【文章內(nèi)容簡介】 9S51 單片機(jī)作為控制芯片，它的優(yōu)點(diǎn)有 相對于89C51,89S51 新增加很多功能，性能有了較大提升，價(jià)格基本不變，甚至比89C51 更低?！?　 ISP 在線編程功能，這個(gè)功能的優(yōu)勢在于改寫單片機(jī)存儲器內(nèi)的程序不需要把芯片從工作環(huán)境中剝離。是一個(gè)強(qiáng)大易用的功能。　 　 最高工作頻率為 33MHz，大家都知道 89C51 的極限工作頻率是 24M，就是說 S51 具有更高工作頻率，從而具有了更快的計(jì)算速度。　 　 具有雙工 UART 串行通道。　 　 內(nèi)部集成看門狗計(jì)時(shí)器，不再需要像 89C51 那樣外接看門狗計(jì)時(shí)器單元電路?！?　 雙數(shù)據(jù)指示器。 電源關(guān)閉標(biāo)識?！?　 全新的加密算法，這使得對于 89S51 的解密變?yōu)椴豢赡?，程序的保密性大大加?qiáng)，這樣就可以有效的保護(hù)知識產(chǎn)權(quán)不被侵犯?！?　 兼容性方面：向下完全兼容 51 全部字系列產(chǎn)品。比如 80589C51 等等早期 MCS51 兼容產(chǎn)品。也就是說所有教科書、網(wǎng)絡(luò)教程上的程序 顯示器選擇方案一：選擇 LCD1602 液晶顯示器，此顯示可以顯示提示字母、設(shè)置數(shù)值、測試數(shù)值，價(jià)格較便宜。方案二：選擇 LED 七段數(shù)碼管，此方案的優(yōu)點(diǎn)在于可以減少系統(tǒng)的功耗，顯示程序簡單。經(jīng)比較，選擇方案二。 負(fù)載電路模塊的比較與選擇方案一：采用穩(wěn)壓電路對負(fù)載進(jìn)行穩(wěn)壓并且進(jìn)行過壓保護(hù)，這樣結(jié)果不能通過單片機(jī)的控制對結(jié)果進(jìn)行精密控制。方案二：采用兩個(gè)電阻串聯(lián)的方式，其中一個(gè)來作為輸出的負(fù)載，另外一個(gè)小電阻作為電壓采樣電阻，負(fù)載處接一個(gè)過壓保護(hù)電路用來保護(hù)電阻不被燒壞，采樣電阻上的電壓直接送到 AT89S51 單片機(jī)的 A/D 轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)負(fù)反饋，并且通過相關(guān)程序進(jìn)行穩(wěn)壓控制。經(jīng)比較，采用方案二較合適。第三章 硬件設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)思路系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)思想是力求結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、適應(yīng)教學(xué)要求、性能價(jià)格比高。本次設(shè)計(jì)是以單片機(jī)來控制運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)字電壓源控制系統(tǒng)。根據(jù)要求采用C 語言編制程序，通過單片機(jī)控制數(shù)字電壓源的運(yùn)行。本系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)由單片機(jī)（AT89S51）模塊、DAC083OP0雙聯(lián)七段共陰數(shù)碼管模塊等 4 個(gè)模塊所組成。本次設(shè)計(jì)采用單片機(jī) AT89S51 作為整機(jī)的控制單元，通過改變輸入數(shù)字量來改變輸出電壓值，從而使輸出功率管的基極電壓發(fā)生變化，間接地改變輸出電壓的大小。如果要使系統(tǒng)具備檢測實(shí)際輸出電壓值的大小，可以經(jīng)過 ADC0832 進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，間接用單片機(jī)實(shí)時(shí)對電壓進(jìn)行采樣，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及顯示。采用軟件方法來解決數(shù)據(jù)的預(yù)置以及電流的步進(jìn)控制，使系統(tǒng)硬件更加簡潔，各類功能易于實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)以直流電源為核心，利用 51 系列單片機(jī)為主控制器，通過鍵盤來設(shè)置直流電源的輸出電流，設(shè)置步進(jìn)等級可達(dá) ，并可由數(shù)碼管顯示出實(shí)際輸出電壓值和電壓設(shè)定值。利用單片機(jī)程控輸出數(shù)字信號，經(jīng)過 D/A 轉(zhuǎn)換器（DA0832）輸出模擬量，再經(jīng)過運(yùn)算放大器隔離放大，控制輸出功率管的基極，隨著功率管基極電流的變化而輸出不同的電壓。 AT89S51 模塊電路由于在編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0 輸出 原碼，此時(shí) 外部電壓必須被拉高。 端口接上拉電阻后，再與 DAC0832 的數(shù)字輸入信號口相連， 與 D0 相連、 與 D1 相連、 與 D2 相連 、 與 D3相連、 與 D4 相連、 與 D5 相連、 與 D6 相連、 相連 D7。加上上拉電阻從而使得輸出電壓為 AT89S51 的 P0 口的電壓加上上拉電阻的壓降，從而使得輸出電壓得到提高。具體連接如下圖 所示：圖 AT89S51 模塊電路 顯示模塊電路： 如下圖 所示： 圖 顯示模塊電路以上的第 0 段到第 6 段也就是對應(yīng)的的 a 到 g。AT89S51 的 口與數(shù)碼管 a 端相連， 與 b 端相連， 與 c 端相連， 與 d 端相連，與 e 端相連， 與 f 端相連， 與 g 端相連，以上的連接實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管的數(shù)行條的顯示。例如要顯示數(shù)字 2，也就是對應(yīng)的 a、b、g、e 、d 的發(fā)光二極管亮。同理可以推出數(shù)字 0、9 的數(shù)字顯示。dp 端是 端相連。 ，ss2 是用來控制數(shù)碼管的位的開關(guān)，分別與 AT89S51 的 、 端口相連，通過對開關(guān)的控制實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管對位的選擇，實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管的位的選擇。 0P07 運(yùn)算放大器電路。本次設(shè)計(jì)用到兩個(gè) 0P07 運(yùn)算放大器，分別用來電流轉(zhuǎn)換電壓和電壓放大功能。 電流電壓轉(zhuǎn)換部分圖 0P07 運(yùn)算放大器電流轉(zhuǎn)換電壓部分電路由上圖可知，放大器的輸入端 3 端口接 DAC0832 的模擬電流輸出端 OUT，同時(shí) 2 端口接地，6 端口與 DAC0832 的 RFB 端口相連，也就是在電路中加入了負(fù)反饋，則 6 端口的輸出值為 OUT*RFB（運(yùn)算放大器的虛斷虛短原理） ，從而就實(shí)現(xiàn)了電流—電壓的轉(zhuǎn)換。但是由上面的得到的電壓值往往很小，不符合本電路的電壓數(shù)值的要求，因此我們必須再次引入一個(gè) 0P07 運(yùn)算放大器用來實(shí)現(xiàn)電壓的放大，從而得到我們所需要的電壓。如下圖 所示：圖 運(yùn)算放大器由圖我們可以看到，最右邊的 1 和 2 為輸出端，用來檢測實(shí)際電壓，我們暫時(shí)忽略它。放大器的 3 端接 圖的 6 端， ，運(yùn)放的同向端 2 接地=0V，反向端和同向端虛短，所以也是 0V，反向輸入端輸入電阻很高，虛斷，幾乎沒有電流注入和流出，那么 R2 和 R3 相當(dāng)于是串聯(lián)的，流過一個(gè)串聯(lián)電路中的每一只組件的電流是相同的，即流過 R2 的電流和流過 R3 的電流是相同的。流過 R2 的電流I1 = (Vi V)/R2 式（31）流過 R3 的電流I2 = (V Vout)/R3 式（32） V = V+ = 0 式（33） I1 = I2 式（34）求解上面的代數(shù)方程得Vout = (R3/R2)*Vi 式（35）這就是反向放大器的輸入輸出關(guān)系式了 數(shù)模轉(zhuǎn)換部分：選取 DAC0832 作為模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，DAC0832 是采用 CMOS 工藝制成的單片直流輸出型 8 位數(shù)/模轉(zhuǎn)換器。DAC 數(shù)模轉(zhuǎn)換原理：如下圖 所示： 圖 DAC0832 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖從圖 中我們可以看到 DAC0832 是由倒 T 型 R2R 電阻網(wǎng)路、模擬開關(guān)、運(yùn)算放大器和參考電壓 VREF 四大部分組成。從電路圖中我們可知運(yùn)算放大器的輸出模擬量 V0 為： 式（36）)22(20 01 ??????????DDRfVrev nnn從上式中，我們可以看到輸出的模擬量與輸入的數(shù)字量成正比，這也就實(shí)現(xiàn)了數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn))( 021?????Dnn換。 一個(gè) 8 位 D/A 轉(zhuǎn)換器有 8 個(gè)輸入端（其中每個(gè)輸入端是 8 位二進(jìn)制的一位） ，有一個(gè)模擬輸出端。輸入可有 28=256 個(gè)不同的二進(jìn)制組態(tài)，輸出為 256 個(gè)電壓之一，即輸出電壓不是整個(gè)電壓范圍內(nèi)任意值，而只能是 256 個(gè)可能值。 AT89S51 單片機(jī)主要特性及引腳功能介紹 AT89S51 具有如下特點(diǎn)：40 個(gè)引腳，4kBytesFlash 片內(nèi)程序存儲器，128bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM） ，32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出（I/O）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級 2 層中斷嵌套中斷，2 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2 個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。此外，AT89S51 設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為 0Hz 并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下，CPU 暫停工作，而RAM 定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存 RAM 的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有 PDIP、 TQFP 和 PLCC 等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。其特點(diǎn)有：1. 8031CPU 與 MCS51 兼容2. 4K 字節(jié)可編程 FLASH 存儲器(壽命：1000 寫/擦循環(huán))3. 全靜態(tài)工作：0Hz24KHz4. 三級程序存儲器保密鎖定5. 128*8 位內(nèi)部 RAM6. 32 條可編程 I/O 線7. 兩個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器8. 6 個(gè)中斷源9. 可編程串行通道10. 低功耗的閑置和掉電模式11. 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路AT89S51 單片機(jī) 管腳說明：VCC：供電電壓；GND：接地；P0 口：P0 口為一個(gè) 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng)P1 口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在 FIASH 編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高；P1 口：P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1 口作為第八位地址接收；P2 口：P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2 口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時(shí)，P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“1” 時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號和控制信號；P3 口：P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL門電流。當(dāng) P3 口寫入“1 ”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3 口將輸出電流（ILL ）這是由于上拉的緣故。（串行輸入口）（串行輸出口） （外部中斷 0）（外部中斷 1）（記時(shí)器 0 外部輸入）（記時(shí)器 1 外部輸入）（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號；I/O 口作為輸入口時(shí)有兩種工作方式即所謂的讀端口與讀引腳讀端口時(shí)實(shí)際上并不從外部讀入數(shù)據(jù)而是把端口鎖存器的內(nèi)容讀入到