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第二章 系统的硬件电路设计 2.1电源部分 内容来自www.paper51.com 2.1.1稳压电路结构组成 paper51.com 稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路组成，如图2.1所示 paper51.com
2.1 电源方框及波形图 paper51.com
a.整流和滤波电路：整流作用是将交流电压U2变换成脉动电压U3。滤波电路一般由电容组成，其作用是脉动电压U3中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压U4。 内容来自www.paper51.com b.稳压电路：由于得到的输出电压U4受负载、输入电 压 和 温度的影响不稳定，为了得到更为稳定电压添加了稳压电路，从而得到稳定的电压U0。 paper51.com 2.1.2电源设计 paper51.com 电源部分包括：+5V、15V两大部分： paper51.com +5V电源只要供单片机部分使用，原理图如图2.2所示 内容来自www.paper51.com
对于滤波电容的选择，需要注意整流管的压降；7805的最小允许压降波动10%，所以允许的最大纹波的峰峰值U=9（1-10%）-1.4-5=2.76V 内容来自www.paper51.com C===3600Uf 内容来自论文无忧网 www.paper51.com
选取的滤波电容所以选取的滤波电容C=4700Uf/16V http://www.paper51.com
15V电源，其电源电路如图2.3所示 内容来自www.paper51.com 允许的纹波峰峰值U=18(1-10%)-0.7-12-U=4.9V http://www.paper51.com
按近似电流放电计算，则 http://www.paper51.com C===1430Uf 内容来自www.paper51.com 选取滤波电容选取滤波电容C=2200uF/30V http://www.paper51.com 图2.2和图2.3 内容来自论文无忧网 www.paper51.com 2.2数控部分 copyright paper51.com 2.2.1AT89C51单片机 内容来自www.paper51.com AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4Kbytes的可反复擦写的只读程序存储器(EPROM)和128 bytes的随机数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器(CPU)和Flash存储单元，功能强大AT89C51单片机可提供高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。因此，在这里我选用AT89C51单片机来完成。 http://www.paper51.com 主要性能参数： copyright paper51.com •与MCS-51产品指令系统完全兼容 内容来自www.paper51.com •4K字节可重擦写Flash闪存存储器 内容来自论文无忧网 www.paper51.com
•1000次擦写周期 内容来自论文无忧网 www.paper51.com •全静态操作：0hz-24hz http://www.paper51.com •三级加密程序存储器 http://www.paper51.com •128x8字节内部RAM http://www.paper51.com
•32个可编程I/O口线 paper51.com •2个16位定时/计数器 http://www.paper51.com •6个中断源 paper51.com •可编程串行UART通道 http://www.paper51.com •低功耗空闲和掉电模式 http://www.paper51.com AT89C51 内存空间 copyright paper51.com 1、内部程序存储器（FLASH）4K 字节。 http://www.paper51.com 2、外部程序存储器（ROM）64K 字节。 内容来自论文无忧网 www.paper51.com 3、内部数据存储器（RAM）256 字节。 内容来自论文无忧网 www.paper51.com
4、外部数据存储器（RAM）64K 字节。 内容来自www.paper51.com 2.3信号处理电路 http://www.paper51.com 2.3.1D/A转换 copyright paper51.com
电源输出电压范围是0-30V，步长0.1V,共有300个状态，而8位的D/A转换只有256个状态，不能满足要求，因此我需要选用10字长的D/A转换器来达到设计要求。 paper51.com MAX504是由美信（Maxim）公司生产的一种低功耗、电压输出型10位串行数/模转换器。MAX504既可用＋5V单电源工作，也可用±5V双电源工作。该电路采用14引脚DIP型或SO型封装，图2示出它的引脚排列，表1介绍它的引脚功能。 内容来自www.paper51.com
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图2.5 MAX504封装图 paper51.com
表1 MAX504的引脚功能 http://www.paper51.com 引脚序号 引脚名称 引脚功能 paper51.com 1 BIPOFF 双极性偏置/增益电阻端 copyright paper51.com
2 DIN 串行数据输入端 http://www.paper51.com 3 CLR/ 清除端，异步置位DAC寄存器所有位 内容来自论文无忧网 www.paper51.com
4 SCLK 串行时钟输入端 内容来自www.paper51.com 5 CS/ 片选端，低电压有效 内容来自www.paper51.com
6 DOUT 串行数据输出端 内容来自论文无忧网 www.paper51.com
7 DGND 数字地 paper51.com
8 AGND 模拟地 内容来自论文无忧网 www.paper51.com 9 REFIN 参考电压输入端 内容来自www.paper51.com 10 REFOUT 参考电压输出端，若不用应接至VDD 内容来自www.paper51.com 11 VSS 电源负端 paper51.com 12 VOUT DAC模拟输出地 内容来自论文无忧网 www.paper51.com 13 VDD 电压负端 copyright paper51.com
14 RFB 反馈电阻端 内容来自论文无忧网 www.paper51.com
内容来自www.paper51.com 2.4键盘与显示部分 copyright paper51.com 2.4.1显示部分 内容来自论文无忧网 www.paper51.com
显示数据以串行方式从89C51的P12口输出送往移位寄存器74LS164的A、B端，然后将变成的并行数据从输出端Q0～Q7输出，以控制开关管WT1～WT3的集电极，然后再将输出的LED段选码同时送往数码管LED1～LED2。位选码由89C51的P14～P16口输出并经译码器74LS138送往开关管Y1～Y8的基极，以对数码管LED1～LED8进行位选控制，这样，4个数码管便以100ms的时间间隔轮流显示。由于人眼的残留效应，这4个数码管看上去几乎是同时显示。 copyright paper51.com 2.4.2键盘部分 paper51.com
键盘是有无数个按键组成的开关矩阵，它是一种廉价的输入设备。一个键盘通常包括数据键，字母键以及一些功能键。操作人员可以通过键盘向计算机输入数据、地址、指令或其他的控制命令，实现简单的人机对话。 copyright paper51.com 用于计算机系统的键盘通常有两种：一类是编码键盘，即键盘上闭合键的识别有专用硬件识别。另一类是非编码键盘，即键盘上键入及闭合键的识别由软件实现。 内容来自www.paper51.com 键盘接口应具有的功能： paper51.com 键扫描功能，即检测是否有键按下 copyright paper51.com 键识别功能，确定被按下建所在的行列的位置 http://www.paper51.com 产生相应的键的代码 http://www.paper51.com 消除按键弹跳及对付多键串键 内容来自www.paper51.com 这里我要选用的是非编码3x3键盘结构，能自动消除键抖动影响，具有对按键同时按下的保护，能把键盘信息存入堆栈，也可向CPU发中断请求，得到响应后，使CPU获取按键信息，还可接受CPU队间信息的查询。 内容来自www.paper51.com 对每个键我们都赋予了特定的功能： 内容来自论文无忧网 www.paper51.com 0------每按键一次增加10V copyright paper51.com 1------每按键一次减少10V 内容来自www.paper51.com
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