簡易數(shù)顯穩(wěn)壓電源

1、. . . . II / 53職稱教研室學(xué)生班級其鋒應(yīng)電教研室應(yīng)電 063畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)題目： 簡易數(shù)顯穩(wěn)壓電源 設(shè)計(jì)時間設(shè)計(jì)時間：2009.4.12-2009.5.18 設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)任務(wù)： 1、采用串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路 2、用單片機(jī)控制輸出電壓 3、采用 DAC0832 將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號 4、采用 ICL7107 進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換并驅(qū)動數(shù)碼管顯示 畢業(yè)設(shè)計(jì)成績教師評閱成績指導(dǎo)老師認(rèn)定成績小組答辯成績答辯成績答辯委員會評定成績答辯委員會主任（簽名）. . . . III / 53摘 要直流穩(wěn)壓電源是電子技術(shù)常用的設(shè)備之一,廣泛的應(yīng)用于教學(xué)、科研等領(lǐng)域。本次設(shè)計(jì)主要是

2、從串連穩(wěn)壓、單片機(jī)控制、數(shù)字顯示等方面入手，介紹了單片機(jī)AT89C51、數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片 DAC0832、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 ICL7107，數(shù)碼管和一些重要元器件，對整流、濾波的原理、串聯(lián)穩(wěn)壓的原理、單片機(jī)控制的原理、數(shù)字顯示的原理等方面進(jìn)行了介紹。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要是采用單片機(jī) 8051 和數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片DAC0832 組成數(shù)控控制系統(tǒng)對竄聯(lián)穩(wěn)壓電路進(jìn)行控制，在電路中設(shè)置了過流保護(hù)、數(shù)字顯示等功能。直流穩(wěn)壓電源采用串聯(lián)反饋型穩(wěn)壓電路，反饋放大部分采用電壓比較器 LM324 和三級管組成，基準(zhǔn)電壓是由單片機(jī)提供的數(shù)字量后由 DAC0832轉(zhuǎn)換為模擬量后經(jīng)放大后提供。顯示部分采用模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 ICL7107

3、 直接驅(qū)動數(shù)碼管顯示。此外，輸出電壓的大小可以通過按鍵在單片機(jī)中進(jìn)行預(yù)制，每次可以步進(jìn) 0.1V。本次設(shè)計(jì)的數(shù)控?cái)?shù)顯穩(wěn)壓電源的輸出電壓圍是 015V，具有很高的使用價值。關(guān)鍵詞單片機(jī)，DAC0832，ICL7107，數(shù)碼管ABSTRACTABSTRACTDC power supply is used electronic equipment, widely used in teaching, research and other fields. The design is mainly linked Regulators, microcontroller control, digital di

4、splay, in order to on the AT89C51, digital-to-analog converter chip DAC0832. analog-to-digital conversion chip ICL7107, digital control and some important components of the rectifier, filter theory, Regulators series of principle, the principle of control microcontroller, figures showed that the pri

5、nciple of the education introduced. The graduation design is based on SCM 8051 and several to-analog converter chip DAC0832 CNC control system components Regulators right channeling joint control circuit, the circuit is set overcurrent protection, figures show, and other functions. DC power supply u

6、sed feedback Regulators Series . . . . IV / 53circuit, Large parts used feedback voltage comparator LM324 and three tubes, Voltage from the figures provided by the MCU volume DAC0832 conversion from analog to enlarge after the offer. Some shows use analog-to-digital conversion chip ICL7107 Direct Dr

7、ive Digital Display. In addition, the output voltage can be the size of the button in MCU for prefabricated, each step can be 0.1 V. The design of the NC Digital Power Supply output voltage range of 0-15V, with high value.KeywordsKeywords : AT89C51 ，DAC0832，ICL7107，LED. . . . V / 53目目 錄錄摘 要 I緒論1第 1

8、章 基礎(chǔ)知識介紹31.1 半導(dǎo)體二極管 31.2 半導(dǎo)體三極管 41.3 集成運(yùn)算放大器 51.4 模數(shù)轉(zhuǎn)換與顯示芯片 ICL710771.5 LED 數(shù)碼管顯示接口 101.6 變壓器的基本知識 12第 2 章單片機(jī)知識介紹152.1 單片機(jī)簡介 152.2 MCS-51 系列單片機(jī)介紹 172.3 DAC0832 介紹 21第 3 章方案論證253.1 三種不同的方案 253.2 三種方案的比較 26第 4 章穩(wěn)壓電源的主要模塊電路284.1 穩(wěn)壓電源的基本組成 284.2 主要單元電路的設(shè)計(jì) 28第 5 章軟件的設(shè)計(jì)345.1 軟件設(shè)計(jì)的概述 345.2 軟件設(shè)計(jì)具體思路 34第 6 章

9、總體電路分析376.1 穩(wěn)壓電源的總體設(shè)計(jì)思路 376.2. 穩(wěn)壓原理分析 37結(jié)論 /展望41致42. . . . VI / 53參考文獻(xiàn)42附錄43. . . . 1 / 53緒 論直流穩(wěn)壓電源是電子技術(shù)常用的設(shè)備之一,廣泛的應(yīng)用于教學(xué)、科研等領(lǐng)域。傳統(tǒng)的多功能直流穩(wěn)壓電源功能簡單、難控制、可靠性低、干擾大、精度低且體積大、復(fù)雜度高。普通直流穩(wěn)壓電源品種很多, 但均存在以下二個問題: 1) 輸出電壓是通過粗調(diào)(波段開關(guān)) 與細(xì)調(diào)(電位器)來調(diào)節(jié)。這樣, 當(dāng)輸出電壓需要精確輸出, 或需要在一個小圍改變時(如 1. 05 1. 07V ) ,困難就較大。另外, 隨著使用時間的增加, 波段開關(guān)與

10、電位器難免接觸不良, 對輸出會有影響。2) 穩(wěn)壓方式均是采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路, 對過載進(jìn)行限流或截流型保護(hù), 電路構(gòu)成復(fù)雜,穩(wěn)壓精度也不高。在家用電器和其他各類電子設(shè)備中，通常都需要電壓穩(wěn)定的直流電源供電。但在實(shí)際生活中，都是由 220V 的交流電網(wǎng)供電。這就需要通過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓電路將交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電。濾波器用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般傳統(tǒng)電路由濾波扼流圈和電容器組成，若由晶體管濾波器來替代，則可縮小直流電源的體積，減輕其重量，且晶體管濾波直流電源不需直流穩(wěn)壓器就能用作家用電器的電源，這既降低了家用電器的成本，又縮小了其體積，使家用電器小型化。傳統(tǒng)的直流穩(wěn)壓電源通常采用電

11、位器和波段開關(guān)來實(shí)現(xiàn)電壓的調(diào)節(jié),并由電壓表指示電壓值的大小. 因此,電壓的調(diào)整精度不高,讀數(shù)欠直觀,電位器也易磨損.而基于單片機(jī)控制的直流穩(wěn)壓電源能較好地解決以上傳統(tǒng)穩(wěn)壓電源的不足。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)的突飛猛進(jìn),現(xiàn)代工業(yè)應(yīng)用的工控產(chǎn)品均需要有低紋波、寬調(diào)整圍的高壓電源,特別是在一些高能物理領(lǐng)域,急需電腦或單片機(jī)控制的低紋波、寬調(diào)整圍的電源。從上世紀(jì)九十年代末起，隨著對系統(tǒng)更高效率和更低功耗的需求，電信與數(shù)據(jù)通訊設(shè)備的技術(shù)更新推動電源行業(yè)中直流/直流電源轉(zhuǎn)換器向更高靈活性和智能化方向發(fā)展。在 80 年代的第一代分布式供電系統(tǒng)開始轉(zhuǎn)向到 20 世紀(jì)末更為先進(jìn)的第四代分布式供電

12、結(jié)構(gòu)以與中間母線結(jié)構(gòu)，直流/直流電源行業(yè)正面臨著新的挑戰(zhàn)，即如何在現(xiàn)有系統(tǒng)加入嵌入式電源智能系統(tǒng)和數(shù)字控制。早在 90 年代中，半導(dǎo)體生產(chǎn)商們就開發(fā)出了數(shù)控電源管理技術(shù)，而在當(dāng)時，這種方案的性價比與當(dāng)時廣泛使用的模擬控制方案相比處與劣勢，因而無法被廣泛采用。 由于板載電源管理的更廣泛應(yīng)用和行業(yè)能源節(jié)約和運(yùn)行最優(yōu)化的關(guān)注，電源行業(yè)和半導(dǎo)體生產(chǎn)商們便開始共同開發(fā)這種名為“數(shù)控電源”的新產(chǎn)品。 . . . . 2 / 53現(xiàn)今隨著直流電源技術(shù)的飛躍發(fā)展, 整流系統(tǒng)由以前的分立元件和集成電路控制發(fā)展為微機(jī)控制, 從而使直流電源智能化, 具有遙測、遙信、遙控的三遙功能, 基本實(shí)現(xiàn)了直流電源的無人值守 設(shè)

13、計(jì)的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源主要由單片機(jī)系統(tǒng)、鍵盤、數(shù)碼管顯示器、D/ A 轉(zhuǎn)換電路、直流穩(wěn)壓電路等幾部分組成。單片機(jī)系統(tǒng)選用 89C51 型號單片機(jī), 含 4 K 的 ROM。 直流穩(wěn)壓電源是最常用的儀器設(shè)備, 在科研與實(shí)驗(yàn)中都是必不可少的。針對以上問題, 我設(shè)計(jì)了一套以單片機(jī)為核心的智能化直流電源。該電源采用薄膜輕觸鍵盤, 可對輸出電壓值進(jìn)行設(shè)置, 輸出由單片機(jī)通過 D/A , 控制驅(qū)動模塊輸出一個穩(wěn)定電壓。同時穩(wěn)壓方法采用單片機(jī)閉環(huán)控制, 單片機(jī)通過 A/D 采樣輸出電壓, 與設(shè)定值進(jìn)行比較, 若有偏差則調(diào)整輸出。工作過程中, 穩(wěn)壓電源的工作狀態(tài)(輸出電壓、電流等各種工作狀態(tài)) 均由單片機(jī)輸出驅(qū)

14、動 LED 顯示,由鍵盤控制進(jìn)行動態(tài)邏輯切換。本課題研究一種以單片機(jī)為核心的智能化高精度簡易直流電源的設(shè)計(jì), 該電源采用數(shù)字調(diào)節(jié)、閉環(huán)實(shí)時監(jiān)控、輸出精度高, 且兼?zhèn)潆p重過載保護(hù)功能, 特別適用于各種有較高精度要求的場合。. . . . 3 / 53第 1 章 基礎(chǔ)知識介紹1.1 半導(dǎo)體二極管1.1.1 二極管原理將 PN 結(jié)加上相應(yīng)的引線和管殼，就成為半導(dǎo)體二極管。按結(jié)構(gòu)分，二極管有點(diǎn)接觸型和面接觸型兩類。二極管既然是一個 PN 結(jié)，它當(dāng)然具有單向?qū)щ娦?，?dāng) 外加正向電壓很低時，由于外電場還不能克服 PN 結(jié)電場對多載流子（除少量能量較大者外）擴(kuò)散運(yùn)動的阻力，故正向電流很小，幾乎為零。當(dāng)正向電

15、壓超過一定數(shù)值后，電場大大削弱，電流增長很快。這個一定數(shù)值的正向電壓稱為死區(qū)電壓，通常硅管的死區(qū)電壓為 0.5V，鍺管約為 0.1V。導(dǎo)通時的正向壓降，硅管約為 0.60.8V，鍺管約為 0.20.3V。在二極管上加反向電壓時，由于少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動，形成很小的反向電流。反向電流有兩個特點(diǎn)：一是它隨溫度的上升增長很快；一是在反向電壓不超過某一圍時，反向電流的大小基本恒定。而與反向電壓的高低無關(guān)。故通常稱它為反向飽和電流。而當(dāng)外加反向電壓過高時，反向電流將突然增大 ，二極管失去單向?qū)щ娦裕@種現(xiàn)象稱為擊穿。二極管被擊穿后，一般不能恢復(fù)原來的性能，便失效了。1.1.2 二極管的主要參數(shù)：1 最大

16、整流電流最大整流電流是指二極管長時間使用時，允許通過二極管的最大正向平均電流。點(diǎn)接觸型的二極管的最大整流電流在幾十毫安以下。面接觸型二極管的最大整流電流較大。2 反向工作峰值電壓它是保證二極管不被擊穿而給出的反向峰值電壓，一般是反向擊穿電壓的一半或三分之二。3 反向峰值電流它是指在二極管上加反向工作峰值電壓時的反向電流值。. . . . 4 / 531.1.3 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管是一種特殊的面接觸型半導(dǎo)體硅二極管。由于它在電路中與適當(dāng)數(shù)值的電阻配合后能起穩(wěn)定電壓的作用，故稱為穩(wěn)壓管。穩(wěn)壓管工作于反向擊穿區(qū)。反向電壓在一定圍變化時，反向電流很小。當(dāng)反向電壓增高到擊穿電壓時，反向電流突然劇增，穩(wěn)壓管反向

17、擊穿。此后，電流雖然在很大圍變化，但穩(wěn)壓管兩端的電壓變化很小。利用這一特性，穩(wěn)壓管在電路中能起穩(wěn)壓作用。穩(wěn)壓管與一般二極管不一樣，它的反向擊穿是可逆的。當(dāng)去掉反向電壓之后，穩(wěn)壓管又恢復(fù)正常。但是，如果反向電流超過允許圍，穩(wěn)壓管將會發(fā)生熱擊穿而損壞。1.2 半導(dǎo)體三極管1.2.1 三級管工作原理半導(dǎo)體三極管（簡稱晶體管）是最重要的一種半導(dǎo)體器件。目前最常見的有平面型和合金型兩類。硅管只要是平面型，鍺管都是合金型。不論平面型或合金型，都分有 NPN 或 PNP 三層，因此又把晶體管分為 NPN 型和 PNP 型兩類。每一類都分成基區(qū)、發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，分別引出基極 B、發(fā)射極 E 和集電極 C。每一

18、類都有兩個 PN 結(jié)?；鶇^(qū)和發(fā)射區(qū)之間的結(jié)稱為發(fā)射結(jié)，基區(qū)和集電區(qū)之間的結(jié)稱為集電結(jié)。通常把晶體管的輸出特性曲線分為三個工作區(qū)：（1）放大區(qū)輸出特性曲線的近于水平部分是放大區(qū)。在放大區(qū)，Ic=IB。放大區(qū)也稱為線性區(qū)，因?yàn)?Ic 和 IB 成正比關(guān)系。當(dāng)晶體管工作于放大狀態(tài)時，發(fā)射結(jié)處于正向偏置，集電結(jié)處于反向偏置，即對 NPN 型管而言，應(yīng)使 UBE0，UBC0。（2）截止區(qū)IB=0 的曲線以下的區(qū)域稱為截止區(qū)。IB=0 時，Ic=ICEO。對 NPN 型硅管而言，當(dāng) UBE0.5V 時，即已開始截止，但是為了截止可靠，常使 UBE0。截止時集電結(jié)也處于反向偏置。（3）飽和區(qū)當(dāng) UCEUBE

19、 時，集電結(jié)處于正向偏置，晶體管工作于飽和狀態(tài)。在飽和區(qū)，IB 的變化對 Ic 的影響較小 ，兩者不成正比，放大區(qū)的 不能適用于飽和區(qū)。飽和時，發(fā)射結(jié)也處于正向偏置。. . . . 5 / 531.2.2 三極管的主要參數(shù)電流放大系數(shù) 當(dāng)晶體管工作在動態(tài)（有輸入信號）時，基極電流的變化量為IB，它引起集電極電流的變化量為Ic。Ic 與IB 的比值稱為動態(tài)電流（交流）放大系數(shù)=Ic/IB (公式 1-1)集-基極反向截止電流 ICBOICBO 是當(dāng)發(fā)射極開路時由于集電結(jié)處于反向偏置，集電區(qū)和基區(qū)中的少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動所形成的電流。集-射極反向截止電流 ICEOICEO 是當(dāng) IB=0（將基極開

20、路） 、集電結(jié)處于反向偏置和發(fā)射結(jié)處于正向偏置時的集電極電流。又因?yàn)樗孟笫菑募姌O直接穿透晶體管而達(dá)到發(fā)射極的，所以又稱為穿透電流。集電極最大允許電流 ICM集電極電流 Ic 超過一定值時，晶體管的 值要下降，當(dāng) 值下降到正常數(shù)值的三分之二時的集電極電流，稱為集電極最大允許電流 ICM。集電極最大允許耗散功率 PCM由于集電極電流在流經(jīng)集電結(jié)時將產(chǎn)生熱量，使結(jié)溫聲高，從而會引起晶體管參數(shù)變化。當(dāng)晶體管因受熱而引起參數(shù)變化不超過允許值時，集電極所消耗的最大功率，稱為集電極最大允許耗散功率 PCM。1.3 集成運(yùn)算放大器目前廣泛應(yīng)用的電壓型集成運(yùn)算放大器是一種高放大倍數(shù)的直接耦合放大器。在該集成

21、電路的輸入與輸出之間接入不同的反饋網(wǎng)絡(luò),可實(shí)現(xiàn)不同用途的電路,例如利用集成運(yùn)算放大器可非常方便的完成信號放大、信號運(yùn)算（加、減、乘、除、對數(shù)、反對數(shù)、平方、開方等） 、信號的處理（濾波、調(diào)制）以與波形的產(chǎn)生和變換。集成運(yùn)算放大器的種類非常多,可適用于不同的場合。 1.3.1 集成運(yùn)放的基本組成集成運(yùn)放一般由偏置電路、輸入級、中間級和輸出級四部分組成。另外，還有電平移動電路、短路保護(hù)電路等部分。. . . . 6 / 53（1）偏置電路：采用恒流源，向各級提供穩(wěn)定的靜態(tài)電流。（2）輸入級：采用差動放大器，減小零漂，提高輸入電阻。（3）中間級：采用一至兩級直接耦合放大器，提供足夠的電壓放大倍數(shù)。（

22、4）輸出級：采用功率放大器，提高集成運(yùn)放的帶負(fù)載能力，向負(fù)載提供一定的功率。1.3.2 集成運(yùn)算放大器的特點(diǎn)集成運(yùn)算放大器的一些特點(diǎn)與其制造工藝式緊密相關(guān)的，主要有以下幾點(diǎn)：一、在集成電路工藝中還難于制造電感元件；制造容量大于 200pF 的電容與比較困難，而且性能很不穩(wěn)定，所以集成電路中要盡量避免使用電容器。而運(yùn)算放大電路各級之間都采用直接耦合，基本上不采用電容元件，因此適合于集成化的要求。必須使用電容器的場合，也大多采用外接的辦法。二、運(yùn)算放大器的輸入級都采用差動放大電路，它要求兩管的性能應(yīng)該一樣。而集成電路中的各個晶體管是通過同一工藝過程制作在同一硅片上的，容易獲得特性相近的差動對管。又

23、由于管子在同一硅片上，溫度性能基本上保持一致，因此，容易制成溫度漂移很小的運(yùn)算放大器。三、在集成電路中，比較適合的阻值大致為 10030k。制作高阻值的電阻成本高，占用面積大，且阻值偏差大（10%20%） 。因此，在集成運(yùn)算放大器中往往用晶體管恒流源代替電阻。必須用直流高阻值電阻時，也常采用外接方式。1.3.3 正確選擇集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器是模擬集成電路中應(yīng)用最廣泛的一種器件。在由運(yùn)算放大器組成的各種系統(tǒng)中,由于應(yīng)用要求不一樣,對運(yùn)算放大器的性能要求也不一樣。 在沒有特殊要求的場合,盡量選用通用型集成運(yùn)放,這樣即可降低成本,又容易保證貨源。當(dāng)一個系統(tǒng)中使用多個運(yùn)放時,盡可能選用多運(yùn)放集

24、成電路,例如LM324、LF347 等都是將四個運(yùn)放封裝在一起的集成電路。 實(shí)際選擇集成運(yùn)放時,除優(yōu)值系數(shù)要考慮之外,還應(yīng)考慮其他因素。例如信號源的性質(zhì),是電壓源還是電流源;負(fù)載的性質(zhì),集成運(yùn)放輸出電壓和電流的是否滿足要求;環(huán)境條件,集成運(yùn)放允許工作圍、工作電壓圍、功耗與體積等因素是否滿足要求。1.3.4 四運(yùn)放集成電路 LM324. . . . 7 / 53LM324 是四運(yùn)放集成電路，它采用 14 腳雙列直插塑料封裝，外形如圖 12所示。它的部包含四組形式完全一樣的運(yùn)算放大器，除電源共用外，四組運(yùn)放相互獨(dú)立。每一組運(yùn)算放大器可用圖 11 所示的符號來表示，它有 5 個引出腳，其中“+” 、

25、 “-”為兩個信號輸入端， “V+” 、 “V-”為正、負(fù)電源端， “Vo”為輸出端。兩個信號輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端 Vo 的信號與該輸入端的位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端 Vo 的信號與該輸入端的相位一樣。LM324 的引腳排列見圖 1-2。 圖 1-1 運(yùn)算放大器圖示 圖 1-2 LM324 引腳排列由于 LM324 四運(yùn)放電路具有電源電壓圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用在各種電路中。1.4 模數(shù)轉(zhuǎn)換與顯示芯片 ICL7107ICL7107 是一塊應(yīng)用非常廣泛的集成電路。它包含 3 1/2 位數(shù)字 A/D 轉(zhuǎn)換器，

26、可直接驅(qū)動 LED 數(shù)碼管，部設(shè)有參考電壓、獨(dú)立模擬開關(guān)、邏輯控制、顯示驅(qū)動、自動調(diào)零功能等。這里我們介紹一種她的典型應(yīng)用電路-數(shù)字電壓表的制作。其電路如附圖。制作時，數(shù)字顯示用的數(shù)碼管為共陽型，2K 可調(diào)電阻最好選用多圈電阻，分壓電阻選用誤差較小的金屬膜電阻，其它器件選用正品即可。該電路稍加改造，還可演變出很多電路，如數(shù)顯電流表、數(shù)顯溫度計(jì)等。1.4.1 ICL7107 引腳與各引腳的功能ICL7107 型 A/D 轉(zhuǎn)換器是把模擬電路與數(shù)字電路集成在一塊芯片上的大規(guī)模的 CMOS 集成電路，它具有功耗低、輸入阻抗高、躁聲低，能直接驅(qū)動共陽極 LED顯示器，不需另加驅(qū)動器件，使轉(zhuǎn)換電路簡化等特

27、點(diǎn)。圖 1-3 是它的引腳排列與功能，各引出端功能見附表 1-1。. . . . 8 / 53圖 1-3 ICL7107 引腳功能圖表 1-1 ICL710 各引腳功能表端名功能V+和 V-電源的正極和負(fù)極aUgUaTgTaHgH個位、十位、百位筆畫的驅(qū)動信號，依次接至個位、十位、百位數(shù)碼管的相應(yīng)筆畫電極Abk千位筆畫驅(qū)動信號，接千位數(shù)碼管的 a、b 兩個筆畫電極PM負(fù)極性指示的輸出端，接千位數(shù)碼管的 g 段。PM 為低電位時顯示負(fù)號INT積分器輸出端，接積分電容BUF緩沖放大器的輸出端，接積分電阻AZ積分器和比較器的反相輸入端，接自動調(diào)零電容IN+、IN-模擬量輸入端，分別接輸入信號的正端與

28、負(fù)端COM模擬信號公共端，即模擬地C外接基準(zhǔn)電壓端基準(zhǔn)電壓的正端和基準(zhǔn)電壓的負(fù)端TEST測試端。該端經(jīng) 500 電阻接至邏輯線路的公共地。當(dāng)作“測試指示”時，把它與 V+短路后，LED 全部筆畫點(diǎn)亮，顯示數(shù)-1888OSCOSC時鐘振蕩器的引出端，外接阻容元件組成的多諧振蕩器 由 CC7107 組成的 3位直流數(shù)字電壓表外圍元件的作用是：（1） R1、C1 為時鐘振蕩器的 RC 網(wǎng)絡(luò)。. . . . 9 / 53（2） R2、R3 是基準(zhǔn)電壓的分壓電路。R2 使基準(zhǔn)電壓 V=1V（3） R4、C3 為輸入端阻容濾波電路，以提高電壓表的抗干擾能力，并能增強(qiáng)它的過載能力。（4） C2、C4 分別是

29、基準(zhǔn)電容和自動調(diào)零電容。（5） R5、C5 分別是積分電阻和積分電容。（6） CC7107 的第 21 腳（GND）為邏輯地，第 37 腳（TEST）經(jīng)過芯片部的500 電阻與 GND 接通。（7） 芯片本身功耗小于 15mW（不包括 LED） ，能直接驅(qū)動共陽極的 LED 顯示器，不需要另加驅(qū)動器件，在正常亮度下每個數(shù)碼管的全亮筆畫電流大約為4050mA。CC7107 沒有專門的小數(shù)點(diǎn)驅(qū)動信號，使用時可將共陽極數(shù)碼管的公共陽極接V+，小數(shù)點(diǎn)接 GND 時點(diǎn)亮，接 V+時熄滅。1.4.2 ICL7107 使用注意事項(xiàng)1.辨認(rèn)引腳：芯片的第一腳，是正放芯片，面對型號字符，然后，在芯片的左下方為第

30、一腳。也可以把芯片的缺口朝左放置，左下角也就是第一腳了。許多廠家會在第一腳旁邊打上一個小圓點(diǎn)作為標(biāo)記。知道了第一腳之后，按照反時針方向去走，依次是第 2 至第 40 引腳。 （1 腳與 40 腳遙遙相對） 。 2.牢記關(guān)鍵點(diǎn)的電壓：芯片第一腳是供電，正確電壓是 DC5V 。第 36 腳是基準(zhǔn)電壓，正確數(shù)值是 100mV，第 26 引腳是負(fù)電源引腳，正確電壓數(shù)值是負(fù)的，在 3V 至 5V 都認(rèn)為正常，但是不能是正電壓，也不能是零電壓。芯片第 31 引腳是信號輸入引腳，可以輸入 199.9mV 的電壓。在一開始，可以把它接地，造成“0”信號輸入，以方便測試。 3.注意芯片 27,28,29 引腳的

31、元件數(shù)值，它們是 0.22uF,47K,0.47uF 阻容網(wǎng)絡(luò)，這三個元件屬于芯片工作的積分網(wǎng)絡(luò)，不能使用瓷片電容。芯片的 33 和 34 腳接的 104 電容也不能使用瓷片電容。 4.注意接地引腳：芯片的電源地是 21 腳，模擬地是 32 腳，信號地是 30 腳，基準(zhǔn)地是 35 腳，通常使用情況下，這 4 個引腳都接地，在一些有特殊要求的應(yīng)用中（例如測量電阻或者比例測量） ，30 腳或 35 腳就可能不接地而是按照需要接到其他電壓上。5.負(fù)電壓產(chǎn)生電路：負(fù)電壓電源可以從電路外部直接使用 7905 等芯片來提供，但是這要求供電需要正負(fù)電源，通常采用簡單方法，利用一個 +5V 供電就可以解決問題

32、。比較常用的方法是利用 ICL7660 或者 NE555 等電路來得到，這樣需要增加硬件成本。我們常用一只 NPN 三極管，兩只電阻，一個電感來進(jìn)行. . . . 10 / 53信號放大，把芯片 38 腳的振蕩信號串接一個 20K 56K 的電阻連接到三極管“B”極，在三極管“C”極串接一個電阻（為了保護(hù)）和一個電感（提高交流放大倍數(shù)） ，在正常工作時，三極管的“C”極電壓為 2.4V 2.8V 為最好。這樣，在三極管的“C”極有放大的交流信號，把這個信號通過 2 只 4u7 電容和 2 支 1N4148 二極管，構(gòu)成倍壓整流電路，可以得到負(fù)電壓供給 ICL7107 的 26 腳使用。這個電壓

33、，最好是在 3.2V 到 4.2V 之間。 6.如果上面的所有連接和電壓數(shù)值都是正常的，也沒有“短路”或者“開路”故障，那么，電路就應(yīng)該可以正常工作了。利用一個電位器和指針萬用表的電阻 X1 檔，我們可以分別調(diào)整出 50mV,100mV,190 mV 三種電壓來，把它們依次輸入到 ICL7107 的第 31 腳，數(shù)碼管應(yīng)該對應(yīng)分別顯示 50.0,100.0,190.0 的數(shù)值，允許有 2 3 個字的誤差。如果差別太大，可以微調(diào)一下 36 腳的電壓。 7.比例讀數(shù)：把 31 腳與 36 腳短路，就是把基準(zhǔn)電壓作為信號輸入到芯片的信號端，這時候，數(shù)碼管顯示的數(shù)值最好是 100.0 ，通常在 99.

34、7 100.3 之間，越接近 100.0 越好。這個測試是看看芯片的比例讀數(shù)轉(zhuǎn)換情況，與基準(zhǔn)電壓具體是多少 mV 無關(guān)，也無法在外部進(jìn)行調(diào)整這個讀數(shù)。如果差的太多，就需要更換芯片了。 8.ICL7107 也經(jīng)常使用在 1.999V 量程，這時候，芯片 27,28,29 引腳的元件數(shù)值，更換為 0.22uF,470K,0.047uF 阻容網(wǎng)絡(luò)，并且把 36 腳基準(zhǔn)調(diào)整到 1.000V 就可以使用在1.999V 量程了。1.5 LED 數(shù)碼管顯示接口1.5.1 LED 數(shù)碼管LED 數(shù)碼管是由發(fā)光二極管作為顯示字段的數(shù)碼型顯示器件。圖 1-4a 為0.5inLED 數(shù)碼管的外形和引腳圖，其中七只發(fā)

35、光二極管分別對應(yīng) ag 筆段構(gòu)成“”字形另一只發(fā)光二極管 Dp 作為小數(shù)點(diǎn)。因此這種 LED 顯示器稱為七段數(shù)碼管或八段數(shù)數(shù)碼。. . . . 11 / 53 圖 1-4 LED 數(shù)碼管LED 數(shù)碼管按電路中的連接方式可以分為共陰型和共型兩大類，如圖 1-4 示b、c 所示。共陽型是將各段發(fā)光二極管的正極連在一起，作為公共端 COM，公共端 COM 接高電平，ag、Dp 各筆段通過限流電阻接控制端。某筆段控制端低電平時，該筆段發(fā)光，高電平時不發(fā)光?？刂瓶翈锥喂P段發(fā)光，就能顯示出某個數(shù)碼或字符。共陰型是將各數(shù)碼發(fā)光二極管的負(fù)極連在一起，作為公共端 COM 接地，某筆段通過限流電阻接高電平時發(fā)光。

36、LED 數(shù)碼管按其外形尺寸有多種形式，使用較多的是 0.5in 和 0.8in；按顯示顏色也有多種形式，主要有紅色和綠色；按亮度強(qiáng)弱可分為高亮和普亮，指通過同樣的電流顯示亮度不一樣，這是因發(fā)光二極管的材料不一樣而引起的。LED 數(shù)碼管的使用與發(fā)光二極管一樣，根據(jù)其材料不同正向壓降一般為1.52V 額定電流為 10mA，最大電流為 40mA。靜態(tài)顯示時取 10mA 為宜，動態(tài)掃描顯示可加大，可脈沖電流，但一般不超過 40mA。1.5.2LED 數(shù)碼管顯示方式和典型應(yīng)用電路LED 數(shù)碼管顯示電路在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中可分為靜態(tài)顯示方式和動態(tài)顯示方式。（1）靜態(tài)顯示方式在靜態(tài)顯示方式下，每一位顯示器的字

37、段需要一個 8 位 I/O 口控制，而且該I/O 口須有鎖存功能，N 位顯示器就需要 N 個 8 位 I/O 口，公共端可直接接+5V（共陽）或接地（共陰） 。顯示時，每一位字段碼分別從 I/O 控制口輸出，保持不變直至 CPU 刷新顯示為止。也就是各字段的亮滅狀態(tài)不變。靜態(tài)顯示方式編程較簡單，但占用 I/O 口線多，即軟件簡單、硬件成本高，一般適用顯示位數(shù)較少的場合。（2） 動態(tài)掃描顯示方式. . . . 12 / 53當(dāng)要求顯示位數(shù)較多時，為了簡化電路、降低硬件成本，通常采用動態(tài)掃描顯示電路。所謂動態(tài)掃描顯示電路是將顯示各位的所有一樣字段線連在一起，每一位的 a 段連在一起，b 段連在一起

38、g 段連在一起，共 8 段，由一個 8 位 I/O口控制，而每一位的公共端（共陽或共陰 COM）由另一個 I/O 口控制，如圖 1-5所示。這種連接方式由于將多位字段線連在一起，當(dāng)輸出字段碼時，由于多們同時選通，每一位將顯示一樣的容。因此，要想顯示不同的容。必須采取輪流顯示的方式。即在某一瞬間時，只讓某一位的字位線處于選通狀態(tài)（共陰極 LED 數(shù)碼管為低電平，共陽極為高電平） ，其他各位的字位線處于開斷狀態(tài)，同時字段線上輸出這一位相應(yīng)要顯示字符的字段碼。在這一瞬時，只有這一位在顯示，其他幾位暗。同樣在下一瞬時，單獨(dú)顯示下一樣，這樣依次輪流顯示，循環(huán)掃描。由于人的視覺滯留效應(yīng)，人們看到的是多位同

39、時穩(wěn)定顯示。 圖 1-5 動態(tài)顯示 LED 數(shù)碼管連接方式本設(shè)計(jì)為靜態(tài)顯示，電路中圖所示。顯示器由 5 個 LED 數(shù)碼管組成。輸入只有兩個信號，它們是串行數(shù)據(jù)線 DIN 和移位信號 CLK。5 個串/并移位寄存器芯片74LS164 首尾相連。每片的并行輸出作為 LED 數(shù)碼管的段碼。1.6 變壓器的基本知識變壓器幾乎在所有的電子產(chǎn)品中都要用到，它原理簡單但根據(jù)不同的使用場合（不同的用途）變壓器的繞制工藝會有所不同的要求。變壓器的功能主要有：電壓變換；阻抗變換；隔離；穩(wěn)壓（磁飽和變壓器）等，變壓器常用的鐵心形狀一般有 E 型和 C 型鐵心。. . . . 13 / 531.6.1 變壓器的基本

40、原理當(dāng)一個正弦交流電壓 U1 加在初級線圈兩端時，導(dǎo)線中就有交變電流 I1 并產(chǎn)生交變磁通 1，它沿著鐵心穿過初級線圈和次級線圈形成閉合的磁路。在次級線圈中感應(yīng)出互感電勢 U2，同時 1 也會在初級線圈上感應(yīng)出一個自感電勢E1，E1 的方向與所加電壓 U1 方向相反而幅度相近，從而限制了 I1 的大小。為了保持磁通 1 的存在就需要有一定的電能消耗，并且變壓器本身也有一定的損耗，盡管此時次級沒接負(fù)載，初級線圈中仍有一定的電流，這個電流我們稱為“空載電流” 。如果次級接上負(fù)載，次級線圈就產(chǎn)生電流 I2，并因此而產(chǎn)生磁通 2，2的方向與 1 相反，起了互相抵消的作用，使鐵心中總的磁通量有所減少，從

41、而使初級自感電壓 E1 減少，其結(jié)果使 I1 增大，可見初級電流與次級負(fù)載有密切關(guān)系。當(dāng)次級負(fù)載電流加大時 I1 增加，1 也增加，并且 1 增加部分正好補(bǔ)充了被 2 所抵消的那部分磁通，以保持鐵心里總磁通量不變。如果不考慮變壓器的損耗，可以認(rèn)為一個理想的變壓器次級負(fù)載消耗的功率也就是初級從電源取得的電功率。變壓器能根據(jù)需要通過改變次級線圈的圈數(shù)而改變次級電壓，但是不能改變允許負(fù)載消耗的功率。1.6.2 變壓器的損耗當(dāng)變壓器的初級繞組通電后，線圈所產(chǎn)生的磁通在鐵心流動，因?yàn)殍F心本身也是導(dǎo)體，在垂直于磁力線的平面上就會感應(yīng)電勢，這個電勢在鐵心的斷面上形成閉合回路并產(chǎn)生電流，好象一個旋渦所以稱為“

42、渦流” 。這個“渦流”使變壓器的損耗增加，并且使變壓器的鐵心發(fā)熱變壓器的溫升增加。由“渦流”所產(chǎn)生的損耗我們稱為“鐵損” 。另外要繞制變壓器需要用大量的銅線，這些銅導(dǎo)線存在著電阻，電流流過時這電阻會消耗一定的功率，這部分損耗往往變成熱量而消耗，我們稱這種損耗為“銅損” 。所以變壓器的溫升主要由鐵損和銅損產(chǎn)生的。由于變壓器存在著鐵損與銅損，所以它的輸出功率永遠(yuǎn)小于輸入功率，為此我們引入了一個效率的參數(shù)來對此進(jìn)行描述，=輸出功率/輸入功率。1.6.3 變壓器的材料要繞制一個變壓器我們必須對與變壓器有關(guān)的材料要有一定的認(rèn)識，為此這. . . . 14 / 53里我就介紹一下這方面的知識。1 鐵心材料

43、： 變壓器使用的鐵心材料主要有鐵片、低硅片，高硅片，的鋼片中加入硅能降低鋼片的導(dǎo)電性，增加電阻率，它可減少渦流，使其損耗減少。我們通常稱為加了硅的鋼片為硅鋼片，變壓器的質(zhì)量所用的硅鋼片的質(zhì)量有很大的關(guān)系，硅鋼片的質(zhì)量通常用磁通密度 B 來表示，一般黑鐵片的 B 值為 6000-8000、低硅片為9000-11000，高硅片為 12000-16000，2 繞制變壓器通常用的材料有 漆包線，沙包線，絲包線，最常用的漆包線。對于導(dǎo)線的要求，是導(dǎo)電性能好，絕緣漆層有足夠耐熱性能，并且要有一定的耐腐蝕能力。一般情況下最好用Q2 型號的高強(qiáng)度的聚脂漆包線。3 絕緣材料在繞制變壓器中，線圈框架層間的隔離、繞

44、阻間的隔離，均要使用絕緣材料，一般的變壓器框架材料可用酚醛紙板制作，層間可用聚脂薄膜或紙作隔離，繞阻間可用黃臘布作隔離。4 浸漬材料：變壓器繞制好后，還要過最后一道工序，就是浸漬絕緣漆，它能增強(qiáng)變壓器的機(jī)械強(qiáng)度、提高絕緣性能、延長使用壽命，一般情況下，可采用甲酚清漆作為浸漬材料。. . . . 15 / 53第 2 章 單片機(jī)知識介紹2.1 單片機(jī)簡介單片機(jī) SCM(Single Chip Microcomputer)，即 MicroController，是把微型計(jì)算機(jī)主要部分都集成在一個芯片上的單芯片微型計(jì)算機(jī)。主要包括了微處理器(CPU)、存儲器(ROM、RAM)、輸入/輸出口(1/0 口

45、)和定時器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)等功能部件。單片機(jī)自 70 年代出現(xiàn)以來，已經(jīng)有了很大的發(fā)展，被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、測量控制、工業(yè)自動化、智能接口和智能儀表等許多領(lǐng)域。例如:單片機(jī)與傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品相結(jié)合后簡化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)控制智能化，成為新一代的機(jī)、電一體化產(chǎn)品;利用單片機(jī)來構(gòu)成各種工業(yè)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等;在大型工業(yè)測控系統(tǒng)中，單片機(jī)進(jìn)行接口的控制與管理，與計(jì)算機(jī)主機(jī)并行工作，可以大大提高系統(tǒng)運(yùn)行速度。2.1.1 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)與組成目前，單片機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有兩種類型：一種是將程序和數(shù)據(jù)存儲器分開使用，即哈佛（Harvard）結(jié)構(gòu)，當(dāng)前的單片機(jī)大都是這種結(jié)構(gòu)。另一種是采用和 PC 機(jī)的.諾依曼（Vo

46、n Neumann）類似的原理，對程序和數(shù)據(jù)存儲器不作邏輯上的區(qū)分， 即普林斯頓（Princeton）用來存放用戶程序，可分為 EPROM、OTP、ROM 和FLASH 等類。EPROM 型存 儲器編程后其容可用紫外線擦除，用戶可反復(fù)使用，故特別適用于開發(fā)過程，但 EPROM 型單片機(jī)價格很高。具有 ROM 型（掩膜型）存儲器的單片機(jī)價格最低，它適用于大批量生產(chǎn)。OTP 型（一次可編程）單片機(jī)介于EPROM 和 ROM 型單片機(jī)之間，它允許用戶自己對其編程，但只能寫入一次。Flash型（閃速型）單片機(jī)允許用戶使用編程工具或在線快速修改程序代碼，且可反復(fù)使用，故一推出就受到廣大用戶的歡迎。隨機(jī)存

47、儲器（RAM）：用來存放程序運(yùn)行時的工作變量和數(shù)據(jù)，由于 RAM 的制作工藝復(fù)雜，價格比 ROM 高得多，所以單片機(jī)的部 RAM 非常寶貴，通常僅有幾十到幾百個字節(jié)。最近出現(xiàn)了 EEPROM 或FLASH 型的數(shù)據(jù)存儲器，方便用戶存放不經(jīng)常改變的數(shù)據(jù)與其它重要信息。單片機(jī)通常還有特殊寄存器和通用寄存器，它們是單片機(jī)中存取速度最快的存儲器，但通常存儲空間很小。中央處理器（CPU）:是單片機(jī)的核心單元，通常由算術(shù)邏輯運(yùn)算部件 ALU 和控制部件構(gòu)成。CPU 就象人的大腦一樣，決定了單片機(jī)的運(yùn)算. . . . 16 / 53能力和處理速度。并行輸入/輸出（I/O）端口:通常為獨(dú)立的雙向口，任何口既可

48、以用作輸入方式，又可以作輸出方式，通過軟件編程來設(shè)定?，F(xiàn)代的單片機(jī)的I/O 口也有不同的功能，有的部具有上拉或下拉電阻，有的是漏極開路輸出，有的能提供足夠的電流可以直接驅(qū)動外部設(shè)備。I/O 是單片機(jī)的重要資源，也是衡量單片機(jī)功能的重要指標(biāo)之一。串口輸入/輸出口:用于單片機(jī)和串行設(shè)備或其他單片機(jī)的通信。串行通信有同步和異步之分，這可以用硬件或通用串行收發(fā)器件來實(shí)現(xiàn)。不同的單片機(jī)可能提供不同標(biāo)準(zhǔn)的串行通信接口，如USART、SPI、I2C、MicroWire 等。定時器/計(jì)數(shù)器（T/C）:單片機(jī)部用于精確定時或?qū)ν獠渴录ㄝ斎胄盘柸缑}沖）進(jìn)行計(jì)數(shù)，有的單片機(jī)部有多個定時/計(jì)數(shù)器。系統(tǒng)時鐘:通常需要

49、外接石英晶體或其他振蕩源來提供時鐘信號輸入，也有的使用部 RC 振蕩器。以上是單片機(jī)的基本構(gòu)成，現(xiàn)代的單片機(jī)又加入了許多新的功能部件，如模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器（A/D） 、數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器（D/A） 、溫度傳感器、液晶（LCD）驅(qū)動電路、電壓監(jiān)控、看門狗（WDT）電路、低壓檢測（LVD）電路等等。2.1.2 單片機(jī)的種類單片機(jī)可按應(yīng)用領(lǐng)域、通用性、總線結(jié)構(gòu)分類。(1) 按應(yīng)用領(lǐng)域可分為：家用類、工控類、通信類、個人信息終端等。(2) 按通用性可分為：通用型和專用型（如計(jì)費(fèi)率電表、電子記事本） 。(3) 按總線結(jié)構(gòu)可分為：總線型和非總線型。單片機(jī)的供應(yīng)狀態(tài)按提供的存儲器類型可分為以下五種狀態(tài)。(1)

50、MASKROM 類：程序在芯片封裝過程中掩膜工藝制作到 ROM 區(qū)中，如80C51，適合大批生產(chǎn)。(2) EPROM 類：紫外線可擦寫存儲器如 87C51，價格較貴。(3) ROMless 類：無 ROM 存儲器，如 80C31，電路擴(kuò)展復(fù)雜，較少用。(4) OTPROM 類：可一次性寫入程序。(5) FlashROM（MTPROM）類：可多次編程寫入的存儲器，如 89C51、89C52，其成本低開發(fā)調(diào)試方便，在惡劣環(huán)境下可靠性不與 OTPROM2.1.3 單片機(jī)的應(yīng)用單片機(jī) SCM，即 MicroController，是把微型計(jì)算機(jī)主要部分都集成在一個芯片上的單芯片微型計(jì)算機(jī)。主要包括了微處

51、理器(CPU)、存儲器(ROM、RAM)、輸入/輸出口(1/0 口)和定時器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)等功能部件。單片機(jī)自 70 年代. . . . 17 / 53出現(xiàn)以來，已經(jīng)有了很大的發(fā)展，被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、測量控制、工業(yè)自動化、智能接口和智能儀表等許多領(lǐng)域。例如:單片機(jī)與傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品相結(jié)合后簡化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)控制智能化，成為新一代的機(jī)、電一體化產(chǎn)品;利用單片機(jī)來構(gòu)成各種工業(yè)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等;在大型工業(yè)測控系統(tǒng)中，單片機(jī)進(jìn)行接口的控制與管理，與計(jì)算機(jī)主機(jī)并行工作，可以大大提高系統(tǒng)運(yùn)行速度。2.2 MCS-51 系列單片機(jī)介紹MCS-51 單片機(jī)是 Intel 公司推出的世界上著名的高性能

52、低功耗非易失性存儲器和數(shù)字集成電路的一流半導(dǎo)體，它的 EEPROM 電可擦除技術(shù)、閃速存儲器技術(shù)和質(zhì)量、高可靠性的生產(chǎn)技術(shù)。在 CMOS 器件生產(chǎn)領(lǐng)域中，Intel 的先進(jìn)設(shè)計(jì)水平、優(yōu)秀的生產(chǎn)工藝與封裝技術(shù)一直處于世界的領(lǐng)先地位，這些技術(shù)用于單片機(jī)生產(chǎn)使單片機(jī)也具有優(yōu)秀的品質(zhì)、在結(jié)構(gòu)、性能和功能等方面都有明顯的優(yōu)勢。Intel 公司的單片機(jī)是目前世界上一種獨(dú)具特色而性能卓越的單片機(jī)。它在計(jì)算機(jī)外部設(shè)備、通訊設(shè)備、自動化工業(yè)控制、宇航設(shè)備、儀器儀表和各消費(fèi)類產(chǎn)品中都有著廣泛的應(yīng)用前景。2.2.1 MCS-51 系列單片機(jī)的主要性能特點(diǎn)MCS-51 系列單片機(jī)的典型產(chǎn)品主要為 8051、8751、

53、8031。它們的基本組成和基本性能都是一樣的。常用的 MCS-51 這個術(shù)語，泛指以 8051 為核的單片機(jī)。8051 是 ROM 型單片機(jī)，部有 4KB 的掩膜 ROM，即單片機(jī)出廠時，程序已由生產(chǎn)廠家固化在程序存儲器中；8751 片含有 4KB 的 EPROM，用戶可以把編寫好的程序用開發(fā)機(jī)或編程器寫如其中，需要修改時，可以先用紫外線擦出器擦出，然后再寫入新的程序；8031 片沒有 ROM，使用時需在片外接 EPROM。除此之外，8051、8751 和 8031 的部結(jié)構(gòu)是完全一樣的，都具有如下特性：(1) 面向控制的 8 位 CPU。(2) 128B 的片數(shù)據(jù)存儲器。(3) 可以尋址 6

54、4KB 的片外程序存儲器。(4) 可以尋址 64KB 的片外數(shù)據(jù)存儲器。(5) 32 根雙向和可單獨(dú)尋址的 I/O 線。(6) 一個全雙工的異步串行口。(7) 兩個 16 位定時器/計(jì)數(shù)器。(8) 5 個中斷源，兩個中斷優(yōu)先級。(9) 有片時鐘振蕩器。. . . . 18 / 53(10) 采用高性能的 HMOS 生產(chǎn)工藝生產(chǎn)。(11) 有布爾處理（位操作）能力。(12) 含基本指令 111 條，其中單機(jī)器周期指令 64 條。2.2.2MCS-51 系列單片機(jī)的部總體結(jié)構(gòu)MCS-51 單片機(jī)有 8 個部件組成，即中央處理器（CPU） ，片數(shù)據(jù)存儲器（RAM） ，片程序存儲器（ROM/EPROM

55、） ，輸入/輸出接口（I/O 口，分為 P0 口、P1 口、P2 口和 P3 口） ?？删幊檀锌冢〞r/計(jì)數(shù)器，中斷系統(tǒng)與特殊功能寄存器。各部分通過部總線連接。MCS-51 系列單片機(jī)的部結(jié)構(gòu)框圖如圖 2-1 所示。圖 2-1 MCS-51 系列單片機(jī)的部總體結(jié)構(gòu)框圖2.2.3MCS-51 系列單片機(jī)的引腳功能如圖 2-2 是 MCS-51 系列單片機(jī)的引腳結(jié)構(gòu)圖，是雙列直插封裝（DIP）方式。下面分別敘述這些引腳的功能。. . . . 19 / 53圖 2-2 MCS-51 系列單片機(jī)引腳圖(1)主電源引腳VCC：電源端。GND：接地端。(2)接晶體引腳 XTAL1 和 XTAL2XTAL

56、1：接外部晶體的一個引腳。在單片機(jī)部，它是一個反向放大器的輸入端，這個構(gòu)成片振蕩器。當(dāng)采用外部振蕩器時，對于 HMOS 單片機(jī)，此引腳應(yīng)接地；對于 CHMOS 單片機(jī)，此引腳作為驅(qū)動端。XTAL2：接外部晶體的另一個引腳。在單片機(jī)部，它是上述振蕩器的反相放大器的輸出端。當(dāng)采用外部振蕩器時，對 HMOS 單片機(jī)，此引腳接收振蕩器的信號，即把此信號直接接到部時鐘發(fā)生器的輸入端；對 CHMOS 單片機(jī)，此引腳應(yīng)懸浮不連接。(3)或與其他電源復(fù)用引腳 RESET/VPD，ALE/，/VPPPROGPSENEARESET/VPD：當(dāng)振蕩器運(yùn)行時，在該引腳上出現(xiàn)兩個機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位；VCC

57、掉電期間，此引腳可接備用電源，以保持部 RAM 的數(shù)據(jù)不丟失；當(dāng) VCC 掉到低于規(guī)定水平，而 VPD 在其規(guī)定的電壓圍（5+0.5V 或 5-0.5V） ，VPD向部 RAM 提供備用電源。ALE/：當(dāng)訪問外部存儲器時，MCS-51 系列單片機(jī)即用 P0 口作為低 8PROG位地址輸出口，又作為數(shù)據(jù)輸入/輸出口。為了使地址與數(shù)據(jù)不至于混淆，通常先送地址再傳送數(shù)據(jù)。ALE（地址鎖存允許）將 P0 口輸出的低 8 位地址鎖存，從而實(shí)現(xiàn)低位地址與數(shù)據(jù)的分離。即使不訪問外部存儲器，ALE 端仍以不變的頻率（此頻率為振蕩器頻率的 1/6）周期性地出現(xiàn)正脈沖信號。因此，它可用作對外輸出的時鐘，或用于定時

58、目的。然而要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。如果需要的話，通過對專用寄存器（SFR）區(qū)中 8EH 單元. . . . 20 / 53的 D0 位置數(shù)，可禁止 ALE 操作。該位置數(shù)后，只有在執(zhí)行一條 MOVX 或 MOVC 指令期間，ALE 才會被激活。另外，該引腳會被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時，該設(shè)定禁止 ALE 位無效。：程序存儲允許（）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號。當(dāng)PSENPSENAT89C51/LV51 由外部程序存儲器取指令（或常數(shù)）時，每個機(jī)器周期兩次有效（即輸出 2 個脈沖） 。但在此期間，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩PSEN次有效的信號

59、將不出現(xiàn)。PSEN/VPP：當(dāng)端保持高電平（接 Vcc 端）時，CPU 則執(zhí)行部程序存儲器中EAEA的程序。但在 PC（程序計(jì)數(shù)器）值超過 0FFFH（對于 8051/8751/80C51）或1FFFH（對于 8032）時，將自動轉(zhuǎn)向訪問外部寄存器。當(dāng) EA 保持低電平時，不管是否有部程序存儲器，則只訪問外部程序存儲器。(4)輸出引腳 P0.0P0.7，P1.0P1.7，P2.0P2.7 和 P3.0P3.7。P0 口（P0.0P0.7）：P0 口是雙向 8 位三態(tài) I/O 口。在訪問外部存儲器時，可分時做低 8 位地址線和 8 位數(shù)據(jù)線；在 EPROM 編程時，它出入指令字節(jié)，而在驗(yàn)證程序時

60、，則輸出指令字節(jié)。P0 口能驅(qū)動 8 個 LSTTL 輸入。P1 口（P1.0P1.7）：P1 口是一個帶有部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。在EPROM 編程和程序驗(yàn)證時，它接收低 8 位地址，能驅(qū)動 4 個 LSTTL 輸入。P2 口（P2.0P2.7）：P2 口是一個帶有部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。在訪問外部存儲器時，它送出高 8 位地址，能驅(qū)動 4 個 LSTTL 輸入。P3 口（P3.0P3.7）：P3 口是一個帶部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。在MCS-51 系列單片機(jī)中，這 8 個引腳都有各自的第二功能，在實(shí)際工作中，大多數(shù)情況下都使用 P3 口的第二功能，表