單片機(jī)的智能穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)說(shuō)明

1、. . . . 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題題 目目: : 基于單片機(jī)的智能穩(wěn)壓基于單片機(jī)的智能穩(wěn)壓 電源的設(shè)計(jì)電源的設(shè)計(jì)專專業(yè)業(yè): :應(yīng)用電子技術(shù)應(yīng)用電子技術(shù)班班級(jí)級(jí): :0922109221學(xué)學(xué)號(hào)號(hào): :4646姓姓名名: :袁袁 康康指導(dǎo)老師指導(dǎo)老師: :胡沁春胡沁春電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校二一二年五月. . . . I / 27論文摘要本文介紹了一種基于單片機(jī)的智能穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)方案，其核心技術(shù)是通過(guò)單片機(jī)控制數(shù)模轉(zhuǎn)換來(lái)改變其后的穩(wěn)壓模塊的輸出。該系統(tǒng)由整流濾波初步穩(wěn)壓部分、單片機(jī)控制部分、DAC 和顯示部分組成，該穩(wěn)壓電源能連續(xù)步進(jìn)可調(diào)，并且可實(shí)時(shí)顯示，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)穩(wěn)壓電源的不足。關(guān)

2、鍵詞關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；穩(wěn)壓電源；連續(xù)步進(jìn)可調(diào)；DAC. . . . II / 27AbstractThis paper introduces a single-chip microcomputer-based Intelligent Power Supply Design program, its core technology through the MCU to control digital-to-analog converters to change the voltage regulator module subsequent output. The system consists o

3、f rectifier filter preliminary regulator of the MCU control of the DAC and display components, the power supply can be continuously adjustable stepper, and can be real-time display, made up for the shortcomings of traditional voltage regulator power supply.Key Words: MCU;Regulated Power Supply; Step

4、ping and adjustable row;DAC. . . . III / 27目錄論文摘要 IABSTRACTII第 1 章緒論 1第 2 章設(shè)計(jì)原理 22.1 設(shè)計(jì)原理 22.1.1 穩(wěn)壓電源基本原理 22.1.2 穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)方案 22.2 系統(tǒng)框圖 3第 3 章主要器件介紹 43.1 AT89C52 簡(jiǎn)介 43.2 DAC083273.2.1DAC0832 引腳介紹 73.2.2 DAC0832 部 T 型與說(shuō)明 83.2.3 D/A 轉(zhuǎn)換器性能參數(shù) 93.2.4 DAC0832 工作方式 93.2.5 DAC0832 外接的運(yùn)算放大器特點(diǎn) 103.3 管數(shù)碼管顯示原理 103.

5、3.1 數(shù)碼管結(jié)構(gòu) 103.3.2 數(shù)碼管工作原理 113.3.3 數(shù)碼管字形編碼 11第 4 章硬件電路 134.1 AT89C52 主控原理 134.2 數(shù)模轉(zhuǎn)換 DAC0832144.3 穩(wěn)壓部分 144.3.1 穩(wěn)壓電路的電路組成 154.3.2 穩(wěn)壓電路的工作原理 154.3.3 輸出電壓計(jì)算 154.4 顯示電路 164.5 系統(tǒng)硬件總電路圖 16. . . . IV / 27第 5 章軟件設(shè)計(jì) 185.1 軟件流程圖 185.2 系統(tǒng)源程序 19參考文獻(xiàn) 22. . . . 1 / 27第 1 章 緒 論電子設(shè)備都需要良好穩(wěn)定的電源，而外部提供的能源大多數(shù)為交流電源，電源設(shè)備擔(dān)負(fù)

6、著把交流電源轉(zhuǎn)換為電子設(shè)備所需的各種類別直流電源的任務(wù)，轉(zhuǎn)換后的直流電源應(yīng)具有良好的穩(wěn)定性，當(dāng)電網(wǎng)或負(fù)載變化時(shí)，它能保持穩(wěn)定的輸出電壓，并具有較低的紋波。我們通常稱這種直流電源為穩(wěn)壓電源。但有時(shí)提供的直流電壓不符合設(shè)備要求，仍需變換，稱為DC/DC變換。常規(guī)的穩(wěn)壓電源為串聯(lián)調(diào)整線性穩(wěn)壓電源，它通常由50Hz工頻變壓器、整流器、濾波器、串聯(lián)調(diào)整線性穩(wěn)壓器組成。調(diào)整元件工作在線性放大區(qū)，流過(guò)的電流是連續(xù)的，調(diào)整管上損耗較大的功率，需要體積較大的散熱器，因此該種電源體積大，且效率低，通常僅為3560。同時(shí)承受過(guò)載能力較差，但是它具有優(yōu)良的紋波與動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器，整流濾波電路

7、與穩(wěn)壓電路所組成。變壓器把市電交流電壓變?yōu)樗枰牡蛪航涣麟姟Ｕ髌靼呀涣麟娮優(yōu)橹绷麟?。?jīng)濾波后，穩(wěn)壓器再把不穩(wěn)定的直流電壓變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓輸出。本設(shè)計(jì)主要采用直流穩(wěn)壓構(gòu)成集成穩(wěn)壓電路，通過(guò)變壓，整流，濾波，穩(wěn)壓過(guò)程將 220V 交流電，變?yōu)榉€(wěn)定的直流電，并最終通過(guò)取樣，比較，調(diào)理電路的優(yōu)化，并實(shí)現(xiàn)電壓可在 0-8.5V 可調(diào)。 . . . . 2 / 27第 2 章 設(shè) 計(jì) 原 理2.1 設(shè)計(jì)原理2.1.1 穩(wěn)壓電源基本原理直流穩(wěn)壓電源由電源變壓器 T、整流、濾波和穩(wěn)壓電路四部分組成，其原理框圖如圖 2-1 所示。電網(wǎng)供給的交流電壓 u1(220V,50Hz) 經(jīng)電源變壓器降壓后，得到符合

8、電路需要的交流電壓 u2，然后由整流電路變換成方向不變、大小隨時(shí)間變化的脈動(dòng)電壓 u3，再用濾波器濾去其交流分量，就可得到比較平直的直流電壓 uI。但這樣的直流輸出電壓，還會(huì)隨交流電網(wǎng)電壓的波動(dòng)或負(fù)載的變動(dòng)而變化。在對(duì)直流供電要求較高的場(chǎng)合，還需要使用穩(wěn)壓電路，以保證輸出直流電壓更加穩(wěn)定。在本設(shè)計(jì)中，因?yàn)槭怯脝纹瑱C(jī)進(jìn)行調(diào)整，所有輸入的電壓已經(jīng)是給定的穩(wěn)定值，所以這一步在該設(shè)計(jì)中沒有使用出來(lái)，這里只作一個(gè)介紹。圖 2-1 直流穩(wěn)壓電源框圖2.1.2穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)方案圖 2-2 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路圖. . . . 3 / 27此方案既可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的電壓輸出，而且輸出電壓連續(xù)步進(jìn)可調(diào)，滿足設(shè)計(jì)要求。在此方案

9、中用到了運(yùn)放、單片機(jī)、數(shù)模轉(zhuǎn)換 DAC0832，這些器件都需要穩(wěn)定的工作電壓，如圖 2-2 所示。2.2 系統(tǒng)框圖系統(tǒng)由各個(gè)模塊組成，由各個(gè)模塊組成的系統(tǒng)框圖如圖 2-3 所示。圖 2-3 系統(tǒng)框圖AT89C52單片機(jī)按鍵控制DAC比較電路取樣電路顯示電路調(diào)整電路. . . . 4 / 27第 3 章 主 要 器 件 介 紹3.1 AT89C52 簡(jiǎn)介AT89C52 是 51 系列單片機(jī)的一個(gè)型號(hào)，它是 ATMEL 公司生產(chǎn)的。 AT89C52是一個(gè)低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片含 8k bytes 的可反復(fù)擦寫的Flash 只讀程序存儲(chǔ)器和 256 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

10、器（ RAM），器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51 指令系統(tǒng)，片置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的 AT89C52 單片機(jī)可為您提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場(chǎng)合。AT89C52 有 40 個(gè)引腳，32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出（I/O）端口，同時(shí)含 2個(gè)外中斷口， 3 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， 2 個(gè)讀寫口線，AT89C52 可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程 ,但不可以在線編程 (S 系列的才支持在線編程)。其將通用的微處理器和 Flash 存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的 Flash 存儲(chǔ)器可有效地降

11、低開發(fā)成本。8k 可反復(fù)擦寫(1000 次）Flash ROM 32 個(gè)雙向 I/O 口 256x8bit 部 RAM 3 個(gè) 16 位可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器中斷時(shí)鐘頻率 0-24MHz 2 個(gè)串行中斷可編程 UART 串行通道 2 個(gè)外部中斷源共 6 個(gè)中斷源 2 個(gè)讀寫中斷口線 3 級(jí)加密位 低功耗空閑和掉電模式軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能1.P0 口P0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 I/O 口， 也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8 個(gè) TTL 邏輯門電路，對(duì)端口 P0 寫“1”時(shí)，可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址

12、（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活部上拉電阻。在 Flash 編程時(shí)，P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。2.P1 口P1 是一個(gè)帶部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。對(duì)端口寫 “1”，通過(guò)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)椴看嬖谏侠? . . . 5 / 27電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流 (IIL)。與 AT89C51 不同之處是，P1.0 和 P1.1 還可分別作為定時(shí) /計(jì)數(shù)器 2 的外部計(jì)數(shù)輸入（ P1.0/T2

13、）和輸入（P1.1/T2EX）。3.P2 口P2 是一個(gè)帶有部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。對(duì)端口 P2 寫“1”，通過(guò)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)椴看嬖谏侠娮?，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流 (IIL)。在訪問外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX DPTR 指令）時(shí)， P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行MOVX RI 指令）時(shí)，P2 口輸出 P2 鎖存器的容。 Flash 編程或校驗(yàn)時(shí)， P2 亦接收

14、高位地址和一些控制信號(hào)。4.P3 口P3 口是一組帶有部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。P3 口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。對(duì) P3 口寫入“1”時(shí)，它們被部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時(shí)，被外部拉低的P3 口將用上拉電阻輸出電流（IIL）。P3 口除了作為一般的 I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能 P3 口還接收一些用于 Flash 閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。5.RST復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)， RST 引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。6.ALE/PROG當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， ALE（地址鎖存允許）輸

15、出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。一般情況下， ALE 仍以時(shí)鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。對(duì) Flash 存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（ PROG）。如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。該位置位后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指令才能將 ALE 激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置 ALE 禁止位無(wú)效。7.PSEN程序儲(chǔ)存允許（ PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，

16、當(dāng)AT89C52 由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN 有效，即輸出兩個(gè)脈沖。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過(guò)兩次PSEN 信號(hào)。8.EA/VPP. . . . 6 / 27外部訪問允許。欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲(chǔ)器（地址為 0000HFFFFH），EA 端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1 被編程，復(fù)位時(shí)部會(huì)鎖存 EA 端狀態(tài)。如 EA 端為高電平（接 Vcc 端），CPU 則執(zhí)行部程序存儲(chǔ)器中的指令。 Flash 存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上 +12V 的編程允許電源Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用 12V 編程電壓 Vpp。9.XTAL1

17、振蕩器反相放大器的與部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。10.XTAL2振蕩器反相放大器的輸出端。11.特殊功能寄存器在 AT89C52 片存儲(chǔ)器中， 80H-FFH 共 128 個(gè)單元為特殊功能寄存器（ SFE），SFR 的地址空間映象如表 2 所示。并非所有的地址都被定義，從80HFFH 共 128 個(gè)字節(jié)只有一部分被定義，還有相當(dāng)一部分沒有定義。對(duì)沒有定義的單元讀寫將是無(wú)效的，讀出的數(shù)值將不確定，而寫入的數(shù)據(jù)也將丟失。不應(yīng)將數(shù)據(jù)“1”寫入未定義的單元，由于這些單元在將來(lái)的產(chǎn)品中可能賦予新的功能，在這種情況下，復(fù)位后這些單元數(shù)值總是 “0”。AT89C52 除了與 AT89C51 所有的定時(shí)/計(jì)數(shù)器 0

18、 和定時(shí)/計(jì)數(shù)器 1 外，還增加了一個(gè)定時(shí) /計(jì)數(shù)器 2。定時(shí)/計(jì)數(shù)器 2 的控制和狀態(tài)位位于 T2CON（參見表 3）T2MOD（參見表 4），寄存器對(duì)（RCAO2H、RCAP2L）是定時(shí)器 2 在 16 位捕獲方式或 16 位自動(dòng)重裝載方式下的捕獲/自動(dòng)重裝載寄存器。. . . . 7 / 27DI0DI78DAC8D/A8.&ILECSWR1WR2XFERLE1LE2Iout1Iout2VrefRfbAGNDDGNDVCC3.2 DAC0832直流穩(wěn)壓電源的數(shù)模轉(zhuǎn)換采用通用芯片 DAC0832。DAC0832 的原理框圖如圖 3-1所示。DAC0832 主要由 8 位輸入寄存器、8 位

19、DAC 寄存器、8 位 D/A 轉(zhuǎn)換器以與輸入控制電路四部分組成。8 位輸入寄存器用于存放主機(jī)送來(lái)的數(shù)字量，使輸入數(shù)字量得到緩沖和鎖存，由加以控制；8 位 DAC 寄存器用于存放待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量，由加以控制；8 位 D/A 轉(zhuǎn)換器輸出與數(shù)字量成正比的模擬電流；由與門、非與門組成的輸入控制電路來(lái)控制 2 個(gè)寄存器的選通或鎖存狀態(tài)。圖 3-1 DAC0832 原理框圖3.2.1 DAC0832 引腳介紹如圖 3-2 所示DI0DI7：數(shù)據(jù)輸入線，TLL 電平。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，低電平有效。 WR1：為輸入寄存器的寫選通信號(hào)。 XFER：數(shù)據(jù)傳送控

20、制信號(hào)輸入線，低電平有效。 WR2：為 DAC 寄存器寫選通輸入線。 Iout1:電流輸出線。當(dāng)輸入全為 1 時(shí) Iout1 最大。 Iout2: 電流輸出線。其值與 Iout1 之和為一常數(shù)。 Rfb:反饋信號(hào)輸入線,芯片部有反饋電阻. Vcc:電源輸入線 (+5v+15v) Vref:基準(zhǔn)電壓輸入線 (-10v+10v) AGND:模擬地,摸擬信號(hào)和基準(zhǔn)電源的參考地.DGND:數(shù)字地,兩種地線在基準(zhǔn)電源處共地比較好. . . . 8 / 27圖 3-2 DAC0832 引腳圖3.2.2DAC0832 部 T 型與說(shuō)明DAC0832 是采用 CMOS 工藝制成的單片直流輸出型 8 位數(shù)/模轉(zhuǎn)

21、換器。如圖 3-3所示，它由倒 T 型 R-2R 電阻網(wǎng)絡(luò)、模擬開關(guān)、運(yùn)算放大器和參考電壓 VREF 四大部分組成。運(yùn)算放大器輸出的模擬量 V0 為：圖 3-3 T 型網(wǎng)絡(luò)圖輸出的模擬量 與輸入的數(shù)字量（ ） 成正比，這就實(shí)現(xiàn)了從數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。一個(gè) 8 位 D/A 轉(zhuǎn)換器有 8 個(gè)輸入端（其中每個(gè)輸入端是 8 位二進(jìn)制數(shù)的一位），有一個(gè)模擬輸出端。輸入可有 28=256 個(gè)不同的二進(jìn)制組態(tài)，輸出為 256 個(gè)電壓之一，即輸出電壓不是整個(gè)電壓圍任意值，而只能是 256 個(gè)可能值。. . . . 9 / 273.2.3D/A 轉(zhuǎn)換器性能參數(shù)在實(shí)現(xiàn) D/A 轉(zhuǎn)換時(shí)，主要涉與下面幾個(gè)性能參數(shù)。

22、1.分辨率。分辨率是指最小輸出電壓（對(duì)應(yīng)于輸入數(shù)字量最低位增 1 所引起的輸出電壓增量）和最大輸出電壓（對(duì)應(yīng)于輸入數(shù)字量所有有效位全為 1 時(shí)的輸出電壓）之比。例如，4 位 DAC 的分辨率為 1/(24-1)=1/15=6.67%（分辨率也常用百分比來(lái)表示） 。8 位 DAC 的分辨率為 1/255=0.39%。顯然，位數(shù)越多，分辨率越高。2.轉(zhuǎn)換精度。如果不考慮 D/A 轉(zhuǎn)換的誤差，DAC 轉(zhuǎn)換精度就是分辨率的大小，因此，要獲得高精度的 D/A 轉(zhuǎn)換結(jié)果，首先要選擇有足夠高分辨率的 DAC。D/A 轉(zhuǎn)換精度分為絕對(duì)和相對(duì)轉(zhuǎn)換精度，一般是用誤差大小表示。DAC 的轉(zhuǎn)換誤差包括零點(diǎn)誤差、漂移誤

23、差、增益誤差、噪聲和線性誤差、微分線性誤差等綜合誤差。絕對(duì)轉(zhuǎn)換精度是指滿刻度數(shù)字量輸入時(shí)，模擬量輸出接近理論值的程度。它和標(biāo)準(zhǔn)電源的精度、權(quán)電阻的精度有關(guān)。相對(duì)轉(zhuǎn)換精度指在滿刻度已經(jīng)校準(zhǔn)的前提下，整個(gè)刻度圍，對(duì)應(yīng)任一模擬量的輸出與它的理論值之差。它反映了 DAC 的線性度。通常，相對(duì)轉(zhuǎn)換精度比絕對(duì)轉(zhuǎn)換精度更有實(shí)用性。相對(duì)轉(zhuǎn)換精度一般用絕對(duì)轉(zhuǎn)換精度相對(duì)于滿量程輸出的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示，有時(shí)也用最低位（LSB）的幾分之幾表示。例如，設(shè) VFS為滿量程輸出電壓 5V，n 位 DAC 的相對(duì)轉(zhuǎn)換精度為0.1%，則最大誤差為0.1%VFS=5mV；若相對(duì)轉(zhuǎn)換精度為1/2LSB，LSB=1/2n，則最大相對(duì)誤差

24、為1/2n+1VFS。3.非線性誤差。D/A 轉(zhuǎn)換器的非線性誤差定義為實(shí)際轉(zhuǎn)換特性曲線與理想特性曲線之間的最大偏差，并以該偏差相對(duì)于滿量程的百分?jǐn)?shù)度量。轉(zhuǎn)換器電路設(shè)計(jì)一般要求非線性誤差不大于1/2LSB。4.轉(zhuǎn)換速率/建立時(shí)間。轉(zhuǎn)換速率實(shí)際是由建立時(shí)間來(lái)反映的。建立時(shí)間是指數(shù)字量為滿刻度值（各位全為 1）時(shí)，DAC 的模擬輸出電壓達(dá)到某個(gè)規(guī)定值（比如，90%滿量程或1/2LSB 滿量程）時(shí)所需要的時(shí)間。建立時(shí)間是 D/A 轉(zhuǎn)換速率快慢的一個(gè)重要參數(shù)。很顯然，建立時(shí)間越大，轉(zhuǎn)換速率越低。不同型號(hào) DAC 的建立時(shí)間一般從幾個(gè)毫微秒到幾個(gè)微秒不等。若輸出形式是電流，DAC 的建立時(shí)間是很短的；若輸

25、出形式是電壓，DAC 的建立時(shí)間主要是輸出運(yùn)算放大器所需要的響應(yīng)時(shí)間。3.2.4DAC0832 工作方式DAC0832 進(jìn)行 D/A 轉(zhuǎn)換，可以采用兩種方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行鎖存。. . . . 10 / 27第一種方法是使輸入寄存器工作在鎖存狀態(tài)，而 DAC 寄存器工作在直通狀態(tài)。具體地說(shuō)，就是使和都為低電平，DAC 寄存器的鎖存選通端得不到有效電平而直通；此外，使輸入寄存器的控制信號(hào) ILE 處于高電平、處于低電平，這樣，當(dāng)端來(lái)一個(gè)負(fù)脈沖時(shí)，就可以完成 1 次轉(zhuǎn)換。第二種方法是使輸入寄存器工作在直通狀態(tài)，而 DAC 寄存器工作在鎖存狀態(tài)。就是使和為低電平，ILE 為高電平，這樣，輸入寄存器的鎖存選

26、通信號(hào)處于無(wú)效狀態(tài)而直通；當(dāng)和端輸入 1 個(gè)負(fù)脈沖時(shí)，使得 DAC 寄存器工作在鎖存狀態(tài)，提供鎖存數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。根據(jù)上述對(duì) DAC0832 的輸入寄存器和 DAC 寄存器不同的控制方法，DAC0832 有如下 3 種工作方式：1.單緩沖方式。單緩沖方式是控制輸入寄存器和 DAC 寄存器同時(shí)接收資料，或者只用輸入寄存器而把 DAC 寄存器接成直通方式。此方式適用只有一路模擬量輸出或幾路模擬量異步輸出的情形。2.雙緩沖方式。雙緩沖方式是先使輸入寄存器接收資料，再控制輸入寄存器的輸出資料到 DAC 寄存器，即分兩次鎖存輸入資料。此方式適用于多個(gè) D/A 轉(zhuǎn)換同步輸出的情節(jié)。3.直通方式。直通方式是資

27、料不經(jīng)兩級(jí)鎖存器鎖存，即 CS，WR1，XFER，WR2均接地，ILE 接高電平。此方式適用于連續(xù)反饋控制線路，不過(guò)在使用時(shí)，必須通過(guò)另加 I/O 接口與 CPU 連接，以匹配 CPU 與 D/A 轉(zhuǎn)換。在本次設(shè)計(jì)中,使用的是直通方式。3.2.5DAC0832 外接的運(yùn)算放大器特點(diǎn)1.開環(huán)放大倍數(shù)非常高，一般為幾千，甚至可高達(dá) 10 萬(wàn)。在正常情況下，運(yùn)算放大器所需要的輸入電壓非常小。2.輸入阻抗非常大。運(yùn)算放大器工作時(shí)，輸入端相當(dāng)于一個(gè)很小的電壓加在一個(gè)很大的輸入阻抗上，所需要的輸入電流也極小。3.輸出阻抗很小，所以，它的驅(qū)動(dòng)能力非常大。3.3 管數(shù)碼管顯示原理3.3.1 數(shù)碼管結(jié)構(gòu)輸出電壓

28、采用 7 段數(shù)碼管進(jìn)行顯示。數(shù)碼管由 8 個(gè)發(fā)光二極管（以下簡(jiǎn)稱字段）構(gòu)成，通過(guò)不同的組合可用來(lái)顯示數(shù)字 0 9、字符 A F、H、L、P、R、U、Y、符. . . . 11 / 2710 9 8 7 6g f GND a b1 2 3 4 5dp.e d GND c dpabcdefgDD+5V號(hào)“-”與小數(shù)點(diǎn)“.” 。數(shù)碼管的外型結(jié)構(gòu)如圖 3-4（a）所示。數(shù)碼管又分為共陰極和共陽(yáng)極兩種結(jié)構(gòu)，分別如圖 3-4（b）和圖 3-4（c）所示。（a）外型結(jié)構(gòu) （b）共陰極（c）共陽(yáng)極圖 3-4 數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖3.3.2 數(shù)碼管工作原理共陽(yáng)極數(shù)碼管的 8 個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極（二極管正端）連接在一起，

29、通常，公共陽(yáng)極接高電平（一般接電源） ，其它管腳接段驅(qū)動(dòng)電路輸出端。當(dāng)某段驅(qū)動(dòng)電路的輸出端為低電平時(shí)，則該端所連接的字段導(dǎo)通并點(diǎn)亮，根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。此時(shí)，要求段驅(qū)動(dòng)電路能吸收額定的段導(dǎo)通電流，還需根據(jù)外接電源與額定段導(dǎo)通電流來(lái)確定相應(yīng)的限流電阻。共陰極數(shù)碼管的 8 個(gè)發(fā)光二極管的陰極（二極管負(fù)端）連接在一起，通常，公共陰極接低電平（一般接地） ，其它管腳接段驅(qū)動(dòng)電路輸出端，當(dāng)某段驅(qū)動(dòng)電路的輸出端為高電平時(shí)，則該端所連接的字段導(dǎo)通并點(diǎn)亮，根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。此時(shí)，要求段驅(qū)動(dòng)電路能提供額定的段導(dǎo)通電流，還需根據(jù)外接電源與額定段導(dǎo)通電流來(lái)確定相

30、應(yīng)的限流電阻。3.3.3 數(shù)碼管字形編碼要使數(shù)碼管顯示出相應(yīng)的數(shù)字或字符必須使段數(shù)據(jù)口輸出相應(yīng)的字形編碼。數(shù)據(jù) D0 與 a 字段對(duì)應(yīng)，D1 字段與 b 字段對(duì)應(yīng)，依此類推。如使用共陽(yáng)極數(shù)碼管，數(shù)據(jù)為 0 表示對(duì)應(yīng)字段亮，數(shù)據(jù)為 1 表示對(duì)應(yīng)字段暗；如使用共陰極數(shù)碼管，數(shù)據(jù)為 0 表示對(duì)應(yīng)字段暗，數(shù)據(jù)為 1 表示對(duì)應(yīng)字段亮。數(shù)碼管字形編碼如表 3-2 所示。表 3-2 數(shù)碼管字形編碼表顯示字共陽(yáng)極共陰極. . . . 12 / 27字符形dpgfedcba字型碼dpgfedcba字形碼0011000000C0H001111113FH1111111001F9H0000011006H2210100

31、100A4H010110115BH3310110000B0H010011114FH441001100199H0110011066H551001001092H011011016DH661000001082H011111017DH7711111000F8H0000011107H881000000080H011111117FH991001000090H011011116FHAA1000100088H0111011177HBB1000001183H011111007CHCC11000110C6H0011100139HDD10100001A1H010111105EHEE1000011086H011110

32、0179HFF100011108EH0111000171HHH1000100189H0111011076HLL11000111C7H0011100038HPP100011008CH0111001173HRR11001110CEH0011000131HUU11000001C1H001111103EHYY1001000191H011011106EH-10111111BFH0100000040H.011111117FH1000000080H熄滅滅11111111FFH0000000000H. . . . 13 / 27第 4 章 硬 件 電 路4.1 AT89C52 主控原理單片機(jī) AT89C52

33、是系統(tǒng)的控制核心，主要是通過(guò)控制數(shù)摸轉(zhuǎn)換來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)穩(wěn)壓電源的調(diào)節(jié)，并且控制顯示電路，電路如圖 4-1 所示。 圖 4-1 AT89C51 主控電路圖主控電路中包括 AT89C51 工作的基本電路：復(fù)位電路和晶振電路(這里做軟件可以不要)，還有兩個(gè)按鍵：+SW 鍵和-SW 鍵，這兩個(gè)按鍵用于控制 DAC 輸出電壓的增加與減小。在本設(shè)計(jì)中的增減量為 0.1。. . . . 14 / 274.2 數(shù)模轉(zhuǎn)換 DAC0832DAC 模塊是整個(gè)系統(tǒng)的紐帶，連接著控制部分與穩(wěn)壓部分，電路如圖 4-2 所示。圖 4-2 數(shù)模轉(zhuǎn)換電圖該數(shù)模轉(zhuǎn)換電路采用的是 DAC0832 直通輸出方式，輸出 Vo=-B*Vref

34、/256，其中B 的值為 D0D7 組成的 8 位二進(jìn)制，取值圍為 0255，Vref 是參考電壓。其后接一個(gè)運(yùn)放,為了把 DAC 輸出的電流型轉(zhuǎn)換成電壓型。4.3 穩(wěn)壓部分穩(wěn)壓部分是系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)核心，DAC 模塊輸出的模擬信號(hào)決定最終的輸出電壓,如圖 4-3 所示。圖 4-3 串聯(lián)線性穩(wěn)壓電路圖. . . . 15 / 274.3.1 穩(wěn)壓電路的電路組成1.采樣電阻：由 R3、R4、RV1 組成。當(dāng)輸出電壓發(fā)生變化時(shí)，采樣電阻取其變化量的一部分送給放大電路的反相輸入端。2.誤差放大：是將穩(wěn)壓電路輸出電壓的變化量進(jìn)行放大，然后再送給調(diào)整管的基極。如果放大電路的放大倍數(shù)比較大，則只要輸出電壓產(chǎn)生一

35、點(diǎn)微小的變化，既能引起調(diào)整管電壓發(fā)生較大的變化。3.基準(zhǔn)電壓：基準(zhǔn)電壓由 DAC 的輸出電壓提供，接到放大電路的同相輸入端。采樣電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較后，再將二者的差值進(jìn)行放大。電阻 R 的作用是保證發(fā)射極有一個(gè)合適的工作電流。4.調(diào)整管：當(dāng)輸出電壓 U0 由于電網(wǎng)電壓或負(fù)載電流等的變化而發(fā)生波動(dòng)時(shí)，其變化量經(jīng)采樣、比較、放大后送入調(diào)整管的基極、使調(diào)整管的集-射電壓發(fā)生相應(yīng)的變化。最終調(diào)整輸出電壓使之基本保持穩(wěn)定。4.3.2 穩(wěn)壓電路的工作原理1.當(dāng)負(fù)載 RL 不變，輸入電壓 U1 減小時(shí)，輸出電壓 U0 有下降趨勢(shì)，通過(guò)取樣電阻的分壓使比較放大管的基極電位 UB2 下降，而比較放大管的發(fā)射極

36、電壓不變（UE2=UZ） ，因此 UBE2 也下降，于是比較放大管導(dǎo)通能力減弱，UC2 升高，調(diào)整管導(dǎo)通能力增強(qiáng)，調(diào)整管 V1 集、射之間的電阻 RCE1 減小，管壓降 UCE1 下降，使輸出電壓 U0 上升，保證了 U0 基本不變。2.當(dāng)輸入電壓 U1 不變，負(fù)載 RL 增大時(shí)，引起輸出電壓 U0 有增長(zhǎng)趨勢(shì)，同理，U0 升高，UBE2 會(huì)升高，UC2 下降，RCE1 升高，UCE1 升高，最后使 U0 下降，從而對(duì)U0 進(jìn)行了調(diào)整穩(wěn)定。同樣，當(dāng)負(fù)載 RL 減小時(shí)，穩(wěn)壓過(guò)程相反。4.3.3 輸出電壓計(jì)算穩(wěn)壓電路中有一個(gè)電位器RV1串接在R3和R4 之間，可以通過(guò)調(diào)節(jié)RV1來(lái)改變輸出電壓U0。

37、設(shè)計(jì)這種電路時(shí)要滿足I2IB2，因此，可以忽略IB2,I1I2，則)413/() 14(02RRVRRVRUUB （4-) 4/() 413() 2() 14/() 413(20RVLRRRVRUBEUZRVRRRVRUBU1）式中，UZ 為穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值,UBE2 為 V2 發(fā)射結(jié)電壓，RV1為電位器滑動(dòng)觸電下半部分的電阻值。. . . . 16 / 27當(dāng)RV1調(diào)到最上端時(shí)，輸出電壓為最小值， Uomin=(Uz+UBE2)*(R3+RV1+R4)/(RV1+R4) （4-2）當(dāng) RV1 調(diào)到最下端時(shí)，輸出電壓為最大值， Uomax=(Uz+UBE2)*(R3+RV1+R4)/R4 （4.

38、3）4.4 顯示電路顯示電路是對(duì)系統(tǒng)輸出電壓進(jìn)行顯示，使得整個(gè)系統(tǒng)更加合理話，由于只顯示輸出的電壓，所以顯示器件采用數(shù)碼管，電路如圖 4-4 所示。 圖 4-4 數(shù)碼管顯示電路圖將電壓的設(shè)定值限定在 0V8.5V 之間。系統(tǒng)輸出電壓在 0V8.5V 之間步進(jìn)可調(diào)，步進(jìn)值為 0.1V。因?yàn)?DAC0832 是 8 位的，誤差就是設(shè)定值的 1/28。使能端是低電平有效，采用共陰極的方式。4.5 系統(tǒng)硬件總電路圖通過(guò)按鈕 SW+和 SW-來(lái)調(diào)節(jié)單片機(jī)的輸出電壓，這里在數(shù)碼管可以顯示。單片機(jī)的輸出電壓通過(guò) ADC0832，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，在通過(guò)運(yùn)放將電流型轉(zhuǎn)換成電壓型。將換成后的電壓型輸出，

39、作為調(diào)整電路的基準(zhǔn)電壓，通過(guò)取樣，比較，調(diào)整電路，將電壓進(jìn)行最后的穩(wěn)定輸出，提高了輸出電壓的穩(wěn)定性。系統(tǒng)硬件總電路圖如圖 4-5。. . . . 17 / 27圖 4-5 系統(tǒng)硬件總電路圖. . . . 18 / 27第 5 章 軟 件 設(shè) 計(jì)5.1 軟件流程圖系統(tǒng)軟件流程圖直觀的描述了如何實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)輸出電壓的調(diào)節(jié)。首先對(duì)系統(tǒng)的輸出電壓進(jìn)行初始化，設(shè)定為 5V（常用電壓值） ，然后通過(guò)判斷按鍵是+鍵或是-鍵對(duì)系統(tǒng)的輸出電壓進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，并保證輸出電壓不超出設(shè)定圍，具體的調(diào)節(jié)過(guò)程如圖 5-1 所示。圖 5-1 系統(tǒng)軟件流程圖. . . . 19 / 275.2 系統(tǒng)源程序此程序主要是用來(lái)調(diào)節(jié)單片機(jī)的輸出電壓，通過(guò) P1.0 和 P1.1 口來(lái)調(diào)節(jié)增減量，每次的增減量為 0.1V，而且輸出電壓的增減量要和給 ADC0832 的數(shù)據(jù)要成比例。次程序的輸出電壓在 0V 到 8.5V 圍調(diào)節(jié)，每增減 0.1V，送給 ADC0832 的數(shù)據(jù)每增減3。相當(dāng)于 8 位的 ADC0832 的數(shù)據(jù)口 0 到 255 對(duì)應(yīng)了輸出電壓 0V 到 8.5V，算下來(lái)每0.1V 對(duì)應(yīng) 3 的大小。程序如下所示。#include #defi