【文章內(nèi)容簡介】 。 普通開關(guān)電源的輸出波形為高頻調(diào)制的脈沖直流，若對平滑性有較高要求可以增加直流濾波器，冷卻方式一般采取風冷。 本文主要研究工作 本課題圍繞單片機為核心，完成監(jiān)控 電路 和鍵盤輸入、狀態(tài)顯示 等硬件電路的設(shè)計。 單片機使用 AT89C51，按照需求將引腳分配給監(jiān)控電路，按鍵電路， 顯示電路；監(jiān)控電路使用 MAX813L 作為控制芯片，完成上電復(fù)位，自動復(fù)位，手動復(fù)位，和電源監(jiān)控的功能；鍵盤電路使用 4*4 矩陣鍵盤，完成數(shù)值設(shè)置的功能；顯示電路使用 LCD1602，LCD1602 能顯示兩行字符，每行 8 個，滿足顯示的要求；從系統(tǒng)選用 AT89C2051 作為控制芯片，產(chǎn)生控制開關(guān)電源的脈沖。 電源電路在正常導通時能夠輸出可調(diào)電壓，當控制電路給電源電路開關(guān)脈沖時，電源電路根據(jù)開關(guān)管的導通情況形成脈沖直流電源。 陜西科技大學畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 4 2 電鍍數(shù)字脈沖電源 的總體方案設(shè)計 系統(tǒng)總體 方案 設(shè)計 由于系統(tǒng)中關(guān)鍵的問題是定時， 電鍍時間的定時及驅(qū)動開關(guān)管的脈沖定時，而且后者的定時精度直接影響輸出脈沖波形的頻率精度。同時考慮到系統(tǒng)顯示及按鍵處理的因素，本系統(tǒng)采用了雙 CPU 系統(tǒng)設(shè)計架構(gòu)。 主系統(tǒng)主要負責顯示、按鍵管理、電鍍時間控制以及運行中的暫停等控制；從系統(tǒng)主要負責產(chǎn)生開關(guān)管的驅(qū)動脈沖。 數(shù)字控制系統(tǒng)的原理圖如圖 21 所示 。 主系統(tǒng)方案設(shè)計 主系統(tǒng)利用 AT89C51 作為中央控制芯片， P0 口作為液晶顯示的數(shù)據(jù)線，用于顯示電路， P2 口作為 按鍵控制電路的行線和列線， P1 口作為一般雙向 I/O 口使用， P3 口的 、 作為串行通信 接 口使用，其他 P3 口作為一般雙向 I/O 口使用 。 看門狗電路利用 MAX813L 作為控制芯片，使用其經(jīng)典電路做到上電自動復(fù)位和電路監(jiān)控的功能，同時設(shè)計了一些外圍電路，實現(xiàn)手動復(fù)位功能。 按鍵電路是使用一個 4*4 矩陣鍵盤，通過控制行線和列線達到控制按鍵的功能。矩陣式鍵盤可以有效的節(jié)省 I/O 口。 顯示電路是使用液晶顯示，使用了一片 1602，達到 ton， toff， T 的顯示功能。 顯 示 鍵 盤 運行暫停、結(jié)束等控制接口 從 CPU 驅(qū) 動 開關(guān)電源 主 CPU 圖 21 雙 CPU 系統(tǒng)原理圖 電鍍數(shù)字脈沖電源控制電路設(shè)計 5 從系統(tǒng)方案設(shè)計 從系統(tǒng)是基于 AT89C2051 的控制電路，由從系統(tǒng) 單片機定時器提供定時，向電源電路發(fā)送一個脈沖，控制電路的通斷，使 電源電路的輸出由直流變?yōu)橹绷髅}沖。 從系統(tǒng)與主系統(tǒng)的通信方式選為串口通信，通過 TXD,RXD 交叉連接實現(xiàn)，共用復(fù)位信號，由主系統(tǒng)的定時器提管理串口通信。 電源電路是一個將交流電轉(zhuǎn)換為脈沖直流的電路，首先交流電源經(jīng)過變壓器轉(zhuǎn)換為28V 的交流電源，再經(jīng)過整流橋整流后輸出直流，通過開關(guān)管控制直流電源的通斷而達到輸出脈沖直流的效果。 主、從系統(tǒng)通信方式的方案設(shè)計 在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，雙 CPU 或多 CPU 系統(tǒng)的 建構(gòu)通常有以下 3 種形式。 1） 雙口 RAM 方式 使用一個 CPU 有時會導致軟件編寫復(fù)雜，尤其是當多個外圍芯片發(fā)生中斷請求時，容易造成數(shù)據(jù)處理的延誤。采用雙口 RAM 的雙 CPU 電路，整個電路分成 2 大部分，每個 CPU 編有單獨的程序，各管理 1 部分，這樣可減小整個軟件編寫的難度，增加儀器工作的可靠性。作為 2 個 CPU 交換信息的媒介，主 CPU 和從 CPU 均可通過與雙口 RAM 相連的總線對雙口 RAM 進行讀 /寫。由于雙口 RAM 大多具有雙總線，而且具有總線仲裁機構(gòu)，因此這種方式的 特點是硬件簡單，但成本相對較高。這種方式的實現(xiàn)原理可用圖 22 表示。 2） 并口通信方式 直接將 2 個 CPU 通過并行接口連接起來，實現(xiàn)協(xié)調(diào)與交流。這種方式是以犧牲并行接口為代價的。雖然是半雙工通信方式，但由于是并行通信方式，速度還是比串口片選 片選 狀態(tài) 狀態(tài) 總線 總線 主 CPU 從 CPU 左總線 右總線 雙口 RAM 圖 22 雙口 RAM 方式 陜西科技大學畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 6 方式要快。在并行接口緊張的應(yīng)用場合，需要權(quán)衡。圖 23 即為雙 CPU 通過并行接口連接。 3) 串行通信方式 串行通信方式，即主、從 CPU 之間通過串行接 口或模擬串行接口進行協(xié)調(diào)和交流。這種方式的特點是硬件簡單，軟件實現(xiàn)也很方便。適合于本次設(shè)計的需要。本次系統(tǒng)在串行通信的基礎(chǔ)上，配合以適當?shù)挠参帐致?lián)絡(luò)信號，以克服純軟件握手對驅(qū)動脈沖的影響。 雙口 RAM 方式硬件電路簡單，但成本較高，并行通信方式通信速度快，卻是以犧牲 I/O 口為代價，不適合本次設(shè)計的要求，串行通信方式雖然通信速度稍慢，但硬件電路簡單，軟件實現(xiàn)也很方便，適合本次設(shè)計的需要，兩 CPU 通過 RXD,TXD 交叉連接完成串口通信。 P1 CPU1 P34 P35 P1 CPU2 P34 P35 圖 23 并行通信方式 電鍍數(shù)字脈沖電源控制電路設(shè)計 7 3 電鍍數(shù)字脈沖電源設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)和實現(xiàn) 由于系 統(tǒng)中關(guān)鍵的問題是定時， 電鍍時間的定時及驅(qū)動開關(guān)管的脈沖定時，而且后者的定時精度直接影響輸出脈沖波形的頻率精度。同時考慮到系統(tǒng)顯示及按鍵處理的因素，本系統(tǒng)采用了雙 CPU 系統(tǒng)設(shè)計架構(gòu)。 主系統(tǒng)主要負責顯示、按鍵管理、電鍍時間控制以及運行中的暫停等控制；從系統(tǒng)主要負責產(chǎn)生開關(guān)管的驅(qū)動脈沖。 主 CPU 的選擇、 方案確定 AT89C51 單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳功能 主 CPU 系統(tǒng)主要管理顯示電路、按鍵電路、運行狀態(tài)控制及向從 CPU 系統(tǒng)發(fā)送脈沖參數(shù)等，核心是 AT89C51 單片機。其中暫停開關(guān) PKEY 與 暫停指示燈通過接口與單片機連接，暫停時指示燈會發(fā)光指示。主、從 CPU 系統(tǒng)的握手信號為 R/P， SCOMM。其中 R/P 用來由主 CPU 控制從 CPU 的運行與暫停； SCOMM 信號是從 CPU 向主 CPU指示通信狀態(tài)的，成功結(jié)束有效；否則無效。 本次設(shè)計使用 AT89C51 單片機作為主系統(tǒng)芯片， AT89C51 單片機芯片內(nèi)部的邏輯結(jié)構(gòu)如下圖 31 所示 。 圖 31 AT89C51 內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) 各部分的情況簡單介紹如下： a） 中央處理器（ CPU） 中央處理器是單片機的核心，完成運算和控制操作。在 CPU 里面包含了運算器、控制器以及 若干寄存器等部件組成。 b） 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（ RAM） 用于存放可讀寫的數(shù)據(jù)，地址范圍為 00H～ FFH（ 256B）。是一個多用多功能數(shù)據(jù)存儲，有數(shù)據(jù)存儲、通用工作寄存器、堆棧、位地址等空間。 陜西科技大學畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 8 c） 內(nèi)部程序存儲器（ ROM） 用于存放程序、原始數(shù)據(jù)或表格。因此稱之為程序存儲器，地址范圍為 0000H～FFFFH（ 64KB） 。 d） 定時器 /計數(shù)器 51 系列共有兩個 16 位的定時器 /計數(shù)器，以實現(xiàn)定時或記數(shù)功能。 e） 并行 I/O 口 MCS51 共有 4 個 8 位的 I/O 口（ P0、 P P P3），以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入輸出。 f） 串行口 MCS51 有一個全雙工的串行口，以實現(xiàn)單片機和其它數(shù)據(jù)設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳送。該串行口功能較強，既可作為全雙工異步通信收發(fā)器使用，也可作為同步移位器使用。 g） 中斷控制系統(tǒng) MCS51 單片機的中斷功能較強，以滿足控制應(yīng)用的需要。 h） 時鐘電路 i） 位處理器 8051 是標準的 40 引腳雙列直插式集成電路芯片，引腳排列參照下圖 32。 圖 32 AT89C51 管腳圖 信號引腳介紹 a)輸出口線 ～ P0 口 8 位雙向口線 ～ P1 口 8 位雙向口線 電鍍數(shù)字脈沖電源控制電路設(shè)計 9 ～ P2 口 8 位雙向口線 ～ P3 口 8 位雙向口線 b)ALE 地址鎖存控制信號 在系統(tǒng)擴展時， ALE 用于控制把 P0 口輸出的低 8 位地址送入鎖存器鎖存起來，以實現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的分時傳送。 c)PSEN 外部程序存儲器讀選通信號在讀外部 ROM 時 PSEN 有效（低電平），以實現(xiàn)外部 ROM 單元的讀操作。 d)EA 訪問程序存儲器控制信號 當 EA 信號為低電平時，對 ROM 的讀操作作限定在外部程序存儲器；而當 EA 信號為高電平時，則對 ROM 的讀操作作是從內(nèi)部程序存儲器開始，并可延續(xù)至外部程序存儲器。 e)RST 復(fù)位信號 當輸入的復(fù)位信號延續(xù) 2 個機器周期以上高電平時即位有效，用以完成單片機的復(fù)位操作。 f)XTAL1 和 XTAL2 外接晶體引線端 當使用芯片內(nèi)部時鐘時，此二引線端用于外接石英晶體和微調(diào)電容；當使用外部時鐘時，用于接外部時鐘脈沖信號。 g)Vss 地線 h)Vcc +5V 電源 引腳的分配 AT89C51 作為中央控制芯片， P0 口作為液晶顯示的數(shù)據(jù)線，用于顯示電路， P2 口作為按鍵控制電路的行線和列線， P1 口作為一般雙向 I/O 口使用， P3 口的 、 作為串行通信借口使用，其他 P3 口作為一般雙向 I/O 口使用。 顯示電路設(shè)計 作為顯示電路，要求實現(xiàn)的功能有：能夠?qū)?ton， toff， T 的數(shù)值進行顯示和設(shè)計，并且沒個數(shù)值都要求有四位有效數(shù)字，可以用三組 4 位的數(shù)碼管顯示，也可以用液晶顯示實現(xiàn)，下面對這兩種顯示方式做 以下 介紹。 數(shù)碼管顯示電路設(shè)計 數(shù)碼管采用小型超高亮共陰數(shù)碼管。為了有所區(qū)別，前 2 個參數(shù)的顯示采用綠色，后 1 個參數(shù)的顯示采用紅色。 ton, toff 參數(shù)在運行中始終顯示，而 T 參數(shù)則以秒為單位倒計時顯示，到 0 時結(jié)束運行。通過 P15 引腳向 MAX813L 發(fā)出 RSTK1 信號，使系統(tǒng)復(fù)位，也即停止從 CPU 的脈沖輸出，結(jié)束電鍍運行。 陜西科技大學畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 10 由于顯示電路的需要，本次設(shè)計中共用到 3 組，每組四個的數(shù)碼管，因單片機上 I/O口有限，利用一個 8279 對 I/O 口進行擴展。 1)8279 8279 是可編程的鍵盤、顯示接口芯片。它既具有按鍵處理功能，又具有自動顯示功能，在單片機系統(tǒng)中應(yīng)用很廣泛。 8279 內(nèi)部有鍵盤 FIFO（先進先出堆棧） /傳感器，雙重功能的 8*8=64BRAM，鍵盤控制部分可控制 8*8=64 個按鍵或 8*8 陣列方式的傳感器。該芯片能自動消抖并具有雙鍵鎖定保護功能。顯示 RAM 容量為 16*8，即顯示器最大配置可達 16 位 LED 數(shù)碼顯示。 ○ 1 數(shù)據(jù)線 DB0DB7 是雙向三態(tài)數(shù)據(jù)總線，在接口電路中與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連，用以傳送 CPU和 8279 之間的數(shù)據(jù)和命令。 ○ 2 地址線 /CS=0 選中 8279，當 A0=1 時，為命令字及狀態(tài)字地址；當 A0=0 時，為片內(nèi)數(shù)據(jù)地址，故 8279 芯片占用 2 個端口地址。 ○ 3 控制線 CLK： 8279 的時鐘輸入線。 IRQ：中斷請求輸出線， 高電平有效。 /RD、 /WR：讀、寫輸入控制線。 SL0SL3：掃描輸出線，用來作為掃描鍵盤和顯示的代碼輸出或直接輸出線。 RL0RL7：回復(fù)輸入線，它們是鍵盤或傳感器矩陣的信號輸入線。 SHIFT：來自外部鍵盤或傳感器矩陣的輸入信號，它是 8279 鍵盤數(shù)據(jù)的次高位即 D6 位的狀態(tài)，該位狀態(tài)控制鍵盤上 /下檔功能。在傳感器方式和選通方式中，該引腳無用。 CNTL/S：控制 /選通輸入線，高電平有效。鍵盤方式時，鍵盤數(shù)據(jù)最高位（ D7）的信號輸入到該引腳，以擴充鍵功能；選通方式時，當該引腳信號上升沿 到時，把 RL0RL7 的數(shù)據(jù)存入 FIFO RAM 中。 OUTA0OUTA3：通常作為顯示信號的高 4 位輸出線。 OUTB0OUTB3：通常作為顯示信號的低 4 位輸出線。 /BD：顯示熄滅輸出線，低電平有效。當 /BD=0 時將顯示全熄滅。 2） 4514 4514 由鎖存器和 4— 16 線譯碼器組成，主要功能是鎖存和譯碼。 3） MC1413 MC1413 高耐壓、大電流達林頓陳列反相輸出器，又七個硅 NPN 達林頓管組成。MC1413 的每一對達林頓管都串聯(lián)一個 的基極電阻，在 5V 的 工作電壓下它能與TTL 和 COMS 電路直接相連，可以直接處理原先需要標準邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)。電鍍數(shù)字脈沖電源控制電路設(shè)計 11 MC1413 工作電壓高，工作電流大，灌電流可達 500mA，并且能