1、單片機(jī)程控電壓源的硬件設(shè)計(jì)摘要本設(shè)計(jì)以AT89S52單片機(jī)為核心控制芯片，實(shí)現(xiàn)數(shù)控直流供電功能方案。本設(shè)計(jì)采用8位精密DA轉(zhuǎn)換器DAC0832、三端可調(diào)穩(wěn)壓器LM350和UA741運(yùn)算放大器組成穩(wěn)壓源，實(shí)現(xiàn)輸出電壓范圍+1.4V + 9.9V，電壓步長(zhǎng)0.1 V數(shù)字控制穩(wěn)壓電源，最大紋波僅為10 mV ，精度高，穩(wěn)定性好。此外，該方案僅使用5個(gè)按鍵即可實(shí)現(xiàn)輸出電壓的便捷設(shè)置，并具有設(shè)定值調(diào)整、微調(diào)（0.1級(jí)）、粗調(diào)（1級(jí)）三種調(diào)節(jié)功能。數(shù)碼管顯示輸出電壓值。我們?cè)O(shè)計(jì)了自己的12V 和 5V 電源來(lái)為系統(tǒng)供電。該電路的原理是通過(guò)單片機(jī)控制DA的輸出電壓，并通過(guò)放大器對(duì)其進(jìn)行放大。放大后的電壓作為

2、LM350的參考電壓，實(shí)際電壓仍由電壓模塊LM350輸出。 5個(gè)按鍵調(diào)節(jié)電壓，通過(guò)共陰極三位一體LED顯示輸出電壓值。本設(shè)計(jì)采用3個(gè)三合一數(shù)碼管，可顯示三位數(shù)字和一位小數(shù)，如5.90V ，采用動(dòng)態(tài)掃描驅(qū)動(dòng)方式。與傳統(tǒng)穩(wěn)壓電源相比，具有操作方便、供電穩(wěn)定性高、輸出電壓數(shù)字顯示等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：數(shù)控，步進(jìn)，三端可調(diào)穩(wěn)壓器目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc320652679 目錄 PAGEREF _Toc320652679 h 2 HYPERLINK l _Toc320652680 第1章引言 PAGEREF _Toc320652680 h 3 HYPERLINK

3、l _Toc320652684 第2章NC 電壓源解決方案介紹 PAGEREF _Toc320652684 h 6 HYPERLINK l _Toc320652685 2.1數(shù)控電壓源方案演示 PAGEREF _Toc320652685 h 6 HYPERLINK l _Toc320652691 2.2方案比較 PAGEREF _Toc320652691 h 8 HYPERLINK l _Toc320652692 2.2.1 CNC零件對(duì)比 PAGEREF _Toc320652692 h 8 HYPERLINK l _Toc320652693 2.2.2 8節(jié)輸出對(duì)比 PAGEREF _Toc

4、320652693 h HYPERLINK l _Toc320652694 2.2.3顯示部分對(duì)比 PAGEREF _Toc320652694 h 8 HYPERLINK l _Toc320652695 第3章數(shù)控電壓源的工作原理 PAGEREF _Toc320652695 h 9 HYPERLINK l _Toc320652696 3.1整機(jī)電路框圖 PAGEREF _Toc320652696 h 9 HYPERLINK l _Toc320652699 3.2工作原理 PAGEREF _Toc320652699 h 9 HYPERLINK l _Toc320652700 3.2.1 DA轉(zhuǎn)換

5、電路工作原理 PAGEREF _Toc320652700 h 9 HYPERLINK l _Toc320652701 3.2.2電壓調(diào)節(jié)電路的工作原理 PAGEREF _Toc320652701 h 10 HYPERLINK l _Toc320652702 3.2.3數(shù)值計(jì)算 PAGEREF _Toc320652702 h 11 HYPERLINK l _Toc320652703 第4章單元電路的工作原理 PAGEREF _Toc320652703 h 12 HYPERLINK l _Toc320652704 4.1時(shí)鐘電路 PAGEREF _Toc320652704 h 12 HYPERLI

6、NK l _Toc320652709 4.2復(fù)位電路 PAGEREF _Toc320652709 h 12 HYPERLINK l _Toc320652710 4.3鍵盤(pán)接口電路 PAGEREF _Toc320652710 h 13 HYPERLINK l _Toc320652711 4.3.1鍵盤(pán)電路 PAGEREF _Toc320652711 h 13 HYPERLINK l _Toc320652712 4.3.2鍵盤(pán)電路工作原理 PAGEREF _Toc320652712 h 14 HYPERLINK l _Toc320652713 4.4顯示接口電路 PAGEREF _Toc32065

7、2713 h 14 HYPERLINK l _Toc320652714 4.4.1顯示電路原理 PAGEREF _Toc320652714 h 14 HYPERLINK l _Toc320652715 4.4.2 LED顯示方式 PAGEREF _Toc320652715 h 15 HYPERLINK l _Toc320652716 4.4.3顯示電路原理圖 PAGEREF _Toc320652716 h 16 HYPERLINK l _Toc320652717 4.5 D/A轉(zhuǎn)換電路 PAGEREF _Toc320652717 h 16 HYPERLINK l _Toc320652719 4

8、.6電源電路 PAGEREF _Toc320652719 h 16 HYPERLINK l _Toc320652720 4.6.1調(diào)節(jié)器78L12和79L12 PAGEREF _Toc320652720 h 17 HYPERLINK l _Toc320652721 4.6.2電源電路示意圖 PAGEREF _Toc320652721 h 17 HYPERLINK l _Toc320652722 4.7使用的主要芯片 PAGEREF _Toc320652722 h 18 HYPERLINK l _Toc320652723 4.7.1單片機(jī)AT89S52 PAGEREF _Toc320652723

9、 h 18 HYPERLINK l _Toc320652724 4.7.2芯片DAC0832 PAGEREF _Toc320652724 h 19 HYPERLINK l _Toc320652728 4.7.3 LM350 PAGEREF _Toc320652728 h 20 HYPERLINK l _Toc320652729 4.7.4集成運(yùn)算放大器UA741 PAGEREF _Toc320652729 h 22 HYPERLINK l _Toc320652730 結(jié)論 PAGEREF _Toc320652730 h 24 HYPERLINK l _Toc320652731 到 PAGERE

10、F _Toc320652731 h 25 HYPERLINK l _Toc320652732 附錄 PAGEREF _Toc320652732 h 26第一章簡(jiǎn)介1.1 研究背景及意義數(shù)控直流電壓源是電子技術(shù)中常用的設(shè)備之一，廣泛應(yīng)用于教學(xué)、科研等領(lǐng)域。傳統(tǒng)的多功能數(shù)控直流電壓源功能簡(jiǎn)單、控制困難、可靠性低、干擾大、精度低、體積大、復(fù)雜度高。普通數(shù)控直流電源的種類很多，但存在以下兩個(gè)問(wèn)題： 1）輸出電壓有粗調(diào)（波段開(kāi)關(guān)）和微調(diào)（電位器）兩種方式。這樣，當(dāng)需要準(zhǔn)確輸出輸出電壓，或者需要在小范圍內(nèi)（如1.051.07V）變化時(shí)，難度就更大了。另外，隨著使用時(shí)間的增加，波段開(kāi)關(guān)和電位器難免接觸不良，

11、影響輸出。 2）穩(wěn)壓方式采用串聯(lián)穩(wěn)壓電路來(lái)限制或切斷過(guò)載保護(hù)。電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，穩(wěn)壓精度不高。在家用電器和其他類型的電子設(shè)備中，通常需要電壓穩(wěn)定的直流電源。但在現(xiàn)實(shí)生活中，它是由 220V 交流電網(wǎng)供電的。這就需要通過(guò)變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓電路將交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電。濾波器用于過(guò)濾整流輸出電壓中的紋波。通常，傳統(tǒng)電路由濾波扼流圈和電容器組成。如果換成晶體管濾波器，可以減小直流電源的體積，減輕重量，晶體管對(duì)直流電源進(jìn)行濾波。直流穩(wěn)壓器可作為家用電器的電源，既降低了家用電器的成本，又減小了其體積，使家用電器小型化。傳統(tǒng)數(shù)控直流電壓源通常采用電位器和波段開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)，電壓值由電壓表指示。因此

12、電壓的調(diào)節(jié)精度不高，讀數(shù)不直觀，電位器易磨損，而基于單片機(jī)控制的數(shù)控直流電源能較好地解決傳統(tǒng)穩(wěn)壓電源的上述缺點(diǎn)供應(yīng)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速進(jìn)步，現(xiàn)代工業(yè)應(yīng)用中使用的工控產(chǎn)品都需要低紋波、寬調(diào)節(jié)范圍的高壓電源，特別是在一些高能物理領(lǐng)域，急需計(jì)算機(jī)或單片機(jī)控制的低壓電源。紋波，電源調(diào)節(jié)范圍寬。1.2國(guó)外研究現(xiàn)狀自 1990 年代后期以來(lái)，隨著對(duì)更高系統(tǒng)效率和更低功耗的需求，電信和數(shù)據(jù)通信設(shè)備的技術(shù)更新推動(dòng)了電力行業(yè)的 DC/DC 電源轉(zhuǎn)換器更加靈活和智能。方向發(fā)展。 1980年代，第一代分布式供電系統(tǒng)開(kāi)始轉(zhuǎn)向20世紀(jì)后期更先進(jìn)的第四代分布式供電結(jié)構(gòu)，中間總線結(jié)構(gòu)。 DC/D

13、C電源行業(yè)面臨著新的挑戰(zhàn)，即如何將嵌入式電源智能系統(tǒng)和數(shù)字控制系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)。早在 1990 年代中期，半導(dǎo)體廠商就開(kāi)發(fā)了數(shù)控電壓源管理技術(shù)，與當(dāng)時(shí)廣泛使用的模擬控制方案相比，當(dāng)時(shí)的成本效益并不高，因此無(wú)法被廣泛采用。由于板載電源管理的更廣泛應(yīng)用以及業(yè)界對(duì)節(jié)能和運(yùn)營(yíng)優(yōu)化的關(guān)注，電源行業(yè)和半導(dǎo)體制造商開(kāi)始共同開(kāi)發(fā)這款名為“數(shù)控電壓源”的新產(chǎn)品。如今，隨著直流電源技術(shù)的飛速發(fā)展，整流系統(tǒng)已經(jīng)從以前的分立元件、集成電路控制發(fā)展到微機(jī)控制，使直流電源智能化，具備遙測(cè)、遙信、遙測(cè)三大遙功能。遙控，基本實(shí)現(xiàn)直流供電。無(wú)人看管的。本畢業(yè)設(shè)計(jì)的數(shù)控直流電源主要由單片機(jī)系統(tǒng)、鍵盤(pán)、數(shù)碼管顯示器、D/A轉(zhuǎn)換電路、穩(wěn)

14、壓電路等組成。單片機(jī)系統(tǒng)選用89S52型單片機(jī)，采用獨(dú)立鍵盤(pán)和LM350作為穩(wěn)壓器件。1.3 項(xiàng)目研究方法隨著時(shí)代的發(fā)展，數(shù)字電子技術(shù)已經(jīng)普及到我們的生活、工作、科研等各個(gè)領(lǐng)域。本文將介紹一種數(shù)控直流電源。本電源由電源電路、顯示電路、控制電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路四部分組成。作品。準(zhǔn)確的說(shuō)，電源電路提供各個(gè)芯片電源、數(shù)碼管、放大器所需的電壓。顯示電路用于顯示電源的輸出電壓。同時(shí)分析了數(shù)字技術(shù)與模擬技術(shù)相互轉(zhuǎn)換的概念。與傳統(tǒng)穩(wěn)壓電源相比，具有操作方便、供電穩(wěn)定性高、輸出電壓數(shù)字顯示等特點(diǎn)。數(shù)控電壓源是最常用的儀器設(shè)備，在科學(xué)研究和實(shí)驗(yàn)中必不可少。在目前使用的直流可調(diào)電源中，幾乎都是旋鈕開(kāi)關(guān)來(lái)調(diào)節(jié)電壓，調(diào)

15、節(jié)精度不高，而且經(jīng)常跳動(dòng)，使用起來(lái)很麻煩。采用數(shù)控電壓源，每步精度可達(dá)到0.1V，輸出電壓范圍為1.4V至9.9V，電流可達(dá)到3A。針對(duì)以上問(wèn)題，本課題設(shè)計(jì)了一種以單片機(jī)為核心的數(shù)控型高精度簡(jiǎn)易直流電源。場(chǎng)合。設(shè)計(jì)方法是單片機(jī)通過(guò)D/A控制驅(qū)動(dòng)模塊輸出穩(wěn)定的電壓。同時(shí)，穩(wěn)壓方式采用三端可調(diào)穩(wěn)壓器進(jìn)行調(diào)節(jié)，輸出電壓通過(guò)電阻反饋給運(yùn)放，與設(shè)定值進(jìn)行比較。如果有偏差，調(diào)整輸出。工作過(guò)程中單片機(jī)輸出驅(qū)動(dòng)LED顯示屏，可通過(guò)鍵盤(pán)設(shè)置和調(diào)整電壓值。該電路具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、應(yīng)用廣泛、精度高的特點(diǎn)第二章數(shù)控電壓源方案介紹2.1 數(shù)控電壓源方案論證目前，數(shù)控電壓源已得到廣泛應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的方案也很多，主要有以下幾種

16、方案：2.1.1方案一：采用單片機(jī)設(shè)計(jì)數(shù)控電壓源常用的52芯片做控制器，P0口直接接DAC0832的數(shù)據(jù)口， DA和連接后接P3.4 ，接單片機(jī)，使DA工作在單緩沖模式。 DA的8腳接參考電壓，DA的參考電壓接5V電源，所以DAC的8腳輸出電壓分辨率為5V/256，約等于0.02V ，即DA輸入數(shù)據(jù)端每增加1，電壓增加0.02。 V._DA的輸出電流經(jīng)運(yùn)放LM324轉(zhuǎn)換成電壓，再經(jīng)運(yùn)放UA741反相放大。最后通過(guò)LM350調(diào)節(jié)和穩(wěn)定輸出電壓。其硬件框圖如圖2.1所示：圖 2.1 方案一硬件框圖2.1.2選項(xiàng) 2：使用調(diào)節(jié)管設(shè)計(jì)帶有雙計(jì)數(shù)器的數(shù)控電壓源本方案采用傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)管方案。主要特點(diǎn)是采用一

17、組雙計(jì)數(shù)器來(lái)完成系統(tǒng)的控制功能。二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的輸出經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換，控制誤差放大的參考電壓，控制輸出步長(zhǎng)。十進(jìn)制計(jì)數(shù)器解碼后，數(shù)碼管顯示輸出電壓值。為了使系統(tǒng)正常工作，需要保證雙十計(jì)數(shù)器同步工作。其硬件框圖如圖2.2所示：圖 2.2 方案二硬件框圖2.1.3選項(xiàng) 3：使用帶調(diào)節(jié)管的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)數(shù)控電壓源該方案的第二個(gè)區(qū)別是它使用了一組十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。一方面完成電壓的解碼和顯示。另一方面作為EPROM的地址輸入，EPROM的輸出經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換，控制誤差放大的參考。僅采用一組計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)逐級(jí)輸出，避免了方案二中保證雙計(jì)數(shù)器同步的問(wèn)題。然而，由于控制數(shù)據(jù)是在 EPROM 中編程的，因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性降

18、低了。其硬件框圖如圖2.3所示：圖 2.3 方案三硬件框圖2.2 方案比較2.2.1CNC零件比較方案2和方案3中，系統(tǒng)的數(shù)控部分采用中小型器件實(shí)現(xiàn)，芯片較多，使得控制電路部分的接口信號(hào)繁瑣，相互關(guān)聯(lián)，抗干擾能力強(qiáng)很窮。方案一中，采用89S52單片機(jī)完成整個(gè)數(shù)控部分的功能。同時(shí)，89S52是一款智能可編程器件，便于系統(tǒng)功能的擴(kuò)展。2.2.2輸出部分比較在方案 2 和 3 中，使用線性穩(wěn)壓電源通過(guò)改變其參考電壓來(lái)增加或減少輸出階躍。這不能忽略整流濾波后的紋波對(duì)輸出的影響。在方案1中，使用運(yùn)算放大器來(lái)放大電壓。 , 由于運(yùn)算放大器具有較大的電源電壓抑制，輸出端的紋波電壓可以大大降低。2.2.3顯示

19、零件比較方案2和3中的顯示輸出是直接解碼并顯示電壓量化值，顯示值為D/A變化的輸入值。數(shù)值可能存在較大偏差，方案1中使用三合一數(shù)碼管直接顯示電壓值。總之，方案一的優(yōu)點(diǎn)是具有精度高、使用方便、硬件電路簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。精度沒(méi)那么高。綜合考慮各種因素，本設(shè)計(jì)采用方案一。第三章數(shù)控電壓源的工作原理3.1 整機(jī)電路框圖數(shù)控電壓源的電路框圖如圖3.1所示：圖 3.1 數(shù)控電壓源電路框圖3.2 工作原理本設(shè)計(jì)引入了一種以89S52單片機(jī)為控制單元的數(shù)控電壓源，利用 HYPERLINK %20%20%20%20:/%20%20%20%20dz863%20%20%20%20/Microprocessors/MCS-

20、8051.htm o 8051單片機(jī) t _blank HYPERLINK %20%20%20%20:/%20%20%20%20dz863%20%20%20%20/Microprocessors/MCS-8051.htm o 8051單片機(jī) t _blank 數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0832 HYPERLINK %20%20%20%20:/%20%20%20%20dz863%20%20%20%20/all-technology/Electronics-TIPS/AD-DA.htm 輸出參考電壓，利用該參考電壓控制 HYPERLINK %20%20%20%20:/%20%20%20%20national

21、%20%20%20%20/pf/LM/LM350.html 電壓轉(zhuǎn)換模塊LM350的輸出電壓。改變輸出電壓的方法是通過(guò)改變發(fā)送給單片機(jī)的數(shù)字量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。輸出電壓由三端穩(wěn)壓器LM350穩(wěn)定。3.2.1DA轉(zhuǎn)換電路工作原理本設(shè)計(jì)采用DAC0832實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的數(shù)模轉(zhuǎn)換。它的數(shù)據(jù)口直接接P0口，DA之和接P 3.4和單片機(jī)的一端，使DA工作在單緩沖模式。 DA的8腳接參考電壓。為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)中的參考電壓為5V ，因此 DAC 的8 腳輸出電壓的分辨率為 5V/256=0.0 195 0.02 V ，也就是說(shuō)，DA 輸入每次數(shù)據(jù)端增加1，電壓增加0.02V。然后將運(yùn)算放大器LM324連接到DA的電壓

22、輸出端，將DA的輸出電流轉(zhuǎn)換成電壓。 0832的輸出電壓可以通過(guò)改變P0端口的數(shù)據(jù)來(lái)改變。例如，當(dāng) P0=00H 時(shí)，DAC0832 的輸出電壓應(yīng)為 0V。其電路圖如圖 3.2 所示。3.2 DA轉(zhuǎn)換電路3.2.2電壓調(diào)節(jié)電路的工作原理圖 3.3 電壓輸出電路圖本設(shè)計(jì)的輸出電壓由LM350三端調(diào)節(jié)穩(wěn)壓器調(diào)節(jié)。首先，0832的輸出電壓經(jīng)UA741反相放大。由于LM324的輸出電壓為負(fù)電壓，UA741連接到負(fù)反饋放大電路。通過(guò)調(diào)節(jié)電位器可以調(diào)節(jié)運(yùn)放的電壓放大倍數(shù)。 UA741的輸出端通過(guò)一個(gè)電阻連接到LM350的調(diào)節(jié)端。通過(guò)改變UA741的輸出電壓，可以控制LM350的輸出電壓，即數(shù)控電壓源的最終

23、輸出電壓值。電壓輸出電路圖如圖 3.3 所示。由于LM350的輸出電壓為V out=1.25V (1+R 0 /R1 3 )，從電路圖可知R1 3 為固定值，而R0由R12及后面的電路決定。可以看出R0是一個(gè)變量，所以LM350的輸出電壓隨R0線性變化。通過(guò)調(diào)節(jié)VR2，可以調(diào)節(jié)LM350的輸出電壓。3.2.3數(shù)值計(jì)算輸出電壓最小值Vmin的計(jì)算從LM350的輸出電壓公式可知， Vmin =1.25 (1+27/220)=1.4V(2)計(jì)算單片機(jī)發(fā)送給0832的值在設(shè)計(jì)中，當(dāng)單片機(jī)給0832發(fā)送的值為00H時(shí)，輸出端的輸出電壓為1.4V，當(dāng)單片機(jī)給0832發(fā)送的值為0FFH時(shí)，輸出端的輸出電壓值

24、為9.9V，所以電壓每升高0.1V，單片機(jī)發(fā)送給0832的數(shù)值就會(huì)增加3。因此，在編程時(shí)，按下步進(jìn)按鈕，P0口的數(shù)據(jù)就會(huì)改變3。當(dāng)電壓增加1V，按下按鍵，P0口的數(shù)據(jù)會(huì)變化30。因此，可以通過(guò)調(diào)節(jié)電位器來(lái)改變運(yùn)放的放大倍數(shù)，這樣當(dāng)單片機(jī)發(fā)送的值到0832增加3，輸出電壓增加0.1V。第 4 章單元電路的工作原理4.1 時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)運(yùn)行所需的時(shí)鐘信號(hào)，在時(shí)序上研究指令執(zhí)行中信號(hào)之間的關(guān)系。單片機(jī)本身就像一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路。為保證同步工作模式的實(shí)現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一時(shí)鐘信號(hào)的控制下嚴(yán)格按時(shí)序工作。4.1.1時(shí)鐘振蕩電路圖時(shí)鐘振蕩電路圖如圖4.1所示：4圖 4.1 時(shí)鐘振蕩電路圖4

25、.1.2時(shí)鐘信號(hào)的產(chǎn)生單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。在芯片外部，一個(gè)晶體管振蕩器和一個(gè)微調(diào)電容跨接在 XTAL1 和 XTAL2 之間，形成一個(gè)穩(wěn)定的自振蕩振蕩器。只要在單片機(jī)的XTAL1和XTAL2引腳上接一個(gè)晶振，就形成一個(gè)自激振蕩器，并在單片機(jī)中產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)。電容器 C 8和 C 9用于穩(wěn)定頻率并快速開(kāi)始振蕩。電容值為5-30 pF ，典型值為30 pF。外部時(shí)鐘模式是將現(xiàn)有的外部時(shí)鐘信號(hào)引入單片機(jī)。這種方式常用于多個(gè)MCU同時(shí)工作，以利于各個(gè)MCU的同步。一般要求外部信號(hào)高電平的持續(xù)時(shí)間大于20 s ，是頻率低于 12MHz

26、 的方波。4.2 復(fù)位電路復(fù)位操作有兩種基本形式：一種是上電復(fù)位，另一種是按鍵復(fù)位。按鍵復(fù)位電路圖如圖 4.2 所示。除了按鍵復(fù)位的上電復(fù)位功能，如果要復(fù)位，只需在圖4.2中按圖4.2中的復(fù)位電路即可RESET鍵，電源VCC由電阻R1和R2分壓，在RESET端產(chǎn)生復(fù)位高電平。上電復(fù)位電路要求上電后，通過(guò)給外接電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的自動(dòng)復(fù)位操作。上電時(shí)，RESET引腳為高電平，隨著電容的充電，RRST引腳的高電平會(huì)逐漸下降。只要RRST管腳的高電平能保持足夠長(zhǎng)的時(shí)間（2個(gè)機(jī)器周期），單片機(jī)就可以進(jìn)行復(fù)位操作。單片機(jī)復(fù)位時(shí)不產(chǎn)生ALE sum信號(hào)，即ALE=1 和=1。這表明在微控制器復(fù)位期間不會(huì)

27、有任何指令獲取。復(fù)位后：PC值為0000H，表示復(fù)位后程序從0000H開(kāi)始執(zhí)行； SP值為07H，表示棧底在07H，需要復(fù)位SP值； 1”，準(zhǔn)備這些終端用作輸入端口。4.3 鍵盤(pán)接口電路4.3.1鍵盤(pán)電路鍵盤(pán)接口通常包括硬件和軟件。硬件是指鍵盤(pán)結(jié)構(gòu)與其主機(jī)之間的連接；軟件是指對(duì)鍵盤(pán)操作的識(shí)別和分析，即鍵盤(pán)管理程序。鍵盤(pán)通常是開(kāi)關(guān)（鍵）的集合。常用的按鍵有以下三種：機(jī)械接觸式：利用金屬的彈性來(lái)復(fù)位按鈕。導(dǎo)電膠型：使用橡膠連接彈性復(fù)位按鈕。按鍵靈活：可根據(jù)整機(jī)要求設(shè)計(jì)外形和面板布局，在價(jià)格、壽命、防潮、防銹等方面表現(xiàn)出很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。鍵盤(pán)按工作原理可分為編碼鍵盤(pán)和非編碼鍵盤(pán)。這兩種鍵盤(pán)的主要區(qū)別在于識(shí)

28、別鍵符號(hào)和給出相應(yīng)鍵碼的方法。編碼鍵盤(pán)主要使用硬件實(shí)現(xiàn)按鍵識(shí)別；非編碼鍵盤(pán)主要由軟件定義和識(shí)別。根據(jù)無(wú)編碼鍵盤(pán)接法和主機(jī)接法的區(qū)別，可分為獨(dú)立鍵盤(pán)和矩陣鍵盤(pán)。(1)獨(dú)立鍵盤(pán)：在獨(dú)立鍵盤(pán)中，每個(gè)按鍵占用一條I/O口線，每個(gè)按鍵電路相對(duì)獨(dú)立。 I/O 端口通過(guò)按鈕接地。 I/O 端口有一個(gè)上拉電阻。無(wú)按鍵按下時(shí)，該引腳為高電平。當(dāng)按下按鈕時(shí)，引腳電平被拉低。當(dāng) I/O 口有上拉電阻時(shí)，可以不接外接上拉電阻。(2)矩陣鍵盤(pán)：行列式鍵盤(pán)采用行列電路結(jié)構(gòu)。當(dāng)key較多時(shí)，占用的端口線比較少。鍵盤(pán)規(guī)模越大，優(yōu)勢(shì)越明顯。因此，當(dāng)按鍵數(shù)大于8時(shí)，一般采用矩陣鍵盤(pán)結(jié)構(gòu)。4.3.2鍵盤(pán)電路的工作原理(1)鍵盤(pán)電路

29、原理圖如圖4.3所示：圖 4.3 鍵盤(pán)電路示意圖(2)鍵盤(pán)電路的工作原理如圖 4.3 所示，當(dāng)無(wú)按鍵按下時(shí)，單片機(jī)的 P1.0P1.3 和 P3.3 為高電平。當(dāng)按鍵按下時(shí)，單片機(jī)對(duì)應(yīng)的端口線通過(guò)按鍵接地并拉低，其他端口線的電平狀態(tài)保持不變。因此，通過(guò)檢測(cè)I/O口線的電平狀態(tài)，可以判斷鍵盤(pán)上的哪個(gè)鍵被按下。4.4 顯示接口電路4.4.1顯示電路原理所謂的LED顯示屏是由七個(gè)發(fā)光二極管組成的。因此也被稱為七段LED顯示屏。此外，顯示屏還具有有一個(gè)點(diǎn)狀發(fā)光二極管（圖中用dp表示），即顯示小數(shù)點(diǎn)。通過(guò)七段LED的不同組合，可以顯示各種數(shù)字、字母或其他符號(hào)。 LED顯示屏設(shè)備中的發(fā)光二極管有兩種連接方

30、式。 = 1 * GB3 共陽(yáng)極連接將 LED 的陽(yáng)極連接在一起形成一個(gè)共陽(yáng)極。制作使用時(shí)，共陽(yáng)極接+5V。這樣，陰極端輸入一個(gè)低電平段發(fā)光二極管開(kāi)啟并點(diǎn)亮，而輸入高電平不點(diǎn)亮。圖 4.4 七段 LED 顯示 = 2 * GB3 共陰接法將發(fā)光二極管的陰極連接在一起，形成一個(gè)共陰極。使用時(shí)，共陰極接地，使陽(yáng)極端輸入高電平的段發(fā)光二極管點(diǎn)亮，輸入低電平的段發(fā)光二極管不點(diǎn)亮。本設(shè)計(jì)采用共陰接法，如圖4.4所示。七段 LED，加上一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，共 8 段。所以提供給 LED 顯示屏的字體代碼正好是一個(gè)字節(jié)。采用LED顯示屏。 LED顯示屏由七個(gè)發(fā)光二極管組成。本設(shè)計(jì)采用共陰接法。顯示方式采用動(dòng)態(tài)顯示方

31、式。原因是：靜態(tài)顯示方式需要端口多，占用資源多，成本高，而動(dòng)態(tài)顯示方式電路簡(jiǎn)單，節(jié)省端口，成本低。4.4.2LED顯示方式 = 1 * GB3 靜態(tài)展示所謂靜態(tài)顯示，是指當(dāng)顯示器顯示某個(gè)字符時(shí)，各個(gè)段的 LED 不斷地打開(kāi)或關(guān)閉。這種顯示方式每個(gè)位需要有一個(gè) 8 位輸出端口控制。靜態(tài)顯示時(shí)，較小的驅(qū)動(dòng)電流可以獲得較高的顯示亮度，因此可以由接口芯片直接驅(qū)動(dòng)。并行輸出顯示所需的更多位更多 I/O 端口。圖 4.5 Trinity LED 外觀管腳圖 = 2 * GB3 動(dòng)態(tài)顯示本設(shè)計(jì)采用六位動(dòng)態(tài)顯示。動(dòng)態(tài)顯示是依次點(diǎn)亮每個(gè)數(shù)碼管。如圖4.5所示，每個(gè)數(shù)碼管的段控制線是并聯(lián)的。由I/O口控制，但8路

32、驅(qū)動(dòng)器采用74LS244總線驅(qū)動(dòng)器作為數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)器。每個(gè)位的位控制線（即共陰或陽(yáng)）由另一條I/O口線控制， 74LS244也必須接。對(duì)于驅(qū)動(dòng)器， 74LS244輸出端的電源必須接一個(gè)500的限流電阻。該電路的特點(diǎn)是節(jié)省了I/O線。硬件電路比靜態(tài)顯示方式簡(jiǎn)單，但也有其不足之處：顯示高度不如靜態(tài)顯示。模式，當(dāng)顯示位數(shù)較多時(shí)，CPU必須按順序掃描，占用較多的CPU時(shí)間。在這個(gè)設(shè)計(jì)中，我們使用了一個(gè)三合一的共陰極 LED。其外觀引腳如圖 4.5 所示。 A、B、C 是三個(gè)數(shù)顯位控制引腳。顯示原理與單顆LED相同。顯示原理完全相同，此處不再贅述。4.4.3顯示電路原理圖顯示電路原理圖如圖4.6所示：圖

33、 4.6 為電路原理圖4.5 D/A轉(zhuǎn)換電路D/A轉(zhuǎn)換電路主要由AT89S52（MCU）、數(shù)字轉(zhuǎn)換器DAC0832和LM324運(yùn)算放大器等芯片組成。 AT89S52的P0口接DAC0832的8位數(shù)據(jù)線作為數(shù)據(jù)口。在本系統(tǒng)中，由于 CPU 的工作任務(wù)是單一的，數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪康牡刂芬彩菃我坏?，因?DAC0832 采用單緩沖器工作模式，芯片的（低電平有效）、 、 、四個(gè)使能端子都接地并處于活動(dòng)狀態(tài)。這種工作方式不需要為 DAC0832 分配地址空間。 CPU P1口的數(shù)據(jù)變化直接反映到DAC0832的輸出端。4.6 電源電路在本設(shè)計(jì)中，由于需要給運(yùn)放LM324和UA741供電，所以需要自己制作電源。

34、在這個(gè)設(shè)計(jì)中，我設(shè)計(jì)了一個(gè)可以輸出正負(fù)12伏的電源。主要使用7800系列（輸出正電壓）和7900系列（輸出負(fù)電壓）制作電源電路。線性電源經(jīng)15V變壓器全波整流，電容整流濾波，三端穩(wěn)壓7812、7912穩(wěn)壓，為芯片AT89S52、DAC0832、LM324、UA741、數(shù)碼管等提供電壓。4.6.1監(jiān)管機(jī)構(gòu)78L12 和79L12三端固定穩(wěn)壓器在三個(gè)端子上只有三個(gè)引出端子。具有外圍元件少、使用方便、性能穩(wěn)定、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用廣泛。通常有78L12（正電源）系列和79L125（負(fù)電源）系列，其結(jié)構(gòu)和外觀如右圖4.7所示：由輸出引腳OUT、輸入引腳和地引腳GND組成，其電壓穩(wěn)定輸出值為正負(fù)12V，

35、根據(jù)其結(jié)構(gòu)，除了增加了一級(jí)啟動(dòng)電路外，其余如圖4.7 7812引腳圖與串聯(lián)穩(wěn)壓電路完全相同，其參考電壓源更穩(wěn)定。使用的電容必須是漏電流較小的鉭電容，或者電解電容必須是鉭電容的10倍，保護(hù)電路更完善。穩(wěn)壓器輸入端的電容用于進(jìn)一步消除紋波。另外，輸出端的電容起到頻率補(bǔ)償?shù)淖饔?，可以防止自激振蕩，使電路穩(wěn)定工作。4.6.2電源電路示意圖電源電路原理圖如圖 4.8 所示：圖 4.8 電源電路示意圖4.7 使用的主要芯片4.7.1單片機(jī) AT89S52(1) AT89S52 MCU芯片管腳圖AT89S52芯片引腳圖（如圖4.9所示）：(2) AT89S52 MCU芯片特點(diǎn)AT89S52具有以下特點(diǎn)：40

36、個(gè)引腳，8kBytes Flash程序存儲(chǔ)器，256bytes隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，2級(jí)中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)器計(jì)數(shù)器，2個(gè)全雙工串行通信端口，看門(mén)狗（WDT）電路，芯片時(shí)鐘振蕩器。另外，AT89S52 設(shè)計(jì)配置振蕩頻率為 0Hz，圖 4.9 芯片 AT89S52 引腳圖省電模式可以通過(guò)軟件設(shè)置。在空閑模式下，CPU 暫停工作，而 RAM 定時(shí)器計(jì)數(shù)器、串口和外部中斷系統(tǒng)可以繼續(xù)工作。在掉電模式下，振蕩器凍結(jié)并保存 RAM 數(shù)據(jù)，芯片的其他功能停止，直到外部中斷激活或硬件復(fù)位。同時(shí)，該芯片還具有PDIP、TQFP、PL

37、CC三種封裝形式，以滿足不同產(chǎn)品的需求。(3)信號(hào)管腳的第二個(gè)作用：由于工藝和標(biāo)準(zhǔn)化等原因，芯片的管腳數(shù)量是有限的。例如，MCS-51系列將芯片引腳數(shù)限制為40個(gè)，但單片機(jī)實(shí)現(xiàn)其功能所需的信號(hào)數(shù)遠(yuǎn)不止這個(gè)數(shù)。因此，供需之間存在矛盾。 “多路復(fù)用” （即為某些信號(hào)引腳分配雙重功能）是解決這個(gè)問(wèn)題的唯一可行方案。 89S52單片機(jī)管腳的第二個(gè)功能如表4.1所示：表 4.1：P 1和 P 3的次要功能嘴線次要功能信號(hào)名稱磷3.0R X DR X D（串行數(shù)據(jù)接收）3.1 _T X DT X D（串行數(shù)據(jù)傳輸）3.2 _（外部中斷 0 應(yīng)用）3.3 _（外部中斷 1 應(yīng)用）3.4 _0 _T 0 （定

38、時(shí)器0的計(jì)數(shù)輸入）3.5 _T1 _T 1 （定時(shí)器1的計(jì)數(shù)輸入）3.6 _（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通）3.7 _（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）磷1.0T2T2（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 T2 的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出1.1 _T2EXT2EX（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2捕獲/重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制）P 1.5莫西MOSI（用于在系統(tǒng)編程）1.6 _味噌MISO（用于系統(tǒng)內(nèi)編程）1.7 _SCKSCK（用于在系統(tǒng)編程）4.7.2芯片DAC0832（一）DAC0832芯片管腳圖DAC0832芯片的管腳圖如圖4.10所示：(2) DAC0832芯片的特點(diǎn)該DAC0832是一個(gè)典型的8位轉(zhuǎn)換器，該部分是雙緩沖寄存器是輸入寄存

39、器和DAC寄存器。圖 4.10 芯片 0832 引腳圖，分別為兩個(gè)寄存器的寫(xiě)信號(hào)輸出端，ILE為輸入鎖存使能端，高電平有效，為片選端，為傳輸控制端，共同控制DAC寄存器的工作狀態(tài)。圖 4.11。 DAC0832有兩個(gè)接地端AGND（模擬電路接地端）和DGND（數(shù)字信號(hào)）接地端。一般這兩個(gè)接地端子是并聯(lián)接地的。 DAC0832的D/A轉(zhuǎn)換電路是一個(gè)倒置的T型R-2R電阻網(wǎng)絡(luò)，所以有兩個(gè)電流輸出端Iout1和Iout2。根據(jù)不同的電路組成，芯片可以有兩種輸出模式，一種是電流輸出模式，在這種模式下，參考電壓加到VREF端，Iout1和Iout2輸出的電流經(jīng)過(guò)運(yùn)放加到輸出;另一種是電壓輸出模式，在Io

40、ut1和Iout2之間加上參考電壓，模擬電壓從VREF端輸出。為方便設(shè)計(jì)，本電路選擇電壓輸出方式，在Iout1和Iout2之間連接一個(gè)參考電壓，VREF輸出可控電壓信號(hào)。它具有三種工作模式：無(wú)緩沖工作模式、單緩沖工作模式和雙緩沖工作模式。電路采用單緩沖模式，圖中= 0 ，DAC寄存器處于直通狀態(tài)。并且因?yàn)镮LE=1，只要選擇芯片的地址（=0），寫(xiě)入數(shù)字量（ =0），數(shù)字信號(hào)立即傳送到輸入寄存器，直接傳送到DAC寄存器，經(jīng)過(guò)短暫的建立時(shí)間，即可以得到對(duì)應(yīng)的模擬電壓。一旦寫(xiě)入操作結(jié)束，立即變?yōu)楦唠娖?，?xiě)入的數(shù)據(jù)由輸入寄存器鎖存，直到再次寫(xiě)入刷新。圖 4.11 0832 節(jié)的結(jié)構(gòu)4.7.3LM350

41、(1) 芯片介紹LM350 是一款可調(diào) 3 端正電壓調(diào)節(jié)器，輸出范圍為能夠從 1.2 伏到 33 伏提供超過(guò) 3 安培的電流。該穩(wěn)壓器非常易于使用，僅需兩個(gè)外部電阻器即可設(shè)置輸出電壓。此外，采用局部限流、熱判斷和安全工作區(qū)補(bǔ)償?shù)却胧痉乐谷蹟嗥魅蹟?。其外形及引腳圖如圖 4.12 所示：圖 4.12 LM350 外形及引腳圖LM350 適用于各種應(yīng)用，包括本地監(jiān)管、卡內(nèi)監(jiān)管。該器件還可用于制作可編程輸出穩(wěn)壓器，或者通過(guò)在穩(wěn)壓點(diǎn)和輸出之間連接一個(gè)電阻器，LM350 可用作精密電流穩(wěn)壓器。其結(jié)構(gòu)圖如圖4.13所示：圖 4.13 LM350 結(jié)構(gòu)圖其主要特點(diǎn)如下： = 1 * GB3 輸出電流超過(guò)

42、3A輸出電壓在1.2V33V之間可調(diào) 外部熱過(guò)載保護(hù) 不隨溫度變化的部分短路電流限制 輸出晶體管安全工作區(qū)補(bǔ)償 高壓應(yīng)用的浮空工作 標(biāo)準(zhǔn) 3 腳晶體管封裝 避免提供多個(gè)電壓(2) 其基本電路工作原理LM350 是一款三端浮動(dòng)穩(wěn)壓器?；倦娐饭ぷ髟砣鐖D4.14所示。在運(yùn)行期間，LM350 在輸出端和調(diào)節(jié)端之間建立并保持 1.25V 的標(biāo)稱參考電壓。該參考電壓通過(guò) R1 轉(zhuǎn)換為編程電流，恒定電流通過(guò) R2 接地。其穩(wěn)壓輸出電壓由公式 4.1 給出：圖4.15 LM350基本電路工作原理圖圖 4.14 基本電路工作原理(4.1)由于調(diào)節(jié)端的電流代表方程中的誤差項(xiàng)，LM350 旨在將 I Adj控制

43、在 100 微安以下并保持恒定。為此，所有靜態(tài)工作電流都返回到輸出端。這需要一個(gè)最小負(fù)載電流表。如果負(fù)載電流小于最小值，輸出電壓會(huì)上升。由于 LM350 是浮動(dòng)穩(wěn)壓器，因此只有電路兩端的電壓差對(duì)性能很重要，并且可以在對(duì)地高電壓下工作。(3) 負(fù)載調(diào)整率LM350 提供了非常好的負(fù)載調(diào)節(jié)，但為了獲得最佳性能，需要注意一些事項(xiàng)。編程電阻器 (R1) 應(yīng)盡可能靠近穩(wěn)壓器連接，以盡量減少與參考電壓的有效串聯(lián)線壓降并避免調(diào)節(jié)不良。 R2 接地端子可以靠近負(fù)載接地端子返回，以提供遠(yuǎn)程接地采樣并改善負(fù)載調(diào)節(jié)。4.7.4集成運(yùn)算放大器 UA741UA741 是一款集成運(yùn)算放大器。集成運(yùn)算放大器是一種高增益多級(jí)直接耦合放大器。其框圖如圖 4.15 所示。各部分的作用如下：圖 4.15 運(yùn)算放大器框圖(1) 差分輸入級(jí)使運(yùn)算放大器具有盡可能高的輸入阻抗和共模抑制比。(2) 中間放大級(jí)由多級(jí)直接耦合放大器組成，以獲得足夠高的電壓增益。(3)輸出級(jí)可以使運(yùn)放有一定范圍的輸出電壓、輸出電流和輸出電阻盡可能小。有自動(dòng)保護(hù)，避免輸出過(guò)載時(shí)損壞集成塊。輸出級(jí)一般為互補(bǔ)對(duì)稱推挽電路。(4) 偏置電路為每一級(jí)提供合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。為了穩(wěn)定工作點(diǎn)，一般采用恒流源偏置電路。本設(shè)