數(shù)控直流穩(wěn)壓可調(diào)電源33頁

1、摘 要電源技術(shù)尤其是數(shù)控電源技術(shù)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的工程技術(shù)，服務(wù)于各行各業(yè)。電力電子技術(shù)是電能的最佳應(yīng)用技術(shù)之一。當(dāng)今電源技術(shù)融合了電氣、電子、系統(tǒng)集成、控制理論、材料等諸多學(xué)科領(lǐng)域。隨著計(jì)算機(jī)和通訊技術(shù)發(fā)展而來的現(xiàn)代信息技術(shù)革命，給電力電子技術(shù)提供了廣闊的發(fā)展前景，同時(shí)也給電源提出了更高的要求。該直流穩(wěn)壓電源的輸入為交流22OV，50Hz，輸出電壓為1.26V10V內(nèi)連續(xù)可調(diào)，輸出電流為500mA以上，并能夠直觀的顯示輸出電壓。電源的控制電路選用AT89S51單片機(jī)為核心，以及數(shù)/模轉(zhuǎn)換功能，具有線路簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、顯示清晰直觀等特點(diǎn)。文章中分析了電源的整體結(jié)構(gòu)和工作原理，并詳細(xì)的講述了預(yù)穩(wěn)

2、壓電路、數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路、顯示電路等電路的工作原理。給出了控制電路的硬件實(shí)現(xiàn)和主要的軟件流程設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞： 單片機(jī)；數(shù)碼管；數(shù)/模轉(zhuǎn)換；穩(wěn)壓 目 錄摘 要1.1 課題背景1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)與技術(shù)要求2.1 方案選擇2.2 方案的確定2.3 方框圖的設(shè)計(jì)3.1 單片機(jī)電路設(shè)計(jì)3.1.1 AT89S51單片機(jī)3.1.2 AT89S51引腳功能3.1.3 單片機(jī)在電路中應(yīng)用3.2 數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)3.2.1 DAC0832芯片簡(jiǎn)介3.2.2 DAC0832的主要特性參數(shù)3.2.3 DAC0832結(jié)構(gòu)3.2.4 DAC0832的工作方式3.2.5 DAC0832在電路中的應(yīng)用3.3 放大電路設(shè)計(jì)3.3.

3、1 LM324簡(jiǎn)介3.3.2 LM324的特點(diǎn)3.4 穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)3.5 電源電路設(shè)計(jì)3.6 顯示電路設(shè)計(jì)3.6.1 四位一體數(shù)碼管（共陽）介紹3.6.2 四位一體數(shù)碼管管腳3.6.3 驅(qū)動(dòng)電路4.1 程序流程圖4.2 程序5.1 工作原理5.2 整機(jī)原理圖結(jié) 論致 謝參考文獻(xiàn)附錄1 C程序附錄2 整機(jī)原理圖采用單片機(jī)的數(shù)字可調(diào)穩(wěn)壓電源價(jià)格低廉采用普遍使用的元件就能實(shí)現(xiàn)其功能，顯示清晰直觀，傳統(tǒng)的模擬可調(diào)穩(wěn)壓電源沒有讀數(shù)，在讀數(shù)過程中很不方便，并且長時(shí)間使用會(huì)造成輸出電壓不穩(wěn)。數(shù)字可調(diào)穩(wěn)壓電源則采用先進(jìn)的數(shù)顯技術(shù)，使測(cè)量結(jié)果一目了然，只要儀表不發(fā)生跳數(shù)現(xiàn)象，測(cè)量結(jié)果就是唯一的，不僅保證讀數(shù)的客

4、觀性與準(zhǔn)確性，還符合人們的讀數(shù)習(xí)慣，能縮短讀數(shù)和記錄的時(shí)間。模擬可調(diào)穩(wěn)壓電源大多是通過調(diào)節(jié)電位器的阻值改變輸出直流電壓，電位器特別容易磨損，使用一段時(shí)間后就會(huì)出現(xiàn)接觸不良，引起輸出電壓不穩(wěn)定。數(shù)字可調(diào)穩(wěn)壓電源是通過接觸按鈕以步進(jìn)方式選取不同的輸出電壓，再有數(shù)碼管顯示輸出電壓機(jī)器工作狀態(tài)，工作穩(wěn)定可靠。采用單片機(jī)的數(shù)字可調(diào)穩(wěn)壓電源，它具有輸出電壓容易改變、價(jià)格低廉、顯示清晰直觀、準(zhǔn)確度高、擴(kuò)展能力強(qiáng)等特點(diǎn)。1.1 課題背景電源技術(shù)尤其是數(shù)控電源技術(shù)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的工程技術(shù)，服務(wù)于各行各業(yè)。當(dāng)今電源技術(shù)融合了電氣、電子、系統(tǒng)集成、控制理論、材料等諸多學(xué)科領(lǐng)域。直流穩(wěn)壓電源是電子技術(shù)常用的儀表設(shè)備

5、之一，廣泛的應(yīng)用于教學(xué)、科研等領(lǐng)域，是電子實(shí)驗(yàn)員、電子設(shè)計(jì)人員及電路開發(fā)部門進(jìn)行試驗(yàn)操作和科學(xué)研究不可缺少的電子儀器。在電子電路中，通常都需要電壓穩(wěn)定的直流電源來供電。而整個(gè)穩(wěn)壓過程是由電源變壓器、整流、濾波、穩(wěn)壓等四部分組成。然而這種傳統(tǒng)的直流穩(wěn)壓電源功能簡(jiǎn)單、不好控制、可靠性低、干擾大、精度低、復(fù)雜度高。普通的直流穩(wěn)壓電源品種有很多，但均存在一下二個(gè)問題：輸出電壓是通過粗調(diào)（波段開關(guān)）及細(xì)調(diào)（電位器）來調(diào)節(jié)。這樣，當(dāng)輸出電壓需要精確輸出，或需要在一個(gè)小范圍內(nèi)改變時(shí)，困難就較大。另外，隨著使用時(shí)間的增加，波段開關(guān)及電位器難免接觸不良，對(duì)輸出會(huì)有影響。穩(wěn)壓方式均是采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，對(duì)過載進(jìn)行

6、限流和截流保護(hù)，電路構(gòu)成復(fù)雜，穩(wěn)壓精度也不高。在家用電器和其他各類電子設(shè)備中，通常都需要電壓穩(wěn)定的直流電源供電。但在實(shí)際生活中，都是由220V的交流電網(wǎng)供電。這就需要通過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓電路將交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電。濾波器用于濾去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代替，則可縮小直流電源的體積減輕其重量，且晶體管濾波直流電源不需要直流穩(wěn)壓器就能用作家用電器的電源，就既降低了家用電器的成本，由縮小了其體積，使家用電器小型化。傳統(tǒng)的直流穩(wěn)壓電源通常采用電位器和波段開關(guān)來實(shí)現(xiàn)電壓的調(diào)節(jié)，并由電壓表指示電壓值的大小。因此，電壓的調(diào)節(jié)精度不高，讀數(shù)欠直觀

7、，電位器也易磨損。而基于單片機(jī)控制的直流穩(wěn)壓電源就較好地解決以上傳統(tǒng)穩(wěn)壓電源的不足。數(shù)控穩(wěn)壓電源是電子行業(yè)發(fā)展的必然產(chǎn)物。近年來，隨著電子技術(shù)的發(fā)展可調(diào)穩(wěn)壓電源應(yīng)用的越來越廣泛。目前，由各種單片機(jī)構(gòu)成的數(shù)字穩(wěn)壓電源產(chǎn)品越來越多，已被廣泛用于家庭電器、工業(yè)電器、軍事電器等領(lǐng)域，顯示出強(qiáng)大的生命力。與此同時(shí)，由于它擴(kuò)展能力很強(qiáng),功能日趨完善而擴(kuò)展到人們生活的各個(gè)方面。1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)與技術(shù)要求1.設(shè)計(jì)任務(wù)單片機(jī)控制數(shù)字顯示可調(diào)穩(wěn)壓電源2.任務(wù)的技術(shù)要求1).輸出電壓為(1.2610)v2).輸出誤差0.1v3).額定輸出電流500mA2.1 方案選擇數(shù)控穩(wěn)壓電源是電子設(shè)備的重要部分，其質(zhì)量好壞直接

8、影響著電子設(shè)備的可靠性，而且電子設(shè)備的故障60%來自電源。因此電源越來越受到人們的重視。電子電路及電子設(shè)備對(duì)電源最基本的要求就是電源的輸出電壓或輸出電流要穩(wěn)定。通過查閱大量資料，顯示電路和控制電路是本電路的核心部分，對(duì)它的選擇有以下三種方案：方案一：采用模擬電路采用模擬電路的可調(diào)穩(wěn)壓電路就是用一個(gè)多檔開關(guān)來控制輸出電壓,而所謂的顯示系統(tǒng)只是在多檔開關(guān)的每個(gè)檔的旁邊注明電壓值。隨著電子行業(yè)的發(fā)展，它不耐用的弊端已經(jīng)使它逐漸離開歷史的舞臺(tái)。方案二：采用純數(shù)字電路純數(shù)字電路的穩(wěn)壓電源避免了硬件之間的磨損，使得使用壽命大大提高，而且其輸出電壓也不會(huì)隨時(shí)間產(chǎn)生誤差。但是它的電路較為復(fù)雜，制作時(shí)很困難，由

9、于電路的復(fù)雜產(chǎn)生的問題也會(huì)很多。方案三：采用單片機(jī)的方法采用單片機(jī)的數(shù)字穩(wěn)壓電源是將數(shù)字電路和單片機(jī)很好地結(jié)合在一起，不但能夠達(dá)到數(shù)字電路的效果，而且能夠大大地簡(jiǎn)化復(fù)雜的純數(shù)字電路。采用單片機(jī)后，還可以用軟件實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能，要擴(kuò)展其他的功能也非常容易。2.2 方案的確定經(jīng)過全方位的對(duì)比，使電路的設(shè)計(jì)更加合理化，切合技術(shù)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)，覺得使用方案三單片機(jī)的方法簡(jiǎn)潔、靈活、可擴(kuò)展性好更加的適合這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，并能夠達(dá)到指標(biāo)要求。2.3 方框圖的設(shè)計(jì)經(jīng)過對(duì)電路原理的分析，基本對(duì)電路有了一個(gè)大概的設(shè)計(jì)，如圖2-1所示：?jiǎn)纹瑱C(jī)顯示電路按鍵D/A轉(zhuǎn)換控制電路穩(wěn)壓電路輸出電路整流濾波變壓器220v圖2-1 整機(jī)

10、方框圖方框圖的論述：本電路通過按鍵設(shè)置數(shù)字電壓值并且在數(shù)碼管上顯示，而設(shè)置的電壓值通過單片機(jī)的P0口的8位數(shù)據(jù)線傳輸給D/A轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成模擬電壓值，通過模擬放大器將電壓放大后送給穩(wěn)壓電路最終輸出。各部分功能：?jiǎn)纹瑱C(jī)：只要是起到控制作用顯示電路：用來顯示預(yù)置電壓按鍵單元：對(duì)預(yù)置電壓的改變D/A轉(zhuǎn)換：將數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換成為模擬電壓控制電路：對(duì)穩(wěn)壓電路起到了控制作用穩(wěn)壓電路：輸出恒定的電壓3.1 單片機(jī)電路設(shè)計(jì)3.1.1 AT89S51單片機(jī)AT89S51是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Fl

11、ash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS -51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。AT89S51具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè) 全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。此外，AT89S51設(shè)計(jì)和配置了

12、振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷 系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適不同產(chǎn)品的要求的。3.1.2 AT89S51引腳功能AT89S51單片機(jī)兼容MCS-51指令系統(tǒng)、4k可反復(fù)擦寫(>1000次）ISP Flash ROM、32個(gè)雙向I/O口、4.5-5.5V工作電壓、2個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器、時(shí)鐘頻率0-33MHz、全雙工UART串行中斷口線、128x8bit內(nèi)部RAM、2個(gè)外部中斷源

13、、低功耗空閑和省電模式、中斷喚醒省電模式、3級(jí)加密位、看門狗（WDT）電路、軟件設(shè)置空閑和省電功能、靈活的ISP字節(jié)和分頁編程、雙數(shù)據(jù)寄存器指針。AT89S51引腳圖如圖3-1所示。圖3-1 AT89S51引腳圖各個(gè)引腳功能：VCC：電源GND：地P0口：P0口是一個(gè)8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P0端口寫“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時(shí)，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。P1口：P1口

14、是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，p1輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P1端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分別作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入（P1.0/T2）和時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），具體如下表所示。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口接收低8位地址字節(jié)。引腳號(hào)第二功能：P1.0 T2（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出P1.1 T2EX（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制）P1.5 MOSI（在系統(tǒng)編程用

15、）P1.6 MISO（在系統(tǒng)編程用）P1.7 SCK（在系統(tǒng)編程用）P2口：P2口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P2端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在訪問外部程序存儲(chǔ)器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVXDPTR）時(shí)，P2口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如MOVX RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一

16、些控制信號(hào)。P3口：P3口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，p2輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P3端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P3口亦作為AT89S51特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P3口也接收一些控制信號(hào)。P3引腳號(hào)第二功能：P3.0 RXD（串行輸入）P3.1 TXD（串行輸出）P3.2 INT0(外部中斷0)P3.3 INT0(外部中斷0)P3.4 T0（定時(shí)器0外部輸入）P3.5 T1（定時(shí)器1外部輸入）P3.6 WR(外部數(shù)據(jù)

17、存儲(chǔ)器寫選通)P3.7 RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通)RST：復(fù)位輸入。晶振工作時(shí)，RST腳持續(xù)2 個(gè)機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位?？撮T狗計(jì)時(shí)完成后，RST 腳輸出96 個(gè)晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能無效。DISRTO默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。ALE/PROG：地址鎖存控制信號(hào)（ALE）是訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，鎖存低8 位地址的輸出脈沖。在flash編程時(shí)，此引腳（PROG）也用作編程輸入脈沖。在一般情況下，ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時(shí)器或時(shí)鐘使用。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE脈沖將會(huì)跳過

18、。如果需要，通過將地址為8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作將無效。這一位置“1”，ALE 僅在執(zhí)行MOVX 或MOVC指令時(shí)有效。否則，ALE 將被微弱拉高。這個(gè)ALE使能標(biāo)志位（地址為8EH的SFR的第0位）的設(shè)置對(duì)微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。PSEN：外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)（PSEN）是外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。當(dāng)AT89S51從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行外部代碼時(shí)，PSEN在每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，PSEN將不被激活。EA/VPP：訪問外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。為使能從0000H 到FFFFH的外部程序存儲(chǔ)器讀取指令，EA必須接GND。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，EA

19、應(yīng)該接VCC。在flash編程期間，EA也接收12伏VPP電壓。XTAL1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。3.1.3 單片機(jī)在電路中應(yīng)用3.1.3.1 單片機(jī)在電路中引腳功能單片機(jī)在電路中的引腳使用如圖3-2所示。P0口為8位數(shù)據(jù)傳輸口，XTAL1、XTAL2為單片機(jī)提供頻率為12MHz的頻率，P1口為顯示電路提供段選數(shù)據(jù)，P3口的高四位為顯示電路提供位選數(shù)據(jù)，RST是系統(tǒng)復(fù)位，P2口的高四位用來掃描按鍵電路是否有按鍵按下。圖3-2 單片機(jī)應(yīng)用電路單片機(jī)的應(yīng)用電路的主要作用是將按鍵電路的所預(yù)置的電壓通過P1和P3口在顯示電路中顯示出來，并且將

20、預(yù)置的電壓通過單片機(jī)的P0口輸出給數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路。3.1.3.2 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)時(shí)鐘是單片機(jī)的心臟，各部分都以時(shí)鐘頻率為基準(zhǔn)，有條不紊的一拍一拍的工作。因此，時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。對(duì)于MCS-51系列的單片機(jī)，常用的時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)方式有內(nèi)部時(shí)鐘和外部時(shí)鐘兩種。內(nèi)部時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)如下：利用AT89S51單片機(jī)內(nèi)部一個(gè)高增益的反相放大器，把一個(gè)晶振體和兩個(gè)電容器組成自激勵(lì)振蕩電路，接于XTAL1和XTAL2之間。這樣振蕩器發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時(shí)鐘電路，如圖3-3所示。圖3-3 內(nèi)部時(shí)鐘電路本系統(tǒng)中晶振體選石英晶體，振蕩頻率為12MHz，電容器為33P

21、F電容。3.1.3.3 復(fù)位電路設(shè)計(jì)單片機(jī)在啟動(dòng)或斷電后，程序需要從頭開始執(zhí)行，機(jī)器內(nèi)全部寄存器、I/O接口等都必須重新復(fù)位。復(fù)位方式有自動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位兩種。在AT89S51的ALE及兩引腳輸出高電平，RST引腳高電平到時(shí)，單片機(jī)復(fù)位。端的高電平直接由上電瞬間產(chǎn)生為上電復(fù)位，即自動(dòng)復(fù)位；若通過按動(dòng)按鈕產(chǎn)生高電平復(fù)位，則稱為手動(dòng)復(fù)位。系統(tǒng)復(fù)位電路如圖3-4所示。該復(fù)位電路在剛上電接通電源時(shí)，電容C相當(dāng)于瞬間短路，+5V的高電平立刻加到了RST端，該高電平使AT89S51全機(jī)復(fù)位。若運(yùn)行過程中，需要程序從頭執(zhí)行，只需按動(dòng)按鈕即可。按下A鍵，則直接把+5V高電平加到了端，從而使其復(fù)位，這稱為手動(dòng)復(fù)

22、位。顯然，該電路既可上電復(fù)位又可手動(dòng)復(fù)位。復(fù)位后，P0P3四個(gè)并行接口全為高電平，其它寄存器全部清零，只有SBUF寄存器狀態(tài)不確定。圖3-4 系統(tǒng)復(fù)位電路3.2 數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)3.2.1 DAC0832芯片簡(jiǎn)介DAC0832是8分辨率的D/A轉(zhuǎn)換集成芯片，如圖3-5所示。與微處理器完全兼容。這個(gè)DA芯片以其價(jià)格低廉、接口簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點(diǎn)，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。D/A轉(zhuǎn)換器由8位輸入鎖存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成。圖3-5 DAC0832引腳功能3.2.2 DAC0832的主要特性參數(shù)分辨率為8位；電流穩(wěn)定時(shí)間1us；可單緩沖、雙緩沖或直接

23、數(shù)字輸入；只需在滿量程下調(diào)整其線性度；單一電源供電（+5V+15V）；低功耗，200mW。3.2.3 DAC0832結(jié)構(gòu)D0D7：8位數(shù)據(jù)輸入線，TTL電平，有效時(shí)間應(yīng)大于90ns(否則鎖存器的數(shù)據(jù)會(huì)出錯(cuò))；ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號(hào)輸入線，高電平有效；CS：片選信號(hào)輸入線（選通數(shù)據(jù)鎖存器），低電平有效；WR1：數(shù)據(jù)鎖存器寫選通輸入線，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns）有效。由ILE、CS、WR1的邏輯組合產(chǎn)生LE1，當(dāng)LE1為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)鎖存器狀態(tài)隨輸入數(shù)據(jù)線變換，LE1的負(fù)跳變時(shí)將輸入數(shù)據(jù)鎖存；XFER：數(shù)據(jù)傳輸控制信號(hào)輸入線，低電平有效，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns）有效；WR2：DAC

24、寄存器選通輸入線，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns）有效。由WR1、XFER的邏輯組合產(chǎn)生LE2，當(dāng)LE2為高電平時(shí)，DAC寄存器的輸出隨寄存器的輸入而變化，LE2的負(fù)跳變時(shí)將數(shù)據(jù)鎖存器的內(nèi)容打入DAC寄存器并開始D/A轉(zhuǎn)換。IOUT1：電流輸出端1，其值隨DAC寄存器的內(nèi)容線性變化；IOUT2：電流輸出端2，其值與IOUT1值之和為一常數(shù)；Rfb：反饋信號(hào)輸入線，改變Rfb端外接電阻值可調(diào)整轉(zhuǎn)換滿量程精度；Vcc：電源輸入端，Vcc的范圍為+5V+15V；VREF：基準(zhǔn)電壓輸入線，VREF的范圍為-10V+10V；AGND：模擬信號(hào)地DGND：數(shù)字信號(hào)地3.2.4 DAC0832的工作方式根據(jù)對(duì)

25、DAC0832的數(shù)據(jù)鎖存器和DAC寄存器的不同的控制方式，DAC0832有三種工作方式：直通方式、單緩沖方式和雙緩沖方式。3.2.5 DAC0832在電路中的應(yīng)用DAC0832是8位全MOS中速D/A轉(zhuǎn)換器，如圖3-6所示。采用R2RT形電阻解碼網(wǎng)絡(luò)，轉(zhuǎn)換結(jié)果為一對(duì)差動(dòng)電流輸出，轉(zhuǎn)換時(shí)間大約為1us。使用單電源+5V+15V供電。參考電壓為-10V+10V。在此我們直接選擇+5V作為參考電壓。DAC0832有三種工作方式：直通方式，單緩沖方式，雙緩沖方式；在此我們選擇直通的工作方式，將XFER、WR2、CS管腳全部接數(shù)字地。管腳8 接參考電壓，在此我們接的參考電壓是+10V。圖3-6 數(shù)/模轉(zhuǎn)

26、換電路3.3 放大電路設(shè)計(jì)3.3.1 LM324簡(jiǎn)介LM324系列器件為價(jià)格便宜的帶有真差動(dòng)輸入的四運(yùn)算放大器。如圖3-7所示。與單電源應(yīng)用場(chǎng)合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點(diǎn)。該四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的電源下，靜態(tài)電流為MC1741的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場(chǎng)合中采用外部偏置元件的必要性。每一組運(yùn)算放大器有5個(gè)引出腳，其中“+”、“-”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)

27、放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相同。圖3-7 LM317外部引腳圖3.3.2 LM324的特點(diǎn)1.短跑保護(hù)輸出2.真差動(dòng)輸入級(jí)3.可單電源工作：3V-32V4.低偏置電流：最大100nA5.每封裝含四個(gè)運(yùn)算放大器。6.具有內(nèi)部補(bǔ)償?shù)墓δ堋?.共模范圍擴(kuò)展到負(fù)電源8.行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的引腳排列9.輸入端具有靜電保護(hù)功能圖3-8 放大電路本單元只用到了LM324里面的2個(gè)運(yùn)算放大器構(gòu)成2級(jí)運(yùn)放，主要是將數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路輸出的電流轉(zhuǎn)換成為電壓，并用這個(gè)電壓去控制穩(wěn)壓電路輸出一個(gè)恒定的電壓值。3.4 穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)目前，集成穩(wěn)壓電源已經(jīng)大量應(yīng)用到電子系統(tǒng)中，使得整個(gè)電源部分工作更加可靠，體積大大減小，在電路圖

28、中用到了LM317、7805、7812、7912三端穩(wěn)壓器。作為此電源設(shè)計(jì)不可缺少的一部分，因此，應(yīng)該對(duì)其功能、結(jié)構(gòu)、參數(shù)、性能、工作條件進(jìn)行更的深入的了解。這是一種很常用的穩(wěn)壓器，其外型不同于普通的小功率三極管如圖所示3-9，317穩(wěn)壓塊的輸出電壓變化范圍是Vo1.25V37V（高輸出電壓的317穩(wěn)壓塊如LM317HVA、LM317HVK等，其輸出電壓變化范圍是Vo1.25V45V），所以R2/R1的比值范圍只能是028.6。317穩(wěn)壓塊都有一個(gè)最小穩(wěn)定工作電流，有的資料稱為最小輸出電流，也有的資料稱為最小泄放電流。最小穩(wěn)定工作電流的值一般為1.5mA。由于317穩(wěn)壓塊的生產(chǎn)廠家不同、型號(hào)不

29、同，其最小穩(wěn)定工作電流也不相同，但一般不大于5mA。當(dāng)317穩(wěn)壓塊的輸出電流小于其最小穩(wěn)定工作電流時(shí)，317穩(wěn)壓塊就不能正常工作。當(dāng)317穩(wěn)壓塊的輸出電流大于其最小穩(wěn)定工作電流時(shí)，317穩(wěn)壓塊就可以輸出穩(wěn)定的直流電壓。 其基準(zhǔn)電壓標(biāo)準(zhǔn)值為1.25V（最小為1.20V，最大為1.30V），ADJ端電流標(biāo)準(zhǔn)值為50A，最大為100A。最小輸出電流在輸入輸出壓差為40V（極限值）時(shí)標(biāo)準(zhǔn)值為5mA，最大為10mA；最大輸出電流在同樣條件下標(biāo)準(zhǔn)值為0.8A，最小為0.15A。其工作條件見表3-1。穩(wěn)壓器在空載時(shí)工作電流最小，此時(shí)，為保證額定的輸出電壓值，R的取值應(yīng)為R=1.25/10mA=125 （3-

30、1） 取標(biāo)稱值120。實(shí)際上R的取值通常在120240之間。由此可以寫出上述電路的輸出電壓值計(jì)算公式，即Uo=1.25*(1+Rw/R)+IadjRw （3-2）式中，Iadj為50A,其變化不超過0.5A，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)，上式后面一項(xiàng)可以忽略。C2主要是為了旁路上的紋波電壓。 Uin Uout ADJ 3 2 2 LM317 1 2 3 1 圖3-9 LM317的外型及符號(hào)表3-1工作條件 項(xiàng) 目 符 號(hào) 最 小 最 大輸入輸出電壓差V Uin-Uo 3 40輸入電壓V Uin 4.3 40 輸出電壓V Uo 1.25 37 輸出電流A Io 0.15 1.5 表面溫度ºC Top

31、t 20 1253.5 電源電路設(shè)計(jì)在固定輸出電壓的集成穩(wěn)壓器中，常用的是三端固定正穩(wěn)壓器7800系列和三端固定負(fù)穩(wěn)壓器7900系列，它們的輸出電壓有±5V，±6V，±8V，±9V，±10V，±12V，±15V，±18V，±24V等，輸出電流有100mA(78L00系列、79L00系列)、500mA(78M00系列、79M00系列)、500mA(78M00系列、79M00系列)、1.5A（7800系列、7900系列），管腳如圖3-10所示。780579121312378121322圖3-10 7805、7

32、812、7912管腳圖由于在此電源的設(shè)計(jì)中用到的是小電流輸出，所以在此主要介紹的是7812、7912、7805的外形封裝及符號(hào)如圖310所示（注意：三端穩(wěn)壓的封裝不同，其引腳排列和名稱也是不同的）。電源電路如圖3-11所示。其輸出與輸入之間的電壓差范圍為26.2V，輸出與公共端電壓為5V。使用時(shí)在輸入端接入大的有極性濾波電容外，還應(yīng)接一個(gè)較小的無極性電容，以改善紋波，同時(shí)抑制輸入瞬態(tài)過電壓，該電容取值一般在0.10.47F之間；公共端必須可靠接地，否則，可能損壞穩(wěn)壓器；輸出端不需要接大的電解電容，但要接一個(gè)小的無極性電容，以改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)，取值范圍也在0.10.47F之間。圖3-11 電源

33、電路3.6 顯示電路設(shè)計(jì)3.6.1 四位一體數(shù)碼管（共陽）介紹內(nèi)部有4個(gè)單個(gè)數(shù)碼管共用adp這8根數(shù)據(jù)線，為人們使用提供了方便，所以它有4個(gè)公共端，加上adp，共有12個(gè)引腳。電流：靜態(tài)時(shí)，推薦使用10-15mA；動(dòng)態(tài)時(shí)，16/1動(dòng)態(tài)掃描時(shí)，平均電流為4-5mA，峰值電流50-60mA。電壓：查引腳排布圖，看一下每段的芯片數(shù)量是多少？當(dāng)紅色時(shí)，使用1.9V乘以每段的芯片串聯(lián)的個(gè)數(shù)；當(dāng)綠色時(shí)，使用2.1V乘以每段的芯片串聯(lián)的個(gè)數(shù)。如圖3-12所示。圖3-12 四位一體數(shù)碼管3.6.2 四位一體數(shù)碼管管腳數(shù)碼管的外部引腳與位選、段選對(duì)應(yīng)如下:A11；B7；C4；D2；E1；F10；G5；BIT16

34、；BIT28；BIT39；BIT412；DP3；3.6.3 驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的I/O端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如BCD碼二十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O端口多，如驅(qū)動(dòng)5個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5×840根I/O端口來驅(qū)動(dòng)，要知道一個(gè)89S51單片機(jī)可用的I/O端口只有32個(gè)，實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬件電路的復(fù)雜性。因本電路采用的是四位一體共陽極數(shù)碼管，所以只需要位選上加三極管做驅(qū)動(dòng)電路。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要是為了保證和硬件電路相結(jié)合，正確地實(shí)現(xiàn)電路的整體要求。軟件設(shè)計(jì)有兩種方法：一種是自上而下，逐

35、步細(xì)化；一種是自下而上，先設(shè)計(jì)出每一個(gè)具體的模塊，最后組成一個(gè)系統(tǒng)。本次系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用了自上向下的模塊化結(jié)構(gòu)方式。在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)，我遵循實(shí)用性、先進(jìn)性、系統(tǒng)性及規(guī)范性的原則。4.1 程序流程圖在程序的編寫過程中用到的編譯工具是Keil，硬件和軟件的仿真通過Proteus軟件完成，程序流程圖見圖4-1。程 序 初 始 化鍵 盤 掃 描顯 示 程序開始檢測(cè) 按鍵NYD/A 轉(zhuǎn) 換延時(shí)程序結(jié)束電壓 檢測(cè)中 斷YN圖 4-1 軟件流程圖4.2 程序C程序代碼見附錄35.1 工作原理數(shù)控穩(wěn)壓電源的原理是基于普通直流穩(wěn)壓電源的基礎(chǔ)上進(jìn)行的新設(shè)計(jì)，其中包括數(shù)字電路、模擬電路和電源電路。參看整機(jī)原理圖。電

36、源電路是將市電220v電壓變換成為整機(jī)各個(gè)部分所需要的工作電壓，它為控制電路、數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路、穩(wěn)壓電路中各個(gè)芯片提供基準(zhǔn)電壓，主要是為lm317提供17.4v-20.1v電壓、單片機(jī)和數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路提供+5v電源電壓和lm324芯片的供電電壓+12v、-12v。因此，為各個(gè)電路正常工作起到的了重要的作用。單片機(jī)通過驅(qū)動(dòng)電路與數(shù)碼管相連接，并且通過按鍵去控制調(diào)節(jié)在數(shù)碼管上顯示預(yù)置電壓，采用的方式為外部中斷0（/INT0）實(shí)現(xiàn)，而且設(shè)置的預(yù)置電壓通過單片機(jī)的P0口輸出給數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路，8為數(shù)據(jù)通過數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成模擬電壓輸出，在這里使用的數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路中的核心芯片是DAC0832，其原理是將數(shù)

37、字電壓值轉(zhuǎn)換成模擬電流輸出的，而輸出的電流信號(hào)很弱，所以必須將電流信號(hào)放大輸出，所以DAC0832輸出的電流直接送給運(yùn)算放大器，后面接的芯片是lm324的adj調(diào)整端，lm324內(nèi)部是4個(gè)運(yùn)算放大器，本電路中只用到了其中的2級(jí)運(yùn)算放大器完成的，第一級(jí)放大器的輸出端與DAC0832的9腳Rfb通過變阻器相連接，主要是用來調(diào)節(jié)運(yùn)算放大器輸出端電壓的波動(dòng)，將最終得到的輸出電壓送給穩(wěn)壓電路經(jīng)過穩(wěn)壓輸出，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路輸出的電流太小不夠后級(jí)電路的使用所以在穩(wěn)壓電路中選用的芯片為lm317，lm317理論輸出電流可以達(dá)到1.5A左右，最后通過lm317的2腳接輸出電路。5.2 整機(jī)原理圖原理圖的設(shè)計(jì)是完全按

38、照方框圖去設(shè)計(jì)的，每一個(gè)環(huán)節(jié)通過查閱資料去挑選電路中合適原件，整機(jī)原理圖見附錄4。結(jié) 論本次畢業(yè)設(shè)計(jì)所做的是基于單片機(jī)的數(shù)控穩(wěn)壓電源，通過查閱資料和實(shí)踐操作對(duì)數(shù)控穩(wěn)壓電源的工作原理及相關(guān)元器件的功能和使用更加熟悉，本電路的主要特點(diǎn)是使用簡(jiǎn)單、穩(wěn)定度高、顯示直觀、調(diào)整范圍寬非常符合人們生產(chǎn)生活需要，它在現(xiàn)實(shí)生活中應(yīng)用非常廣泛，有著實(shí)際的意義。整個(gè)電路主要組成（核心元器件）由控制電路（AT89S51）、數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路（DAC0832）、驅(qū)動(dòng)電路（9014）、放大電路（LM324）、穩(wěn)壓電路（LM317）、顯示電路（數(shù)碼管）和按鍵組成。通過按鍵設(shè)置預(yù)置電壓后由單片機(jī)分成兩路：一路通過P1口和P3口送

39、給顯示電路顯示電壓，一路通過P0口送給數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路在經(jīng)過運(yùn)算電路轉(zhuǎn)換成電路中需要的模擬電壓去控制穩(wěn)壓電路，在經(jīng)過穩(wěn)壓后輸出。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中我的收獲很多，從方案構(gòu)思到方案的確定，電路的制作、程序調(diào)試、以及論文的撰寫和整理，我抓住了每一個(gè)提高自己的機(jī)會(huì)，每一個(gè)環(huán)節(jié)都是提高我專業(yè)和綜合能力的機(jī)會(huì)，當(dāng)然在這過程中我也遇到了很多問題，通過查閱和搜集資料去解決，在這個(gè)過程中我慢慢的學(xué)會(huì)了如何獨(dú)立去完成任務(wù)，同時(shí)也付出了很多的努力和辛苦，力求把每一個(gè)環(huán)節(jié)做到最完美。通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我對(duì)自己增加了很大的信心，從開始的不知道從何入手到作品的漸漸完成，在這個(gè)過程中完全的凸現(xiàn)出了理論知識(shí)的重要性，以及理論和實(shí)

40、踐相結(jié)合的必要性，在這過程中也將以前學(xué)過的專業(yè)知識(shí)又從新溫習(xí)了一下，而在制作的過程中也遇到了很多的問題，通過大量的查閱資料去解決問題這也是不斷的在學(xué)習(xí)新知識(shí)的一個(gè)過程，完全脫離了過去死記硬背的痛苦，知識(shí)是在不斷的運(yùn)用中掌握的，而不是靠死記硬背去掌握的，可以說畢業(yè)設(shè)計(jì)是我綜合素質(zhì)的一種體現(xiàn)吧。致 謝這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是我大學(xué)中的最大收獲，不僅充實(shí)了自己，還增添了我的自信心，然而在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中我也遇到過很多困難，由于的選擇的課題難度較大，所以在一開始的安裝到后來的調(diào)試都遇到過很棘手的問題，但是我從沒有氣餒，在指導(dǎo)教師的耐心幫助下，我努力的克服了這些困難。在我對(duì)知識(shí)的理解上有偏差的情況下，指導(dǎo)教師給我耐

41、心的講解使我正確的理解了相關(guān)知識(shí)，在原理圖出現(xiàn)錯(cuò)誤的情況下，指導(dǎo)教師在我找出錯(cuò)誤的情況下耐心的幫我分析，同時(shí)我也了解了錯(cuò)誤的原因。老師是在自己工作很忙的情況下抽出時(shí)間指導(dǎo)我們的。畢業(yè)設(shè)計(jì)成功的完成，包含了老師很多辛勤的汗水。在何旭老師的幫助下使我在模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)方面有了很大的提高，在這里我要特別感謝您！作為指導(dǎo)老師您不厭其煩的為我講解電路原理，幫助我分析電路，幫助我查找資料，分析制作過程中遇到的問題，為了我能更好的完成和掌握畢業(yè)設(shè)計(jì)也花費(fèi)了您大量的時(shí)間和精力。老師！謝謝您！您辛苦了！參考文獻(xiàn)1 張毅剛. MCS-51單片機(jī)原理及應(yīng)用. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2 李華. MCS-51

42、系列單片機(jī)使用接口技術(shù). 北京航空航天大學(xué)出版社，3 徐建仁. 數(shù)字集成電路應(yīng)用與實(shí)驗(yàn). 國防科技大學(xué)出版社，4 肖來勝. 單片機(jī)技術(shù)實(shí)用教程. 華中科技大學(xué)出版社，5 周航慈. 單片機(jī)程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ). 北京航空航天大學(xué)出版社，6 韓全立. 單片機(jī)控制技術(shù)及應(yīng)用. 電子工業(yè)出版社，附錄1 C程序#include"reg51.h"#define uint unsigned int#define uchar unsigned char#define DATA_LED P1#define DATA_0832 P0sbit LED1=P34;sbit LED2=P35;sbit LED3=P36;sbit LED4=P37;sbit JIA1=P24;sbit JIAN1=P25;sbit SENT=P26;sbit OK=P27;void mdleay(uint Delaytime);void SHUJU(void);uchar data a=0,b=1,c=2,d=6,n=0,flag;float data VCC=1.26;void mdleay(uint Delaytime)uint j=0;for(j=0;Delaytime>0;Delaytime-)for(j=0;j<130;j+);