基于单片机设计.docx

1、基于单片机设计基于单片机设计 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

2、及进度安排设计时间共三周（2014.03.032014.03.21），具体安排如下：周设计 设计内容设计时间第一周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。2014.03.032014.03.07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

3、绩指导教师签字：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 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4.4 5. 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

4、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 8031指令系统的单片机的统称。该系列单片机的始祖是Intel的8031单片机，后来随着Flash rom技术的发展，8031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ATMEL公司的AT89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

5、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MCS51单片机的所有特性，而且还拥有一些

6、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。 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工艺技术制造的高性能8位单片机，属于标准的MCS-51的HCMOS产品。它结合了HMOS

7、的高速和高密度技术及CHMOS的低功耗特征，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。此外，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定时器、串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

8、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 布尔处理器帧错误侦测 4层优先级中断结构自动地址识别 兼容TTL和CMOS逻辑电平 空闲和掉电节省模式 PDIP(40)和PLCC(44)封装形式管脚说明VCC：供电电压。 GND：

9、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口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双

10、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

11、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（串行输出口） P3.2 /INT0（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/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

12、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SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是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

13、，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

14、，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

15、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RAM n 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：帧错误检测 自动地址识别 n TTL和CMOS兼容逻辑电平 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 闲置节能和掉电模式 n ONCE（On-Circuit仿真）模式 n

16、四级中断优先级 n 扩展温度范围（40到85） 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

17、的纹波抑制比。LM117/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/LM317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%。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。其封装形式如下： 绝对最大额定值符号参数值单位VI-O输入输出电压差

18、40VIO输出电流内部限制Top工作结温LM117-55到150LM217-25到150LM3170到125Ptot功耗内部限制Tstg储存温度-65到150LM317工作原理：LM317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。LM317有三个引脚.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(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容.1.3 串口通信模块33.1 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

19、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EIA/TIA-2

20、32E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。3.3.3 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MAX232芯片是美信公司专门为电脑的RS

21、-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（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

22、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）。 该产品是由德州仪器公司（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T

23、TL/CMOS电平转换成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.28 MAX232 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： 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 5

24、V 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，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。PC

25、F8591具有4个模拟输入、1个模拟输出和1个串行IC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IC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IC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IC总线的最大速率决定。PCF8591 特性 单独供电 PCF8591的操作电压范围2.5V-6V 低待机电流 通过IC总线串行输入/输出 PCF8591通过3个硬件地址引脚寻址 PCF8591的采样率由IC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 PCF8591的模拟电压范围从VSS到VDD PCF8591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 AIN0AIN3：模拟信号输入端。 A0A3：引脚地址端。 VDD、VSS：电源端。 （2.56V） SDA、SCL：I2C 总线的数据线、 时钟线。 OSC：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。