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基于51单片机的倍压整流时钟设计
资料介绍
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(完整内容请下载后查看)DOI:10.3969/j.issn.1001-8972.2011.20.062
基于51 单片机的倍压整流时钟设计
金一帆
黑龙江大学
P 0 端口在对单片机外部扩充存储器
时,可以作为数据总线(D0~D7)和地址总
线(A0~A7)来使用。当单片机外部不扩
充存储器时,P0 端口就可作为一般的I/O
口来使用,但P0 端口内没有上拉电阻。所
以当P 0 端口作为一般I/ O 口输入或输出
时,应在外接上拉电阻。
3. 晶振接线端
XTAL1(19 脚):振荡器反相放大器
及内时钟发生器的输入端。
XTAL2(18 脚):振荡器反相放大器
的输出端。
XTAL1 和XTAL2 可接外部晶体振荡
器,在单片机内部进行放大及振荡,从而
产生时钟脉冲以供单片机内部使用。
2 硬件部分的电路设计
以构成n 倍压整流电路。
摘 要
多倍压整流电路的原理和二倍压整流
电路相同,其输出电压为电源电压峰值
E2 的n 倍,也就是n E2,实现了升压
的目的。在本次设计中,所用到的时钟显
示器件辉光电子管需要170V 的电压来驱
动,所以选择五倍压整流电路。变压器选
择的是220V 转24V 的变压器,经由五倍压
整流电路的输出电压为:5*24* =170V,
正符合辉光电子管的驱动要求。
随着近年来科技的进步,单片机作为一种
芯片级的计算机系统,也得到了很大的发
展。51 单片机作为单片机的一种主流产
品,其内部所含有的振荡电路与外接晶体
相连,可达到精准计时的效果。但单片机
的正常工作电压仅为5V左右,单靠单片机
的电压驱动,在时钟显示器件的取材上就
有很大的局限性。倍压整流电路也是近年
来电子仪器设备和各类家用电器中广泛使
用的一种电路,通过整流和滤波元件的相
结合,可获得几倍于变压器的次级输出电
压峰值的电压,用于驱动时钟显示器件。
将单片机的精准计时效果与倍压整流电路
的电压放大功能相结合,就可以制作一款
精美的时钟。
2.2 时钟显示电路的设计
为了配合倍压整流电路的使用,以及
时钟美观的设计,本次设计选用QS18-12
型辉光电子管作为时钟显示的器件。
QS18-12 型辉光电子管需要170V 的电压
来驱动, QS18-12 型辉光电子管是一种可
以显示数字0 到9,显示内容为橙红色的电
子管。高度大约在40~50mm 左右。此电子
管共有12 个引脚,需要阳极电压为170V,
限流电阻为20K Ω。
由于受辉光电子管的年代、价格及使
用寿命等影响,本次设计之显示时钟的
时、分两部分。其中由辉光电子管V1、V2
显示小时数部分。其中,V1 只需要显示1
和2 两个数字,而V2 将显示0 到9 十个数
字。
时钟的分钟部分由另两个辉光电子管
V3 和V4 显示。其中V3 需要显示0 到5 六
个数字,而V4 则要显示0 到9 十个数字。
3 软件部分的设计
在单片机软件开发过程中,需要一个
程序的编辑环境。本次设计中,使用的是
Keil 编辑环境。
2.1 驱动部分的电路设计
关键词
单片机;倍压整流;汇编语言
在整个设计的电路中,既有弱电部分
也有强电部分。在本次设计中,单片机部
分需要+5V 的电压驱动,可以使用USB 接
口电压,也可以用变压器来实现。不过,为
了将弱电和强电部分集成在一块电路板上
实现,本次设计中用到一个220V 转24V 的
变压器。单片机需要的 + 5 V 电压,用
LM7805 稳压电路实现。而在时钟显示部
分的驱动电路,则使用倍压整流电路。
(一) LM7805 稳压电路设计
LM7805 稳压器是一种电压变换集成
电路,具有优良的稳压性能。LM7805 有三
个引脚,分别为:输入端、接地端和输出
端,属于三端稳压集成电路。
使用LM7805 稳压器来输出+5V 的电
压,需要在输入端和输出端加入滤波电
容。由于输入电压是由变压器而来的24V
电压,在输入端和变压器之间还应加入一
个整流二极管。在本次设计中选用的整流
二极管为1N4007 整流二极管,具有低的反
向漏电流,和较强的正向浪涌承受能力。
(二) 倍压整流电路电路设计
1 51 单片机概述
51 系列单片机是对目前能够兼容Intel
8031 指令系统的所有单片机的统称。该系
列单片机的起源来自于Intel 的8031 单片
机。后来随着闪存技术的发展,兼容Intel
8031 指令系统的单片机也取得了巨大的发
展,成为现在8 位单片机中应用最广泛的
一种,也是现在市场上主流的单片机。
51 单片机作为一种微控制器,在其内
部集成了功能非常强大的中央处理器。51
系列单片机共有40 个引脚,引脚分布如图
1-1 所示。
3.1 Keil μVision 软件使用
在运行Keil μVision 编写程序的时候,
要首先建立工程,工程是由源文件、编程
说明和开发工具选项三部分构成的。通过
菜单栏里的Project 之中的New Project 建
立。然后选择所需要的单片机型号。通过
菜单栏里的File 中的New 建立源程序文件
进行编程。程序写好后,经过存储、调用、
编译、调试等阶段,最后生成Hex 文件。
Hex 文件是由一行行的符合Intel HEX 格
式的文本所构成的ASCII 文本文件,由十
六进制记录组成。生成后的Hex 文件内是
能够被单片机直接识别的机器码,可以直
接写入单片机中,由单片机执行其功能。
3.2 单片机程序设计流程
在本次时钟设计中,强电部分的驱动
需要比较高的电压,这就用到了倍压整流
电路。倍压整流电路是近年来广泛使用的
一种升压电路,可以将较低的电流电压,
通过电容和整流二极管,得到一个较高的
直流电压。倍压整流电路的输出电压是输
入电压的几倍,一般可分为多少倍压整流
电路。
1). 二倍压整流电路
二倍压整流电路由一个变压器、两个
本次设计中,采用的51 系列单片机,
利用其时钟电路达到精准计时的目的。其
内部定时器T0 高电平工作,每计数50ms 产
生一次中断,也就是说一秒钟为T0 中断20
次。在秒钟单元达到60 之后向分钟进位,
使分钟单元加一,秒钟单元清零。而分钟
单元满60 后则向小时单元进位,使小时单
元加一,分钟单元清零。在本次设计中,共
有主程序、计时程序、时钟调整程序、显
示程序、开关程序、加一程序等众多模块。
下面详细说明一下每部分的具体程序思路
及流程。
电容和两个整流二极管构成。
当电源电压e2 处于正半周时,整流二
极管D1 导通,而D2 处于截止状态。此时,
电流通过D1 对电容C1 进行充电,使C1 中
的电压达到接近e2 峰值 E2。当e2 处于负
半周时,整流二极管D2 导通,而Dl 处于截
止状态。则Cl 中的电压Uc1 = E2,再与
e2 的电压串联相加,当电流经过D2 对C2
充电时,充电电压Uc2 为e2 的峰值加上1.
2 倍的E2,也就是约为2 E2 了。经过反复
充电,它的输出电压基本为变压器电极电
压的两倍,因此称之为二倍压整流电路。
2). 多倍压整流电路
图1 - 1 5 1 单片机引脚图
由于51 单片机的引脚数目有限,有些
引脚可以具有多种功能。
1). 电源接线端
VCC(40 脚):接 +5V。
GND(20 脚):接地。
2). I/O 接口
51 单片机上共有四个I/O 接口,分别
为P0、P1、P2、P3,这四个I/O 口都是双
向的8 位端口。在程序的控制下,它们可
以按字节或按位进行输入或输出。
(一) 主程序的设计
主程序初始化将时间、显示、中断等
都分别赋予初值。使总中断开发,然后允
许T0 中断,开启T0 定时器对时间进行判
在二倍压整流电路的基础上,再加n-
2 个整流二极管以及n-2 个滤波电容,就可
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