基于AT89S52單片機簡易數(shù)控直流電壓源的設計

1、摘 要本設計以at89s52單片機為核心控制芯片，實現(xiàn)數(shù)控直流電源功能的方案。設計采用8位精度的da轉換器dac0832、三端可調穩(wěn)壓器lm350和一個ua741運算放大器構成穩(wěn)壓源，實現(xiàn)了輸出電壓范圍為1.4v+9.9v，電壓步進0.1v的數(shù)控穩(wěn)壓電源，最大紋波只有10mv，具有較高的精度與穩(wěn)定性。另外該方案只采用了5個按鍵實現(xiàn)輸出電壓的方便設定，具有設定值調整，微調（步進量0.1），粗調（步進量1）三種調整功能，顯示部分我們采用了三位一體的數(shù)碼管來顯示輸出電壓值。我們自行設計了12v和5v電源為系統(tǒng)供電。該電路的原理是通過mcu控制da的輸出電壓大小，通過放大器放大，放大后的電壓作為lm3

2、50的參考電壓，真正的電壓還是由電壓模塊lm350輸出。利用5個按鈕調整電壓、并且通過共陰極三位一體led顯示輸出的電壓值。設計使用3三位一體數(shù)碼管，可以顯示三位數(shù)，一個小數(shù)位，比如可以顯示5.90v，采用動態(tài)掃描驅動方式。與傳統(tǒng)的穩(wěn)壓電源相比具有操作方便，電源穩(wěn)定性高以及其輸出電壓大小采用數(shù)碼顯示的特點。關鍵詞：數(shù)控，步進，三端可調穩(wěn)壓器abstractthe design is with the mcuat89s52 for the core control chip,which carry out the project that the function of the number c

3、ontrols the direct current power supply.designed with the precision of eight da converter dac0832, three-adjustable regulators lm350 and a ua741 operational amplifiers constitute regulators source, the output voltage range of +1.4 v +9.9 v, 0.1v voltage step nc regulators power, it has with high pre

4、cision and stability and only have the biggest ripple of 10 mv. meanwhile, the program used only five keys to achieve the convenience of the output voltage setting ,with setting value adjustments. it has three kinds of adjust function,which can carry out micro-adjustment (stepping volume 0.1)and the

5、 coarse adjustment (stepping volume 1). the show part we have adopted a three-dimensional digital pipe to show the output voltage value. and we designed the 12v and 5v power supply system for electricity. the principle of that electric circuit was that the output voltage size which passes the mcu to

6、 control da, passing the amplifier amplification, and the voltage is the reference voltage of the lm350. and the real voltage is still the lm350 outputs are from the voltage mold piece. making use of five buttons to adjustment voltages, and pass the total cathode christian trinity led to display the

7、 outputs voltage .in this design i used 3 piece code tubes, which can show three position numbers, one of them is a fraction position. for example ,it can show a 5.90 vs. in this design i adopt the scan to drive way is dynamic state sweep. with traditional steady press power supply to compare to hav

8、e an operation convenience, the power supply stability high characteristics, its exportation electric voltage size adoption figures show.keywords: numerical control, stepping,three-adjustable regulators 目 錄第1章 緒論11.1 研究背景及意義11.2 國內外研究狀況11.3 課題研究方法2第2章 數(shù)控電壓源的總體方案介紹32.1 數(shù)控電壓源的方案論證32.1.1 方案一：采用單片機的數(shù)控電壓

9、源的設計32.1.2 方案二：采用調整管的雙計數(shù)器的數(shù)控電壓源的設計32.1.3 方案三：采用調整管的十進制計數(shù)器的數(shù)控電壓源的設計42.2 數(shù)控電壓源的方案比較52.2.1 數(shù)控部分的比較52.2.2 輸出部分的比較52.2.3 顯示部分的比較5第3章 數(shù)控電壓源的工作原理63.1 整機電路框圖63.2 工作原理63.2.1 da轉換電路工作原理63.2.2 電壓調整電路工作原理73.2.3 數(shù)值計算8第4章 單元電路工作原理94.1 時鐘電路94.1.1 時鐘振蕩電路圖94.1.2 時鐘信號的產生94.2 復位電路94.3 鍵盤接口電路104.3.1 鍵盤電路104.3.2 鍵盤電路工作原

10、理104.4 顯示接口電路114.4.1 顯示電路原理114.4.2 led顯示方式124.4.3 顯示電路原理圖124.5 da轉換電路134.6 電源電路134.6.1 穩(wěn)壓器78l12和79l12134.6.2 電源電路原理圖14 4.7 所用主要芯片14 4.7.1 單片機at89s5214 4.7.2 芯片adc083215 4.7.3 lm35017 4.7.4 運放ua74118第5章 數(shù)控電壓源的軟件系統(tǒng)205.1 主程序205.2 子程序21 5.2.1 中斷子程序21 5.2.2 顯示子程序22 5.2.3 鍵掃子程序23第6章 電路的調試246.1 硬件的調試246.1.

11、1 硬件調試過程246.1.2 電路數(shù)據的測試256.2 軟件的調試26第7章 數(shù)控電壓源的使用說明27結論28參考文獻29致謝30附錄1器件清單31附錄2源程序清單32（1）主程序的源程序清單32（2）外中斷1子程序的源程序清單35（3）顯示子程序的源程序清單36（4）鍵掃子程序的源程序清單37（5）延時及啟動0832子程序的源程序清單38第1章 緒 論1.1 研究背景及意義數(shù)控直流電壓源是電子技術常用的設備之一，廣泛的應用于教學、科研等領域。傳統(tǒng)的多功能數(shù)控直流電壓源功能簡單、難控制、可靠性低、干擾大、精度低且體積大、復雜度高。普通數(shù)控直流電源品種很多，但均存在以下二個問題: 1)輸出電壓

12、是通過粗調(波段開關)及細調(電位器)來調節(jié)。這樣，當輸出電壓需要精確輸出，或需要在一個小范圍內改變時(如1.051.07v)，困難就較大。另外，隨著使用時間的增加，波段開關及電位器難免接觸不良，對輸出會有影響。2)穩(wěn)壓方式均是采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，對過載進行限流或截流型保護，電路構成復雜，穩(wěn)壓精度也不高。在家用電器和其他各類電子設備中，通常都需要電壓穩(wěn)定的直流電源供電。但在實際生活中，都是由220v的交流電網供電。這就需要通過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓電路將交流電轉換成穩(wěn)定的直流電。濾波器用于濾除整流輸出電壓中的紋波，一般傳統(tǒng)電路由濾波扼流圈和電容器組成，若由晶體管濾波器來替代，則可縮小直流電源的

13、體積，減輕其重量，且晶體管濾波直流電源不需直流穩(wěn)壓器就能用作家用電器的電源，這既降低了家用電器的成本，又縮小了其體積，使家用電器小型化。傳統(tǒng)的數(shù)控直流電壓源通常采用電位器和波段開關來實現(xiàn)電壓的調節(jié)，并由電壓表指示電壓值的大小。因此，電壓的調整精度不高，讀數(shù)欠直觀，電位器也易磨損，而基于單片機控制的數(shù)控直流電源能較好地解決以上傳統(tǒng)穩(wěn)壓電源的不足。隨著科學技術的不斷發(fā)展，特別是計算機技術的突飛猛進，現(xiàn)代工業(yè)應用的工控產品均需要有低紋波、寬調整范圍的高壓電源，特別是在一些高能物理領域，急需電腦或單片機控制的低紋波、寬調整范圍的電源。1.2 國內外研究現(xiàn)狀 從上世紀九十年代末起，隨著對系統(tǒng)更高效率和更

14、低功耗的需求，電信與數(shù)據通訊設備的技術更新推動電源行業(yè)中直流/直流電源轉換器向更高靈活性和智能化方向發(fā)展。在80年代的第一代分布式供電系統(tǒng)開始轉向到20世紀末更為先進的第四代分布式供電結構以及中間母線結構，直流/直流電源行業(yè)正面臨著新的挑戰(zhàn)，即如何在現(xiàn)有系統(tǒng)加入嵌入式電源智能系統(tǒng)和數(shù)字控制。早在90年代中期，半導體生產商們就開發(fā)出了數(shù)控電壓源管理技術，而在當時，這種方案的性價比與當時廣泛使用的模擬控制方案相比處于劣勢，因而無法被廣泛采用。由于板載電源管理的更廣泛應用和行業(yè)能源節(jié)約和運行最優(yōu)化的關注，電源行業(yè)和半導體生產商們便開始共同開發(fā)這種名為“數(shù)控電壓源”的新產品?，F(xiàn)今隨著直流電源技術的飛躍

15、發(fā)展，整流系統(tǒng)由以前的分立元件和集成電路控制發(fā)展為微機控制，從而使直流電源智能化，具有遙測、遙信、遙控的三遙功能，基本實現(xiàn)了直流電源的無人值守。本次畢業(yè)設計設計的數(shù)控直流電源主要由單片機系統(tǒng)、鍵盤、數(shù)碼管顯示器、d/a轉換電路、穩(wěn)壓電路等幾部分組成。單片機系統(tǒng)選用89s52型號單片機，采用獨立式鍵盤及l(fā)m350作穩(wěn)壓器件。1.3 課題研究方法隨著時代的發(fā)展，數(shù)字電子技術已經普及到我們生活、工作、科研等各個領域，本文將介紹一種數(shù)控直流電源，本電源由電源電路、顯示電路、控制電路、數(shù)模轉換電路四部分組成。準確說就是電源電路提供各個芯片電源、數(shù)碼管、放大器所需電壓，顯示電路用于顯示電源輸出電壓的大小，

16、同時分析了數(shù)字技術和模擬技術相互轉換的概念。與傳統(tǒng)的穩(wěn)壓電源相比具有操作方便，電源穩(wěn)定性高以及其輸出電壓大小采用數(shù)碼顯示的特點。數(shù)控電壓源是最常用的儀器設備，在科研及實驗中都是必不可少的。目前所使用的直流可調電源中，幾乎都為旋紐開關調節(jié)電壓，調節(jié)精度不高，而且經常跳變，使用麻煩。利用數(shù)控電壓源，可以達到每步0.1v的精度，輸出電壓范圍1.4v至9.9v，電流可以達到3a。針對以上問題，本課題設計了一種以單片機為核心的數(shù)控式高精度簡易直流電源的設計，該電源采用數(shù)字調節(jié)、閉環(huán)實時監(jiān)控、輸出精度高，特別適用于各種有較高精度要求的場合。其設計方法是由單片機通過d/a，控制驅動模塊輸出一個穩(wěn)定電壓，同時

17、穩(wěn)壓方法采用三端可調穩(wěn)壓管進行調整，輸出電壓通過電阻反饋給運放，與設定值進行比較，若有偏差則調整輸出。工作過程中，單片機輸出驅動led顯示，通過鍵盤可設置和調整電壓值。該電路具有設計簡單，應用廣泛，精度較高等特點。第2章 數(shù)控電壓源的方案介紹2.1 數(shù)控電壓源的方案論證目前數(shù)控電壓源已廣泛使用，要實現(xiàn)目標其方案比較多，主要有以下幾種方案：2.1.1 方案一：采用單片機的數(shù)控電壓源的設計采用常用的52芯片作為控制器，p0口和dac0832的數(shù)據口直接相連，da的和連接后接p3.4，和接單片機的端，讓da工作在單緩沖方式下。da的8腳接參考電壓，da的基準電壓接5v電源，所以在dac的8腳輸出電壓

18、的分辨率為5v/256約等于0.02v，也就是說da輸入數(shù)據端每增加1，電壓增加0.02v。通過運放lm324將da的輸出電流轉化為電壓，再通過運放ua741將電壓反相并放大。最后經lm350調整輸出電壓并穩(wěn)壓。其硬件框圖如圖2.1所示： 圖2.1 方案一硬件框圖2.1.2 方案二：采用調整管的雙計數(shù)器的數(shù)控電壓源的設計 此方案采用傳統(tǒng)的調整管方案，主要特點在于使用一套雙計數(shù)器完成系統(tǒng)的控制功能，其中二進制計數(shù)器的輸出經過d/a變換后去控制誤差放大的基準電壓，以控制輸出步進。十進制計數(shù)器通過譯碼后數(shù)碼管顯示輸出電壓值，為了使系統(tǒng)工作正常，必須保證雙十計數(shù)器同步工作。其硬件框圖如圖2.2所示：圖

19、2.2 方案二硬件框圖2.1.3 方案三：采用調整管的十進制計數(shù)器的數(shù)控電壓源的設計 此方案不同于方案之二處在于使用一套十進制計數(shù)器，一方面完成電壓的譯碼顯示，另一方面其作為eprom的地址輸入，而由eprom的輸出經d/a變換后控制誤差放大的基準電壓來實現(xiàn)輸出步進，只使用了一套計數(shù)器，回避了方案二中必須保證雙計數(shù)器同步的問題，但由于控制數(shù)據燒錄在eprom中，使系統(tǒng)設計靈活性降低。其硬件框圖如圖2.3所示：圖2.3 方案三硬件框圖2.2 方案比較2.2.1 數(shù)控部分的比較 方案二、三中采用中、小規(guī)模器件實現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)控部分，使用的芯片很多，造成控制電路內部接口信號繁瑣，中間相互關聯(lián)多，抗干擾能

20、力差。在方案一中采用了89s52單片機完成整個數(shù)控部分的功能，同時，89s52作為一個智能化的可編程器件，便于系統(tǒng)功能的擴展。2.2.2 輸出部分的比較方案二、三中采用線性調壓電源，以改變其基準電壓的方式使輸出步進增加或減少，這不能不考慮整流濾波后的紋波對輸出的影響，而方案一中使用運算放大器放大電壓，由于運算放大器具有很大的電源電壓抑制化，可以大大減少輸出端的紋波電壓。2.2.3 顯示部分的比較方案二、三中的顯示輸出是對電壓的量化值直接進行譯碼顯示輸出，顯示值為d/a變化輸入量，由于d/a變換與功率驅動電路引入的誤差，顯示值與電源實際輸出值之間可能出現(xiàn)較大偏差，而方案一中采用三位一體的數(shù)碼管直

21、接對電壓值進行顯示?？傊桨敢坏膬?yōu)點是具有精度高，使用方便，硬件電路簡單等特點，它使用了單片機，使得進一步擴展功能較為方便；方案二、三的優(yōu)點是電路結構簡單，其缺點是使用比較復雜，精度沒有那么高?？紤]到各種因素，本設計采用方案一。第3章 數(shù)控電壓源的工作原理3.1 整機電路框圖數(shù)控電壓源的電路框圖如圖3.1所示：圖3.1 數(shù)控電壓源電路框圖3.2 工作原理本設計介紹了以89s52單片機為控制單元，以數(shù)模轉換器dac0832輸出參考電壓，以該參考電壓控制電壓轉換模塊lm350的輸出電壓大小的數(shù)控電壓源。通過改變送給單片機的數(shù)字量而達到改變輸出電壓的方法。通過三端穩(wěn)壓器lm350達到輸出電壓的穩(wěn)定

22、。3.2.1 da轉換電路工作原理本設計是采用dac0832實現(xiàn)數(shù)據的數(shù)模轉換，其數(shù)據口與p0口直接相連，da的和連接后接p3.4，和接單片機的端，讓da工作在單緩沖方式下。da的8腳接參考電壓，為簡化設計，在本次設計中的參考電壓用5v電壓，所以在dac的8腳輸出電壓的分辨率為5v/256=0.01950.02v，也就是說da輸入數(shù)據端每增加1，電壓增加0.02v。再在da的電壓輸出端接運放lm324，將da的輸出電流轉換成電壓。改變p0口的數(shù)據便可改變0832的輸出電壓，如當p000h時，dac0832的輸出電壓就應為0v。其電路圖如圖3.2所示。圖3.2 da轉換電路3.2.2 電壓調整電

23、路工作原理圖3.3 電壓輸出電路圖本設計的輸出電壓采用lm350三端調整穩(wěn)壓器進行調整，先將0832的輸出電壓用ua741進行反相放大，由于從lm324輸出的電壓是負電壓，所以ua741接成負反饋放大電路，通過調節(jié)電位器可以調節(jié)運放的電壓放大倍數(shù)。ua741的輸出端通過電阻接到lm350的調整端，通過改變ua741的輸出電壓可以控制lm350的輸出電壓，也就是數(shù)控電壓源的最終輸出電壓值，其電壓輸出電路圖如圖3.3所示。由于lm350的輸出電壓vout=1.25v(1+r0/r13)，由電路圖知r13是個定值，而r0則是由r12和下面的電路來確定的，可知r0是個變量，所以lm350的輸出電壓與r

24、0是成線性關系變化的。通過調節(jié)vr2，即可調節(jié)lm350的輸出電壓。3.2.3 數(shù)值計算(1)輸出電壓最小值vmin的計算由lm350的輸出電壓公式可知vmin=1.25(1+27/220)=1.4v(2)單片機送給0832數(shù)值的計算 在設計時，要求單片機送給0832的數(shù)值為00h時，輸出端輸出的電壓為1.4v，及單片機送給0832的數(shù)值為0ffh時，輸出端輸出的電壓值為9.9v，所以每當電壓增加0.1v時，單片機送給0832的數(shù)值就要增加3。所以在編程時，按一下步進按鍵，p0口的數(shù)據便要變化3。當電壓要增加1v時，按一下按鍵，p0口的數(shù)據便要變化30。所以可以通過調節(jié)電位器來改變運放的放大倍

25、數(shù)，使單片機送給0832的數(shù)值增加3時，輸出電壓就要增加0.1v。第4章 單元電路工作原理4.1 時鐘電路時鐘電路用于產生單片機工作所需要的時鐘信號，而時序所研究的是指令執(zhí)行中各信號之間的相互關系。單片機本身就如一個復雜的同步時序電路，為了保證同步工作方式的實現(xiàn)，電路應在唯一的時鐘信號控制下嚴格地按時序進行工作。4.1.1 時鐘振蕩電路圖時鐘振蕩電路圖如圖4.1所示：4 圖4.1 時鐘振蕩電路圖4.1.2 時鐘信號的產生 單片機內部有一個高增益、反相放大器，其輸入端為芯片引腳xtal1，其輸出端為引腳xtal2。而在芯片的外部，xtal1和xtal2之間跨接晶體管振蕩器和微調電容，從而構成一個

26、穩(wěn)定的自激振蕩器。只要在單片機的xtal1和xtal2引腳外接晶體振蕩器就構成了自激振蕩器并在單片機內部產生時鐘脈沖信號。電容器c8和c9的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振，電容值在530pf，典型值為30pf。外部時鐘方式是把外部已有的時鐘信號引入到單片機內。此方式常用于多片單片機同時工作，以便于各單片機的同步。一般要求外部信號高電平的持續(xù)時間大于20s，且為頻率低于12mhz的方波。4.2 復位電路復位操作有兩種基本形式：一種是上電復位，另一種是按鍵復位。按鍵復位電路圖如圖4.2所示。按 鍵復位具有上電復位功能外，若要復位，只要按圖4.2中的 圖4.2 復位電路reset鍵，電源vcc經電阻r1、

27、r2分壓，在reset端產生一個復位高電平。上電復位電路要求接通電源后，通過外部電容充電來實現(xiàn)單片機自動復位操作。上電瞬間reset引腳獲得高電平，隨著電容的充電，rerst引腳的高電平將逐漸下降。rerst引腳的高電平只要能保持足夠的時間（2個機器周期），單片機就可以進行復位操作。單片機復位期間不產生ale和信號，即ale=1和=1。這表明單片機復位期間不會有任何取指操作。復位后：pc值為0000h，表明復位后程序從0000h開始執(zhí)行；sp值為07h值，表明堆棧底部在07h，需重新設置sp值；單片機在復位后，已使p0p3口每一端線為“1”，為這些端線用作輸入口做好了準備。4.3 鍵盤接口電路

28、 4.3.1 鍵盤電路鍵盤接口通常包括硬件和軟件兩部分。硬件是指鍵盤的結構及其主機的連接方式；軟件是指對鍵盤操作的識別與分析，即鍵盤管理程序。鍵盤一般是一組開關(按鍵)的集合。常用的按鍵有三種：機械觸點式：利用金屬的彈性使按鍵復位。導電像膠式：利用利用橡膠接彈性使按鍵復位。柔性按鍵：外形及面板布局等可按整機要求設計，在價格、壽命、防潮、防銹等方面顯示出較強的優(yōu)越性。鍵盤按其工作原理又可分為編碼式鍵盤和非編碼式鍵盤。這兩類鍵盤的主要區(qū)別是識別鍵符及給出相應鍵碼的方法。編碼鍵盤主要是用硬件來實現(xiàn)對鍵的識別；非編碼鍵盤主要是由軟件來實現(xiàn)鍵盤的定義與識別。非編碼式鍵盤接照與主機連接方式的不同，可分獨立

29、式鍵盤和矩陣式鍵盤。(1)獨立式鍵盤：獨立式鍵盤中，每個按鍵占用一根i/o口線，每個按鍵電路相對獨立。i/o口通過按鍵與地相連，i/o口有上拉電阻，無鍵按下時，引腳端為高電平，有鍵按下時，引腳電平被拉低。i/o口內部有上拉電阻時，外部可不接上拉電阻。(2)矩陣式鍵盤：行列式鍵盤采用行列電路結構，當按鍵較多時所占用的口線相對較少，鍵盤規(guī)模越大，其優(yōu)點越明顯。所以，當按鍵數(shù)目大于8時，一般采用矩陣式鍵盤結構。4.3.2 鍵盤電路工作原理（1）鍵盤電路原理圖如圖4.3所示：圖4.3 鍵盤電路原理圖（2）鍵盤電路工作原理如圖4.3所示，當無鍵按下時，單片機的p1.0p1.3及p3.3為高電平。當有鍵按

30、下時，單片機的相應口線通過按鍵與地相連被拉成低電平，其它口線電平狀態(tài)不變。因此，通過檢測i/o口線的電平狀態(tài)，即可判斷鍵盤上哪個鍵被按下。 4.4 顯示接口電路4.4.1 顯示電路原理常所說的led顯示器由七個發(fā)光二極管組成，因此也稱之為七段led顯示器，此外，顯示器中還有一個圓點型發(fā)光二極管（在圖中以dp表示），用于顯示小數(shù)點。通過七段發(fā)光二極管的不同組合，可以顯示多種數(shù)字、字母或者其他符號。led顯示器中的發(fā)光二極管共有兩種連接方法。共陽極接法把發(fā)光二極管的陽極連在一起構成公共陽極。使用時公共陽極接+5v。這樣陰極端輸入低電平的段發(fā)光二極管就導通點亮，而輸入高電平的則不點亮。 圖4.4 七

31、段led顯示共陰極接法把發(fā)光二極管的陰極連在一起構成公共陰極。使用時公共陰極接地，這樣陽極端輸入高電平的段發(fā)光二極管就導通點亮，而輸入低電平的則不點亮。本設計采用共陰極接法，如圖4.4所示。七段發(fā)光二極管，再加上一個小數(shù)點，共計8段。因此提供給led顯示器的字型代碼正好一個字節(jié)。采用led顯示器。led顯示器由七個發(fā)光二極管組成，本設計采用共陰級接法。顯示方式采用動態(tài)顯示方式。原因在于：靜態(tài)顯示方式要求口線多，占用資源多，成本就高，而動態(tài)顯示方式，電路簡單、節(jié)省口線、成本低。4.4.2 led顯示方式靜態(tài)顯示所謂靜態(tài)顯示，是指顯示器顯示某一字符時，相應段的發(fā)光二極管恒定地導通或截止。這種顯示方

32、法每一位都需要有一個8位輸出控口控制。靜態(tài)顯示時，較小的驅動電流就可以得到較高的顯示亮度，所以可由接口芯片直接驅動。并行輸出顯示位數(shù)越多需要i/o口越多。 圖4.5 三位一體led外觀引腳圖動態(tài)顯示本次設計用到的是六位動態(tài)顯示，動態(tài)顯示是一位一位地輪流點亮各位數(shù)碼管，如圖4.5中所示，各位數(shù)碼管的段控線相應并聯(lián)在一起，由一個8位的i/o口控制，但是8路驅動采用74ls244總線驅動器作為數(shù)碼管的驅動器，各位的位控線(即公共陰極或陽極)由另外的i/o口線控制，同時也必須接有74ls244作為驅動器，在74ls244輸出端必須接有500限流電阻接到電源，這種電路的特點是節(jié)省i/o口線，硬件電路相對

33、靜態(tài)顯示方式簡單，但是也有其缺點如：顯示高度不如靜態(tài)顯示方式，而且在顯示位數(shù)較多時，cpu要依次掃描，占用cpu較多的時間。在本次設計中，我們采用的是共陰極的三位一體的led，其外觀引腳如圖4.5所示，a、b、c分別為三個數(shù)碼顯示的位控引腳，其顯示原理與單個led的顯示原理完全相同，在此不再贅述。4.4.3 顯示電路原理圖顯示電路原理圖如圖4.6所示：圖4.6顯示電路原理圖4.5 d/a轉換電路d/a轉換電路主要由at89s52（單片機）、數(shù)碼轉換器dac0832及l(fā)m324運算放大器等芯片組成。at89s52的p0口作為數(shù)據端口與dac0832的8位數(shù)據線相連。本系統(tǒng)中，因為cpu的工作任務

34、是單一的，而且數(shù)據傳送的目的地址也是單一的，因此，dac0832采用單緩沖的工作方式，該芯片的(低電平有效)、四個使能端均與地相接處于有效狀態(tài)，這個工作方式不需要給dac0832分配地址空間，cpu的p1口的數(shù)據變化直接反映到dac0832的輸出端。4.6 電源電路在本次設計中，由于要給運放lm324和ua741供電，所以要自制電源。在此次設計中，我設計了一個可以輸出正負12伏的電源。主要以7800系列(輸出正電壓)和7900系列（輸出負電壓）做成電源電路。線性電源由15v變壓器經過全波整流，電容整流濾波，通過三端穩(wěn)壓管7812、7912穩(wěn)壓為芯片at89s52、dac0832、lm324、u

35、a741、數(shù)碼管等提供電壓。4.6.1 穩(wěn)壓器78l12和79l12三端固定穩(wěn)壓器，三端只有3個引出端子，具有應用時外接元件少，使用方便，性能穩(wěn)定，價格低廉的優(yōu)點，被廣泛應用。通常有78l12（正電源）系列和79l125（負電源）系列，其結構外觀如右圖4.7所示：它由輸出腳out，輸入腳和接地腳gnd組成，它的書室穩(wěn)壓輸出值為正負12v，由它的內部結構可知，除增加了一級啟動電路外，其余部分 圖4.7 7812引腳圖與串聯(lián)穩(wěn)壓電路完全一樣，其基準電壓源的穩(wěn)定性更高，采取的電容必須是漏電流較小的坦電容，或者是電解電容須是鉭電容的10倍，保護電路更完善。穩(wěn)壓器輸入端的電容用來進一步消除紋波，此外，輸

36、出端的電容起到了頻率補償?shù)淖饔?，能防止自激振蕩，從而使電路穩(wěn)定工作。4.6.2 電源電路原理圖電源電路原理圖如圖4.8所示：圖4.8 電源電路原理圖4.7 所用主要芯片 4.7.1 單片機at89s52（1）at89s52單片機芯片引腳圖at89s52芯片引腳圖（如圖4.9所示）：（2）at89s52單片機芯片的特點at89s52具有如下特點：40個引腳，8kbytesflash片內程序存儲器，256bytes的隨機存取數(shù)據存儲器（ram），32個外部雙向輸入/輸出（i/o）口，5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器，2個全雙工串行通信口，看門狗（wdt）電路，片內時鐘振蕩

37、器。此外，at89s52設計和配置了振蕩頻率可為0hz并 圖4.9 芯片at89s52引腳圖可通過軟件設置省電模式?？臻e模式下，cpu暫停工作，而ram定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結振蕩器而保存ram的數(shù)據，停止芯片其它功能直至外中斷 激活或硬件復位。同時該芯片還具有pdip、tqfp和plcc等三種封裝形式，以適應不同產品的需求。(3) 信號引腳的第二功能：由于工藝及標準化等原因，芯片的引腳數(shù)目是有限制的，例如mcs51系列把芯片引腳數(shù)目限定為40條，但單片機為實現(xiàn)其功能所需要的信號數(shù)目卻遠遠超過此數(shù)，因此就出現(xiàn)了供需矛盾?！皬陀谩?即給一些信號引腳賦以雙重功能)是解

38、決此問題的唯一可行的辦法。89s52單片機的引腳的第二功能如表4.1所示：表4.1：p1口和p3的第二功能口線第二功能信號名稱p3.0rxdrxd（串行數(shù)據接收）p3.1txdtxd（串行數(shù)據發(fā)送）p3.2（外部中斷0申請）p3.3（外部中斷1申請）p3.4t0t0（定時器0的計數(shù)輸入）p3.5t1t1（定時器1的計數(shù)輸入）p3.6（外部數(shù)據存儲器寫選通）p3.7（外部數(shù)據存儲器讀選通）p1.0t2t2（定時器/計數(shù)器t2的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出p1.1t2ext2ex（定時器/計數(shù)器t2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制）p1.5mosimosi（在系統(tǒng)編程用）p1.6misomiso（在系統(tǒng)

39、編程用）p1.7scksck（在系統(tǒng)編程用）4.7.2 芯片dac0832（1）dac0832芯片引腳圖dac0832芯片引腳圖如圖4.10所示：（2）dac0832芯片的特點dac0832是一種典型的8位轉換器，內部為雙緩沖寄存器即輸入寄存器和dac寄存器，、 圖4.10 芯片0832引腳圖、分別為該兩寄存器的寫信號輸出端，ile為輸入鎖存使能端，高電平有效，為片選端，為傳輸控制端，它和共同控制dac寄存器的工作狀態(tài)，其內部結構如圖4.11所示。dac0832有兩個接地端agnd（模擬電路接地端）和dgnd（數(shù)字信號）接地端，一般情況下，這兩個地端均并聯(lián)接地。dac0832的d/a轉換電路為

40、倒t型r-2r電阻網絡，故有iout1和iout2兩個電流輸出端，根據不同的電路組成，該芯片可以有兩種輸出模式，一種為電流輸出模式，這種模式基準電壓加在vref端，由iout1，iout2輸出的電流經運算放大器相加后輸出；另一種為電壓輸出模式，這種模式基準電壓加在iout1和iout2之間，模擬電壓加從vref端輸出。為了設計的方便，本電路選用電壓輸出模式，iout1和iout2之間接一參考電壓，vref輸出可控制電壓信號。它有三種工作方式：不帶緩沖工作方式，單緩沖工作方式，雙緩沖工作方式。該電路采用單緩沖模式，在忡圖中=0，dac寄存處于直通狀態(tài)。又由于ile=1，故只要在選中該片（=0）的

41、地址時，寫入（=0）數(shù)字量，則該數(shù)字信號立即傳送到輸入寄存器，并直通至dac寄存器，經過短暫的建立時間，即可以獲得相應的模擬電壓，一旦寫入操作結束，和立即變?yōu)楦唠娖?，則寫入的數(shù)據被輸入寄存器鎖存，直到再次寫入刷新。 圖4.11 0832內部結構圖4.7.3 lm350（1）芯片介紹lm350是可調節(jié)3端正電壓穩(wěn)壓器，在輸出范圍為 1.2伏到33伏時能夠提供超過3安的電流。此穩(wěn)壓器非常易于使用，只需要兩個外部電阻來設置輸出電壓。此外還使用內部限流、熱判斷和安全工作區(qū)補償使之基本能防止燒斷保險絲。其外形及引腳圖如圖4.12所示： 圖4.12 lm350外形及引腳圖lm350服務于多種應用場合，包括

42、局部穩(wěn)壓、卡上穩(wěn)壓。該器件還可以用來制做一種可編程的輸出穩(wěn)壓器，或者，通過在調整點和輸出之間接一個電阻，lm350可用作一個精密穩(wěn)流器。其內部結構圖如圖4.13所示：圖4.13 lm350內部結構圖其主要特點如下： 輸出電流超過3安 輸出電壓在1.2伏和33伏之間可調節(jié) 內部熱過載保護 不隨溫度變化的內部短路電流限制 輸出晶體管安全工作區(qū)補償 對高壓應用孚空工作 標準3引腳晶體管封裝 避免置備多種電壓（2）其基本電路工作原理lm350 是三端浮動穩(wěn)壓器。其基本電路工作原理如圖4.14所示。工作時，lm350建立并保持輸出與調節(jié)端之間1.25v的標稱參考電壓，這一參考電壓由r1轉換成編程電流，該

43、恒定電流經r2到地。其穩(wěn)壓輸出電壓由式4.1給出：圖4.15 lm350基本電路工作原理圖圖4.14 基本電路工作原理圖（4.1）因為調節(jié)端的電流在式中代表誤差項，所以lm350設計成控制iadj小于100微安并使這之保持恒定。為達到這一點，所有靜態(tài)工作電流都返回到輸出端。這樣就需要最小負載電流表。如果負載電流小于最小值，輸出電壓會上升。因為lm350是浮動穩(wěn)壓器，所以只有電路兩端電壓差對性能是重要的，工作對地呈高電壓也就成為可能。（3）負載調整率lm350能提供極良好的負載調整率，但為實現(xiàn)最優(yōu)性能需要注意幾點。編程電阻（r1）應盡可能連接在與穩(wěn)壓器靠近處，以使與參考電壓有效串聯(lián)線路壓降最小，

44、避免調整率變差。r2接地端可以回到靠近負載接地端處，以提供遠程接地取樣并改進提高負載調整率。4.7.4 集成運放ua741ua741是一款集成運算放大器。集成運算放大器是一種高增益多級直接耦合放大器，其內部結構框圖如圖4.15所示，其各部分的作用如下：圖4.15 運放組成框圖（1）差動輸入級 使運放有盡可能高的輸入阻抗及共模抑制比。（2）中間放大級 由多級直接耦合放大器組成，以獲得足夠高的電壓增益。（3）輸出級 可使運放具有一定幅度的輸出電壓、輸出電流和盡可能小的輸出電阻。在輸出過載時有自動保護作用以免損壞集成塊。輸出級一般為互補對稱推挽電路。（4）偏置電路 為各級提供合適的靜態(tài)工作點。為使工

45、作點穩(wěn)定，一般采用恒流源偏置電路。 在本設計中用到的ua741共有兩個基本作用：放大電壓和反相作用。其引腳圖如圖4.16所示。圖4.16 ua741引腳圖第5章 數(shù)控電壓源的軟件系統(tǒng)5.1 主程序主程序流程框圖如圖5.1所示：主程序的源程序見附錄2。圖 5.1 主程序流程圖5.2 子程序5.2.1 外中斷1子程序外中斷1子程序流程框圖如圖5.2所示:外中斷1子程序的源程序見附錄3。圖5.2 外中斷1子程序流程圖5.2.2 顯示子程序顯示子程序流程框圖如圖5.3所示：顯示子程序的源程序見附錄4。圖5.3 顯示子程序流程圖5.2.3 鍵掃子程序鍵掃子程序流程框圖如圖5.4所示：鍵掃子程序的源程序見

46、附錄4。圖5.4 鍵掃子程序流程圖第6章 電路的調試6.1 硬件的調試6.1.1 硬件的調試過程電路調試過程中遇到的問題和解決辦法：(1).電路線路比較多，容易出現(xiàn)短路現(xiàn)象，數(shù)碼顯示由于短路出現(xiàn)顯示不正常顯示，整理線路后能夠正常顯示。(2).制作和測試12v電源時，由于沒有認真參考整流管的接法和7912的芯片資料，出現(xiàn)一次整流電容爆裂。(3).數(shù)碼顯示出現(xiàn)問題，檢查電路發(fā)現(xiàn)p2口沒有加上拉電阻，數(shù)碼顯示的亮度不夠，加上上拉電阻能正常顯示。(4).穩(wěn)壓管7812的輸出端輸出電壓，檢查電路，發(fā)現(xiàn)輸出端需要增加一個電容，增加后問題得到解決。(5).由于數(shù)碼管顯示的電壓不是從lm350輸出的實際電壓值

47、，所以顯示的電壓與實際的電壓值有一點的差距，為了減少誤差，且從前面的電壓調整電路可知輸出電壓與電阻是成線性關系的，所以首先必須調節(jié)輸出電壓的線性關系。線性關系主要是這樣調節(jié)的： 首先輸入1.5v的電壓，調節(jié)電位器，使輸出也為1.5v的電壓； 通過鍵盤設置，使輸入為3.5v的電壓，反復調節(jié)電位器，使輸出為3.5 0.1v的電壓； 通過鍵盤設置，使輸入為5.5v的電壓，反復調節(jié)電位器，使輸出為5.5 0.1v的電壓； 通過鍵盤設置，使輸入為7.5v的電壓，反復調節(jié)電位器，使輸出為7.5 0.1v的電壓； 通過鍵盤設置，使輸入為9.5v的電壓，反復調節(jié)電位器，使輸出為9.5 0.1v的電壓。通過調節(jié)

48、輸入輸出電壓的線性關系，確定電位器的阻值。調好了線性關系后，電位器使固定下來了，在以后的操作中不能改變電位器的阻值。隨著電位器阻值的確定，運算放大器的放大倍數(shù)也就確定下來了。6.1.2 電路數(shù)據的測試(1).電壓輸出范圍的測試主要測試儀器：數(shù)字萬用表 設計要求的范圍內，通過程序電壓極值，先設最低值，再設最高值，用數(shù)字萬用表測量相應的輸出電壓，重復測試三次，具體測試數(shù)據如表6.1：表6.1 電壓輸出范圍測試數(shù)據次數(shù)第一次第二次第三次極值vmin(1.4v)vmax(9.9v)vminvmaxvminvmax設定值1.49.91.49.91.49.9實測值1.409.891.4059.9051.3

49、979.89試驗誤差00.010.0050.0050.0020.01誤差分析從上表的數(shù)據看出，實際輸出的電壓最低值達不到要求的0v，主要原因是在設計電路原理的時候考慮到條件不足，0832的基準電壓只能是+5v，如果能使0832的基準電壓能夠是-5v，則可以達到要求。最低值誤差（0.010.0050.003）/3=0.006v=6mv最高值誤差（0.010.0050）/3=0.005v=5mv總體分析 ：由以上數(shù)據分析可知，在兩端點處，系統(tǒng)最大誤差為6mv，完全達到題目設計要求。(2).步進控制測試： 主要測試儀器：數(shù)字萬用表 在規(guī)定的范圍內，先設定一個初始值（若不設定，則系統(tǒng)默認為1.4v）。

50、然后通過功能鍵在初始值的基礎上進行先步進控制，然后再步減。測試五組數(shù)據如表6.2:表6.2 步進控制測試數(shù)據次數(shù)第一次第二次第三次第四次第五次初始值1.5v3.0v5.0v7.5v9.5v步進0.1v1.493.095.17.619.61步減0.1v1.402.994.97.419.41步進誤差0.010.0100.010.01步減誤差00.0100.010.01誤差分析分析上表，在中間段誤差較小，兩端誤差變大，這一方面與電源部分影響有關，另外受運放比較精度及0832的基準電壓和0832的量化誤差的影響?？赏ㄟ^調節(jié)電位器對數(shù)模輸出補償來減小誤差?？傮w來說基本上達到設計要求。6.2 軟件調試(1

51、).主程序的調試在調試主程序時，由于沒有調啟動0832的程序，da轉換不能正常進行，調用后能正常進行da轉換。(2).顯示子程序的調試在調試顯示子程序時，由于調用的延時時間不夠，數(shù)字在數(shù)碼管上顯示不穩(wěn)定，出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象，且閃爍頻率不一致，通過多次調試，改變延時時間，最終數(shù)字能穩(wěn)穩(wěn)地顯示在數(shù)碼管上。(3).中斷子程序的調試 在調試中斷子程序時，開始我采用的是電平觸發(fā)方式，但達不到要求，按下調整按鍵沒有松開，中斷程序一直在執(zhí)行，也就是說中斷程序不只執(zhí)行一次，改為脈沖觸發(fā)方式后，能達到理想的效果。第7章 數(shù)控電壓源的使用說明此數(shù)控電壓源輸出電壓值在1.4v9.9v之間。a鍵用于電源步進加或調整加0.1v；b鍵用于電源步進減或調整減0.1v，每按一次分別加或減0.1v；c、d鍵用于調整電壓的整數(shù)位，c鍵用于調整電壓加1v，d鍵用于調整電壓加1v，每按一次分別加或減1v。e鍵用于設置電源的設置狀態(tài)和輸出狀態(tài)。使用該多功能數(shù)控電壓源操作簡單。當上電時，電源會輸出設置的1.4