【正文】 廣泛應(yīng)用于機(jī)械、測(cè)量控制、工業(yè)自動(dòng)化、智能接口和智能儀表等許多領(lǐng)域。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。 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(chǔ)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)。EPROM 型存 儲(chǔ)器編程后其內(nèi)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(jià)格很高。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(duì)其編程，但只能寫入一次。隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）：用來存放程序運(yùn)行時(shí)的工作變量和數(shù)據(jù)，由于 RAM 的制作工藝復(fù)雜，價(jià)格比 ROM 高得多，所以單片機(jī)的內(nèi)部 RAM 非常寶貴，通常僅有幾十到幾百個(gè)字節(jié)。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(chǔ)器，但通常存儲(chǔ)空間很小。CPU 就象人的大腦一樣，決定了單片機(jī)的運(yùn)算能力和處理速度?，F(xiàn)代的單片機(jī)的 I/O 口也有不同的功能，有的內(nèi)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(dòng)外部設(shè)備。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。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。系統(tǒng)時(shí)鐘:通常需要外接石英晶體或其他振蕩源來提供時(shí)鐘信號(hào)輸入，也有的使用內(nèi)部 RC 振蕩器。 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。(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） 。單片機(jī)的供應(yīng)狀態(tài)按提供的存儲(chǔ)器類型可分為以下五種狀態(tài)。(2) EPROM 類：紫外線可擦寫存儲(chǔ)器如 87C51，價(jià)格較貴。(4) OTPROM 類：可一次性寫入程序。主要包括了微處理器(CPU) 、存儲(chǔ)器(ROM、RAM)、輸入/輸出口(1/0 口)和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)等功能部件。例如:單片機(jī)與傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品相結(jié)合后簡(jiǎn)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。在大型工業(yè)測(cè)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。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)工藝及封裝技術(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(shì)。它在計(jì)算機(jī)外部設(shè)備、通訊設(shè)備、自動(dòng)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。它們的基本組成和基本性能都是相同的。8051 是 ROM 型單片機(jī)，內(nèi)部有 4KB 的掩膜 ROM，即單片機(jī)出廠時(shí)，程序已由生產(chǎn)廠家固化在程序存儲(chǔ)器中；8751 片內(nèi)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(shí)，可以先用紫外線擦出器擦出，然后再寫入新的程序；8031 片內(nèi)沒有 ROM，使用時(shí)需在片外接 EPROM。(2) 128B 的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。(4) 可以尋址 64KB 的片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。(6) 一個(gè)全雙工的異步串行口。(8) 5 個(gè)中斷源，兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)。(10) 采用高性能的 HMOS 生產(chǎn)工藝生產(chǎn)。(12) 含基本指令 111 條，其中單機(jī)器周期指令 64 條?？删幊檀锌冢〞r(shí)/計(jì)數(shù)器，中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器。MCS51 系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 21 所示。下面分別敘述這些引腳的功能。GND：接地端。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反向放大器的輸入端，這個(gè)構(gòu)成片內(nèi)振蕩器。XTAL2：接外部晶體的另一個(gè)引腳。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，對(duì) HMOS 單片機(jī)，此引腳接收振蕩器的信號(hào)，即把此信號(hào)直接接到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端；對(duì) CHMOS 單片機(jī)，此引腳應(yīng)懸浮不連接。ALE/ ：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，MCS51 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。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。因此，它可用作對(duì)外輸出的時(shí)鐘，或用于定時(shí)目的。如果需要的話，通過對(duì)專用寄存器（SFR）區(qū)中 8EH 單元的 D0 位置數(shù)，可禁止 ALE 操作。另外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，該設(shè)定禁止 ALE 位無效。當(dāng)PSENPSENAT89C51/LV51 由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或常數(shù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次有效（即輸出 2 個(gè)脈沖） 。/VPP：當(dāng) 端保持高電平（接 Vcc 端）時(shí)，CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器AE中的程序。當(dāng) EA 保持低電平時(shí)，不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，則只訪問外部程序存儲(chǔ)器。P0 口（～）：P0 口是雙向 8 位三態(tài) I/O 口。P0 口能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) LSTTL 輸入。在 EPROM 編程和程序驗(yàn)證時(shí)，它接收低 8 位地址，能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LSTTL 輸入。在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，它送出高 8 位地址，能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LSTTL 輸入。在MCS51 系列單片機(jī)中，這 8 個(gè)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 21 列出了 P3 口的第二功能。MCS51 系列單片機(jī)也是有由中央處理器、存儲(chǔ)器和 I/O 接口三大部分組成。MCS51 系列單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè) 8 位的 CPU，它是由運(yùn)算器和控制器組成?？刂破靼〞r(shí)鐘發(fā)生器、定時(shí)控制邏輯、指令寄存器、指令譯碼器、程序計(jì)數(shù)器、程序地址寄存器、數(shù)據(jù)指針寄存器和堆棧指針等。8051 片內(nèi)有 4KB 的片內(nèi)程序存儲(chǔ)器和 256B 的片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。(3) 并行 I/O8051 中有 4 個(gè) 8 位并行輸入/輸出端口，記作 P0、PP2 和 P3，共 32 根線。每個(gè)并行 I/O 口都能用做輸入和輸出，所以稱它們?yōu)殡p向 I/O 口。在這里將詳細(xì)地介紹這些 I/O 口的結(jié)構(gòu)，以便于掌握它們的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在使用中采取不同的策略。 引腳及其功能DAC0832 是雙列直插式 8 位 D/A 轉(zhuǎn)換器。圖 23 和圖 24 分別為 DAC0832 的引腳圖和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。1LSB，參考電壓為(+10～10)V，供電電源為(+5～+15)V，邏輯電平輸入與 TTL 兼容。圖 24 中，當(dāng) ILE 為高電平，片選信號(hào) /CS 和寫信號(hào) /WR1 為低電平時(shí)，輸入寄存器控制信號(hào)為 1，這種情況下，輸入寄存器的輸出隨輸入而變化。對(duì)第二級(jí)鎖存來說，傳送控制信號(hào) /XFER 和寫信號(hào) /WR2 同時(shí)為低電平時(shí)，二級(jí)鎖存控制信號(hào)為高電平，8 位的 DAC 寄存器的輸出隨輸入而變化，此后，當(dāng) /WR2由低電平變高時(shí)，控制信號(hào)變?yōu)榈碗娖?，于是將輸入寄存器的信息鎖存到 DAC 寄存器中。(2)、IOUT1 ：模擬電流輸出端 1，當(dāng) DAC 寄存器中數(shù)據(jù)全為 1 時(shí)，輸出電流最大，當(dāng) DAC 寄存器中數(shù)據(jù)全為 0 時(shí)，輸出電流為 0。(4)、RFB ：反饋電阻引出端，DAC0832 內(nèi)部已經(jīng)有反饋電阻，所以 RFB 端可以直接接到外部運(yùn)算放大器的輸出端，這樣相當(dāng)于將一個(gè)反饋電阻接在運(yùn)算放大器的輸出端和輸入端之間。VREF 端與 D/A 內(nèi)部 T 形電阻網(wǎng)絡(luò)相連。圖 23 DAC0832 引腳圖(7)、AGND ：模擬量地，即模擬電路接地端。圖 24 DAC0832 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 DAC0832 的工作方式DAC0832 可處于三種不同的工作方式：直通方式 ：當(dāng) ILE 接高電平， 、 、 和 都接數(shù)字地時(shí)，CS1WR2XFERDAC 處于直通方式，8 位數(shù)字量一旦到達(dá) DI7～DI0 輸入端，就立即加到 8 位 D/A轉(zhuǎn)換器，被轉(zhuǎn)換成模擬量。單緩沖方式 ：只要把兩個(gè)寄存器中的任何一個(gè)接成直通方式，而用另一個(gè)鎖存器數(shù)據(jù)，DAC 就可處于單緩沖工作方式。CS雙緩沖方式 ：主要在以下兩種情況下需要用雙緩沖方式的 D/A 轉(zhuǎn)換。這樣，可先選中 端口，把數(shù)據(jù)寫入輸入寄存器；再選中 端CS XFER口，把輸入寄存器內(nèi)容寫入 DAC 寄存器，實(shí)現(xiàn) D/A 轉(zhuǎn)換。先用 3 條輸出指令選擇 3 個(gè)端口，分別將數(shù)據(jù)寫入各 DAC 的輸入寄存器，當(dāng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒后，再執(zhí)行一次寫操作，使 變低同時(shí)選通 3 個(gè)XFERD/A 的 DAC 寄存器，實(shí)現(xiàn)同步轉(zhuǎn)換。圖 25 DAC0832 直通方式連接圖第 3 章 方案論證 三種不同的方案 方案 1 此方案采用傳統(tǒng)的調(diào)整管方案，主要特點(diǎn)在于使用一套計(jì)數(shù)器完成系統(tǒng)的控制功能。十進(jìn)制計(jì)數(shù)器通過譯碼后驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示輸出電壓值，為了使系統(tǒng)工作正常，必須保證雙計(jì)數(shù)器同步工作。圖 31 方案 1 方案 2 此方案不同于方案一之處在于使用一套十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，一方面完成電壓的譯碼顯示，另一方面其輸出作為 EPROM 的地址輸入，而由 EPROM 的輸出經(jīng) D/A 變換后控制誤差放大的基準(zhǔn)電壓來實(shí)現(xiàn)輸出步進(jìn)。框圖如圖 32 所示?？驁D如圖 33 所示。在方案三中采用了 8051 單片機(jī)完成整個(gè)數(shù)控部分的功能，同時(shí) 8051單片機(jī)作為一個(gè)智能化的可編程器件，便于系統(tǒng)功能的擴(kuò)展。這樣不能不考慮整流濾波后的紋波對(duì)輸出的影響，而方案三中使用運(yùn)算放大器作為前級(jí)的功率放大電路，由于運(yùn)算放大器具有很大的電源電壓抑制化，可以大大減小輸出端的紋波電壓。由于 D/A 變換與功率驅(qū)動(dòng)電路引入的誤差，顯示值與電源實(shí)際輸出值之間可能出現(xiàn)較大偏差。之所以采用方案三，一個(gè)很重要的考慮是系統(tǒng)使用了單片機(jī)，使得進(jìn)一步擴(kuò)展功能較為方便。市電經(jīng)交流變壓器得到較小的交流電后在經(jīng)過整流橋整流得到單向的脈動(dòng)電流，在由大電容的濾波的后得到直流電，直流電壓經(jīng)過串連穩(wěn)壓后輸出。在此過程中如果由于市電或負(fù)載的變化而引起輸出電壓有所變化的話，那么輸出電壓的變化會(huì)通過輸出取樣電路來與參考電壓的比較然后將差值放大最終反饋到穩(wěn)壓管上從而使輸出電壓保持穩(wěn)定。在穩(wěn)壓電源的電路中我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)過流保護(hù)電路當(dāng)輸出短路或電流過大時(shí)保護(hù)電路會(huì)在段時(shí)間內(nèi)控制穩(wěn)壓管使其不工作，從而保護(hù)了大功率穩(wěn)壓管的安全。 整流、濾波電路單相橋式整流電路：?jiǎn)蜗鄻蚴秸麟娐肥怯伤膫€(gè)二極管接成電橋的形式構(gòu)成的，如圖 41 所示，我們先來分析它的工作情況。這時(shí)，負(fù)載電阻 RL 上得到一個(gè)半波電壓。因此，D1 和 D3 截止，D2 和 D4 導(dǎo)通，電流 i2 的通路是 b→D2→RL→D4→a。電容濾波電路：圖 42 中與負(fù)載并聯(lián)的電容器就是一個(gè)簡(jiǎn)單的濾波器。下面分析電容濾波器的工作情況。在忽略二極管正向壓降的情況下，充電電壓 Uc 與上升的正弦電壓 U 一致。而后 U 和 Uc 都開始下降，U 按正弦規(guī)律下降，當(dāng) UUc 時(shí)，二極管承受反向電壓而截止，電容器對(duì)負(fù)載電阻 RL 放電，負(fù)載中仍有電流，而 Uc 按電容放電曲線下降。電容器兩端電壓 Uc 即為輸出電壓 Uo，其輸出電壓的脈動(dòng)與沒有電容器濾波想比較大為減小，并且電壓較高。但是隨著負(fù)載的增加（ RL減小，Io 增大） ，放電時(shí)間常數(shù) RLC 減小，放電加快， Uo 也就下降。通常我們?nèi)?Uo=采用電容濾波時(shí)，輸出電壓的脈動(dòng)程度與電容器的放電時(shí)間常數(shù) RLC 有關(guān)系。為了得到比較平直的輸出電壓，一般要求RL≥（10～15）1/ωc，即 RLC≥（3～5）T/2。此外，由于二極管的導(dǎo)通時(shí)間短（導(dǎo)通角小于 180176。總之，電容濾波電路簡(jiǎn)單，輸出電壓 Uo 較高，脈動(dòng)也較?。坏峭馓匦暂^差，且有電流沖擊。通常都采用極性電容器。電網(wǎng)供給的交流電壓 u1（220V，50Hz）經(jīng)電源變壓器降壓后，得到符合電路需要的交流電壓 u2，然后由整流電路變換成方向不變、大小隨時(shí)間變化的脈動(dòng)電壓 u3，再用濾波器濾去其交流分量，就可得到比較平直的直流電壓 u1。在對(duì)直流供電要求較高的場(chǎng)合，還需要使用穩(wěn)壓電路，以保證輸出直流電壓更加穩(wěn)定。穩(wěn)壓部分為串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，它由調(diào)整元件；比較放大器；取樣電路；基準(zhǔn)電壓和過流保護(hù)電路晶體管及電阻等組成。由于在穩(wěn)壓電路中，調(diào)整管與負(fù)載串聯(lián)，因此流過它的電流與負(fù)載電流一樣大。串聯(lián)反饋調(diào)整型晶體管穩(wěn)壓電路較參數(shù)型穩(wěn)壓電路要復(fù)雜的多，它是一個(gè)閉環(huán)反饋系統(tǒng)，所以必須具有執(zhí)行元件和反饋支路。調(diào)整管是閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其余部分都是反饋控制支路所必須的，原理圖如下圖圖 43 所示。取樣電路和基準(zhǔn)電壓oU相比較，并把比較后的誤差信號(hào)送入放大器，增強(qiáng)反饋控制效果。串聯(lián)反饋調(diào)整型穩(wěn)壓電路壓原理則是調(diào)整元件的動(dòng)態(tài)電阻，它是隨著輸出電壓的變化而自動(dòng)改變的。如果由于電網(wǎng)電壓升高或負(fù)載變大使輸出電壓偏高時(shí)，調(diào)整oU原理及其過程正好相反。圖 44 7805 構(gòu)成的+5V 電源電路W7805 系列穩(wěn)壓器的內(nèi)部電路也是串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路。使用時(shí)只需在其輸入端和輸出端與公共端之間各并聯(lián)一個(gè)電容即可。Co 是為了瞬時(shí)增減負(fù)載電流時(shí)不致引起輸出電壓有較大的波動(dòng)。W7800 系列輸出固定的正電壓有 5V，8V，12V ，15V，18V，24V 多種。12V 產(chǎn)生電路1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 20Jun2022 Sheet of File: F:\業(yè)業(yè)\業(yè)\業(yè)業(yè)\業(yè)業(yè)\業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)\業(yè)業(yè)\業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)\ By:Vin1GND2Vout 3U1 LM7812Vin 1GND2Vout3U2LM7912123IN3C181000uFC191000uFC221000uFC231000uF123412V+12V圖 45 運(yùn)放電源電路由圖 35 中可以看