 性 能 直 追 90年 代 中 期 的 专 用 处 理 器 ， 而 普 通 的 型 号

31、 出 厂 价 格 跌 落 至 1 美 元 ， 最 高 端 的 型 号 也 只有 10 美 元 。 当 代 单 片 机 系 统 已 经 不 再 只 在 裸 机 环 境 下 开 发 和 使 用 ， 大 量 专 用 的 嵌入式操作系统被 广 泛 应 用 在 全 系 列 的 单 片 机 上 。 而 在 作 为 掌 上 电 脑 和 手 机 核 心 处 理 的 高端 单 片 机 甚 至 可 以 直 接 使 用 专 用 的 Windows 和 Linux 操作系统。 单 片 机 比 专 用 处 理 器 更 适 合 应 用 于 嵌入式系统， 因 此 它 得 到 了 最 多 的 应 用 。 事 实上 单 片 机

32、 是 世 界 上 数 量 最 多 的 计 算 机 。 现 代 人 类 生 活 中 所 用 的 几 乎 每 件 电 子 和 机 械 产品 中 都 会 集 成 有 单 片 机 。 手 机 、 电 话 、 计算器、 家 用 电 器 、 电 子 玩 具 、 掌上电脑以 及鼠 标 等 电 脑 配 件 中 都 配 有 1-2 部 单 片 机 。 而 个人电脑中 也 会 有 为 数 不 少 的 单 片 机 在 工作 。 汽 车 上 一 般 配 备 40 多 部 单 片 机 ， 复 杂 的 工 业 控 制 系 统 上 甚 至 可 能 有 数 百 台 单 片机 在 同 时 工 作 ！ 单 片 机 的 数 量 不

33、 仅 远 超 过 PC 机 和 其 他 计 算 的 总 和 ， 甚 至 比 人 类 的 数量 还 要 多 。 单 片 机 又 称 单片微控制器， 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 。 相 当 于 一 个 微 型 的 计 算 机 ， 和 计 算 机 相 比 ， 单 片 机 只 缺 少了 I/O 设 备 。 概 括 的 讲 ： 一 块 芯 片 就 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 了 便 利 条 件 。 同 时

34、， 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 内 部 也 用 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 ， 不 同 的 是 它 的 这 些 部 件 性 能 都 相 对 我 们 的 家 用 电 脑 弱 很 多 ，不 过 价 钱 也 是 低 的 ， 一 般 不 超 过 10 元 即 可 ， 用 它 来 做 一 些 控 制 电 器 一 类 不 是 很 复 杂的 工 作 足 矣 了 。 我 们 现 在 用 的 全 自 动 滚 筒 洗 衣 机

35、 、 排 烟 罩 、 VCD 等 等 的 家 电 里 面 都 可以 看 到 它 的 身 影 ， 它 主 要 是 作 为 控 制 部 分 的 核 心 部 件 。 它 是 一 种 在 线 式 实 时 控 制 计 算 机 ， 在 线 式 就 是 现 场 控 制 ， 需 要 的 是 有 较 强 的 抗 干扰 能 力 ， 较 低 的 成 本 ， 这 也 是 和 离 线 式 计 算 机 的 （ 比 如 家 用 PC） 的 主 要 区 别 。 单 片 机 是 靠 程序运 行 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

36、些 功 能 ， 这 是 别 的 器 件 需 要 费 很 大 力 气 才 能 做 到 的 ， 有 些 则 是 花 大力 气 也 很 难 做 到 的 。 一 个 不 是 很 复 杂 的 功 能 要 是 用 美国 50 年 代 开 发 的 74 系 列 ， 或者 60 年 代 的 CD4000 系 列 这 些 纯 硬 件 来 搞 定 的 话 ， 电路一 定 是 一 块 大 PCB 板 ！ 但 是7如 果 要 是 用 美 国 70 年 代 成 功 投 放 市 场 的 系 列 单 片 机 ， 结 果 就 会 有 天 壤 之 别 ！ 只 因 为单 片 机 的 通 过 你 编 写 的 程 序 可 以 实 现

37、 高 智 能 ， 高 效 率 ， 以 及 高 可 靠 性 ！ 由 于 单 片 机 对 成 本 是 敏 感 的 ， 所 以 目 前 占 统 治 地 位 的 软件还 是 最 低 级 汇编语 言 ，它 是 除 了 二进制 机 器 码 以 上 最 低 级 的 语 言 了 ， 既 然 这 么 低 级 为 什 么 还 要 用 呢 ？ 很 多 高级 的 语 言 已 经 达 到 了 可 视 化 编 程 的 水 平 为 什 么 不 用 呢 ？ 原 因 很 简 单 ， 就 是 单 片 机 没 有家 用 计 算 机 那 样 的 CPU， 也 没 有 像 硬 盘 那 样 的 海 量 存 储 设 备 。 一 个 可 视

38、 化 高级语言编写 的 小 程 序 里 面 即 使 只 有 一 个 按 钮 ， 也 会 达 到 几 十 K 的 尺 寸 ！ 对 于 家 用 PC 的 硬 盘 来讲 没 什 么 ， 可 是 对 于 单 片 机 来 讲 是 不 能 接 受 的 。 单 片 机 在 硬 件 资 源 方 面 的 利 用 率 必 须很 高 才 行 ， 所 以 汇 编 虽 然 原 始 却 还 是 在 大 量 使 用 。 一 样 的 道 理 ， 如 果 把 巨 型 计 算 机 上的 操作系统和 应 用 软 件 拿 到 家 用 PC 上 来 运 行 ， 家 用 PC 的 也 是 承 受 不 了 的 。 可 以 说 ， 二 十

39、世 纪 跨 越 了 三 个 “电 ”的 时 代 ， 即 电气时代、 电 子 时 代 和 现 已 进 入的 电 脑 时 代 。 不 过 ， 这 种 电 脑 ， 通 常 是 指 个人计算机， 简 称 PC 机 。 它 由 主 机 、 键 盘 、显 示 器 等 组 成 。 还 有 一 类 计 算 机 ， 大 多 数 人 却 不 怎 么 熟 悉 。 这 种 计 算 机 就 是 把 智 能 赋予 各 种 机 械 的 单 片 机 （ 亦 称 微 控 制 器 ） 。 顾 名 思 义 ， 这 种 计 算 机 的 最小系统只 用 了一 片 集成电路， 即 可 进 行 简 单 运 算 和 控 制 。 因 为 它

40、体 积 小 ， 通 常 都 藏 在 被 控 机 械 的“肚 子 ”里 。 它 在 整 个 装 置 中 ， 起 着 有 如 人 类 头 脑 的 作 用 ， 它 出 了 毛 病 ， 整 个 装 置 就瘫 痪 了 。 现 在 ， 这 种 单 片 机 的 使 用 领 域 已 十 分 广 泛 ， 如 智能仪表、 实 时 工 控 、 通 讯 设备 、 导 航 系 统 、 家 用 电 器 等 。 各 种 产 品 一 旦 用 上 了 单 片 机 ， 就 能 起 到 使 产 品 升 级 换 代的 功 效 ， 常 在 产 品 名 称 前 冠 以 形 容 词 “智 能 型 ”， 如 智 能 型 洗衣机等 。 现 在

41、 有 些工 厂 的 技 术 人 员 或 其 它 业 余 电 子 开 发 者 搞 出 来 的 某 些 产 品 ， 不 是 电 路 太 复 杂 ， 就 是 功能 太 简 单 且 极 易 被 仿 制 。 究 其 原 因 ， 可 能 就 卡 在 产 品 未 使 用 单 片 机 或 其 它 可编程逻辑器件上 。2.2 单片机指令系统 12单 片 机 所 以 能 自 动 地 进 行 运 算 和 控 制 ， 正 是 由 于 人 把 实 现 计 算 和 控 制 的 步 骤 一 步 步 地用 命 令 的 形 式 ， 即 一 条 条 指 令 （ Instruction） 预 先 存 入 到 存 贮 器 中 ， 单

42、 片 机 在 CPU的 控 制 下 ， 将 指 令 一 条 条 地 取 出 来 ， 并 加 以 翻 译 和 执 行 。 就 以 两 个 数 相 加 这 一 简 单 的运 算 来 说 ， 当 需 要 运 算 的 数 已 存 入 存 贮 器 后 ， 还 需 要 进 行 以 下 几 步 ： 第 一 步 ： 把 第 一 个 数 从 它 的 存 贮 单 元 （ Location） 中 取 出 来 ， 送 至 运 算 器 。 第 二 步 ： 把 第 二 个 数 从 它 所 在 的 存 贮 单 元 中 取 出 来 ， 送 至 运 算 器 ； 第 三 步 ： 相加 ； 第 四 步 ： 把 相 加 完 的 结

43、果 ， 送 至 存 贮 器 中 指 定 的 单 元 。 所 有 这 些 取 数 、 送 数 、 相 加 、 存 数 等 等 都 是 一 种 操 作 （ Operation） ， 我 们 把8要 求 计 算 机 执 行 的 各 种 操 作 用 命 令 的 形 式 写 下 来 ， 这 就 是 指 令 。 但 是 怎 样 才 能 辨 别和 执 行 这 些 操 作 呢 ？ 这 是 在 设 计 单 片 机 时 由 设 计 人 员 赋 予 它 的 指 令 系 统 所 决 定 的 。 一条 指 令 ， 对 应 着 一 种 基 本 操 作 ； 单 片 机 所 能 执 行 的 全 部 指 令 ， 就 是 该 单

44、 片 机 的 指 令 系统 （ Iustruction Set） ， 不 同 种 类 的 单 片 机 ， 其 指 令 系 统 亦 不 同 。 使 用 单 片 机 时 ， 事 先 应 当 把 要 解 决 的 问 题 编 成 一 系 列 指 令 。 这 些 指 令 必 须 是 选 定的 单 片 机 能 识 别 和 执 行 的 指 令 。 单 片 机 用 户 为 解 决 自 己 的 问 题 所 编 的 指 令 程 序 ， 称 为源 程 序 （ Source Program） 。 指 令 通 常 分 为 操 作 码 （ Opcode） 和 操 作 数 （ Operand）两 大 部 分 。 操 作 码

45、 表 示 计 算 机 执 行 什 么 操 作 ， 即 指 令 的 功 能 ； 操 作 数 表 示 参 加 操 作 的数 或 操 作 数 所 在 的 地 址 （ 即 操 作 数 所 存 放 的 地 方 编 号 ） 。 因 为 单 片 机 是 一 种 可 编 程 器件 ， 只 “认 得 ”二 进 码 （ 0、 1） 。 要 单 片 机 运 作 ， 单 片 机 系 统 中 的 所 有 指 令 ， 都 必 须以 二 进 制 编 码 的 形 式 来 表 示 。 例 如 ， 在 Intel 公 司 的 MCS 51 系 列 单 片 机 中 ， 从 存贮 器 中 取 出 一 数 到 CPU 中 的 累 加

46、器 （ 在 运 算 器 中 ， 参 与 运 算 、 存 放 运 算 结 果 的 专 用 寄存 器 ） 的 指 令 代 码 为 74H， 累 加 器 内 容 加 立 即 数 的 代 码 为 24H， 再 加 上 立 即 数 代 码 ，累 加 器 送 数 到 内 部 RAM 存 贮 器 的 代 码 为 F6H F7H 等 。 这 些 指 令 是 用 十 六 进 制 表 示 二进 制 的 机 器 码 。 MCS 51 单 片 机 的 字 长 为 8 位 ， 有 时 ， 要 完 成 某 些 操 作 用 一 个 字 节 尚 不 能 充 分 表达 。 所 以 ， 在 指 令 系 统 中 有 单 字 节 指

47、 令 ， 也 有 多 字 节 指 令 。 机 器 码 是 由 一 连 串 的 0和 1 组 成 ， 没 有 明 显 的 特 征 ， 不 好 记 忆 ， 不 易 理 解 ， 易 出 错 。 所 以 ， 直 接 用 它 来 编 写程 序 十 分 困 难 。 因 而 ， 人 们 就 用 一 些 助 记 符 （ Mue monic） 通 常 是 指 令 功 能 的 英文 缩 写 来 代 替 操 作 码 ， 如 MCS 51 中 数 的 传 送 常 用 MOV（ Move 的 缩 写 ） 、 加 法 用Add(Addition 的 缩 写 ） 来 作 为 助 记 符 。 这 样 ， 每 条 指 令 有

48、明 显 的 动 作 特 征 ， 易 于 记 忆和 理 解 ， 也 不 容 易 出 错 。 用 助 记 符 来 编 写 的 程 序 称 为 汇 编 语 言 程 序 。 但 是 ， 助 记 符 编写 的 程 序 便 于 人 理 解 ， 可 单 片 机 却 只 认 识 二 进 制 机 器 代 码 ， 因 此 ， 为 了 让 单 片 机 能“读 懂 ”汇 编 语 言 程 序 必 须 再 转 换 成 由 二 进 制 机 器 码 构 成 的 程 序 ， 这 种 转 换 过 程 ， 就称 为 “汇 编 ”。 汇 编 可 借 助 于 人 工 查 表 法 来 实 现 ， 也 可 借 助 PC 机 通 过 所 谓

49、 “交 叉 汇编 程 序 ”来 完 成 。 由 机 器 码 构 成 的 用 户 程 序 一 旦 “进 入 ”了 单 片 机 ， 再 “启 动 ”单片 机 ， 就 可 让 它 执 行 输 入 程 序 所 规 定 的 任 务 。2.3 AT89S52 单片机AT89S52 是 一 种 低 功 耗 、 高 性 能 CMOS 8 位 微 控 制 器 ， 具 有 8K 在 系 统 可 编 程Flash 存 储 器 。 使 用 Atmel 公 司 高 密 度 非 易 失 性 存 储 器 技 术 制 造 ， 与 工 业 80C51 9产 品 指 令 和 引 脚 完 全 兼 容 。 片 上 Flash 允 许 程 序 存 储 器 在 系 统 可 编 程 ， 亦 适 于 常 规编 程 器 。 在 单 芯 片 上 ， 拥 有 灵 巧 的 8 位 CPU 和 在 系 统 可 编 程 Flash， 使 得 AT89S52在 众 多 嵌 入 式 控 制 应 用 系 统 中 得 到 广 泛 应 用 。主 要 性 能 有 ： 1、 与 MCS-51 单片机产 品 兼 容 ； 2、 8K 字 节 在 系 统 可 编 程Fla