毕业设计基于AT89S51单片机的数字稳压电源设计.doc
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1、河南科技学院毕业设计论文论文题目:数字稳压电源设计 系 部 专 业 班 级 学生姓名 指导教师 学 号 目 录软件介绍.1设计任务.3 英文摘要.3绪论.4第一章、设计要求与方案论证.51.1 设计要求.51.2 系统基本方案选择和论证.51.2.1单片机芯片的选择方案和论证.51.2.2 显示模块选择方案和论证.51.2.3 时钟芯片的选择方案和论证.61.2.4 温度传感器的选择方案与论证.61.3 电路设计最终方案决定.6第二章、系统的硬件设计与实现.72.1 电路设计框图.72.2 系统硬件概述.72.3主要单元电路的设计.82.3.1单片机主控制模块的设计.82.3.2时钟电路模块的
2、设计.112.3.3温度采集模块设计.122.3.4 电路原理及说明.132.3.5显示模块的设计.16第三章、系统的软件设计.223.1程序流程框图.223.2 子程序的设计.253.2.1 DS18B20温度子程序.253.2.2 读、写DS1302子程序.26第四章、指标测试.284.1 测试仪器.284.2硬件测试.284.3软件测试.284.4测试结果分析与结论.294.4.1 测试结果分析.294.4.2 测试结论.29结束语.30致谢、参考文献.31附录一原理图.32附录二PCB图.32摘 要设计一种基于单片机的电子时钟。针对题目要求,本系统电路设计采用AT89S51单片机,作为
3、液晶显示万年历的中心控制器件。按照硬件应用电路与软件设计模块化的设计思路,依据设计方案的要求,本系统电路设计分为: AT89S51单片机最小系统、温度检测(DS18B20)电路模块,实时时钟(DS12C887)电路模块,LCD显示电路模块,按键控制电路模块等几个部分。这样设计的结果使电路结构简洁,各种要求能完全保证,同时使系统电路的稳定性得到提高。在显示控制的编程中,查阅许多相关资料,经过最后的软件仿真与调试,硬件电路的性能测试,证明是成功的。关键词 单片机;LCD;实时时钟; DS18B20; DS12C887绪 论众所周知,科学技术的发展离不开实践,实践是促进科学技术发展的重要手段,应用起
4、来更加广泛,电子系统的功能越来越强大,电路图也越来越复杂,印刷电路板的走线越来越复杂和精密。计算机的应用使得我们对各种复杂的电路设计工作变得简单快捷。“科学实践是科学理论的源泉”。基于“基础研究,应用研究,开发研究,生产研究”四个方面,如果结合得好的话,经济建设和国防建设定会兴旺发达。 验证性实践和训练性的实践主要是针对电子技术本门学科范围内的理论验证和实际技能的培养。综合性的实践,属于应用型实践,目的是培养学生综合运用所学的理论的能力和解决比较复杂的实际问题的能力。设计性实践,主要侧重于某些理论知识的灵活运用。随着电子技术的飞速发展,各种新型电子器件和集成电路应用越集中,使得更好更复杂的电路
5、得以实现。电子设计自动化(Electronics Design Automates,即EDA技术)工具的集成设计环境, Protel99se、PowerPCB、Altium Designer等软件的运用使得设计电路更加方便。作为电子专业的学生,更应该熟练掌握各种电路编辑软件,作为专业必需的技能更要及时地对这一类软件的更新版本进行学习,其日趋强大的功能是对我们专业技能的补充。随着科技的快速发展,时间的流逝,至从观太阳、摆钟到现在电子钟,人类不断研究,不断创新纪录。本课题设计采用AT89S51单片机作为核心。利用美国DALLAS公司的新型时钟日历芯片DS12C887,它可以对年、月、日、时、分、秒
6、进行计时,而且DS12C887的使用寿命长,误差小。对于数字电子万年历采用直观的数字显示,可以同时显示年、月、日、时、分、秒等信息,还具有时间校准等功能。温度测量使用DS18B20,它不仅检测温度灵敏度高而且可以设置温度上下限报警。显示采用1602液晶模块显示,功耗小,能在5V的低压工作,使用方便。 科学的进步要求我们在不断的实践中熟练各种制板的技术,并不断地总结经验。这次毕业设计对我来说非常重要,这是对我的一次考验和挑战,好的开头是成功的第一步,我更应该加倍努力去完成,尽力做到更好,为将来的学习奠定良好的基础!第一章设计要求与方案论证1.1设计要求:()基本要求 具有年、月、日、星期、时、分
7、、秒等功能; 时间与阴、阳历能够自动关联; 具有温度计功能; 具备年、月、日、星期、时、分、秒校准功能;( 2 ) 创新要求 具有上、下课响铃功能; 具有防御报警功能;1.2 系统基本方案选择和论证1.2.1单片机芯片的选择方案和论证:方案一: 采用89C51芯片作为硬件核心,采用Flash ROM,内部具有4KB ROM 存储空间,能于3V的超低压工作,而且与MCS-51系列单片机完全兼容,但是运用于电路设计中时由于不具备ISP在线编程技术, 当在对电路进行调试时,由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时,对芯片的多次拔插会对芯片造成一定的损坏。方案二:采用AT89S52,片内RO
8、M全都采用Flash ROM;能以3V的超底压工作;同时也与MCS-51系列单片机完全该芯片内部存储器为8KB ROM 存储空间,同样具有89C51的功能,且具有在线编程可擦除技术,当在对电路进行调试时,由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时,不需要对芯片多次拔插,所以不会对芯片造成损坏。所以选择采用AT89S52作为主控制系统.1.2.2 显示模块选择方案和论证:方案一: 该系统采用MCS-51系列单片机AT89S51作为控制核心。温度检测采用ds18b20温度传感器;利用单片机定时器实现时间计数走时;显示采用16个数码管显示。该方案的特点是中小规模集成电路应用技术成熟,性能可靠
9、,程序编写简单,占用单片机的I/O口少。但是由于定时器实现,所以电路断电后,就不能计时;并且运用数码管比较多电路连线比较复杂;制作过程工序比较烦琐,产品体积大。.方案二:该系统仍采用MCS-51系列单片机AT89S51作为控制核心。温度检测仍采用ds18b20温度传感器;采用实时时钟芯片ds12c887计时,由于其内部自带锂电池,断电后内部计数器仍在工作,可以防止突然断电,并且可以自动进行闰年调整和设置定时时间。显示采用液晶显示模块1602,其体积小,集成度高,耗电量小。电路连线比较简单,并且制作产品体积小,便于控制和实现。整个系统具有极其灵活的可编程性,能方便地对系统进行功能的扩张和更改性。
10、 1.2.3时钟芯片的选择方案和论证:方案一: 直接采用单片机定时计数器提供秒信号,使用程序实现年、月、日、星期、时、分、秒计数。采用此种方案虽然减少芯片的使用,节约成本,但是,实现的时间误差较大。所以不采用此方案。方案二: 采用DS1302时钟芯片实现时钟,DS1302芯片是一种高性能的时钟芯片,可自动对秒、分、时、日、周、月、年以及闰年补偿的年进行计数,而且精度高,位的RAM做为数据暂存区,工作电压2.5V5.5V范围内,2.5V时耗电小于300nA. .2.4温度传感器的选择方案与论证:方案一:使用热敏电阻作为传感器,用热敏电阻与一个相应阻值电阻相串联分压,利用热敏电阻阻值随温度变化而变
11、化的特性,采集这两个电阻变化的分压值,并进行A/D转换。此设计方案需用A/D转换电路,增加硬件成本而且热敏电阻的感温特性曲线并不是严格线性的,会产生较大的测量误差。方案二:采用数字式温度传感器DS18B20,此类传感器为数字式传感器而且仅需要一条数据线进行数据传输,易于与单片机连接,可以去除A/D模块,降低硬件成本,简化系统电路。另外,数字式温度传感器还具有测量精度高、测量范围广等优点。1.3 电路设计最终方案决定综上各方案所述,对此次作品的方案选定: 采用AT89S52作为主控制系统; DS1302提供时钟;数字式温度传感器;1602液晶显示模块显示方案。第二章系统的硬件设计与实现2.1系统
12、原理框图图2-1系统原理图2.2 系统硬件概述本电路是由AT89S52单片机为控制核心,具有在线编程功能,低功耗,能在3V超低压工作;时钟电路由DS1302提供,它是一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路,它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时,具有闰年补偿功能,工作电压为2.5V5.5V。采用三线接口与CPU进行同步通信,并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个31*8的用于临时性存放数据的RAM寄存器。可产生年、月、日、周日、时、分、秒,具有使用寿命长,精度高和低功耗等特点,同时具有掉电自动保存功能;温度的采集由DS18B20构成;显示部份有
13、1602模块进行显示。2.3 主要单元电路的设计2.3.1单片机主控制模块的设计AT89S52AT89S52 主要性能 与MCS-51单片机产品兼容 、8K字节在系统可编程Flash存储器、 1000次擦写周期、 全静态操作:0Hz33Hz 、 三级加密程序存储器 、 32个可编程I/O口线 、三个16位定时器/计数器 八个中断源 、全双工UART串行通道、 低功耗空闲和掉电模式 、掉电后中断可唤醒 、看门狗定时器 、双数据指针 、掉电标识符 。功能特性描述 At89s52 是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非 易失
14、性存储器技术制造,与工业80C51 产品指令和引脚完 全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程,亦适于 常规编程器。在单芯片上,拥有灵巧的8 位CPU 和在系统 可编程Flash,使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提 供高灵活、超有效的解决方案。 AT89S52具有以下标准功能: 8k字节Flash,256字节RAM, 32 位I/O 口线,看门狗定时器,2 个数据指针,三个16 位 定时器/计数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口, 片内晶振及时钟电路。另外,AT89S52 可降至0Hz 静态逻 辑操作,支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下,CPU 停止工作,允许RAM
15、、定时器/计数器、串口、中断继续工 作。掉电保护方式下,RAM内容被保存,振荡器被冻结, 单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止。8 位微控制器 8K 字节在系统可编程 Flash AT89S52 P0 口:P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口,每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时,引脚用作高阻抗输入。 当访问外部程序和数据存储器时,P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下,P0具有内部上拉电阻。 在flash编程时,P0口也用来接收指令字节;在程序校验时,输出指令字节。程序校验时,需要外部上拉电阻。 P1 口:是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I
16、/O 口,p1 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)。 此外,P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入(P1.0/T2)和时器/计数器2 的触发输入(P1.1/T2EX)。在flash编程和校验时,P1口接收低8位地址字节。 引脚号第二功能 P1.0 T2(定时器/计数器T2的外部计数输入),时钟输出 P1.1 T2EX(定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制) P1.5 MOSI(在系统编程用) P1.6 MISO(在系统
17、编程用) P1.7 SCK(在系统编程用) P2 口:P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口,P2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)。 在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器(例如执行MOVX DPTR)时,P2 口送出高八位地址。在这种应用中,P2 口使用很强的内部上拉发送1。在使用 8位地址(如MOVX RI)访问外部数据存储器时,P2口输出P2锁存器的内容。 在flash编程和校验时,P2口也接收高8位地址字节
18、和一些控制信号。 P3 口:P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口,p2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P3 端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉高,此时可以作为输入口使用。作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因,将输出电流(IIL)。 P3口亦作为AT89S52特殊功能(第二功能)使用。 在flash编程和校验时,P3口也接收一些控制信号。 端口引脚 第二功能P3.0 RXD(串行输入口)P3.1 TXD(串行输出口)P3.2 INTO(外中断0)P3.3 INT1(外中断1)P3.4 TO(定时/计数器0)P3.5 T1(定时/计数器1)P3.6 WR
19、(外部数据存储器写选通)P3.7 RD(外部数据存储器读选通)此外,P3口还接收一些用于FLASH闪存编程和程序校验的控制信号。RST复位输入。当振荡器工作时,RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。ALE/PROG当访问外部程存储器或数据存储器时,ALE(地址锁存允许)输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。一般情况下,ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定的脉冲信号,因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是:每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对FLASH存储器编程期间,该引脚还用于输入编程脉冲(PROG)。如有必要,可通过对特殊功能寄存器(SFR)区中的8EH单元的
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