基于单片机的数控直流电源的设计毕业论文

基于单片机的数控直流电源的设计毕业论文内容摘要：

候控 制、 汽车 数据采集与自动控 制系统。 三 单片机的基本结构 单片机的基本组成结构 单片 机嵌 入式 系统 的核 心部 件 是单 片机 ，其 结构 特征 是 将组 成计算机的 基本 部件 集成 在一 块晶 体芯 片上 ，构 成一 片具 有 特定 功能 的单 芯片计算 机 — 单片 机。 从单 片机 的基 本组 成可 以看 出， 在 一片 （单 片机 ）芯片中，集成 了构成 一个计算 机系统 的最基本 的单元 ：如 CP U、程序 （指令） 存储 器 、数 据 存储 器、 各 种类 型的 输 入 /输 出 接口 等。 C P U 同 各基本单 元通 过芯 片内 的内 部总 线（ 包括 数据 总线 、地 址 总线 和控 制总 线）连接 [8]。 一般情况下 ，内 部总线 中的数据 总线宽度 (或指 CP U 的字长 )也是标定该 单片 机等 级的 一个 重要 指标。 一 般讲 ，低 档单 片 机的 内部 数据 总线宽度为 4 位（ 4 位机），普 通和中档 单片机 的内部数 据总线 宽度一般为 8位（ 8 位机 ），高 档单片机 内部数 据总线宽 度为 16 或 32 位。 内部数 据总线宽度越宽， 单片机 的处理速 度也相 应的提高 ，功能 也越强。 单片机基本单元与作用 MCU 单元 (Microcontroller Unit) MC U 单元 部分 包 括了 C P U、时 钟 系统 、复 位、 总线 控制 逻 辑等电河南工业职业技术学院毕业论文 8 路。 CP U 是按照面 向测控 对象、嵌 入式应 用的 要求 设计的 ，其功能 有进行算 术、 逻辑 、比 较等 运算 和操 作， 并将 结果 和状 态 信息 与存 储器 以及状态 寄存 器进 行交 换（ 读 /写）。 时钟 和复 位 电路 实现 上电 复位 、信 号控制复 位， 产生 片内 各种 时钟 及功 耗管 理等。 总 线控 制 电路 则产 生各 类控制逻辑 信号 ，满足 MC U 对内 部和 外部总 线的 控制。 其 中，内 部总 线用以实 现片 内各 单元 电路 的协 调操 作和 数据 传输 ，而 外 部总 线控 制用 于单片机外围扩展 的操作 管理 [9]。 片内存储器 单片 机的 存储 器一 般分 成程 序 存储 器和 数据 存储 器， 它 们往 往构成相互 独立 的两 个存 储空 间， 分别 寻址 ，互 不干 扰。 在 这一 点上 ，与 通 用计 算 机 系 统 的 结 构 是 不 同 的。 通 用 计 算 机 系 统 通 常 采 用“ VonNeumann” 结 构， 在 这种 结构 体 系中 采用 了 单一 的数 据总 线 用于指令和数据 的存取 ，因此 数据和指 令是存 放在同一 个存储 空间中的 ， C P U 使 用 同一 条 数 据 总 线与 数 据 和 程 序 进行 交 换 ,如 在 计 算机 原 理 课 程 中 介绍的 8086/8088。 而单片 机的内 部结构通 常使用 “ Harvard” 体系 结构 ，在这种 体系 中采 用分 开的 指令 和数 据总 线， 以及 分开 的 指令 和数 据地 址空间。 单片 机采用 Harvard 双（ 多）总线 结构的 优点是 ，指令 和数据 空间完全 分开 ， 分别 通 过专 用的 总 线同 C P U 交 换， 可以 实 现对 程序 和 数据的同时访问 ，提高 了 CP U 的执行速度 和数据的 吞吐率。 早期的 单片机 ，如典 型的 8031单片 机 ，在 片内 只 集成 少量 的数 据 存储 器 RAM（ 128/256字节 ）， 没有 程序 存储 器。 因此 程序 存储 器和 大容 量 的数 据存 储器 需要进行 片外 的扩 展， 增加 外围 的存 储芯 片和 电路 ，这 给 构成 嵌入 式系 统带来了 麻烦。 后 期的 单片 机则 在片 内集 成了 相当 数量 的 程序 存储 器， 如与8031兼容的 AT89S 5 AT89S 52在片内集成了 4K /8K的 F lash程序 存储器。 而现 在新 型的 单片 机， 则在 片内 集成 了更 多数 量和 更 多类 型的 存储 器。 如 AVR系列的 AT me ga16 在片内就集成了 16K 字节的 F las h 程序存储器， 1K 字节 的 RAM 数据 存储 器，以 及 512字节的 E EP RO M 数据 存储器，这就大大 方便了 应用。 程序存储器 程序 存储 器用 于存 放嵌 入式 系 统的 应用 程序。 由 于单 片 机嵌 入式系统的应用程序 在开发 调试 完成 后不 需要 经常 改变 ， 因此 单片 机的 程序 存储 器 多采 用只读型 RO M 存储器，用于永 久性的存 储系统 的应用程 序。 为适应不 同产品 、用户和不同场 合的需 要，单片 机的程 序存储器 有以下 几种不同 形式 [10]： 河南工业职业技术学院毕业论文 9 ① RO MLess 型。 该种形 式的单片 机片内 没有集成 程序存 储器，使用时必须在 单片机 外部扩 展一定 容量的 EP RO M 器件。 因此， 使用这 种类型的 单片 机就 必须 使用 并行 扩展 总线 ，增 加芯 片， 增 加了 硬件 设计 的工作量。 ② EP RO M 型。 单 片机 片 内集 成了 一定 数量 的 EP RO M 存储 器用于存放 系统 的应 用程 序。 这类 单片 机芯 片的 上部 开有 透 明窗 口， 可通 过约15分钟的 紫外 线照 射来 擦除 存储 器中 的程 序， 再使 用 专用 的写 入装 置写入程序代码和 数据， 写入次数 一般为 几十次。 ③ MaskRO M 型。 使用种 类型的 单片机时，用户要将 调试好 的应用程序代 码交 给单 片机 的生 产厂 家， 生产 商在 单片 机 芯 片 制造 过程 的掩 膜工艺阶 段将 程序 代码 掩膜 到程 序存 储器 中。 这种 单片 机 便成 为永 久性 专用的芯片，系统 程序无 法改动， 适合于 大批量产 品的生 产。 ④ O TP RO M 型。 这种 类型的单 片机与 MaskROM 型的单片 机有相似的特 点。 生产 商提 供新 的单 片机 芯片 中的 程序 存储 器 可由 用户 使用 专用的写 入装 置一 次性 编程 写入 程序 代码 ，写 入后 也无 法 改动 了。 这种 类型的单片机也是 适用于 大批量产 品的生 产。 ⑤ F lashRO M 型。 这 是一种 可供用户 多次擦 除和写入 程序代 码的单片机。 它的程序 存储器采 用快闪 存储器（ F lashMe mory） ,现在可实 现大于 1万次的写入操 作。 内部集成 F las hRO M 型单片机的出 现，以及 随着 F lash 存 储器价格的下 降 ，使 得 使用 F lashRO M 的 单片 机 正在 逐 步淘 汰 使用 其 它类 型 程序存储器的单 片机。 由 于 F lashRO M 可多次擦 除（电擦 除）和写入 的特性 ，加上新 型的单 片机 又采用 了在 线下 载 ISP 技术（ In S yste mP rogram既无需 将芯 片从 系统 板上 取下 ，直 接在 线将 新的 程序 代 码写 入单 片机 的程序存 储器 中。 ）， 不仅 为用 户在 嵌入 式系 统的 设计 、 开发 和调 试带 来了极大 的方 便， 而且 也适 用于 大批 量产 品的 生产 ，并 为 产品 的更 新换 代提供 了更广阔的 空间 [11]。 数据存储器 单片机 在片 内集 成的数 据存 储器 一般 有两类 ：随 机存 储器 RAM 和电可擦除存 储器 E EP RO M。 ① 随机存储 器 RAM。 在 单片机 中，随机 存储器 RAM 是用 来存 储系统 程序 在运 行期间 的工 作变 量和 临时数 据的。 一般在单 片机 内部集 成一 定容 量 （ 32字节 至 512字节或 更多） 的 RAM。 这些小容 量的 数据存 储器 以高 速 RAM 的形 式集 成在 单片 机芯片 内部 ，作为临 时的 工作 存储 器使 用， 可以 提高 单片 机的 运行 速 度。 在单 片机 中，河南工业职业技术学院毕业论文 10 常把内部寄 存器 (如工作 寄存器、 I/O 寄存器等 )在逻 辑上也划 分在 RAM 空间 中， 这样 即可 以使 用专 用的 寄存 器指 令对 寄存 器 进行 操作 ，也 可将寄存器 当做 RAM 使用， 为程 序设 计提供 了方 便和 灵活 性。 对 一些 需要使用 大容 量数 据存 储器 的系 统， 就需 要在 外部 扩展 数 据存 储器。 这 时，单片机 就必 须具备 并行 扩展 总线 的功能 ，同 时外 围也要 增加 R AM 芯片和相应的地 址锁存、地址译码 等电路。 这不仅增 加了硬 件设计的 工作量 ，产品 的成 本， 同时 降低 了系 统的 可靠 性。 目前 许多 新 型单 片机 片内 集成的 RAM 容量越来 越大。 片内 集成的 RAM 容 量增加 ，不仅 减少了 在片外扩展 R AM 的必 要性， 提高 了系 统的可 靠性 ，而 且更 重要的 是， 使得单片 嵌入 式系 统的 软件 设计 思想 和方 法有 了许 多的 改 变和 发展 ，给 编写系统程序带来 很大的 方便，更 加有利 于结构化 、模块 化的程序 设计。 ② 电可擦除 存储器 E EP RO M。 一些新型的 单片机， 在芯片 中还集成了电可擦除 存储器 型 EEP RO M 的数据存储 器。 这类 数据存 储器用于 存放一些永久或 比较固 定的系统 参数，如放大 倍率、电话号码 、时间 常数等。 EEP RO M 的寿命 大于 10万次，具有 掉电后 不丢失数 据的特 点，并且 通过系统 程序 可以 随时 修改 ，这 些特 性都 给用 户设 计开 发 产品 带来 极大 的方便和想象空间。 输入 /输出（ I/O）端口 为了 满足 嵌入 式系 统 “ 面向 控 制 ” 的实 际应 用需 要， 单 片机 提供了数量众多 、功能强 、使用 灵活的 输入 /输出端 口，简 称 I/O。 端口的 类型可分为以下几 种类型 [11]： ① 并行总线输 入 /输出端口（并型 I/O 口）。 用于 外部扩 展和扩充并行 存储 器芯 片或 并行 I/O 芯片等 使用 ，包 括数 据总 线、 地址 总线 和读写控制信号等。 ② 通用数字 I/O 端口。 用于外 部电路 逻辑信号 的输入 和输出控 制。 ③ 片内功能单 元的输入 /输 出端口。 如：定时器 /计 数器的 计数脉冲输入，外部中 断源信 号的输入 等。 ④ 串行 I/O 通信口。 用 于系 统 之 间 或与 采用 专用 串行 协议 的外围芯片之 间的 连接 和交 换数据。 如 ： UA RT 串 行接 口（ RS232）， I2C 串行接口， SP I 串行接口， US B 串行口等。 ⑤ 其它专用接 口。 一些新 型的单片 机还在 片内集成 了某些 专用功能的模拟或 数字的 I/O端口，如 A/D 输入 、 D/A 输出 接口， 模拟比 较输入端 口， 脉宽 调制 （ P WD） 输出 端口 等。 更有 的单 片机 还将 LC D 液晶显示 器的 接口 也集 成到 单片 机芯 片中 了。 为了 减少 芯 片引 脚的 数量 ，又河南工业职业技术学院毕业论文 11 能提供更多 性能的 I/O 端口给 用户使用，大多数 的单片机 都采用 了 I/O 端口复用技 术，既某一 端口 ，它即 可作为一 般通用 的数字 I/O 端口使用 ，也可 作为 某个 特殊 功能 的端 口使 用， 用户 可根 据系 统 的实 际需 要来 定义使用。 这样就 为设计 开发提供 了方便 ，大大拓 宽了单 片机的应 用范围。 操作管理寄存器。 操作 管理 寄存 器也 是单 片机 芯 片中 的重 要组 成部 分之 一。 它 的功能是管 理、 协调 、控 制和 操作 单片 机芯 片中 的各 功能 单 元的 使用 和运 行。 这类 寄存 器的 种类 有： 状态 寄存 器、 控制 寄存 器、 方 式寄 存器 、数 据寄存器 等等。 各 种寄 存器 的定 义、 功能 、状 态、 相互 之 间的 关系 和应 用相对比 较复 杂， 而且 往往 同相 应的 功能 单元 的使 用紧 密 相关 ，因 此， 用户应 非 常熟 悉各 个寄 存器 的作 用以 及。