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1、摘 要本系统以直流数控电压源为设计对象，AT89C51单片机为主控制器，用DAC0832实现数字信号向模拟信号的转换。在控制上采用44的矩阵式的键盘作为人机沟通器件，通过键盘可以设定输出的电压值，也可以实现输出电压的步进（增加或减小），设置步进等级可达0.1V。在显示端用用两个数码管显示输出，数码管既可以显示输出电压的数值和也可以显示电压值的步进调整过程。在数码管和单片机之间采用两个74LS164实现单片机和数码管之间的数据传输，74LS164在这里完成了串/并转换和显示驱动的双重任务。此设计经键盘向单片机的P1口写入数据，经过D/A转换器（DAC0832）把数字信号变成模拟量输出，再经过运算
2、放大器隔离放大，控制输出功率管的基极，随着功率管基极电压的变化而输出不同的电压。同时在电压输出端接有限流保护电路，防止末端负载电阻过小或短路而造成器件的损坏。单片机系统还兼顾对电压源进行实时监控，如果输出电压超过允许值，则比较器发生翻转，向单片机输送一个中断信号，会实现中断，实现电压的自动复位。关键字：单片机；数模转换器；电压源AbstractThis system take the direct current numerical control Current Voltage Source as the design object, the AT89C51 monolithic integ
3、rated circuit primarily controller, by d/a converter AC0832 realization digital signal to simulated signal transformation. Uses 44 the matrix -like keyboard in the control to take the man-machine communication component, may establish the output through the keyboard the voltage value, also may reali
4、ze the output voltage step to enter (increase or to reduce), the establishment step enters the rank to be possible to reach 0.1V. In the demonstration end with two digital tubes demonstration output, the digital tube already may demonstrate the output voltage the value and also may demonstrate the v
5、oltage value step enters the alignment procedure. Used between two 74LS164 realization monolithic grated circuit and the digital tube serial communication between the digital tube and the monolithic integrated circuit, 74LS164 has completed the string in here/and the transformation and the demonstra
6、tion actuation twofold task. This design reads in the data after the keyboard to the monolithic integrated circuit P1 mouth,(DAC0832) turns after the D/A switch the digital signal the simulation quantity output, again enlarges after the operational amplifier isolation, the control outputs the power
7、tube the base extremely, outputs the different voltage along with the power tube base voltage change. Meanwhile in the voltage output termination limited class protection circuit, prevented the end load excessively is small or short-circuits creates the component the damage. The monolithic integrate
8、d circuit system also gives dual attention to the constant pressure source carries on the real-time monitoring, if the output voltage surpasses the permissible value, then the comparator has the turn over, transports a look-at-me to the monolithic integrated circuit, can realize the severance, the r
9、ealization voltage automatic reset.Keywords：Monolithic integrated circuit,；D/A converter；Voltage source目 录摘 要iAbstractii第一章 绪 论11.1直流稳压电源的发展方向11.2国内发展现状31.3设计的目的和意义5第二章 方案设计与论证6第三章 系统硬件设计93.1主控模块93.2 稳压电源模块123.3显示模块133.4数/模转换模块173.5 键盘模块183.6 放大电路和限流保护模块223.7 过压保护电路模块23第四章 软件设计244.1中断系统设计244.2过压保护程序
10、设计244.3键盘服务程序的设计25结束语27致 谢28参考文献29附录 A30附录 B31附录 C46第一章 绪 论随着人们生活水平的不断提高,数字化控制无疑是人们追求的目标之一,它所给人带来的方便也是不可否定的,其中数控制直流稳压电源就是一个很好的典型例子,但人们对它的要求也越来越高,要为现代人工作、科研，生活、提供更好的，更方便的设施就需要从数字电子技术入手，一切向数字化，智能化方向发展。人类的经济活动己经到了工业经济时代，并正在转入高新技术产业迅猛发展的时期。起源是位于市电(单相或三相)与负载之间，向负载提供优质电能的供电设备，是用电工业的基础。目前电源技术已逐步发展成为一门综合性技术
11、学科，它对现代通讯、电子仪器、计算机、工业自动化、电力工程、国防及某些高新技术提供高质量、高效率、高可靠性的电源起着关键作用。众所周知，许多科学实验都离不开电源，并且在这些实验中经常会对通电时间、电压高低、电流大小以及动态指标有着特殊的要求，然而目前实验所用的直流稳压电源大多输出精度和稳定性不高；在测量上，传统的电源一般采用指针式或数码管显示电压或电流，搭配电位器来调整所要的电压及电流输出值；使用上若要调整精确的电压输出，须搭配精确的显示仪表监测，又因电位器的阻值特性非线性，在调整时，需要花费一定的时间，况且还要当心漂移，使用起来非常不方便。因此，如果直流稳压电源不仅具有良好的输出质量而且还具
12、有多功能以及一定的智能化，以精确的微机控制取代不精确的人为操作，生实验开始之前就对一些参数进行预设，这将会给各个领域中的实验研究带来不同程度的便捷与高效。因此，直流稳压电源今后的发展目标之一就是不仅要在性能上做到效率高、在噪声低、高次谐波低、既节能又不干扰环境，还要在功能上力求实现数控化、智能化、网络化。（慕丕勋，2001 ）1.1直流稳压电源的发展方向1.智能化目前在研制高精度、高性能、多功能的测量控制仪表时，几乎没有不考虑采用微处理搭的。以微处理器为主体取代传统仪器仪表的常规电子线路，将计算机技术与测量控制技术结合在一起，组成新一代的所谓“智能化测量控制仪表”。智能仪器，解决了许多传统仪表
13、不能或不易解决的难题，同时还能简化系统电路，提高系统的可靠性，加快产品的开发速度。直流稳压电源一方面为仪器仪表提供电能量，是仪器仪表的“动力源”，另一面，本身就是仪器仪表，因此，它有可能而且应当智能化。具体地说，智能化的直流稳压电源应当具有以下功能特点: 功能智能化。系统的整个测量过程如键盘扫描、量程选择、开关启动闭合、数据的采集、传输与处理以及显示打印等都用微控制器来控制操作，实现测量过程的全部自动化。具有自检测功能，包括自动调零、自动故障检测与状态检验、自动校准、自诊断及量程自动转换等。系统能自动检测出故障的部位甚至故障的原因。这种自测试可以在系统启动时运行，同时也可在系统工作中运行，极大
14、地方便了系统的维护。具有友好的人机对话能力。智能化的直流稳压电源使用键盘代替传统直流稳压电源中的切换开关，操作人员只需通过键盘输入命令，就能实现某种测量功能。与此同时，智能直流稳压电源还通过显示屏将仪器的运行情况、工作状态以及测量数据的处理结果及时告诉操作人员，使系统的操作更加方便直观。 网络管理能力。随着互联网技术应用日益普及和信息处理技术的不断发展，直流稳压电源通过RS232接口实现与上位PC机通信，从而使网络技术人员可以随时监视电源设备运行状态、各项技术参数；网络技术人员可通过网络定时开关电源，实现远程开关机等功能。2.数字化在传统直流稳压电源中，控制部分是按模拟信号来设计和工作的。在六
15、、七十年代，电力电子技术完全是建立在模拟电路基础上的。但是，现在数字式信号、数字电路显得越来越重要，数字信号处理技术日趋完善成熟，显示出越来越多的优点:便于计算机处理控制、避免模拟信号的畸变失真、减小杂散信号的干扰(提高抗干扰能力)、便于软件包调试和遥感遥测遥调，也便于自诊断、容错等技术的植入。所以，在八、九十年代，对于各类电路和系统的设计来说，模拟技术还是有用的，特别是:诸如印制版的布图、电磁兼容(EMC)问题以及功率因数修正(PFC)等问题的解决，离不开模拟技术的知识，但是对于智能化的直流稳压电源，需要用计算机控制时，数字化技术就离不开了。3.模块化电源的模块化有两方面的含义，其一是指功率
16、器件的模块化；其二是指电源单元的模块化。我们常见的器件模块含有一单元、两单元、六单元直至七单元，包括开关器件和与之反并联的续流二极管，实质上都属于“标准”功率模块(SPM)。近年，有些公司把开关器件的驱动保护电路也装到功率模块中去，构成了“智能化”功率模块，不但缩小了整机的体积，更方便了整机的设计制造。实际上，由于频率的不断提高，致使引线寄生电感、寄生电容的影响愈加严重，对器件造成更大的电应力(表现为过电压、过电流毛刺)。为了提高系统的可靠性，有些制造商开发了“用户专用”功率模块(ASPM)，它把一台整机的几乎所有硬件都以芯片的形式安装到一个模块中，使元器件之间不再有传统的引线连接，这样的模块
17、经过严格、合理的热、电、机械方面的设计，达到优化完美的境地。它类似于微电子中的用户专用集成电路(ASIC)。只要把控制软件写入该模块中的微处理器芯片，再把整个模块固定在相应的散热器上，就构成一台新型的电源装置。由此可见，模块化的目的不仅在于使用方便，缩小整机体积，更重要的是取消传统连线，把寄生参数降到最小，从而把器件承受的电应力降至最低，提高系统的可靠性。另外，大功率的电源，由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考虑，一般采用多个独立的模块单元并联工作，采用均流技术，所有模块共同分担负载电流，一旦其中某个模块失效，其它模块再平均分担负载电流。这样，不但提高了功率容量，在有限的器件容量的情
18、况下满足了大电流输出的要求，而且通过增加相对整个系统来说功率很小的冗余电源模块，极大的提高系统可靠性，即使万一出现单模块故障，也不会影响系统的正常工作，而且为修复提供充分的时间。4.绿色化电源系统的绿色化有两层含义：首先是节电，这意味着发电容量的节约，而发电是造成环境污染的重要原因，所以节电就可以减少对环境的污染；其次这些电源不能(或少)对电网产生污染，国际电工委员会(IEC)对此制定了一系列标准，如IEC555， IEC917，IEC1000等。事实上，许多功率电子节电设备，往往会变成对电网的污染源：向电网注入严重的高次谐波电流，使电网电压或有许多毛刺尖峰，甚至出现缺角和畸变。20世纪末，各
19、种有源滤波器和有源补偿器的方案诞生，为21世纪批量生产各种绿色直流稳压电源产品奠定了基础。1.2国内发展现状在我国，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，电源产业进入快速发展时期。一方面，电源产业规模的发展在加快；另一方面，在国家自然科学基金的资助下和创新意识指导下，我国电力电子技术的研究从吸收消化和一般跟踪发展到前沿跟踪和基础创新，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基础创新研究。但是我国电源产业与发达国家相比，存在着很大的差距和不
20、足：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。目前国内在这两方面研究比较多的是成都电子科技大学和广州华南理工大学，主要是利用单片机和可编程系统器件(PSD)来控制开关直流稳压电源或数字化电压单元达到数控的目的，但和国外的比较起来，效果不是很理想，还有很大的差距。目前，全国的电源及其配件的生产销售企业有4000家以上，产值有300-400亿元，但国内企业(著名的如北京大华、江苏绿扬等)销售的数控直流稳压电源大多是代理日本和台湾的产品，国内厂家生产的直流稳压
21、电源虽然也在向数字化方向发展，但多限于对输出显示实现数码显示，或实现多组数值预置。总体说来，国内直流稳压电源技术在实现智能化等方面相对落后，面对激烈的国际竞争，是个严重的挑战。信号的处理过程是对信号的过滤和重构，以得到我们需要的特征，为实现这一目的，实际上就要构造信号到信号之间的传递函数，其实现方法分两种：模拟方式和数字方式。模拟方式使用电阻、电容、运算放大器的模拟器来实现滤波、和、乘和控制的功能，而数字的方式是先将模拟量数字化，再进行数字处理，然后还原成模拟信号。传统的电路控制采用的是模拟控制系统，经过多年的研究，模拟控制技术已经非常成熟。然而，模拟控制系统有着固有的缺点：如需要大量的分立元
22、件和电路板，器件数量多，制造成本高等。模拟元器件的老化问题、难以补偿的温漂问题，以及易受环境(如电磁噪声、工作环境温度等)干扰等因素都会影响控制系统的长期稳定性。专用模拟控制集成芯片的使用大大简化了控制系统，能方便的实现一些电路的控制，但其控制环路中的反馈控制网络仍需外接大量的电阻电容等模拟器件。这些元器件的误差会直接影响控制环路的性能，而且元器件老化等模拟控制的缺点依然存在。此外，由于模拟控制系统的功耗比较大，大规模集成困难，专用模拟控制芯片的集成度一般很难做高。由于采用的是模拟控制方法，因此专用芯片的控制仍不够灵活，要实现复杂、先进的控制算法很困难。对于每一个采用模拟控制的电路装置，其控制
23、系统都需要专门的设计。每一次产品的更新换代，都需要重新设计、制造它们的控制系统。而且目前的模拟控制手段已经大大落后于控制理论的发展。目前大多数的模拟控制回路，仍采用传统的PID调节，而很少采用现代控制理论提供的方案和算法。对于模拟控制来说，监控性能也非常差，只通过模拟的测量以及光、声信号来显示、报警。因此，随着电力电子技术及其控制技术的不断发展，模拟控制的局限性己经越来越明显。为了改善电路系统的控制性能，微处理器在电力电子中开始进行应用。通过A/D转换器将微处理器与系统相连，在微处理器中实现数字控制算法，然后通过I/O口或PWM口发出开关控制信号。微处理器还能将采集的功率变换装置的工作数据进行
24、显示或传送至计算机保存。一些控制中所用到的参考值可以存储在微处理器的存储器中，并对电路进行实时监控。微处理器的使用在很大程序上提高了电路系统的性能，但由于微处理器的运算速度的限制，在许多情况下，这种微处理器辅助的电路控制系统仍旧要用到运算放大器等模拟控制元件。（曲学基，2002）1.3设计的目的和意义直流稳压电源是最常用的仪器设备， 在科研及实验中都是必不可少的。普通直流稳压电源品种很多，在传统直流稳压电源中，控制部分是按模拟信号来设计和工作的。但是，现在数字式信号、数字电路显得越来越重要，数字信号处理技术日趋完善成熟，显示出越来越多的优点：便于计算机处理控制、避免模拟信号的畸变失真、减小杂散
25、信号的干扰(提高抗干扰能力)、便于软件包调试和遥感遥测遥调，也便于自诊断、容错等技术的植入。目前直流稳压电源已朝着多功能和数字化的方向发展，本文在以单片机为核心， 通过键盘设定和调整输入电压值，并且通过数模转换输出模拟量。同时设有限流保护和过压保护，使其更加安全。第二章 方案设计与论证电源输出电压的调整方式有连续调整和步进调整两种，前者适合采用模拟电路实现，后者适合采用数字电路实现。由于设计要求电源输出电压的调整方式为步进方式，因此这里选用数字电路实现电压的控制。按照工作原理数字集成电路可以划分为标准逻辑器件、微处理器和可编程逻辑器件。标准逻辑器件是传统数字系统设计中使用的主要器件，但是它的集
26、成度低，器件功能确定，使用它设计系统导致电路使用器件多，同时更改设计困难。微处理器和可编程逻辑器件都可以克服上述缺点。可编程逻辑器件工作速度快，但是实现数字处理比较麻烦。微处理器的工作速度比可编程逻辑器件要慢，但是容易实现信号处理。由于数控电源属于低速工作系统，所以它适合使用微处理器实现输出电压的控制。AT89C51单片机在一块芯片上集成了计算机的主要功能部件，它的指令系统又是按照工业控制的要求设计，因此这里采用AT89C51单片机实现数控电源输出电压的步进调整方案一：如图2-1所示，采用数字电路来组成键盘控制系统，进行信号处理，如选用DSP等可编程逻辑器件。本方案电路复杂，灵活性不高，费用高
27、，不利于系统的扩展，性DSP微处理器A/D转换电路传感电路和模拟开关输出键盘接口LCD显示模块RS232接口整流滤波DC-DC变换器保护电路220V变压器价比差。图2-1 基于DPS直流数控电源方案二：如图2-2所示，此方案采用单片机串联调整型稳压电源。单片机输出电压控制数字量送至D/A转换器，经D/A转换器输出的模拟电压作为误差放大器的基准电压。由于理想D/A转换器的输出量A与输入量D和R的关系应为A=RD。对一个确定的D/A转换器，模拟基准电压R往往是一个固定值，相当于一个比例系数。显然这里D/A转换器输出的电量不能连续可调，而只能以所用D/A转换器的绝对分辨率为量化单位增减，所以D/A转
28、换器实际上是准模拟量输出。这样通过改变稳压电源的基准电压的方法就可使实现输出的步进增加(或减小)，稳定性高，纹波小，可靠性高，调试容易。稳压输出D/A转换单片机数码显示键盘图2-2基于单片机的直流数控电源通过以上比较，此次设计我采用设计方案二。因为它较方案一经济费用小，容易实现，性价比较高。能实现本次设计任务的要求。通过系统设计这个过程，设计者可以把应用系统划分为一系列子系统。每个子系统实现一种独立的功能，这样不仅可以简化电路的 ，而且方便多个设计者合作完成设计工作。基于单片极的应用系统设计包括硬件电路设计和软件程序设计两部分，因此系统设计也对应的包括这两个部分。数控电源的硬件电路组成如图2-
29、3所示。包括显示电路、键盘电路、单片机电路、数字/模拟转换电路、模拟信号放大电路以及输出电流过流保护电路。数码显示电路键盘电路单片机数字/模拟转换电路功率放大电路负载过流保护电路图2-3数控电源的硬件电路如图2-3所示数控电源的输出电压数值由键盘控制。通过键盘把需要输出的电压值以步进方式输入到单片机。这里需要注意的是在使用步进方式调整数据时，输出电压不能随着变化，以避免在调整过程中加到负载上的电压不能满足要求。输出电压应该在完成步进调整以后再发生变化，直接向负载施加所需要的电压值。显示电路可以用来显示输出的电压值，也可以来显示键盘电路的调整过程。在使用键盘完成输出电压的调整后，输出电压对应的数
30、据被送入数字/模拟转换器，数字/模拟转换器产生输出模拟电压。数字/模拟转换器输出的模拟电压随着它的输入数据的变化而变化，从而实现输出电压的步进调整。数字/模拟转换器的输出模拟电压不一定满足要求，如果不满足输出电压的要求，将需要添加一个电压放大器。信号放大电路包括电压放大和电流放大两部分，前者使得输出电压满足要求，后者降低负载变化对输出电压的影响。对于负载来说，由戴维南定理，整个数控电源可以等效为一个理想电压源和一个电阻的串联电路。由于电源内阻的存在，当负载电阻变化时，回路电流将发生变化，从而使得电源的输出电压发生变化。为了减少负载的变化对输出电压的影响，输出电阻应该尽量地减小，或者加大输出电流
31、的额定值，因此需要添加一级电流放大器。为了防止负载电阻很小时，甚至当电源的输出端短路的情况下，引起输出电流的过大而危及电源的安全，需要一个保护电路。当输出电压超过一定值时，即+5V时，比较电路将发生翻转，同时将信号传送给单片机，使单片机产生中断并复位。第一章 系统硬件设计3.1主控模块AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）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
32、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，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。AT89C51的管脚图如图3-1所示。图3-1 AT89C51引脚分布图1主要特性：与MCS-51 兼容 4K字节可编程闪烁存储器 寿命：1000写/擦循环数据保留时间：10年全静态工作：0Hz-24Hz三级程序存储器锁定128*8位内部RAM32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 2管脚说明：VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏极开路双向I/O口，
33、每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻抗输入。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位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当
34、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口在被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个带有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（ILL）这
35、是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：管脚口 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）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。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编程期间，
36、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才起作用。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，每个机器周期两次/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，则在此期间
37、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。3振荡器特性：XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的
38、宽度。4芯片擦除：整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。3.2 稳压电源模块本设计共用到电源有两种：即5V.稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路组成，如图3-
39、2。U1电源变压器 整流电路滤波电路稳压电路U2U3U4U5图3-2 电源方框及波形图整流和滤波电路：整流作用是将交流电压U2变换成脉动电压U3。滤波电路一般由电容组成，其作用是脉动电压U3中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压U4。稳压电路：由于得到的输出电压U4受负载、输入电 压 和 温度的影响不稳定，为了得到更为稳定电压添加了稳压电路，从而得到稳定的电压U5。图3-3中电路提供5V的电源；主要用于单片机（AT89C51）、数码显示（包括74LS164）、键盘。图 3-3 5V电源原理图3.3显示模块数控电源的数据显示采用数码管电路来实现在该部分电路设计中，单片机与显示电路之间的数
40、据传输采用串行通信方式，单片机工作在串行口工作方式0，即同步移位寄存器方式具体显示电路如图3-6所示。电路中的两个数码显示管可以用来显示输出电压的个位和十分位。数码管有共阴极和共阳极两种类型。共阴极数码管内部8个二极管的N极被连接在一起和引脚com连接。在使用时引脚com应接低电平，当数码管其余的某个因交接高电平，则该引脚叫对应的发光二极管被点亮，也就是数码管对应的发光段被点亮。共阳极数码管内部8个二极管的P极被连接在一起和引脚com连接。在使用时引脚com应接高电平，当数码管其余引脚接入低电平，则该引脚叫对应的发光二极管被点亮，也就是数码管对应的发光段被点亮。数码管的电路符号如图3-4所示。
41、图3-4 数码管的电路符号七段显示块与单片机接口非常容易。只要将一个8位并行输出口与显示块的发光二极管引脚相连即可。8位并行输出口输出不同的字节数据即可获得不同的数字或字符，其数码如表3-1所示。通常将控制发光二极管的8位字节数据称为段选码。共阳极与共阴极的段选码互为补数。表3-1 7段LED字型码显示字符共阳极字符码共阴极字符码显示字符共阳极字符码共阴极字符码03FHC0HB7CH83H106HF9HC39H39H25BHA4HD5EHA1H34FHB0HE79H86H466H99HF71H8EH56DH92H“灭”00HFFH67DH82H707HF8H87FH80H96FH90HA77H
42、88H如前所述，AT89C51芯片提供的并行输入/输出口是有限的，因此必须想办法进行扩展。应用串行口工作方式0的同步移位寄存器方式是扩展输入/输出能力的一种方法。串行口工作方式0的输出时序图如图3-5所示。D1D2D3D4D5D6D7RXDD0TXD图3-5 串行口工作方式0的输出时序图在单片机应用系统中，显示器显示常用两种方法：静态显示和动态扫描显示。所谓静态显示，就是每一个显示器都要占用单独的具有锁存功能的I/O接口用于笔划段字形代码。这样单片机只要把要显示的字形代码发送到接口电路，就不用管它了，直到要显示新的数据时，再发送新的字形码，因此，使用这种方法单片机中CPU的开销小。MCS-51
43、单片机串行口方式0为移位寄存器方式，外接2片74LS164作为2位LED显示器的静态显示接口，把89C51的RXD作为数据输出线，TXD作为移位时钟脉冲。74LS164为TTL单向8位移位寄存器，可实现串行输入，并行输出。其中A、B（第1、2脚）为串行数据输入端，2个引脚按逻辑与运算规律输入信号，共一个输入信号时可并接。T（第8脚）为时钟输入端，可连接到串行口的TXD端。每一个时钟信号的上升沿加到T端时，移位寄存器移一位，8个时钟脉冲过后，8位二进制数全部移入74LS164中。R（第9脚）为复位端，当R=0时，移位寄存器各位复0，只有当R=1时，时钟脉冲才起作用。Q1Q8（第3-6和10-13
44、引脚）并行输出端分别接LED显示器的hga各段对应的引脚上。在给出了8个脉冲后，最先进入74LS164的第一个数据到达了最高位，然后再来一个脉冲会有什么发生呢？再来一个脉冲，第一个脉冲就会从最高位移出，搞清了这一点，下面让我们来看电路，2片7LS164首尾相串，而时钟端则接在一起，这样，当输入8个脉冲时，从单片机RXD端输出的数据就进入到了第一片74LS164中了，而当第二个8个脉冲到来后，这个数据就进入了第二片74LS164，而新的数据则进入了第一片74LS164。关于74LS164还可以作如下的介绍：所谓时钟脉冲端，其实就是需要高、低、高、低的脉冲，不管这个脉冲是怎么来的，比如，我们用一根
45、电线，一端接T，一端用手拿着，分别接高电平、低电平，那也是给出时钟脉冲，在74LS164获得时钟脉冲的瞬间（再讲清楚点，是在脉冲的沿），如果数据输入端（第1，2引脚）是高电平，则就会有一个1进入到74LS164的内部，如果数据输入端是低电平，则就会有一个0进入其内部。在给出了8个脉冲后，最先进入74LS164的第一个数据到达了最高位，然后再来一个脉冲会有什么发生呢？再来一个脉冲，第一个脉冲就会从最高位移出，就像车站排队买票，栏杆就那么长，要从后面进去一个人，前面必须要从前面走出去一个人才行。 当向串行数据缓存器SBUF写入一个数据，在引脚RXD和引脚TXD将自动产生如上图所示的信号。引脚RXD
46、输出数据，引脚TXD输出同步移位时钟.。同步移位时钟的周期等于单片机的工作周期，因此输出一个字节的数据需要8个单片机的工作周期。串行口输出一个字节的数据需要8个单片机的工作周期这一点在编程时应该注意，不能连续地编写两条向串行数据寄存器(SBUF)写入数据的指令。因此如果第一个数据还没有被全部发送出去，再向串行数据缓冲寄存器(SBUF)写入一个数据，新写入的数据将覆盖没有完成发送的第一个数据的剩余内容，导致数据传输错误。引脚RXD的输出数据不能直接送入数码管，这是因为串行数据通过一条线输出，而数码管的工作则同时需要8个输入信号。使用8位移位寄存器（串行输出，并行输出）74LS164可以把串行信号
47、转换成数码管所需要的并行信号以满足数码管的需要。74LS164的功能表如表3-2所示。表3-2 74LS164的功能表输入输出MRCLKDSADSBQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q700000000010Q00Q10Q20Q30Q40Q50Q60Q701111Q00Q10Q20Q30Q40Q50Q60100Q00Q10Q20Q30Q40Q50Q60100Q00Q10Q20Q30Q40Q50Q60应用串行口工作方式0和74LS164的数码管的显示电路如3-6图所示。74LS164在这里完成了串/并转换和显示驱动的双重任务。执行指令：MOV SBUF， #3FH可以输出共阴极数码管字符0的显示代码。首先显示代码的最低位数据从AT89S51的引脚RXD送到74LS164的引脚DSA和DSB，接着同步移位脉冲从AT89S51的引脚TXD送到74LS164的
