数控直流电源毕业论文(三)

 
1 单片机的基础知识
1.1 单片机的概述
 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。单片机也被称为微控制器（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。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镳。
1.2单片机的发展历史
   单片机，专业名称—Micro Controller Unit(微控制器件)，它是由大名鼎鼎的INTEL公司发明的，最早的系列是MCS-48，后来有了MCS-51，现在还有MCS-96系列，我们经常说的51系列单片机就是MCS-51，它是一种8位的单片机，而MCS-96系列则是一种16位的单片机，至于它们之间有何区别，我们以后会讲到。后来INTEL公司把它的核心技术转让给了世界上很多的小公司（不过，再小也有几个亿的销售/年哦），所以世界上就有许多公司生产51系列兼容单片机，比如飞利浦的87 LPC系列，伟邦的W78L系列，达拉斯的DS87系列，现代GSM97系列等等，目前在我国比较流行的就是美国ATMEL公司的89C51它是一种带Flash ROM的单片机（至于什么是Flash ROM，我在这儿先不作介绍，等以后大家学到相关的知识时自然就会明白），我们的讲座就是以该型号的单片机来作实验的。讲到这里，也许有的人会问：我平时在各种书上看到全是讲解8031，8051等型号的单片机，它们又有什么不同呢？其实它们同属于一个系列，只是89C51的单片机更新型一点(事实上,89C51目前正在用89S51代替，我们的实验系统采用就是89S52的，兼容89C52)。这里随便说一下，目前国内的单片机教材都是以8051为蓝本的，尽管其内核也是51系列的，但毕竟8051的单片机已经属于淘汰产品，在市场上也很少见到了，所以由此感叹，国内的高等教育是如此的跟不上时代的发展需要！这话可能会引起很多人的不满
1.3 单片机的结构
单片机在结构设计上，以及硬件、指令系统、I／O能力等方面都有明显的特点。下面以MCS-51单片机为例，简要说明。
1.程序存储器和数据存储器分开
  单片机的数据存储器和程序存储器在存储器空间上是严格分开的，ROM用来存放程序代码、常数和数据表格，RAM用来存放数据或中间结果。采用这样的存储器结构，主要是考虑到单片机用于控制的特点，在过程控制中需要较大的程序存储器空间和较小的随机数据空间，而且还允许单片机应用系统扩展存储空间，因此单片机既有内部ROM又有外部ROM，既有内部RAM又有外部RAM。所以，CPU进行存储器操作时就要区分内部程序存储器和外部程序存储器；对程序存储器和数据存储器访问时要使用不同的寻址方式、指令助记符和存储器访问信号；要使用两个或多个地址指针来寻找数据。
2.I／O端口多功能分时复用
  由于大规模集成电路和生产工艺的要求，芯片的引脚数受到一定的限制，为了解决实际的引脚数和需要的引脚信号之间的矛盾，单片机的部分引线被设计成多功能的。如MCS-51的P0口、P2 E1和P3 E1的引脚都是多功能，如P0口是8位数据线和地址线的低8位共用，P2 El是通用I／O口并与地址线的高8位分时复用，P3 E1是通用I／O口，还具有第二功能。每条引脚在一定时间起什么作用，则由指令和机器状态来决定。所以，单片机对外不存在专门的数据线和控制线，而是采用分时复用技术来解决片外数据和地址的传送问题。
3.片内特殊功能寄存器和工作寄存器组
  在MCS-51单片机片内RAM中，还有21个具有特殊功能的寄存器，以及4组8位工作寄存器，每组7个，共有28个8位的工作寄存器，为CPU进行运算、存放中间结果提供了极大的方便。正是有了这些特殊功能寄存器和工作寄存器，才能使一个只有40脚封装的单片机系统的功能获得很大的扩充，并使I／O El在程序控制下具有第二功能。利用特殊功能寄存器还可以完成对定时器斛数器、串行口和中断逻辑的控制。
4.片内有全双工串行通信接口
   MCS一51单片机的另一个特点是在内部有一个全双工的串行接口。在程序的控制下，串行口有4种工作方式。用户可根据需要将它设定为移位寄存器方式，以扩充I／O接口和外接同步输入、输出设备；或用做异步通信接口，以实现双机或多机通信。因此，单片机能极为方便地组成分布式控制系统。
5.独立的位处理器
  在单片机内部有一个能独立进行操作的位处理器，又称为布尔处理器，它有自己的累加器以及可按位寻址的RAM区、特殊功能寄存器和I／0 E1，并设有专门的按位操作的指令。利用位操作功能，可以十分方便地进行组合逻辑的设计和用软件模拟组合逻辑的功能。
1.4 单片机的主要特性
1．单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。
2. 单片机也被称为微控制器（Microcontroler），是因为它最早被用在工业控制领域。
 3. 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。　　
4. 单片机比专用处理器最适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。
2数控直流电源控制系统分析
2.1  设计任务
设计并制作一个有一定输出电压范围的数控电源。其原理示意图如下：

原理图
基本要求
1.输出电压:2～20V. 步进0.2V,纹波电压不大于200mVp-p
2.输出电流:200mA
3.由“+”,“- ”两键分别控制输出电压步进增减
4.输出电压大小由LCD显示
5.电源效率: > 60%
2.3  发挥部分
1.开机输出电压可预置在2～20V之间的任意一个值
2.最大输出电流为1A，并有过流保护功能（大于1.2A保护）
3.纹波电压小于100mVp-p
4.电源效率: > 75%
5.其它创新
3 方案
系统原理框图如图1所示，采用STC89C52单片机产生波形，D/A转换器将其转换为模拟电压，再经过放大器放大。由单片机的软件实现电压的步进增减等功能。该方案灵活性大，易于扩展，需要专门的译码驱动芯片。

图1 方案示意图
4 硬件电路设计
 数控直流电源由稳压电源部分、数字显示部分、输出部分、数控部分和输入电路五部分组成。硬件设计各电路图见附录二。
稳压电源电路:稳压电源从电路简单、经济考虑，本设计采用LM324M输出集成稳压器。采用7805作为它们的输出电压分别为+5V。直流稳压电源采用桥式全波整流，单电容滤波，三端固定输出集成稳压器件。输出电路由7815提供+25V电压，从而大大提高了电压调整率和负载调整率等指标。电路图如下

图2  稳压电源电路

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