簡易數(shù)控直流電源報告

1、. . . . 簡易數(shù)控直流電源設計報告設計題目： 簡易數(shù)控直流電源 系 別： 電子信息與電氣工程系 年級專業(yè)： 10級電氣類（5）班 小組成員： 汪家樂 1005075039 王鵬飛 1005075038 熊王來 1005075042 2012年 6月11日23 / 23目 錄摘要：3關鍵詞：31.引言31.1設計任務31.2設計要求42. 總體方案論證42.1設計思路42.2模塊方案論證52.2.1控制部分選擇52.2.2數(shù)模轉換部分選擇62.2.4設置部分選擇73系統(tǒng)設計與實現(xiàn)73.1變壓整流與系統(tǒng)電源單元73.2調整管單元83.3 顯示部分設計83.4數(shù)模轉換電路設計93.4.1 DA

2、C0832的結構與引腳功能93.4.2 DAC0832的數(shù)字接口103.4.3 DAC0832的模擬輸出113.5 按鍵部分設計114軟件系統(tǒng)設計124.1系統(tǒng)流程圖125系統(tǒng)功能指標與參數(shù)135.1 系統(tǒng)調試135.2 系統(tǒng)測試135.3 系統(tǒng)誤差分析136.附錄14附錄一使用原件清單14附錄二：系統(tǒng)程序14附錄三：系統(tǒng)電路圖217.總結228.參考文獻22摘要：本系統(tǒng)以直流電壓源為核心，STC89C52 單片機為主控制器，通過矩陣鍵盤來設置直流電源的輸出電壓，設置步進等級可達0.1V，輸出電壓圍為09.9V，輸出電流為500mA，并由數(shù)碼管顯示輸出電壓值。由“”、“”兩鍵分別控制輸出電壓步

3、進增減，并且輸出電壓可預置在09.9V 之間的任意一個值。系統(tǒng)由單片機程控輸出數(shù)字信號，經過D/A 轉換器（DAC0832）輸出模擬電流量，再經過運算放大器隔離放大輸出模擬電壓量，從而控制輸出欲知電壓。 關鍵詞：STC89C52,DAC0832,數(shù)碼管,矩陣鍵盤，uA7141.引言隨著電子技術的迅速發(fā)展，各種電子產品層出不窮，不過不管是哪種電子產品或設備，都需要電源供電才能進行正常的工作，而且對于不同的產品或設備來說，其需要不同的工作電源，但是往往市面上的很多電源模塊都只能輸出固定而單一的電壓，從而不能提供各種不同數(shù)值的電壓，因此，在這里做一個數(shù)控直流電源的設計。該數(shù)控電源采用步進調整方式，調

4、整圍為0.0V9.9V，調整手段采用按鍵進行調整，當需要改變電壓值時，啟動數(shù)控系統(tǒng)，輸入想要得到的電壓值，再按下確定鍵，即可輸出相應的電壓。該系統(tǒng)采用單片機作主控器件，結合軟件和硬件設計方法，使該系統(tǒng)的結構較簡單，可控性強，使用也很方便。1.1設計任務設計出有一定輸出電壓圍和功能的數(shù)控電源。其原理示意圖如下：1.2設計要求1基本要求 （1）輸出電壓：圍09.9V，步進0.1V，紋波不大于10mV；（2）輸出電流：500mA；（3）輸出電壓值由數(shù)碼管顯示； （4）由“”、“”兩鍵分別控制輸出電壓步進增減； （5）為實現(xiàn)上述幾部件工作，自制一穩(wěn)壓直流電源，輸出±15V，5V。2發(fā)揮部分

5、（1）輸出電壓可預置在09.9V之間的任意一個值； （2）用自動掃描代替人工按鍵，實現(xiàn)輸出電壓變化（步進0.1V不變）； （3）擴展輸出電壓種類（比如三角波等）。2. 總體方案論證2.1設計思路方案一：本方案調壓方式基本沿用串聯(lián)穩(wěn)壓電源的調壓方式，以STC89C52單片機為核心，控制比較調整單元基準電源的變化，實現(xiàn)高精密電壓控制。交流電壓經變壓、整流、濾波后，通過調整管輸出，CPU根據預置開關設定的數(shù)據或鍵盤輸入數(shù)據，計算出相應的基準電壓值，送DAC轉換成模擬電壓。該電壓送比較放大單元，以調整輸出電壓Vo。方案二：比較這兩種方案，兩種方案均是通過按鍵命令單片機給DAC 數(shù)字量然后經過DAC 和

6、運放輸出模擬量。但第一種方案經過兩級放大后，再通過復合管功率放大電路，使輸出電流達到要求。而方案二是經過運放放大后的電壓直接輸出，電流很小。所以采用第一種設計方案完成設計任務。2.2模塊方案論證2.2.1控制部分選擇方案一：采用FPGA作為系統(tǒng)的控制器。FPGA可以實現(xiàn)各種復雜的邏輯功能，所有數(shù)字邏輯器件集中在一塊芯片上，體積小，穩(wěn)定度高。同時，F(xiàn)PGA可用EDA軟件仿真調試，易于進行功能擴展。但FPGA引腳較多，布線復雜，成本偏高，結合分析本系統(tǒng)要求如果采用FPGA作為控制器利用率不高，造成資源浪費。方案二：80C51單片機屬于MCS-51系列單片機，由Intel公司開發(fā)，其結構是8048的

7、延伸，改進了8048的缺點，增加了如乘（MUL）、除（DIV）、減（SUBB）、比較（PUSH）、16位數(shù)據指針、布爾代數(shù)運算等指令，以與串行通信能力和5個中斷源。采用40引腳雙列直插式DIP（Dual In Line Package），有128個RAM單元與4K的ROM。80C51有兩個16位定時計數(shù)器，兩個外中斷，兩個定時計數(shù)中斷，與一個串行中斷，并有4個8位并行輸入口。80C51部有時鐘電路，但需要石英晶體和微調電容外接，本系統(tǒng)中采用12MHz的晶振頻率。由于80C51的系統(tǒng)性能滿足系統(tǒng)數(shù)據采集與時間精度的要求，而且產品產量豐富來源廣，應用也很成熟。經比較，此系統(tǒng)采用方案二，選用STC8

8、9C52作為控制核心。2.2.2數(shù)模轉換部分選擇方案一：采用THS5661A。電流輸出型DA轉換器THS5661A很少直接利用電流輸出，大多外接電流電壓轉換電路得到電壓輸出，用負載電阻進行電流電壓轉換的方法，雖可在電流輸出引腳上出現(xiàn)電壓，但必須在規(guī)定的輸出電壓圍使用，而且由于輸出阻抗高， 所以一般外接運算放大器使用。THS5661A輸出電壓不為零時不能正確動作，所以必須外接運算放大器。此外，這種電路中運算放大器因輸出引腳的部電容而容易起振，有時必須作相位補償。方案二：采用DAC0832。DAC0832是采樣頻率為八位的D/A轉換芯片，集成電路有兩級輸入寄存器，使DAC0832芯片具備雙緩沖、單

9、緩沖和直通三種輸入方式，以便適于各種電路的需要(如要求多路D/A異步輸入、同步轉換等)。D/A轉換結果采用電流形式輸出。若需要相應的模擬電壓信號，可通過一個高輸入阻抗的線性運算放大器實現(xiàn)。運放的反饋電阻可通過RFB端引用片固有電阻，也可外接。DAC0832邏輯輸入滿足TTL電平，可直接與TTL電路或微機電路連接。經比較，選擇方案二。2.2.4設置部分選擇方案一（按鍵式輸入）：此方法操作簡單，而且采用此方式控制，由于鍵盤的數(shù)目少，也不會占用單片機太多的資源，且價格便宜。方案二（觸摸屏輸入）：通過觸摸檢測部件檢測用戶觸摸位置，接受觸摸信息后送觸摸屏控制器，觸摸屏控制器將它轉換成觸點坐標送給CPU，

10、它同時接收CPU發(fā)來的命令并加以執(zhí)行。此方法操作方便，簡單，但價格昂貴。另外紅外遙控設置可能會由于房屋或樓道墻壁等受到影響，所以經過比較，我們采用獨立式鍵盤作為輸入控制模塊。經比較，選擇方案一，采用4*4矩陣鍵盤和獨立按鍵共同實現(xiàn)。3系統(tǒng)設計與實現(xiàn)3.1變壓整流與系統(tǒng)電源單元本單元擔任提供對外電源的整流、濾波和作為系統(tǒng)本身工作電源的雙重任務。經過變壓器變壓之后，得到雙18 V交流電，兩路交流經過一個全橋整流得到正負18V的電壓。正18V提供給調整管，作為對外輸出，同時經過三端穩(wěn)壓器，分別得到正負15V，5V作為系統(tǒng)本身工作電源。3.2調整管單元調整管采用復管形式，以實現(xiàn)大電流輸出。R203和N

11、203構成過流保護，當I>700mA時，VR203=R203*I0=1*0.7V=0.7V兩端的電壓達到0.7V，N203會導通，對N202基極分流，達到過流保護目的，同時發(fā)光二級管L201點亮 。涉與運算：由題意Iomax=0.5A，Vomin=0V,故PN202max=（Vin max-Vo min）Io max=(18-0)*0.5=9WN202選用TIP41，其Icmax=6A>Iomax=0.5A,PCM=65W>9W,BVCEOmax=100V>18V,故能滿足工作要求。3.3 顯示部分設計LED顯示電路有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示，靜態(tài)顯示是指所有的LED數(shù)碼管同

12、時顯示，這種顯示方法使得軟件結構比較簡單，顯示效果好，不過電路結構比較復雜，占用處理器的端口較多，功耗也較大。動態(tài)顯示是指處理器定時地對LED數(shù)碼管掃描，數(shù)碼管分時工作，每次只有一個數(shù)碼管顯示，由于掃描的頻率比較高，又因人眼的視覺暫留，所以，看起來，似乎所有的數(shù)碼管同時在顯示，采用這種方法的電路結構變得較簡單，占用處理器的端口較少，功耗也較低，不過軟件結構比較復雜，必須要在軟件中消隱，而且顯示的效果受到掃描頻率的影響。數(shù)碼管采用二一體共陰極數(shù)碼管，考慮到節(jié)省I/O 口，其驅動電路由兩片74HC573 鎖存器來實現(xiàn)。3.4數(shù)模轉換電路設計由于數(shù)控電源輸出的是模擬信號，而單片機輸出的是數(shù)字信號，所

13、以，必須要通過數(shù)/模轉換。數(shù)/模轉換芯片眾多，有電流輸出，也有電壓輸出，分辨率也有所不同，有8位，12位，16位等等，不同的分辨率，價格也有很大的差距，因數(shù)控電源輸出的精確度要求不是很高，且從成本上考慮，這里使用8位的數(shù)/模轉換器DAC0832即可。3.4.1 DAC0832的結構與引腳功能DAC0832是用CMOS工藝制成的8位D/A轉換芯片，它主要包括兩個8位寄存器和一個8位D/A轉換器構成，其兩個寄存器可以進行兩次緩沖操作，使器件的操作有更大的靈活性。DAC0832芯片采用20引腳雙列直插封裝，各引腳功能如下： CS:片選信號（低電平有效）。ILE：輸入鎖存允許信號。WR1:寫信號1（低

14、電平有效）。當ILE=1時，且當CS與WR1同時有效才能把數(shù)字量鎖存到8位輸入寄存器中；當WR1為高電平時輸入數(shù)據鎖存到輸入寄存器中。以上三個信號構成一級輸入鎖存。XFER:控制傳送信號。WR2:寫信號2（低電平有效），用于將鎖存在輸入寄存器數(shù)據送到DAC寄存器中，只有在XFER和WR2同時有效時才把輸入寄存器中的數(shù)據鎖入DAC寄存器中。這樣構成了二級鎖存。D0D7：8位數(shù)據輸入線，TTL電平。Iout1和Iout2：輸出電流。其中Iout1在D/A寄存器容全為1時，輸出電流最大；Iout2在D/A寄存器容全為0時，輸出電流最大，Iout1和Iout2之和為常數(shù)。AGND：模擬信號地。DGND

15、：數(shù)字地。UREF：基準電壓。一般為-10V+10V。Rfb ：反饋電阻。該電阻被制作在芯片，用作運算放大器的反饋電阻。3.4.2 DAC0832的數(shù)字接口因在本系統(tǒng)中，單片機不僅要送D/A轉換數(shù)據，還要送顯示數(shù)據，且都是和P0口相連，而且，數(shù)控電源的轉換速率要求不高，輸出也只有一路，因此，本系統(tǒng)采用單緩沖工作方式DAC0832與單片機的連接電路圖如圖3.1所示。當需要進行轉換時，CS和WR有效，單片機從P0口輸出數(shù)據到DAC0832上并啟動轉換，這時，DAC0832將轉換后的電流值從Iout1和Iout2輸出。圖 3.1 DAC0832與單片機的連接電路圖3.4.3 DAC0832的模擬輸出

16、DAC0832轉換器輸出的是電流信號，因此必須要經過電流-電壓轉換才能輸出電壓信號。DAC0832是8位數(shù)/模轉換器，基準電源為+5V時，其輸出電壓的計算公式為D輸入數(shù)據；u輸出電壓.因為DAC0832的分辨率不是很高，所以轉換精度必然有些欠缺，不過由于數(shù)控電源的電壓輸出圍為0.0V9.9V，步進電壓調整值為0.1V，而DAC0832的輸出模擬電壓步進值約為0.02V，若再放大5倍，則剛好使數(shù)控電源的步進值為0.1V，當輸入數(shù)據為65H（十進制101）時，輸出電壓u1.98V,再放大5倍后約為9.9V，即為要求的最大值。因此，DAC0832轉換器的數(shù)據輸入圍為0065H，以提供100個調整步進

17、。3.5 按鍵部分設計本系統(tǒng)按鍵部分采用矩陣鍵盤和獨立按鍵兩部分共同組成，矩陣鍵盤實現(xiàn)預置數(shù)和自動掃描功能，獨立按鍵實現(xiàn)步進加減和控制波形功能。4軟件系統(tǒng)設計是是開始各器件初始化檢測鍵盤數(shù)字鍵是否按下輸入0.09.9V的電壓值顯示電壓值V否將電壓值清零，顯示清零，輸出電壓也清零清零鍵是否按下是否顯示并輸出當前電壓值確認鍵是否按下是否從0V開始掃描電壓直到到達預設的電壓值掃描鍵是否按下否在正弦波、方波、鋸齒波、三角波、梯形波之間切換波形鍵是否按下是否循環(huán)4.1系統(tǒng)流程圖5系統(tǒng)功能指標與參數(shù)5.1 系統(tǒng)調試（1）電源部分調試：先斷開所有除輸入電源以外的其他電源接入線，在外部電源輸入部分加入正負20

18、 V的壓， 通過L7815 的1腳，和L7915 的2腳，后用萬用表測量L7815 的3腳為15V，L7915D 3 腳為 -15V，L7805 的3腳為+5V，同時測試單片機，DAC0832，放大器等底座接口供電。電源部分正常。 （2）單片機系統(tǒng)測試：編寫簡單程序（點亮發(fā)光二極管）測試單片機系統(tǒng)正常。（3）調試LED 顯示：編制簡單的顯示小程序驗證正常。（4）按鍵測試：編寫簡單程序驗證正常。（5）DAC 測試：調整基準電壓使輸入255 時輸出電壓-2.56V；輸入0 時輸出電壓為0。 5.2 系統(tǒng)測試測試時間：2012年6月8日星期五測試數(shù)據表格（常溫下）123456789預置 電壓1.00

19、2.003.004.005.006.007.008.009.00實測 電壓1.051.942.963.914.945.976.957.948.905.3 系統(tǒng)誤差分析從電路原理圖分析得出，系統(tǒng)的主要誤差有： （1）自制穩(wěn)壓電源電壓不穩(wěn)，影響系統(tǒng)供電和LM336 的基準精度。（2） DAC0832 的量化誤差，和由于LM336-2.5 所給出的VREF不是準確的2.56V 造成DAC 的轉換精度不是0.01V。 （3）放大器放大的線性失真引起的誤差，以與經過0 點的調零誤差。6.附錄附錄一 使用原件清單名稱型號封裝數(shù)量單位三抽頭雙輸出變壓器18V 50W1個三抽頭雙輸出變壓器9V 50W1個集成

20、電路LM7805直插2個集成電路KA7815直插1個集成電路KA7915直插1個集成電路DAC0832DIP-201個集成電路74HC573DIP-202個集成電路Stc89c52DIP-401個數(shù)碼管2位共陰直插1個晶振12M直插1個二極管IN4007直插5個電位器102直插1個電位器503直插1個電位器104直插1個電解電容2200uf 35V直插2個電解電容2200uf 25V直插2個電解電容470uf 25V直插1個電解電容10uf 50V直插6個瓷片電容104直插10個瓷片電容30PF直插2個瓷片電容150PF直插2個排阻10K直插1個電阻100K直插個電阻50K直插個電阻1K直插個

21、附錄二：系統(tǒng)程序#include<reg52.h>#include"keyscan.h"#include"delay.h"#include"display.h"#include"wace.h"#include"scan.h"#include"dac0832.h"#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit dula=P10;sbit wela=P11;sbit key3=P14;sbit key3

22、=P14;sbit key4=P15;sbit key1=P17;bit flag,clearflag,scanflag,boxingflag;uchar code table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71;uint key,t=0,m=0,dy=0,s=0,Wchange;uint num1,num2;uchar x=0,y=120;uchar num3;extern uint key;extern uchar x;extern uchar y;void main

23、() init1();while(1)keyscan1();display2();boxing();DA(keyscan2();void display1(uchar t)uint shi=0,ge=0;shi=t/10;ge=t%10;dula=1;P0=tableshi|0x80;dula=0;P0=0xff;wela=1;P0=0xfe;wela=0;delay_ms(10);dula=1;P0=tablege;dula=0;P0=0xff;wela=1;P0=0xfd;wela=0;delay_ms(10);void display2()uint shi=0,ge=0;shi=keys

24、can2()/10;ge=keyscan2()%10dula=1;P0=tableshi|0x80;dula=0;P0=0xff;wela=1;P0=0xfe;wela=0;delay_ms(10);dula=1;P0=tablege;dula=0;P0=0xff;wela=1;P0=0xfd;wela=0;delay_ms(10);void init1()P0=0;dula=1;dula=0;P0=0xc0;wela=1;wela=0;uchar keyscan1()uchar temp;P2=0xfe;temp=P2;temp=temp&0xf0;if(temp!=0xf0)del

25、ay_ms(10);temp=P2;temp=temp&0xf0;if(temp!=0xf0)temp=P2;switch(temp)case 0x7e:key=1;flag=1;break;case 0xbe:key=2;flag=1;break;case 0xde:key=3;flag=1;break;case 0xee:key=4;flag=1;break;while(temp!=0xf0)temp=P2;temp=temp&0xf0;P2=0xfd;temp=P2;temp=temp&0xf0;if(temp!=0xf0)delay_ms(10);temp=P2

26、;temp=temp&0xf0;if(temp!=0xf0)temp=P2;switch(temp)case 0x7d:key=5;flag=1;break;case 0xbd:key=6;flag=1;break;case 0xdd:key=7;flag=1;break;case 0xed:key=8;flag=1;break;while(temp!=0xf0)temp=P2;temp=temp&0xf0;P2=0xfb;temp=P2;temp=temp&0xf0;if(temp!=0xf0)delay_ms(10);temp=P2;temp=temp&0x

27、f0;if(temp!=0xf0)temp=P2;switch(temp)case 0x7b:key=9;flag=1;break;case 0xbb:key=0;flag=1;break;while(temp!=0xf0)temp=P2;temp=temp&0xf0;return key;void keyscan3()uchar temp;P2=0xf7;temp=P2;temp=temp&0xf0;if(temp!=0xf0)delay_ms(10);temp=P2;temp=temp&0xf0;if(temp!=0xf0)temp=P2;switch(temp)c

28、ase 0x77:clearflag=1;break;case 0xb7:scanflag=1;break;case 0xd7:boxingflag=1;break;while(temp!=0xf0)temp=P2;temp=temp&0xf0;void boxing()keyscan3();if(boxingflag=1)if(key1=0)delay_ms(10);if(key1=0)Wchange+;while(!key1); if(Wchange=1) juchi(); if(Wchange=2) sanjiao(); if(Wchange=3) Wchange=0;boxin

29、gflag=0; uchar keyscan2()keyscan3();if(flag=1)s+;if(s=1)dy=keyscan1();flag=0;if(s=2) dy=dy*10+keyscan1();flag=0;s=0;if(key3=0)delay_ms(10);if(key3=0)dy+;if(dy=100)dy=99;while(!key3);if(key4=0)delay_ms(10);if(key4=0)dy-;if(dy=-1)dy=0;while(!key4); if(clearflag=1)dy=0;clearflag=0;if(scanflag=1)scanV(dy);scanflag=0;return(dy);void juchi() /鋸齒波 uchar i; for(i=255;i>0;i-) P3=i; delay_us(x); void sanjiao