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1、海南软件职业技术学院毕业设计论文 学号：2009060139岗前综合技能训练报告书题目： 直流稳压电源的设计与仿真系 （部）： 电子工程 专 业： 电子信息工程技术 班 级： 09电工301 学生姓名： 指导老师： 起止时间： 2011年8月27日至 2011年10月20日 海南软件职业技术学院 摘要基于网络的现代传动远程控制系统结合了在各种电子实验中，电源是最基本的需要。设计出一种精度的可调输出的电源不但能满足不同电子实验的要求，而且能满足在同一实验中需要使用不同的电压值来测试的要求。本文设计了一种直流稳压电源的设计与仿真。该电源的功能由硬件和软件两方面来实现。硬件方面包括变压器、整流电路、
2、滤波电路、稳压电路、反馈电路、保护电路、程控电路、显示电路以及支持单片机运行的复位和时钟电路。市电220V电压通过变压器流入系统，经过整流、滤波后变成近似的直流电压，再经过稳压部分稳压后获得稳定的直流输出。稳压部分由达林顿管作为调整管，由运放作为反馈取样之后的放大电路，利用放大电路来提高调整管的反应灵敏度电压稳定性。关键词: AT89S53/STC89C58单片机；直流稳定电源；整流；滤波； A/D；绪 论11结构设计与方案选择21.1 小功率整流电路21.2 单相半波整流电路21.3单向全波整流电路31.4 桥式整流电路31.5 滤波电路51.6 稳压电路82基础知识152.2 AT89C5
3、3简介152.3 ADC083简介163电路原理和硬件实现183.1 电路框图1832整体电路设计183.3 OrCAD辅助设计183.4 PADC辅助设计203. EILc51辅助设计5 K233.6电路组成及分析233.7 键盘接口电路233.8 液晶显示电路243.9 A/D转换电路253.10 主电源电路274 程序设计284.1 系统核心指令系统简介284.2 程序流程图294.3 系统初始化程序：29结束语31结论32致谢33参考文献34附录 1 源程序35绪 论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。针对以上问题, 我们设计了一套以单片机为核心的智能化直流
4、电源。该电源采用薄膜轻触键盘, 可对输出电压以快慢两种方式进行设置, 输出由单片机通过D/A , 控制驱动模块输出一个稳定电压。工作过程中, 稳压电源的工作状态(输出电压、电流等各种工作状态) 均由单片机输出驱动LCD 显示,多种显示模式间, 由键盘控制进行动态逻辑切换。软件方面，使用单片机语言编程，控制程控部分，即：单片机，D/A、A/D部分。该部分作用是控制稳压电路部分的基准电压的输出与调整，同时实现高精度的输出，并且控制液晶显示输出电压。整个电路的设计就是在综合考虑各个模块现有的电路的基础上，选择最佳电路来实现设计目标的1结构设计与方案选择1.1 小功率整流电路在电子电路中，通常都需要电
5、压稳定的直流电源供电。小功率稳压电源的组成可以用图1-1表示，它是由变压器，整流，滤波，和稳压电路等四个部分组成。图1-1 直流稳压电源组成框图电源变压器是将交流电网220V的电压变为所需要的电压值，然后通过整流电路将电压变成脉动的直流电压。由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤除，从而得到平滑的支流电压。但这样的电压还随电网电压波动（一般有正负10%左右的波动），负载和温度的变化而变化。因而在整流、滤波电路之后，还需接稳压电路。稳压电路的作用是当电网电压波动、负载和温度变化时，维持输出直流电压的稳定。当负载要求功率较大，效率较高时，常采用开关稳压电源。1.2 单相半波整
6、流电路单相半波整流电路是最简单的整流电路，单相半波阻性负载的整电路如图1-2所示。 图1-2 单相半波整流电路电路中，T为变压器，其作用是将市电220V的交流电压变成所需要的直流电压，VD是整流二极管，其作用是方向变化的交流电变为单相的脉动直流。现介绍电路的基本原理。当交流电源为正半周，即上正下负时。二极管VD因加正向电压而导通，V2通过二极管VD加至负载电阻RL上，负载电压V0=V2为正弦半波电压。当交流电元为负半周，即上负下正时。二极管VD上加反相电压，故VD不导通，若忽略二极管VD的反向漏电流，则负载电阻RL中无电流通过，负载电压为零。由此可见，由于二极管的单向导电作用，只有一个方向的电
7、流流过负载电阻RL，因此在负载电阻RL上的电压V0是单向的脉动直流电压，以后各周期情况和第一周期相同。 输出直流电压的平均值，即直流电压V0可按下式求出：整流输出的是脉动电压，即包含有直流成分，同时又有交流成分，其中的脉动程度一般用纹波系数来衡量，即纹波系数输出电压的交流成分有效值/输出电压直流成分。对于直流电源来说，纹波越小越好。为了得到教平滑的直流电压就必须进行滤波，对于输出在几安一下的各种单相整流器来说，常在整流电路输出端并联一个一定电容量的滤波电容C，即为容性负载。半波整流电路的优点是结构简单，使用的元器件少。但缺点是输出的波形脉动大，直流成分比较低；变压器有半个周期不导电，利用率低；
8、变压器电流含有直流成分，容易饱和。所以只能用在输出功率较小、负载要求不高的场合。1.3单向全波整流电路变压器T次级线圈具有中心抽头，即得到幅值相等而相位差180度的电压V21和V22。在未接滤波电容时，当变压器T的次级线圈的交流电压上(1)正而下(2)负时，VD1受正向电压而导通，VD2受反向电压而截至。于是电流iD1通过VD1流过负载RL。另半个周期，即上(1)负而下(2)正时，VD2受正向电压而导通，VD1受反向电压而截至。于是电流iD2通过VD2流过负载RL。在一个周期内负载电流i0=iD1+iD2为单向脉动电流。负载电压为双半波，因此直流输出平均电压为单相半波整流电路的2倍，即V00.
9、9V2。单向全波整流电如图1-3所示。图1-3 单相全波整流电路全波整流电路接入滤波电容C，其充放电过程与半波整流相同，但由于V21和V22轮流通过VD1和VD2向电容C充电，所以输出电压的脉动比半波整流时小。1.4 桥式整流电路桥式整流电路如图1.4所示。工作原理简介如下：在V2的正半周内，VD1，VD4导通，VD2,VD3截至，在RL上建立起上正下负的脉动电压，如果忽略二极管的管压降及变压器的内阻，则V0=V2。而在V2的负办周，二极管VD2,VD3导通，VD1,VD4截至，在负载RL上仍建立起上正下负的脉动电压，如果忽略二极管的管压降及变压器的内阻，则V0=V2。由此可以看出，正负办周都
10、有电流流过负载电阻RL，而且流过负载电阻的电流方向是一致的，因而输出电压的直流成分提高，脉动成分降低。桥式整流电路的电压可作如下估算。整流元件仍认为是理想的，在纯电阻负载条件下，电压的顺时值为： 负载直流电压平均值为：图1-4桥式整流电路每个二极管截止时的反向电压相同，为V2的幅值。即：导通二极管的电流平均值为负载电流平均值的一半，最大值与负载电流最大值相同。综合以上桥式整流电路的特点是：与半波整流电路相比，在V2,RL相同的条件下，输出的直流电压提高了一倍；电流脉动程度减小；变压器正负半周都有对称电流流过，既得到充分利用，又不存在单向磁化的问题。所以它的应用较为广泛。但是需要4个整流二极管，
11、线路稍复杂。以上简单介绍了几种整流电路，根据其优缺点的判断，所以在我的设计中采用了桥式整流电路。一方面，能使电能得到充分利用，另一方面，由于有现成的整流桥集成元件，设计起来也比较方便。1.5 滤波电路交流电经整流电路后可变为脉动直流电流，其中含有较大的交流分量，为了使设备能用上纯净的直流电，还必须用滤波电路滤除脉动电压中的交流成份。滤波电路一般由电抗元件组成，如在负载电阻两端并联上电容器C，或在负载中串联上电感器L，或由电容，电感组合而成的各中复式滤波电路。电容滤波就是在整流电路后面,用大量的电解电容与负载并联例如以桥式电路为例,电容滤波电路如图1-5所示:并联在负载两端的电容器C即起滤波作用
12、。下面以有负载RL和无负载RL 两种情况来分析滤波电路的工作原理。无负载，即RL开路时，电路接通瞬间设电容C上起始电压为零。电源接通后，通过整流管及变压器次级给C充电，因导通的二极管及变压器次级电源内阻很小，所以充电时间常数很小，充电电流很大。只要合理选择元件参数，便不会发生过热或烧坏晶体管的现象。当V2达到最大值时，Vc也基本上达到最大值。此后，V2开始减小，导通的二极管由于V2的绝对值小于Vc，处于反偏截至状态。此后，输出电压保持为Vc而不变，。当V2的负半周到来时，因Vc不变，晶体管也不再导电。图1-5电容滤波电路 当有负载RL时，设RL为定值，当电源接通且C上还有近似峰值电压时，电压波
13、形如图所示。在t1t4间隔内，输入电压V2Vc，VD1,VD2导电，电容C充电，Vc随充电过程而上升，到t2以后，V2按正弦规律下降，当VcV2时，整流管VD1,VD2处于反向偏置，停止导通；已充电的电容开始对负载电阻RL放电，即暂时代替电源向负载供电。电容C的放电电压按指数曲线下降。在t3瞬间，V2上升到Vc；t3以后，V2Vc，电容由放电转换为充电，VD3,VD4导通，构成电源向负载及电容供电的通路。t4以后，V2Vc，VD3,VD4截至，电容又处于放电状态，其过程和t2t3间隔内相同，以后情况如此反复。当电源切断后，需带电容放电完毕，输出电压才能为零。 电容滤波器的特点如下： 1 加了滤
14、波电容以后，输出电压的直流成分提高，脉动成分减小。这是利用电容的储能作用来实现的。当二极管导通时，电容充电将能量储存起来；二极管截至时，再把储存的能量释放给负载，一方面使输出电压波形比较平滑，同时也增加了输出电压的平均值。2 电容滤波放电的时间常数（）愈大，放电过程愈缓慢，输出电压愈高，同时脉动成分愈小，滤波效果愈好。当时，（如负载开路），电容没有放电通路，故VLV2。当不加电容滤波时，桥式整流后负载上输出电压的平均值为VL0.9V2。3电容滤波电路的输出电压随输出电流的增大而减小。这是由于滤波电路的负载电阻RL减小时，电容的放电过程加快，输出电流的平均值Io增大，而输出电压的平均值VL却减小
15、了。通常把输出电压VL和输出电流Io之间的关系曲线称为电源的外特性。电路输出电压随电流的增大而下降的很快，这种外特性称之为软特性。所以电容滤波电路适合用于负载电流变化不大的场合。4 电容滤波电路中，整流二极管的导通角小于180度，而且电容放电时间常熟越大，导通角越小。二极管在短暂的导电时间内，有很大的浪涌电流流过，这对管子的寿命不利。所以选用二极管时，应考虑它能承受最大冲击电流的情况。一般选管子时，要求它承受的正向电流的能力应大于平均输出电流的23倍。电容滤波电路简单，制作方便。但是它的输出电流不宜太大，而且要求输出电压的脉动成分较小时，必须增加电容器的容量，因此电路的体积大也不经济。为此，R
16、C-型滤波电路在实际电路中经常使用。RC-型滤波电路如图1-6所示：它实际上就是在电容滤波的基础上再加上1级RC滤波电路构成的。采用这种滤波电路可以进一步降低输出电压的脉动系数。但是，这种滤波电路的缺点是在R上有直流压降，因而必须提高变压器次级电压；因而整流管的冲击电流仍然比较大；同时，由于R产生压降，外特性比电容滤波更软。所以这种电路只适用于小电流的场合。图1-6 RC-型滤波电路利用电感具有阻止电流变化的特点，在整流电路的负载回路中串联电感L，如图1-7所示，即构成电感滤波电路。图1-7 电感滤波电路当整流后的脉动电流增大时，电感L将产生反电势L(di/dt)，阻止电流增大；相反，当电流减
17、小时，电感L将阻止电流减小，从而使负载电流脉动成分大大降低，达到滤波的目的。 由于电感交流电阻很大，而直流电阻很小，输出直流分量在电感上损失很小，所以它适用于负载电流比较大的场合，而且外特性较好，即负载电流变化时，输出直流电压变化较小，另外，电感滤波的二极管导通角不会减小，避免了浪涌电流的产生。为了进一步改善滤波效果，可以采用LC滤波电路，它是在电感滤波电路的基础上，再在负载电阻RL上并联电容器C，如图1-8所示： 图1-8 LC型滤波电路不难看出，当L 值很小，或RL很大时，该电路和电容滤波电路很类似，呈现电容滤波的特点，为了保证整流二极管的导电角仍为180度，一般要求L值很大，对基波信号而
18、言应满足RL3。图1-9 型LC滤波电路LC滤波电路中输出电压中的基波分量应由jL和RL/(1/C)分压得到，所以输出电压的脉动成分比仅用电感滤波时更小；而负载电流变化时均能有良好的滤波效果，所以说他对负载的适应性比较强。在大功率输出的电源稳压电路中，由于输出电流较大，为了减少功率损耗，一般不用电阻做滤波器件，经常使用的是LC元件构成的型滤波电路。为了增大电感量，一般来说，L选用铁心电感，C选用电解电容，如图1-9所示：1.6 稳压电路经过整流和滤波后的直流电压，会由于交流电网电压的波动以及负载电阻的变动而发生变化。在绝大多数情况下，这种输出电压的变化波动显得太大，仍需要进一步对其稳定，这就需
19、要采用稳压电路。通常，完整的稳压电源电路包括有整流、滤波、和稳压电路。下面就稳压电路作一下介绍。衡量稳压器的性能有许多指标，例如额定输出电压、电流和电压调节范围等，这属于特性指标；稳压系数、等效内阻、纹波电压（即交流电压分量）等属于质量指标。自动化程度，用来说明维护人员离开时，例如，是否具有自动开机、停机性能，故障检测等。经济指标，主要有效率和功率因数等。下面简单介绍下质量指标。1 稳压系数 当负载电流一定时，输出电压的相对变化量与输入电压的相对变化量之比称为稳压系数，即： (=额定值) 上式中，为稳压系数；为稳压器的额定输出电压；为稳压器额定输入电压；为输出电压的变化量；为输入电压的变化量；
20、为负载电流。 另外还有以的倒数S为标准，称S1/为稳定系数的。 2 等效电阻 又称为动态电阻，是包括整流、滤波和稳压在内的等效电阻。当保持不变时，输出电压增量与输出电流增量之比称为等效内阻：（额定值） 上式中，为正值，由于电流增加（增量为正）时其两端电压受内阻影响要下降（增量为负），故上式中加了个“”号，使得为正值。通常稳压器在额定范围内使用时，约在1.5以下。 3 纹波电压 纹波电压就是叠加在输出直流电压上的交流电压分量，通常经滤波及稳压后，它的数值在几毫伏以内，以不影响电子设备工作为准。可用一个容量较大的电容器与交流毫伏表串联进行测量，此电容是隔直流用的。硅稳压管也称为齐纳二极管，其伏安特
21、性如图所示。从伏安特性可以看到，当流过稳压管的电流在一个较大范围内变化时，稳压管两端的电压几乎不变。稳压管的这一特性将稳压管和负载并联，若能保证稳压管中的电流在一定范围内，则负载电压就能在一定程度上得到稳定，因此，稳压电路的关键就是限定稳压管中的电流。因为如果工作电流太小，则电压随电流的变化很大，达不到稳压的目的；但工作电流也不能太大，以免超过管子的额定功率，造成损坏。小功率稳压管的工作电流大致几毫安至几十毫安，大功率的稳压管可到几安培到十几安培。 图1-10是由稳压管构成的基本稳压电路：图1-10 稳压管稳压电路电路中，R决定了向稳压管和负载输送电流的总量，起着限流和调压的作用，稳压管起着调
22、节电流的作用。如负载减小，要求更多的电流流过时，通过稳压管的电流将随之减小，使基本不变，以保证输出电压基本不变。如果不变，但输入电压由于电网电压或元件参数改变而增加时，则将增加，此时也随之增加，保证基本不变，即基本不变。如果和都变化，则将综合二者的变化加以调整，只要的变化在它的允许的工作范围之内，就能保证起到较好的稳压作用。 其稳压过程简述如下：若电压升高，而负载不变，则电压降低，而负载不变，则而负载不变，则稳压过程与上诉相反。 若负载电阻减小（负载电流增大），而输入电压不变，则若负载电阻增大，而数输入电压不变，则稳压过程与上诉相反。基本稳压电路中限流电阻R的选用非常重要，若R选的太大，则供应
23、电流不足，当较大时，稳压管的电流将减小到临界值以下，失去稳压作用；若R选的太小，则当变到很大或开路时，都流向稳压管，可能超过允许定额而造成损坏。为此，要合理需用R。设稳压管的稳定电压为，最大工作电流为，最小工作电流为；市电电压最高时的整流输出电压为，最低时为；负载电流的最小值为，开路时为0，最大值为。要使稳压管能正常工作，必须满足下列条件：1、当市电电压最高和负载电流为0，即负载开路时，应不超过允许最大值，既限流电阻R的最小值应满足： 2、当市电电压最低和负载电流最大时，应不低于允许最小值，即： 如上两式不能同时满足，则说明在给定条件下已超过稳压管的工作范围，需限制变化范围或选用较大功率的稳压
24、管。稳压管稳压电路具有线路简单，调试方便等优点，但输出电流受稳压管稳定电流的限制，而且输出电压又不能任意调节，稳压性能不高，只适用于输出电流小，负载变动不到和稳定性能要求不高的场合，或作为辅助稳压源。若负载经常变动，要求输出电压连续可调，稳定性能好，就要采用晶体管稳压源。串联反馈型稳压电路比稳压管稳压电路要复杂的多，它是一个闭环反馈系统。所以必须具有执行元件和反馈支路。一般情况下，它包括调整管、取样电路、基准电压源及误差比较放大器等主要部分。调整管是闭环调节系统的执行机构，其余部分都是反馈控制支路所必需的，原理框图如图2-13所示。从框图上可以看出输入电压经过调整元件调节之后，变成稳定的输出电
25、压。图1-11 串联反馈型稳压电路框图取样电路和基准电压相比较，并把比较后的误差信号送放大器，增强反馈控制效果，因为取样得来得是电压信号，所以这种电压源实际上是一个以电压为调节对象得自动调节系统，其调节模式如图1-12所示。图中，为调节系统开环时的电压传递函数，也就是系统开环稳压系数；为执行机构在系统闭环时的电压传递函数，也就是调整管电路的电压放大倍数；K时误差放大器开环电压放大倍数；n为取样电路的电压传递系数，也就是取样分压器的分压比。根据调节原理可知，该系痛的调节函数为： 由此可知，无论输入电压波动还是负载变化对输出电压的影响，反馈系统是开环系统的1/（1+*K*n）倍，更具体点说，就是反
26、馈调整型稳压电源在电网电压调整率、负载调整率等主要技术性能方面，都是以硅稳压二极管稳压电源为代表的参数型稳压电源的（1+*K*n）倍，这就是反馈调整型稳压电源比参数型稳压电源应用得更普遍得主要原因。 图1-12 串联反馈型稳压电路调节模式串联反馈型稳压电源稳压原理是调整元件的动态电阻是随着输出电压的变化而自动改变的。其优点是，输出电压范围不受调整元件本身耐压的限制而且各项技术指标可以做的很高。其缺点是线路比较复杂，过载能力差，顺时过载会使调整元件损坏，需要过载保护。因此，串联反馈调整型稳压电源广泛用在负载变动较大，稳压性能要求较高，输出电压可调等场合。由以前学习的晶体管工作原理时已经知道，工作
27、在放大区的晶体管，它的集射极之间的电压和集电极电流随基极电流的变化而变化。当基极电流增加时，将减小，将增大，这相当于晶体管集电极与发射极之间的电阻减小；而当基极电流减小时，将增大，将减小，这就相当于晶体管集电极与发射极之间所呈现的电阻增大。由此可见，在线性放大区工作的晶体管，在基极电流的控制下，集射极之间的电阻时可以改变的。所以，晶体管完全可以充当串联反馈型稳压电源中的调整元件，称为调整管。用晶体管作调整管的串联反馈型稳压电源叫做串联反馈型晶体管稳压电源，它是串联反馈型稳压电源中应用最普遍、最有代表性的一种。（1）简单的串联反馈型晶体管稳压电路 图2-15是一个最简单的串联反馈型晶体管稳压电路
28、。晶体管VT做调整元件，VD做基准电压源，它给晶体管发射结提供一个固定的偏压使其能正常工作。当负载变小或输入电压变大，使得负载两端的输出电压增大时，由于基准电压不变，所以晶体管的基极电位也不变，那么集射极电压（）将减小，从而减小，管压降增大，使输出电压减少，抵消了由于电网电压增加或负载减小引起的的增加，使输出电压保持基本不变。如果当输入电压减小或负载增大，使得输出电压下降时，调节过程与上述正好相反。 图1-13 串联反馈型晶体管稳压电路从上边的稳压过程可以看出，当输入电压增大或负载变小时，这种稳压电路是通过输出电压的变化反过来控制调整管VT的管压降，从而使输出电压保持不变，以达到自动稳压的作用
29、，这实际是一种负反馈，所以这种电路叫做串联反馈型稳压电路。 该电路存在两个问题：其一，该电路是用输出电压的变化部分直接去控制调整管的基极，故控制作用小，稳压性能较差；其二，输出电压固定不可调。（2） 带有放大器的串联反馈型晶体管稳压电路 简单的反馈型晶体管稳压电路，图1-14 带有放大器的串联反馈型晶体管稳压电路是直接利用输出电压的变化量来控制调整管的电压变化的所以其灵敏度和电压稳定性都不够理想。采用带放大器的稳压电路，可以弥补这些不足。图2.16是一个带有放大器的典型电路，图中VT1是调整管，接成射极输出器的形式，负载电阻是它的射极电阻。R1、R2与并联组成分压器，起到取出输出电压的作用，叫
30、做取样电路。VD是硅稳压二极管，它与限流电阻R3一起组成基准电压源。VT2是比较放大器，R4是它的集电极电阻，同时也是管的偏流电阻。晶体管把从取样电路送来的输出电压上升或下降的变化信号与基准电压相比较，并把比较结果产生的差值电压（或者叫做误差电压）加以放大，以此来控制调整管的管压降，从而使输出电压基本保持稳定。因为放大器的作用，很小的输出电压的变化，反应到调整管上就有比较大的变化，大大提高了调整管的灵敏度，提高的输出电压的稳定性。当输入电压下降或负载增大时，输出电压减小，取样电压相应的减小，管基极电位也随之减小，因为硅稳压管两端的电压基准不变所以管的基射极之间的电压（-）减小，于是管的集电极电
31、流减小，R4两端的压降变小，迫使调整管的基射极间的电压（-）增大，增大，管的压降下降，结果使得输出电压（-）上升，从而使输出电压基本恢复到原来的数值。同理，当输入电压上升或负载变小时，升高，当经过反馈调整作用又会使下降，从而使输出电压基本保持不变。 以上是对直流稳压电源的核心技术进行的介绍。本次毕设题目是高精度稳压电源，硬件核心就是以上介绍的三个部分。首先，利用变压器进行市电到所需电压的转变，在设计中采用220V24V的变压器，将市电电压降低，之后采用桥式整流电路，对电压进行整流。一方面，桥式电路使用方便简单，另一方面，有现成的集成元件可用。滤波方面采用简单的型RC滤波电路即可。因为设计的电路
32、比较简单，且直流要求较强，所以选用型RC滤波电路。稳压方面选用串联反馈型稳压电路，在比较放大方面选用集成运方代替晶体管，使得电路更加方便，简单，而且稳定可靠。核心电路如图1-15所示：图1-15核心电路图2基础知识2.2 AT89C53简介AT89C53单片机最小系统如图所示。它需要完成键盘电路控制，预置电压信号显示控制等功能。图2-1 单片机最小系统图（2）部分为振荡电路，复位电路及电源EA。图2-2 振荡电路AT89S53/STC89C58单片机作为整机的控制单元，通过改变输入数字量来改变输出电压值，从而使输出功率管的基极电压发生变化，间接地改变输出电压的大小。为了能够使系统具备检测实际输
33、出电压值的大小，可以经过ADC0832进行模数转换，间接用单片机实时对电压进行采样，然后进行数据处理及显示。AT89S53是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含12k Bytes ISPD(In-system programmable Downloadable)串行编程可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S53可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。 AT89S53具有如
34、下特点：40个引脚，12k Bytes Flash片内程序存储器，256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，6个中断优先级2层中断嵌套中断，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。图2-3 AT89S53引脚图此外，AT89S53设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以
35、适应不同产品的需求。2.3 ADC083简介ADC0832是美国国家半导体公司生产的一种8位分辨率、双通道A/D转换芯片。由于它体积小，兼容性强，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，其目前已经有很高的普及率。学习并使用ADC0832可是使我们了解A/D转换器的原理，有助于我们单片机技术水平的提高。ADC0832具有以下特点： 1.8位分辨率；2.双通道A/D转换： 3.输入输出电平与TTL/CMOS相兼容：4.5V电源供电时输入电压在05V之间； 5.工作频率为250KHZ，转换时间为32 u S： 6.一般功耗仅为15mW:7.8P、14P-DIP（双列直插）、PICC多种封装； 8.商用
36、级芯片温宽为0 0 Cto+700 C，工业级芯片温宽为-400 C to +850 C；ADC0832为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在0N5V之间。芯片转换时间仅为32U S据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。通过Dl数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。正常情况下ADC0832与单片机的接口应为4条数据线，分别是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端与DI端在通信时并未同时有效并与单片机的接
37、口是双向的，所以电路设计时可以将DO和DI并联在一根数据线上使用。当ADC0832未工作时其CS输入端应为高电平，此时芯片禁用，CLK和DO/DI的电平可任意。当要进行A7D转换时，须先将CS使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端CLK输入时钟脉冲DO/DI端则使用DI端输入通道功能选择的数据信号。在第1个时钟脉冲的下沉之前DI端必须是高电平，表示启始信号。在第2、3个脉冲下沉之前DI端应输入2位数据用于选择通道功能。图2-4 ADC0832接口示意图 作为单通道模拟信号输入时ADC0832的输入电压是05V且8位分辨率时的电压精度为
38、19. 53mV。如果作为由IN+与IN-输入的输入时，可是将电压值设定在某一个较大范围之内，从而提高转换的宽度。但值得注意的是，在进行IN+与IN-的输入时，如果IN-的电压大于IN+的电压则转换后的数据结果始终为OOH。3电路原理和硬件实现3.1 电路框图AT89C53单片机键盘数码显示脉宽调制输出电压A/D转换(AD0832)接口电路(MAX232)图3-1系统原理框图32整体电路设计3.3 OrCAD辅助设计运用OrCAD画出电路原理图，结合PADS完成芯片、元件封装，导出网表。（1） 设计原理图图3-2电路原理图（2） 完成元件封装，导出网表表3-1封装列表序号标识封装数量参数/说明
39、1C108051470uF/35V2C2080511nF3C3 C40805230uF4C5 C6 C7 C8 C9080551uF/16V5C1008051470uF/36v6C1108051470uF/16V7D1DO-151RS1J8D2DO-151RS1J9D3MB108110F1120611A11J11Output12J21AC 220V13P1DB91DB914Q1TO-22015N5015R1 R2 R3 R7R8 R11 R10 R12 R13 R1408051010K16R4 R6 R908053100K17R5080514.7K18SW1B3F-10001UP19SW2B3
40、F-10001DOWN20SW3B3F-10001YES21SW4B3F-10001ESC22T11TY-402P23T21TRAN_HM3124U1SIP181LM3037BDW25U2DIP81ADC083226U3DIP40-6001AT89S5327U4SO161MAX23228U5TO-2201LM7805CK29Y149S13.4 PADC辅助设计将OrCAD生成的网表导入PADC，完成电路布线（1）开始布线图3-3（2）将元件放入板内图3-4（3）调整元件位置，优化布局。图3-5图3-63. EILc51辅助设计5 K 图3-7 KEILc51工作界面3.6电路组成及分析控制部分
41、采用89C53单片机。使用了单片机，整个系统可编程，使得系统灵活性大大增加，并且使得进一步扩展功能较为方便。单片机89C53在本系统中的具体功能简述如下：(1)功能切换 单片机本身有多个中断源和控制引脚，根据设计任务的要求，89C53单片机能很好的完成设计中所需要的功能切换。(2)运算、数据处理89C53单片机有丰富的指令系统能进行各种算术和逻辑运算。(3)译码、显示 单片机89C53有多个IO口，通过接口可以直接接到LCD显示管驱动电路上。在本系统的设计中使用了89C53单片机，大大减小了电路的设计难度，降低了信号所受的干扰，增强了系统的抗干扰性能；当然也需花一些时间在软件设计。3.7 键盘
42、接口电路图3-8键盘接口电路键盘设计由四个按键控制即：“UP”键、“DOWN”键、“YES”键，“ESC”键，并外接四个上拉电阻控制键盘去抖。此四个键分别连接到单片机的P3.2、P3.3、P3.4、P3.5 接口进行控制。3.8 液晶显示电路图3-9 液晶显示电路液晶显示电路如图所示。本设计用LM3037BDW来主要显示预置电压，分别由单片机的P0.0P0.7与P1.0P1.5接口控制。LM3037BDW为LM3037系列144*32点阵图形液晶，LCD显示屏，单相3V/5V供电。 脉冲宽度调整电路图3-10 脉宽调制电路脉冲宽度调制(PWM)，是英文“Pulse Width Modulati
43、on”的缩写，简称脉宽调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。PWM控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术，即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。脉冲宽度调制是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏置，来实现开关稳压电源输出晶 体管或晶体管导通时间的改变，这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。PWM控制技术以其控制简单,灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的控制
44、方式,也是人们研究的热点.由于当今科学技术的发展已经没有了学科之间的界限,结合现代控制理论思想或实现无谐振软开关技术将会成为PWM控制技术发展的主要方向之一。PWM的一个优点是从处理器到被控系统信号都是数字形式的，无需进行数模转换。让信号保持为数字形式可将噪声影响降到最小。噪声只有在强到足以将逻辑1改变为逻辑0或将逻辑0改变为逻辑1时，也才能对数字信号产生影响。 对噪声抵抗能力的增强是PWM相对于模拟控制的另外一个优点，而且这也是在某些时候将PWM用于通信的主要原因。从模拟信号转向PWM可以极大地延长通信距离。在接收端，通过适当的RC或LC网络可以滤除调制高频方波并将信号还原为模拟形式。3.9 A/D转换电路图3-11芯片接口说明：CS一 片选使能，低电平芯片使能。CHO 模拟输入通道0，或作为I N+-使用。CH 1 模拟输入通道1，或作为I N+-使用。GND 芯片参考0电位(地)。D I 数据信号输入，选择通道控制。D0 数据信号输出，转换数据输出。CLK 芯片时钟输入。VccREF 电源输入及参考电压输入(复用)。作为单通道模拟信号输入时ADC0832的输入电压是05V且8位分辨率时的电压精度为1 953mV。如果作为由I N+与I N一输入
