毕业设计_基于51单片机的数控电源设计

摘 要 I 摘要 本系统以直流电压源为核心， 片机为主控制器，通过键盘来设置直流电源的输出电压，设置步进等级可达 出电压范围为 0 可由液晶屏显示实际输出电压值。本系统由单片机程控输出数字信号，经过 D/出模拟量，再经过运算放大器隔离放大，控制 着 电压的变化而输出不同的电压。实际测试结果表明，本系统实际应用于需要高稳定度小功率恒压源的领域。 关键词： 直流电源 单片机 数字控制 I to dc as to dc , by of (to s of in of of DC 录 录 第章 引言 . 1 题背景 . 1 片机简介与发展概况 . 2 计要求 . 2 要内容 . 3 第章 方案选择与论证 . 4 体设计方案 . 4 选方案一 . 4 选 方案二 . 6 案比较与选择 . 7 第章 系统硬件设计 . 9 片机最小系统 . 9 性电源的设计 . 10 . 14 特点 . 14 片接口说明（图 3 . 14 设计电路中的 . 15 动放大电路 . 16 . 17 键控制部分 . 18 . 19 . 20 线介绍 . 20 片机模拟 . 22 片机程序下载电路部分 . 22 第章 系统软件设计 . 25 件流程图 . 25 程序模块 . 26 序模块主要包括 ： . 26 序模块主要包括： . 27 电子科技大学成都学 院毕业设计论文 章 系统的调试以及误差分析 . 30 件调电路试 . 30 源测试与误差分析 . 30 参考文献 . 33 致谢 . 34 附录 . 35 附录一：系统总电路图 . 35 附录二：系统总程序 . 36 附录三：相关外文翻译 . 50 第 1 章 引言 1 第章 引言 题背景 现今随着电 子 技术的飞跃发展 ，作为其能源部分的 数控电源技术 已发展成为一门实践性很强的工程技术，服务于各 个 行业 。电力电子技术是电能的最佳应用技术之 一。当今电源技术融合了电气、电子、系统集成、控制理论、材料等诸多学科领域。随着计算机和通讯技术发展而来的现代信息技术革命，给电力电子技术提供了广阔的发展前景，同时也给电源提出了更高的要求。随着数控电源在电子装置中的普遍使用，普通电源在工作时产生的误差，会影响整个系统的精确度。电源在使用时会造成很多不良后果，世界各国纷纷对电源产品提出了不同要求并制定了一系列的产品精度标准。只有满足产品标准，才能够进入市场。随着经济全球化的发展，满足国际标准的产品才能获得进出的通行证。数控电源是从 80年代才真正的发展起来的，期 间系统的电力电子理论开始建立。这些理论为其后来的发展提供了一个良好的基础。在以后的一段时间里，数控电源技术有了长足的发展。但其产品存在数控程度达不到要求、分辨率不高、功率密度比较低、可靠性较差的缺点。因此数控电源主要的发展方向，是针对上述缺点不断加以改善。单片机技术及电压转换模块的出现为精确数控电源的发展提供了有利的条件。新的变换技术和控制理论的不断发展，各种类型专用集成电路、数字信号处理器件的研制应用，到 90 年代，己出现了数控精度达到 数控电源，功率密度达到每立方英寸 50W 的数控电源。从组成上， 数控电源可分成器件、主电路与控制等三部分。目前在电力电子器件方面，几乎都为旋纽开关调节电压，调节精度不高，而且经常跳变，使用麻烦 将单片机数字控制技术 ,有机地融入直流稳压电源的设计中 ,设计并制作出一款数字化直流稳压电源 出精度高 , 特别适用于各种有较高精度要求的场合 . 本课题研究的数字式可调稳压电源是最常用的仪器设备，利用单片机对直流稳压电源进行控制 ， 改善了电源的性能 ， 使用方便灵活 ， 且成本较低 ， 同时控制系统在软件上还可进一步改进 ， 以扩展其功能 ， 而并不需要增加硬件开销 ， 从而提高电源 的性能价格 ， 在科研及实验中都是必不可少的 。 针对以上问题，我们设计了一套以单片机为核心的智能化稳压电源。 电子科技大学成都学院本科毕业设计论文 2 片机简介与发展概况 单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机了解计算机原理与结构的最佳选择。 可以说，二十世纪跨越了三个“电”的时代，即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。不过，这种电脑，通常是指个人计 算机，简称 。它由主机、键盘、显示器等组成）。还有一类计算机，大多数人却不怎么熟悉。这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机（亦称微控制器）。顾名思义，这种计算机的最小系统只用了一片集成电路，即可进行简单运算和控制。因为它体积小，通常都藏在被控机械的“肚子”里。它在整个装置中，起着有如人类头脑的作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪了。现在，这种单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词 “智能型”，如智能型洗衣机等。现在有些工厂的技术人员或其它业余电子开发者搞出来的某些产品，不是电路太复杂，就是功能太简单且极易被仿制。究其原因，可能就卡在产品未使用单片机或其它可编程逻辑器件上。 单片机的历史 ： 第一代：七十年代后期， 4 位逻辑控制器件发展到 8 位。使用 艺（速度低，功耗大、集成度低）。代表产品： 048 。 第二代：八十年代初，采用 艺，并逐渐被高速低功耗的 艺代替。代表产品： 051 。 第三代：近十年来， 发展出现了许多新特点： （ 1 ）在技术上，由可扩展总线型向纯单片型发展，即只能工作在单片方 式。 （ 2 ） 扩展方式从并行总线型发展出各种串行总线。 （ 3 ）将多个 成到一个 。 （ 4 ）在降低功耗，提高可靠性方面， 作电压已降至 第四代： 使用使 术进入了第四代。 计要求 通过按键对 输出电压进行动态的步进增加或是减少，并能对电压输出值进第 1 章 引言 3 行预设；输出电压的范围在 0到 且电压步进精度为 能通过 要内容 该电源采用 51 系列单片机作为整机的控制单元，通过改变 线性三端稳压芯片的 输入 的 数字量来改变输出电压值，间接地改变 电源 输出电压的大小。采用键盘可对输出电压以增减两种方式进行设置 ， 输出由单片机通过 数字电位器控制驱动 线性三端稳压芯片 输出一个稳定电压。工作过程中，稳压电源的工作状态 (输出电压 ) 均由单片机输出驱动 示，由键盘控制进行动态逻辑切换 。 图 1统硬件框架图 电源输出部分（线性稳压可调或者开关稳压可调芯片） 控芯片 按键输入部分 调节电路（运放，） 字电压输出显示 电子科技大学成都学院本科毕业设计论文 4 第章 方案选择与论证 体设计方案 本设计方案主控芯片为一 时对 数码管的输出显示数据进行同步更新，并且控制着 输出电压进行调节。大致流程为 按键输入进行相应， 新 者数码管显示，以及控制 行相应的输出， 出量再进入运放，进行差分放大，放大结果连接至三端稳压芯片可控输入端进行调节，最终达到电压控制输出以及步进。由于 以上的总设计方案可选相关元器件的范围相当宽泛，考虑再三，最终选定两种方案进行取舍。这两种方案其实现方法大致相同，但各自又有其独到之处，以下是二种方案的详细介绍。 选方案一 该方案采用方法是在 准的应用电路上改进而成。图 2 图 2本电路通过对 位器的调节即可改变电压输出，稳压电源的输出电压可用下式计算， 1 1）。仅仅从公式本身看， 电阻值可以第 2 章 方案选择与论证 5 随意设定。然而作为稳压电源的输出电压计算公 式， 阻值是不能随意设定的。首先 317 稳压块的输出电压变化范围是 37V（高输出电压的 317 稳压块如 ，其输出电压变化范围是 45V），所以 1 的比值范围只能是 0 时考虑到题目要求输出电压范围为 0以将 的电压设定为 么其输出的最小电压们可以通过改变其 阻值使其输出电压达到 5V，那么 V,从而达到设计要求。对于对其进行可调控制， 即想到使用数字电位，以下图 2按照设计要求绘制的电路原理图： 图 2案一调节电路 图中数字电位器选用的是具有 100 个抽头且阻值为 1K 的数字电位器最小步进阻值为 10 欧 )。为了实现从 0V 开始步进，且步进精度达到 们将 准应用电路中的 为 2 部分，分别有数字电位器和一个固定阻值为 375 欧的电阻，同时 们选取固定阻值为 125 欧的电阻。这输出电压公式可表 示为： 1+(W)/ 公式（ 2 其中 75 欧， 数字电位器当前阻值， 25 欧。 当 前阻值为 0欧时， W)=375欧，由公式可算的 当 前阻值为 10 欧时，此时 85 欧，带入公式可得出 当 前阻值为 100 欧时，此时 75 欧，带入公式可得出 当 前阻值为 990 欧时，此时 365 欧，带入公式可得 于数字电位器控制部分，数字显示以及按键部分可有单片机统一进行控制，该电子科技大学成都学院本科毕业设计论文 6 部分 可参考附录系统总原理图对应部分，至于 +15V 可由负输出三端稳压器 正输出三端稳压器 成三端稳压电路得到。 选方案二 该方案采用方法也是在 准的应用电路上改进而成。本方案与方案一相比是不需要采用负电源做 调节输出电压，而是直接对 压可调端 接进行操作。具体的电压调节电路如下图 2示： 图 2图中 接至差动放大电路的输出端，差动放大电路的同向输入端连接的是 +电压由两个 1K 的电阻分压可得。至于反向输入端则连接至 10 位的数模转换器 模拟电压输出端，其参考电压为 +作电压取 +5V，这样数模转换器的输出电压范围为 0 图 2差动放大电路电路原理图： 第 2 章 方案选择与论证 7 图 2分放大电路 由图可得差动放大电路电压输出公式： (2)*1+2)*(5)* 公式（ 2 当 5V， 5V，要满足 ，经过计算 为 时 压调的 电路的电压在 右。 电压值固定为 +5V， 电压值范围为 0以可得 输出电压范围为 +于数字电位器为 10 位，完全可达到输出电压精度 要求，同时再对数字电位器 输入参考电压电路部分的 完全可实现 压变化。 至于 制部分，数字显示以及按键部分可有单片机统一进行控制，该部分可参考附录系统总原理图对应部分，而正负 15V，正 5V 的得到可参见线性电源设计部分。 案比较与选择 在对以上两种方案进行认真对比与论证之后，最终选定备选方案二作为本次设计的设计方案，原因有如下几点： 备选方案一中的电压步进精度调控范围过窄，在未知某些情况下可能因其步进精度过于接近设计要求而却无法达到设计要求。而反观备选方案二，其步进电压的精度比设计要求精度更小，对于电压更细微的变化也以实现。所以综合考虑觉得选择备选方案二 备选方案一中采用 为参考电压 三端稳压芯片 输出电压本就存在一定的波动性，这对其可调精度范围提高了要求。 电子科技大学成都学院本科毕业设计论文 8 其三就是 数字电位器中抽头的耐压范围，以及数字电位器的 见 现其抽头的耐压范围最大为 7V，但同时要求 要达到7V，这样才能大致实现 0输出，这些因素都将是造成系统不稳定的因素。因此该方案虽然能达到精度要求，但其控制部分稳定性存在一定的问题，所以该方案未能如选。 第 3 章 系统硬件设计 9 第章 系统硬件设计 片机最小系统 该部分为本电路的核心控制部分，单片机选用的是宏晶公司的 系列单片机以其加密性强，低功耗，超低价格，高速高可靠，强抗静电及干扰等特性在微控制领域应用相当 广泛。且该单片机程序可直接通过串行通行接口载，十分方便和快捷，下载器电路搭建简单，下载软件操作简单等特点深受好评。以下是该单片机的主要特点及参数： 增强型 6 时钟 /机器周期， 12 时钟 /机器周期 8051 工作电压 5V 单片机） 工作频率范围： 0当于普通 8051 的 0际工作频率可达48 用户应用程序空间 8K 字节 片上集成 512 字节 通用 I/O 口（ 32 个）， 做 I/O 口用是需加上拉电阻 过串口（ 接下载用户程序 能 3 个 16 位定时器 /计数器，其中定时器 0 可作为 2 个 8 位定时器使用 外部中断四路，下降沿中断或低电平触发中断 通用异步串行口 工作温度范围 0 封装： 3根据以该单片机为核心的最小系统电路图： 电子科技大学成都学院本科毕业设计论文 10 图 3片机最小系统电路 性电源的设计 本设计中主控 及 用的直流电源，是由电网提供的交流电经过变压、整流、滤波和稳压后得到。本线性电源依旧由电 源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成，如图 3示为线性稳压电源电路图： 第 3 章 系统硬件设计 11 图 3性电源电路 随着集成技术的发展，稳压电路也迅速实现集成化。目前，集成稳压器已经成为模拟集成电路的一个重要组成部分。集成稳压器具有体积小、可靠性高以及温度特性好等优点，而且使用灵活方便、价格低廉，被广泛的应用于仪器、仪表以及其他各种电子设备中。特别是三端集成稳压器，芯片只引出三个端子，分别接输入端、输出端和公共端，基本上不需要外接元件。芯片内却集成可各种保护电路，使使用更安全、可靠。 三端集 成稳压器有固定输出和可调输出两种不同的类型。其中固定输出集成稳压器又分为正输出和负输出两大种类。本线性电源部分设计采用 司的固定正输出三端集成稳压器 及固定负输出三端集成稳压器下是 78列和 79列三端稳压器的参数介绍。 功能简介 : 7815 为三端正稳压器电路 ,装，能提供多种固定的输出电压，应用范围广。内含过流、过热和过载保护电路。带散热片时，输出电流可达 1A。虽然是固定稳压电路，但 使用外接元件，可获得不同的电压和电流。 一般的双电源（正负对称电源）都没有连续可调的功能，给使用带来不便。用一块 7815 和一块 7915 三端稳压器对称连接，可获得一组正负对称的稳压电源，而且输出电压值可各自单独调节，也可同步调节。 主要特点 : 过热保护 短路保护 输出晶体管 护 输出电压有： 5V、 6V、 8V、 9V、 10V、 11V、 12V、 15V、 18V、 24V 输出电流可达 1A 电子科技大学成都学院本科毕业设计论文 12 7815 极限值（ 5） 输入电压 (18V) 35V (4V) 40V C 热阻（结到壳） 5 /W A 热阻（结到空气） 65 /W 工作结温范围 0125 贮存温度范围 50 封装以及引脚如图 3示： 图 3 列三端稳压器 功能简介 : 7915 为三端负稳压器电路， 装，能提供多种固定的输出电压，应用范围广。内含过流、过热和过载保护电路。带散热片时，输出电流可达 1A。 一般用 78一块 79端稳压器对称连接的双电源（正负对称电源）没有连续可调的功能，但是可以外接电阻实现输出电压值可各自单独调节。 主要特点 : 过热保护 短路保护 输出晶体管 护 输出电压有： 79列有 5V、 6V、 8V、 9V、 10V、 11V、 12V、 15V、18V、 24V 输出电流可达 1A 7915 极限值（ 5） 输入电压 (518V) 35V 第 3 章 系统硬件设计 13 (4V) 40V C 热阻（结到壳） 5 /W A 热阻（结到空气） 65 /W 工作结温范围 0125 贮存温度范围 50 封装以及引脚如图 3示： 图 3电路设计说明： 整流和滤波电路：整流桥作用是将交流电压变换成脉动电压。滤波电路一般由电容组成，其作用是脉动电压中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压。 稳压电路：由于得到的输出电压受负载、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。 稳压芯片分别采用 时三端稳压器要加装散热器。在 7805 电压输出部分安装上一个发光二极管作为线性稳压电源指示灯。 电源部分包括： +5V、 15V 两大部分： 15V 电源，其电源电路如图 3示 为了得到较好的滤波效果，一般选择滤波电容的容量应满足以下关系式： （ 3 5） *(T/2) 其中 负载， C 为滤波电容， T 为电网交流电周期 本设计采用的是功率为 12W，双 15V 变压器，所以 *U/W U=5V）。 C=(3 5)/100/ 800 1333容耐压值为： 5 取滤波电容选取滤波电容 C=10005V +5V 电源只要供单片机部分， 晶显示部分，参考电压部分使用， 该电路电子科技大学成都学院本科毕业设计论文 14 部分采用在 压输出的基础上再通过 行稳压输出。前端滤波电容选取的滤波电容 C=255V，之后接 104 瓷片电容。 路 在电 路中发挥重要作用，它将单片机输出的数字量进行数模转换，然后在将转换后的模拟量以电压的形式输送到下一级电路作为差分电路反向输入端信号。我们这里选用 器件是由 器公司新推出的串行 10 位数 / 模转换器， 一种 10 位分辨率、单道 D/A 转换芯片。由于它体积小，兼容性，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，其目前已经有很高的普及率。D/A 转换器的位数决定了电源系统控制电压输出的范围和精度，同时电源系统输出电压步进精度涉及的环节很多。 特点 一个串行 10 位 片 , 性能比早期电流型输出的 需要通过 3 根串行总线就可以完成 10 位数据的串行输入，易于和工业标准的微处理器或微控制器单片机接口相连 ,适用于电池供电的测试仪表、移动电话，也适于数字失调与增益调整以及工业控制场合。其主要特点如下 : 单 5V 电源工作 3 线串行接口（ 高阻抗基准输入端 出的最大电压为 2 倍基准输入电压 上电时内部自动复位 微功耗 ,最大功耗为 出 转换速率快，更新率为 型 (D)封装 塑料 )封装 工作温度范围均0 70，而小型（ D）封装 塑料 P）封装 工作温度在 85 的范围内。 片接口说明（图 3 模拟地 第 3 章 系统硬件设计 15 准电压输入端 拟电压输出 正电源电压端 串行二进制数输入端 串行时钟输入端 芯片选择，低有效 用于级联的串行数据输出 图 3设计电路中的 本设计中，片选信号端 钟信号端 据信号端 别与单片的 I/O 连接，单片机通过 I/O 模式 信控制 拟量输出。基准电压输入端 到由电阻分压电路部分，其输入的基准电压由 行调节。 拟电压输出端 到差分电路的方向输入端 图 3示。 图 3 N /1024 公式（ 3 电子科技大学成都学院本科毕业设计论文 16 其中 动放大电路 在前面的方案二中已对差动电路电压输出做了相关说明这里将不再重复，本节将详细介绍运算放大器的相关参数，本设计中选用的是双运算放大器部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工 作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增 益模块和其他所有可用单 电源供电的使用运算放大器的场合。 引线双列直插式和贴片式。 图 3 图 3脚图 其特性参数如下： 内部频率补偿 直流电压增益高 (约 100 单位增益频带宽 (约 1 电源电压范围宽：单电源 (3 30V)； 双电源 ( 15V) 低功耗电流，适合于电池供电 低输入偏流 低输入失调电压和失调电流 共模输入电压范围宽，包括接地 差模输入电压范围宽，等于电源电压范围 输出电压摆幅大 (0 至 第 3 章 系统硬件设计 17 压输出 美国国家半导体公司的三端可调正稳压器集成电路。我国和世界各大集成电路生产商均有同类产品可供选用，是使用极为广泛的一类串连集成稳压器。 输出电压范围是 37V，负载电流最大为 的使用非常简单，仅需两个外接电阻来设置输出电压。此外它的线性调整率和负 载调整率也比标准的固定稳压器好。 置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。通常 需要外接电容，除非输入滤波电容到 入端的连线超过 6 英寸（约 15 厘米）。使用输出电容能改变瞬态响应。调整端使用滤波电容能得到比标准三端稳压器高的多的纹波抑制比。 够有许多特殊的用法。比如把调整端悬浮到一个较高的电压上，可以用来调节高达数百伏的电压，只要输入输出压差不超过 极限就行。当然还要避免输出端短路。还可以把调整端接到一个可编程电压上，实现可编 程的电源输出。 性简介 可调整输出电压低到 保证 出电流。 典型线性调整率 典型负载调整率 80波抑制比。 输出短路保护。 过流、过热保护。 调整管安全工作区保护。 标准三端晶体管封装。 电压范围 37V 连续可调 引脚图如图 3示： 图 3脚图 其中： 1 为调节端； 2 为电压输出端； 3 为电压输入端。 电子科技大学成都学院本科毕业设计论文 18 键控制部分 作为预设电压确定键，当 示 为“预设电压输出：”字样时，按下 一下，可对预设电压进行确认，以及跳出预设电压模式，此时预设电压将实时的反应在电压输出端，而 显示“当前电压输出：”字样以及输出电压值。 作为预设电压模式键，当按下一次 ，外部中断 0 产生中断，程序进入中断服务程序即预设电压模式。此时 显示“预设电压输出：”字样，按下 一次，电压步减 下 一次，电压步增 下 一次，电压步减 下 一次，电压步增 设电压完成后按下 定键，跳出外部中断 0 服务程序，预设模式跳转到实时电压输出模式，屏幕上显示“当前电压输出：”字样。 作为 压步减键，当按下一次 ，电压步减 减范围为 间步减。当 显示“当前电压输出：”字样时，此时按下按键进行步减操作，其值将实时的反应在电压输出端；而当 显示“预设电压输出：”字样时，此时按下按键进行步减操作，其值将不会实时的反应在电压输出端，只有当按下 确定键，预设电压才会实时的反应到电压输出端。 作为 压步增键，当按下一次 ，电压步增 增范围为 间步减。当 显示“当前电压输出：”字样时，此时按下按键进行步增操作，其值将实时的反应在电压输出端；而当 显示“预设电压输出：”字样时，此时按下按键进行步减操作，其值将不会实时的反应在电压输出端，只有当按下 确定键，预设电压才会实时的反应到电压输出端。 作为 压步减键，当按下一次 ，电压步减 减范围为 间步减。当 显示“当前电压输出：”字样时，此 时按下按键进行步减操作，其值将实时的反应在电压输出端；而当 显示“预设电压输出：”字样时，此时按下按键进行步减操作，其值将不会实时的反应在电压输出端，只有当按下 确定键，预设电压才会实时的反应到电压输出端。 作为 压步增键，当按下一次 ，电压步增 增范围为 间步减。当 显示“当前电压输出：”字样时，此时按下按键进行步增操作，其值将实时的反应在电压输出端；而当 显示“预设电压输出：”字样时，此时按下按键进行步增操作，其值将不会 实时的反应在第 3 章 系统硬件设计 19 电压输出端，只有当按下 确定键，预设电压才会实时的反应到电压输出端。 如图 3 图 3键输入电路 示部分 显示部分，选用的是飞利浦公司生产的 48矩阵 ，该液晶屏应用广泛，性价比相比 12864 液晶屏高出很多，该屏早期应用是作为手机显示屏使用。 以下是参数与引脚说明： 基本参数 液晶行点阵数量 48 液晶列点阵数量 84 串行通信最高速率 使用温度范围 至 70 引脚说明 模块电源 模块电源地，背光地 芯片使能 外部复位输入端 D/C 数据 /命令 串行数据输入端 电子科技大学成都学院本科毕业设计论文 20 行时钟输入端 背光电源 其工作电路如图 3 图 3口 线介绍 由于本设计中 模转换器和 晶屏均使用了 口与单片机进行通信，所以这里有必要对 口以及其通信协议进行一下简略的介绍。 速同步串行口。是一种标准的四线同步双向串行总线，英语缩写为接口是 先在其 列处理器上定义的。 口主要应用在 时时钟， 换器，还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。 一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为布局上节省空间，提供方便，正是出于这种简单易用 的特性，现在越来越多的芯片集成了这种通信协议。 线系统是一种同步串行外设接口，它可以使 各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息。外围设置 络控制器、 示驱动器、 A/D 转换器和 。 线系统可直接与各个厂家生产的多种标准外围器件直接接口，该接口一般使用 4 条线：串行时钟线（ 主机输入 /从机输出数据线 机输出 /从机输入数据线 低电平有效的从机选第 3 章 系统硬件设计 21 择线 的 口芯片带有中断信号线 的 口芯片没有主机输出 /从机输 入数据线 通信原理很简单，它以主从方式工作，这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备，需要至少 4 根线，事实上 3 根也可以（用于单向传输时，也就是半双工方式）。也是所有基于 设备共有的，它们是 据输入），据输出）， 钟）， 选）。 （ 1） 主设备数据输出，从设备数据输入 （ 2） 主设备数据输入，从设备数据输出 （ 3） 时钟信号，由主设备产生 （ 4） 从设备使能信号，由主设备控制 其中 控制芯片是否被选中的，也就是说只有片选信号为预先规定的使能信号时（高电位或低电位），对此芯片的操作才有效。这就允许在同一总线上连接多个 备成为可能。接下来就负责通讯的 3 根线了。通讯是通过数据交换完成的，这里先要知道 串行通讯协议，也就是说数据是一位一位的传输的。这就是 钟线存在的原因，由 供时钟脉冲， 基于此脉冲完成数据传输。数据输出通过 ，数据在时钟上升沿或下降沿时改变，在紧接着的下降沿或上升沿被读取。完成一位数据传输，输入也使用同样原理。这样，在 至少 8 次时钟信号的改变（上沿和下沿为一次），就可以完成 8 位数据的传输。要注意的是， 号线只由主设备控制，从设备不能控制信号线。同样，在一个基于 设备中，至少有一个主控设备。这样传输的特点：这样的传输方式有一个优点，与普通的串行通讯不同，普通的串行通讯一次连续传送至少 8 位数据，而 许数据一位一位的传送，甚至允许暂停，因为 钟线由主控设备控制，当没有时钟跳变时，从设备不采集或传送数据。也就是说，主设备通过对 钟线的控制可以完成对通讯的控制。 是一个数据交换协议：因为 数 据输入和输出线独立，所以允许同时完成数据的输入和输出。不同的 备的实现方式不尽相同，主要是数据改变和采集的时间不同，在时钟信号上沿或下沿采集有不同定义，具体请参考相关器件的文档。在点对点的通信中， 口不需要进行寻址操作，且为全双工通信，显得简单高效。在多个从设备的系统中，每个从设备需要独立的使能信号，硬件上比 统要稍微复杂一些。 最后， 口的一个缺点：没有指定的流控制，没有应答机制确认是否接收到数据。 电子科技大学成都学院本科毕业设计论文 22 片机模拟 于 没有配置硬 件的 制器，在对于速率以及实时性要求不高的场合可以使用单片机通过 I/O 口模拟 口与外设通信。首先按照 通信接口为 4 个，但我们只需要对外设进行写操作，所以只需要选择 3 个 I/O 口作模拟用，分别模拟 是片选、时钟、数据输出。