基于單片機的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源.docx

保密類別 編 號 湖北工業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文基于51單片機數(shù)控直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計院(系)別 （小二號宋體居中）專 業(yè) 班 級姓 名 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 2014年 4 月 9 日 43目錄一、緒論1.1直流穩(wěn)壓電源.31.2數(shù)控直流穩(wěn)壓電源.31.3數(shù)控直流穩(wěn)壓電源要求.3二、數(shù)控直流穩(wěn)壓電源方案設(shè)計與論證2.1硬件原理框圖.42.2方案簡介.42.3單片機選擇與論證.52.4DA方案選擇62.5穩(wěn)壓輸出選擇與論證.72.6顯示模塊.82.7輸入按鍵.92.8電源模塊選擇.9三、硬件電路設(shè)計3.1供電電路設(shè)計103.2 單片機最小系統(tǒng).123.3DA輸出設(shè)計.133.4穩(wěn)壓輸出153.5電壓采樣電路183.6數(shù)碼管顯示電路19四、系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1系統(tǒng)軟件設(shè)計流程圖214.2AD轉(zhuǎn)換程序.214.3DA轉(zhuǎn)換程序.22五、系統(tǒng)調(diào)試與仿真.235.1硬件調(diào)試.235.2軟件調(diào)試.255.3仿真軟件protues簡介.265.4DA仿真圖.285.5AD仿真圖.28六、總結(jié).29基于51單片機數(shù)控直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計摘要：隨著科技的日益的發(fā)展，電子產(chǎn)品對電源的要求也越來越高。針對普通直流電源一般不可以調(diào)節(jié)或調(diào)節(jié)范圍小的缺點設(shè)計出了一種可調(diào)節(jié)，寬調(diào)節(jié)范圍的直流穩(wěn)壓電源。該直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)以STC單片機公司的12C5408AD單片機為核心，利用8位DA芯片DAC0832作為DA輸出，由單片機12C5408AD內(nèi)部自帶AD轉(zhuǎn)換器對輸出電壓進行采樣處理，采用C語言進行程序控制，輸出0+9.9V，擴展0-9.9V的輸出范圍，步進0.1V的精確穩(wěn)壓輸出。關(guān)鍵詞：直流電流源 單片機 12C5408AD DAC0832High precision DC current source based on 51 MCUAbstract: With the development of science and technology. Electronic products to the requirements of the power supply is more and more high. For regular direct current voltage stabilizer accuracy is not high, and the adjusting range is small, we designed a direct voltage stabilizer with high precision and wide adjusting range. This system is based on the MCU of 12C5408AD which product by STC. Using a chip DAC0832 which with 8 bit as DA output. By using the MCU internal AD converter to process the output voltage. Use the C language to control the system. So that it can output 0+9.9V, extend to 0-9.9 V, and stepping for 0.1V adjustment function.Key words: DC current MCU 12C5408AD DAC0832一、緒論1.1 直流穩(wěn)壓電源簡介當今社會人們極大的享受著電子設(shè)備帶來的便利，但是任何電子設(shè)備都有一個共同的電路-電源電路。大到超級計算機、小到袖珍計算器，所有的電子設(shè)備都必須在電源電路的支持下才能正常工作。當然這些電源電路的樣式、復(fù)雜程度千差萬別?？梢哉f電源電路是一切電子設(shè)備的基礎(chǔ)，沒有電源電路就不會有如此種類繁多的電子設(shè)備。 由于電子技術(shù)的特性，電子設(shè)備對電源電路的要求就是能夠提供持續(xù)穩(wěn)定、滿足負載要求的電能，而且通常情況下都要求提供穩(wěn)定的直流電能。提供這種穩(wěn)定的直流電能的電源就是直流穩(wěn)壓電源。直流穩(wěn)壓電源在電源技術(shù)中占有十分重要的地位。1.2數(shù)控直流穩(wěn)壓電源簡介一般普通線性電源具有不可調(diào)節(jié)或只能線性調(diào)節(jié)等特點。其調(diào)節(jié)的范圍小，精度低，無法適應(yīng)于精度要求比較高的場合。數(shù)控直流穩(wěn)壓電源主要用微處理器等配合其它控制器件控制電源的電壓輸出，實現(xiàn)數(shù)控可調(diào)，高精度輸出，過流保護，數(shù)字顯示等。其調(diào)節(jié)的范圍大，利用高精度的DA轉(zhuǎn)換器，可以實現(xiàn)數(shù)控電源高精度輸出，同時步進可調(diào)。這種高精度的的數(shù)控穩(wěn)壓電源可以滿足對電源要求比較高的場合。數(shù)控直流穩(wěn)壓電源還可以將輸出電壓值進行采樣處理，再送回微處理器進行處理，從而實現(xiàn)輸出的閉環(huán)控制。還可以對輸出的電流進行檢測，當輸出過載時，可以立即切斷輸出，保護電源不被燒壞。 1.3 數(shù)控電源特點與要求 1輸出電壓值能夠在額定輸出電壓值以下任意設(shè)定和正常工作。 2輸出電流的穩(wěn)流值能在額定輸出電流值以下任意設(shè)定和正常工作。 3直流穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓與穩(wěn)流狀態(tài)能夠自動轉(zhuǎn)換并有相應(yīng)的狀態(tài)指示。 4對于輸出的電壓值和電流值要求精確的顯示和識別。 5對于輸出電壓值和電流值有精準要求的直流穩(wěn)壓電源直接數(shù)字輸入。 6要有完善的保護電路。直流穩(wěn)壓電源在輸出端發(fā)生短路及異常工作狀態(tài)時不應(yīng)損壞，在異常情況消除后能立即正常工作。二、數(shù)控直流穩(wěn)壓電源方案設(shè)計與論證2.1 硬件設(shè)計框圖按鍵輸入穩(wěn)壓輸出DA輸出負載 51系列單片機12C5408AD顯示部分報警采樣過流供 電 電 源圖2-1 硬件設(shè)計框圖2.2 方案簡介該方案以STC 51系列單片機12C5408AD為控制核心，單片機控制DA輸出模擬電壓，然后經(jīng)過運算放大器放大電壓，再經(jīng)功率管放大電流。利用單片機內(nèi)部自帶10位AD轉(zhuǎn)換器對輸出電壓值進行采樣，實現(xiàn)閉環(huán)控制。單片機對采樣值進行處理，在顯示部分顯示設(shè)定電壓值和輸出電壓值。若輸出超過當前設(shè)定的值，則單片機啟動報警同時關(guān)閉輸出以保護電源。2.3單片機選擇與論證一、單片機選擇：方案一：采用增強型51單片機，內(nèi)部自帶DA和AD，方案二：采用增強型51單片機，內(nèi)部自帶AD方案三：采用MCS-51系列89S52單片機 二、方案論證: 我們在網(wǎng)上找了許多增強型的的單片機，內(nèi)部自帶AD及DA的，但是發(fā)現(xiàn)一般內(nèi)部自帶8位的AD及DA，帶10位和12位AD及DA的價格太高，考慮到成本的問題，我們放棄了方案一方案三采用89S52單片機，單片機價格雖然降下來了，但是要采集輸出電壓，必然要加AD采集電路，因為要采2路電壓，所以電路變得很復(fù)雜，加大了硬件電路的難度。而方案二采用的單片機內(nèi)部自帶AD，我們選取了STC公司的12C5408AD，該單片機自帶8路10位AD，可以滿足設(shè)計的要求。相對方案三，簡化了電路，價格也不是很高。綜合考慮，我們選擇方案二。 12C5408AD簡介：圖2-2 12C5408引腳圖STC 12C5408AD系列單片機 是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘/機器周期（1T）的單片機，是高速，低功耗的51系列單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，速度快8-12倍速。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，4路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換。12C5408AD的工作電壓5.5V-3.5V 工作頻率 0-35MHz 片上集成512字節(jié)RAM，8K ROM2.4 DA選擇與論證DA選擇方案一：采用我們熟悉的8位DA，DAC0832.方案二：采用我們熟悉的10位DA，TLC5615.方案三：采用內(nèi)部自帶基準源的12位DA MAX531方案論證：DA輸出的電壓計算公式Uout =X(Rf/DA) （公式一）其中，Rf為電壓基準源，DA為所選擇的單片機位數(shù)，DA=2N X為單片機程序控制的步進值。若我們選用的電壓基準源Rf=2.5V，步進值取1，則用8位AD則有最小輸出電壓為 Uout =10.01V （公式二）再將DA輸出值放大10倍，則輸出電壓的范圍為0.1V-25V,滿足設(shè)計要求。方案一中選擇DAC0832符合題目的要求。所以我們選取方案一。方案二為10位DA，輸出的精度更高，但考慮到價格的問題，我們放棄方案二。方案三中MAX531內(nèi)部自帶2.048V基準源，輸出精度高，但價格太貴，本著滿足設(shè)計要求盡量節(jié)約成本的前提，我們放棄方案三。圖2-3 DAC0832引腳圖2.5 穩(wěn)壓輸出方案選擇與論證方案選擇方案一、輸出LM317集成運放放大DA輸出D2 31 ADJ 圖2-4 方案一原理框圖方案一中，DA輸出的電壓經(jīng)過集成運算放大器進行放大，再將放大之后的電壓輸出到LM317的調(diào)節(jié)端，利用LM317能夠可調(diào)輸出，實現(xiàn)穩(wěn)壓輸出。方案二、輸出DA輸出集成運放放大 圖2-5方案二原理框圖方案二中，DA輸出的電壓經(jīng)過集成運算放大器放大，再將放大之后的電壓與達林頓管的基極相連，利用達林頓管放大電流，從而達到穩(wěn)定電壓輸出。方案論證方案一可以實現(xiàn)穩(wěn)壓輸出，但是由于LM317自身調(diào)節(jié)的范圍為1.2V-37V，而我們設(shè)計時要求為從0V輸出到9.9V，所以不能滿足，并且LM317不能輸出負電壓，而我們設(shè)計要求中要求擴展輸出負電壓0-9.9V，用方案一若要輸出負電壓，則必須用LM337。所以方案一不符合設(shè)計要求。方案二利用達林頓管的性質(zhì)，做成閉環(huán)回路控制。其輸出電壓不受負載影響。當DA輸出為0時，其輸出也為0，所以滿足設(shè)計的要求。綜合所述，所以我們選擇方案二。2.6 顯示模塊方案一、采用1602液晶屏作為顯示模塊 方案二、采用數(shù)碼管作為顯示模塊方案論證：方案一中1602可以顯示2行英文字符和數(shù)字，電路連接簡單，占用單片機I/0口少。缺點是顯示字符小，不易看清，價格太高，程序編寫復(fù)雜。圖2-6 LCD1602實物圖方案二采用數(shù)碼管至少要4位，則要占用12個I/O口，數(shù)碼管顯示時采用動態(tài)掃描功耗較低。顯示清楚，易于辨認。程序編寫簡單，價格低。缺點是顯示信息量較少，不能顯示符號。圖2-7 4位數(shù)碼管實物圖 綜合考慮，我們決定選取方案二。2.7 輸入按鍵方案一、采用4*4鍵盤方案二、采用2按鍵，一個“+”“和一個-”方案論證：方案一中主要采用4*4的矩陣鍵盤，可以設(shè)置0-9和步進，小數(shù)點等按鍵，可以快速的輸入。但是4*4鍵盤占用的PCB面積較大，增加了PCB的成本，增加了PCB的布線難度，并且得占用8個單片機I/0口。而我們選的12C5408AD單片機I/O口有限，這種方案不可取。 方案二中雖不能直接輸入0-9，但是可以通過“+”和“-”來實現(xiàn)0-9數(shù)字的輸入，這樣只占用了2個單片機I/O口，節(jié)約6個I/O口，同時PCB的面積和成本也進一步縮小。 綜上考慮，我們選擇方案二。2.8、電源模塊的選取方案一、采用開關(guān)電源模塊方案二、自己制作線性電源電路方案論證：方案一中采用開關(guān)電源可以提高整個電流源的效率，體積也會相應(yīng)的減小，但是開關(guān)電源的紋波電壓大，電源的紋波電流可能會過大，達不到輸出精度的要求。 方案二中自己制作線性電源，線性電源具有紋波電壓低的特點。電路中一共要輸出四路電源，分別是+12V，-12V，+5V，-5V，+18V，-18V，其中+12V，-12V，+5V，-5V需要穩(wěn)壓，我們可以用常用的線性穩(wěn)壓器7812、79012、7805、7905得到穩(wěn)壓的電壓輸出。綜合上述考慮，我們選擇方案二三、硬件電路設(shè)計3.1供電電路設(shè)計圖 3-1 供電電路原理圖供電電路采用的是直流線性穩(wěn)壓器組成。一般直流穩(wěn)壓電源的組成如下圖圖 3-2 直流穩(wěn)壓電源組成圖分析：交流電經(jīng)過變壓器變壓得到電壓UAC,根據(jù)單相橋式整流電路的特性，我們可以計算出整流以后的電壓UO。UO是整流電路的輸出端電壓瞬時值在一個周期內(nèi)的平均值，即 Uo= （公式三）圖3-3 整流波形圖根據(jù)上圖中的波形可得UO= （公式四）二極管正向平均電流：橋式整流電路 兩組整流二極管交替導(dǎo)通，由上較長的波形圖可以看出，流過每個二極管的平均電流等于輸出電流的一半。即（公式五）濾波電容和整流二極管的選擇，在未加濾波電容之前，整流二極管有半個周期處于導(dǎo)通狀態(tài)，二極管的導(dǎo)通角=。而接入濾波電容后，二極管只在電容器充電時才導(dǎo)通，導(dǎo)通角。由于濾波后輸出平均電流增大，而二極管的導(dǎo)通角反而減小，所以流過二極管的瞬時電流很大。這對管子的壽命極為不利。因此必須選用較大容量的整流二極管。通常應(yīng)選 擇其電大平均整流電流IF大于負載電流IO的2-3倍。整流濾波后的直流電壓UI接在輸入端和公共端之間，在輸出端可以獲得穩(wěn)定的輸出電壓UOUT，正常工作時，輸入輸出電壓差為2-3V。上圖中電解電容的作用是改善負載的瞬態(tài)響應(yīng)，瓷片電容主要是抵消因為長線傳輸引起的電感效應(yīng)；用一片7809和一片7909得到穩(wěn)定電壓+9V和-9V給集成運算放大器供電，7809輸出的9V再經(jīng)一片7805得到5V的輸出，供給單片機和DA等數(shù)字芯片。供給功率管的電源采用另外一個供電電路，主要是為了防止數(shù)字電路與模擬大功率器件之前的相互干擾。公共地數(shù)字線路接地模擬線路接地圖 3-4 PCB地線布線規(guī)則同時在PCB走線時，將數(shù)字地和模擬地分開走線，最后通過一個0歐電阻連在一起。最大限度的減小相互之間的干擾。3.2單片機最小系統(tǒng)設(shè)計圖 3-5 單片機最小系統(tǒng)該最小系統(tǒng)采用的是公司12C5408AD，該單片機自帶位AD轉(zhuǎn)換器。STC 12C5408AD系列單片機 是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘/機器周期（1T）的單片機，是高速，低功耗的51系列單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，速度快8-12倍速。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，4路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換。12C5408AD的工作電壓5.5V-3.5V 工作頻率 0-35MHz 片上集成512字節(jié)RAM，8K ROM圖中C5、C6加上Y1=12MHz晶振，夠成了單片機的晶振電路。C7和R1夠成了單片機的復(fù)位電路，使之上電復(fù)位。ERR連接單片機的報警模塊，當單片機檢測到ADC0采回來的數(shù)據(jù)高于設(shè)定的數(shù)據(jù)時，單片機就會啟動報警。同時關(guān)閉輸出。C8為單片機的電源的退耦電容，主要是為了防止電源電壓的波動對單片機產(chǎn)生干擾。COM1 COM2連接按鍵，DAC0-DAC7連接DA。其中EA是DA使能腳，ADC0，ADC1主要是采樣，對電源的輸出電壓進行實時的監(jiān)控，防止過壓輸出而損壞電源。一但檢測到過流，關(guān)閉輸出，同時啟動報警，蜂鳴器響，報警燈閃。單片機最小系統(tǒng)的地線全部接到數(shù)字地線上，與恒流源的地線分開走。防止地線之間的相互干擾。3.3 DA輸出設(shè)計圖3-6 DA輸出電路DA輸出電路采用8位DA轉(zhuǎn)換器DAC0832， 利用TL431作為DAC0832外部參考電壓基準源。DAC輸出電壓經(jīng)過一個集成運算放大器進行放大，以提高其帶負載的能力，運放的輸出端接到穩(wěn)壓輸出部分。C1是芯片的退耦電容，防止電源波動對芯片產(chǎn)生干擾。DAC0832簡介：DAC0832是8分辨率的D/A轉(zhuǎn)換集成芯片。與微處理器完全兼容。這個DA芯片以其價格低廉、接口簡單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點，在單片機應(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。D/A轉(zhuǎn)換器的組成：(1)倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器它由即倒T電阻網(wǎng)絡(luò)、模擬開關(guān)、求和放大器及基準電源組成。(2)輸出模擬電壓U0值與輸入二進制值D為成正比的關(guān)系，從而能實現(xiàn)了D/A轉(zhuǎn)換。U0=-UR(Dn-12n-1 + Dn-22n-2+-+ D12+ D020)/2n (公式六)U0為輸出電壓，D為輸入二進制值，UR或（UREF）為基準電壓D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標（1）分辨率DAC分辨率是指最小輸出電壓與最大輸出電壓之比。分辨率與DAC的位數(shù)有關(guān)，位數(shù)越高，分辨率值越小，分辨能力越高。例如十二位數(shù)一模轉(zhuǎn)換器的分辨率為 (公式七)DAC 0832的分辨率為VSEP=VREF* 2.5V/2560.01V （公式八）DA輸出電壓為UOUTUOUT=VSEP*A （公式九）其中A由用戶設(shè)置，調(diào)節(jié)輸出電壓大小3.4 穩(wěn)壓輸出圖3-7 正電壓穩(wěn)壓輸出電路圖3-8 負電壓穩(wěn)壓輸出電路圖3-7所示為正電壓穩(wěn)壓輸出部分，其原理框圖如下所示。輸出功率管放大電流集成運放放大電壓DA輸出過流保護與報警輸出電壓采樣圖3-9 正電壓穩(wěn)壓電路原理框圖OP-07簡介U4采用精度較高，低噪聲的集成運算放大器OP-07，其引腳圖如下圖 3-10 OP-07引腳圖OP-07高精度運算放大器具有極低的輸入失調(diào)電壓，極低的失調(diào)電壓溫漂，非常低的輸入噪聲電壓幅度及長期穩(wěn)定等特點?？蓮V泛應(yīng)用于穩(wěn)定積分、精密經(jīng)驗值電路、比較器及微弱信號的放大。電壓放大分析： 1.正電壓輸出分析DA輸出的電壓，輸入到集成運放OP-07的同相輸入端。PO1是OP-07的調(diào)零電阻。當OP-07輸入電壓為零時，其輸出電壓也應(yīng)該為零。如果輸入為零，輸出不為零，則可以通過PO1來調(diào)節(jié)，使輸入為0時，輸出為0。OP-07采用正負12V雙電源供電，正負電源端所接的C9 、C11主要是去除電源對運放的干擾，防止因電源波動影響運放正常工作。R4、R15、PO2構(gòu)成了運放的反饋回路。OP-07的放大倍數(shù)主要是由反饋回路R4、R15、PO2的值決定，所以在調(diào)試時，應(yīng)該調(diào)節(jié)PO2，達到我們想要的放大倍數(shù)。1.負電壓輸出分析DA輸出的電壓，輸入到集成運放OP-07的反相輸入端。PO3是OP-07的調(diào)零電阻。OP-07采用正負12V雙電源供電，正負電源端所接的C10 、C12主要是去除電源對運放的干擾，防止因電源波動影響運放正常工作。R16、R17、PO4構(gòu)成了運放的反饋回路。OP-07的放大倍數(shù)主要是由反饋回路R16、R17、PO4的值決定，所以在調(diào)試時，應(yīng)該調(diào)節(jié)PO4，達到我們想要的放大倍數(shù)。電流放大分析運放的帶負載的能力很弱，所以必須接到一個達林頓管的基極，通過達林頓管來放大電流。我們選用中功率達林頓管TIP122，TIP122內(nèi)部是由兩個三極管構(gòu)成。其最大輸出電流可達5A，而我們設(shè)計要求為500mA，遠小于5A，所以符合設(shè)計要求。但是功率管必須要加裝散熱片。圖3-11 TIP122內(nèi)部電路原理圖過流保護與報警電路分析R30為一個熱穩(wěn)定性好的2小阻值功率電阻，它是輸出部分電流采樣電阻，電阻上流過電流時，由歐姆定律可知，在它上面必定產(chǎn)生一個壓降。例如輸出電流為0.5A時，則它上面的壓降為U=IR=0.5A2=1V。通過電阻上產(chǎn)生的壓降，我們可以得知電路是否過載。采樣電阻上并聯(lián)一個4.7K電位器，再連到一個NPN三極管Q9的基極，當電路中的電流過大時， 三極管Q9的基極電流Ib也變大，當大到讓其CE導(dǎo)通時，Q1的基極電流Ib變大，當基極電流Ib足夠大時，Q1導(dǎo)通，報警電路觸發(fā)。其中R18、C26組成一個RC延時電路，其主要目的是防止電路瞬時尖峰電流造成誤報警與保護。當電路中因為為干擾有尖峰電流時，Q9先導(dǎo)通，給電容C26充電，因為尖峰電流的時間極短，所以C26電容還未充滿，此時Q1基極電流小，不足以讓Q1導(dǎo)通，所以即使有尖峰電流，電路也不會報警。只有當電路中電流持續(xù)過大時，電路才會觸發(fā)報警。負電壓的報警電路與正電壓輸出端原理相同。正電壓輸出端報警電流的大小由PO7這個電位器決定，負電壓輸出端的報警電流由PO11這個電位器決定，只需要調(diào)節(jié)這個電位器，就可以調(diào)節(jié)報警電流的大小。報警電路如圖下所示圖3-12 聲光報警電路上圖為聲光報警電路，當正電壓報警電路中的三極管Q1和負電壓報警電路中的三極管Q7導(dǎo)通時，上圖中光耦導(dǎo)通，發(fā)光二極管亮， 時給連接單片機17腳的ERR由原來的高電平會變成低電平。單片機通過檢測這個腳的電平狀態(tài)，可以判斷是否過載。如果過載，將DA的使能腳變成高電平，關(guān)閉DA輸出，保護電路，同時控制蜂鳴器發(fā)出報警聲。3.5 電壓采樣電路圖 3-13 電壓采樣電路電壓采樣電路主要是將輸出電壓經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換，送入單片機處理，并顯示出來。由于本設(shè)計選用的單片機自帶8路10位AD。所以我們可以直接將采集的電壓送到單片機進行處理。但是采集的電壓中有一路是負電壓，而本單片機不能直接將負電壓進行AD轉(zhuǎn)換。所以必須對負電壓進行處理，變成正電壓。由于單片機采集的最大電壓為5V，而我們設(shè)計要求輸出0-9.9V超出來，AD轉(zhuǎn)換的量程，所以必須加一個分壓電路，進行分壓。將0-.9.9V轉(zhuǎn)換成0-4.95V進行轉(zhuǎn)換。如上圖所示，用2個100K的電阻進行分壓，然后加上兩個精密可調(diào)電位器進行微調(diào)。以確保ADC0的值為1/2輸出電壓。負電壓經(jīng)過分壓之后，還是負電壓，所以必須加一個電路使其變成正電壓。而利用集成運算放大器可以組成一個加法器，把負電壓轉(zhuǎn)換成正電壓。再將轉(zhuǎn)換后的正電壓送入到單片機AD進行處理，并在數(shù)碼管上顯示。3.6 數(shù)碼管顯示電路圖3-14 數(shù)碼管顯示電路顯示部分采用四位數(shù)碼管，前面兩位顯示設(shè)定的電壓，后面兩位用于顯示實際輸出的電壓。用數(shù)碼管顯示信息時，由于每個數(shù)碼管至少需要8 個I/O 口，如果需要多個數(shù)碼管，則需要太多I/O 口，而單片機的I/O 口是有限的。在實際的單片機系統(tǒng)中，往往需要多位顯示。動態(tài)顯示是一種最常見的多位顯示方法，應(yīng)用非常廣泛。所有數(shù)碼管的段選全部連接在一起，如何能顯示不同的內(nèi)容呢？動態(tài)顯示是多個數(shù)碼管，交替顯示，利用人的視覺暫留作用使人看到多個數(shù)碼管同時顯示。在編程時，需要輸出段選和位選信號，位選信號選中其中一個數(shù)碼管，然后輸出段碼，使該數(shù)碼管顯示所需要的內(nèi)容，延時一段時間后，再選中另一個數(shù)碼管，再輸出對應(yīng)的段碼，高速交替。在動態(tài)顯示程序中，各個位的延時時間長短是非常重要的，如果延時時間長，則會出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象；如果延時時間太短，則會出現(xiàn)顯示暗且有重影。靜態(tài)驅(qū)動就是給單獨每一個LED供電。這樣每個LED都有足夠的電流，亮度也相應(yīng)的比較高。動態(tài)掃描驅(qū)動就是把本來供給一個LED燈的電流，同時分給了N個燈，所以它的亮度會有所降低。當然在同時供給兩個led燈電流時不是平均的分配電流，而是電流不斷地在兩led間掃描，其掃描頻率達到了每秒鐘100次，也就是說電流在1/100秒內(nèi)是供個其中一個led，在下一1/100秒內(nèi)是供給了另一個led。其實這兩個led是在不斷的亮滅，只是人眼的視覺暫留效果讓我們察覺不到它們在不斷的亮滅，只要掃描頻率達到了每秒64次以上，人眼就分辨不出來了。由上面的分析可以得到限流電阻R的值 （公式十）若我們想讓這個4位數(shù)碼管的每個工作時的電流為8mA.Uled為正常工作時的電壓取1.7V。則我們可以得出限流電阻的取值為 （公式十一） 所以我們選取100歐的限流電阻。這樣每個LED工作時的電流約為8mA.在保證LED能亮的同時不會被燒壞。段驅(qū)動部分主要采用了一片74LS138，74LS138 為3 線8 線譯碼器。采用譯碼器主要是為了節(jié)約單片機的IO口，因為所選的單片機IO口有限。四、系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1系統(tǒng)軟件設(shè)計總流程圖開始初 始 化改變輸出 YES讀取輸入量，改變DA輸出 NO顯示并輸出輸出過流 NO YES關(guān)閉DA輸出聲光報警圖4-1 軟件系統(tǒng)流程圖軟件系統(tǒng)設(shè)計主要分為DA輸出，AD采集，顯示，按鍵，報警這幾個部分。通電之后，程序先初始化，判斷鍵盤有無輸入，若無輸入，則繼續(xù)等待輸入。若有輸入，則讀取輸入的值，并相應(yīng)的改變輸出，并顯示輸出。輸出時對輸出的電壓進行檢測，再送回單片機進行處理，同時檢測報警電路與單片機的接口，看電平有無變化，若發(fā)現(xiàn)報警電路啟動，則說明過載，此時應(yīng)關(guān)閉DA輸出，并發(fā)出聲光報警。如果沒有過載，則繼續(xù)輸出，并顯示4.2 AD轉(zhuǎn)換程序設(shè)計開始返回轉(zhuǎn)換千位數(shù)轉(zhuǎn)換百位數(shù)轉(zhuǎn)換十位數(shù)轉(zhuǎn)換個位數(shù)轉(zhuǎn)換千位數(shù)聲明變量與函數(shù)圖4-2 AD轉(zhuǎn)換流程圖當AD測量到電壓為5V時，ADC轉(zhuǎn)換的結(jié)果為255，由于我們希望七段數(shù)碼管上顯示5000，所以要把255*19.6，才會得到5000；在此將乘以196.而非19.6，如此將可得到10倍大的值，即50000.將此值除以10000，所得的商數(shù)輸出到七段數(shù)碼管的千位數(shù)；將results除以1000，其商數(shù)再除以10，所得的余數(shù)輸出到七段數(shù)碼管的百位，再將results除以100.其商數(shù)再除以10，所得的余數(shù)輸出到七段數(shù)碼管的十位數(shù)；將results除以10.所得的余數(shù)再輸出到個位。但是由于我們顯示的步進電壓為0.1V。所以我們只要用4位數(shù)碼管的2位就行，所以我們將所得的數(shù)只保留下千位與百位，其余舍去。4.3 DA轉(zhuǎn)換程序設(shè)計鍵盤對單片機輸入數(shù)據(jù)，（所要得到的電壓值），單片機將得到的數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)化成D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832所需要的數(shù)字信號。假設(shè)鍵盤輸入的電流值為A,由于DAC0832為8位的D/A轉(zhuǎn)換器，待轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號最大值為2 12-1=255,考慮到數(shù)值連續(xù)性問題細調(diào)D/A采用250檔.而我們選用的基準電壓源為2.5V，所以每檔的電壓值為0.01V。DA最大輸出為99/250 。輸出最大電壓為0.99V，經(jīng)過放大之后變?yōu)?.9V。數(shù)據(jù)=FF輸出數(shù)據(jù)到DAC讀取鍵盤輸入數(shù)據(jù)初始化程序入口輸出YES NO圖 4-3 DA輸出流程圖五、系統(tǒng)調(diào)試與仿真5.1.硬件調(diào)試做硬件焊接完成之后，我們必須對硬件進行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)其中可能存在的問題，并對其進行改進。硬件調(diào)試的方法方法一：用萬用用表和其它儀器儀表進行檢測方法二：采用軟件測試硬件的方法進行檢測方法分析：這兩種方法各有優(yōu)點，方法一能直接準確的確定元件的故障所在點，并直接進行故障排除。但是此方法必須對元件進行一一檢測，檢測的過程非常慢。對于一個大系統(tǒng)和元件比較多的電路來說，此種方法不適合方法二用軟件來控制硬件，編寫某一電路的控制程序，看這部分的電路的運行結(jié)果是否與書的軟件控制的效果一致。如果不一致，則證明這部分電路有問題。這種方法可以迅速的判斷某一部分電路的故障，對于大系統(tǒng)來說，這種方法可以縮小故障的范圍，再對所出現(xiàn)的故障進行排除，節(jié)約系統(tǒng)調(diào)試的時間。這個數(shù)控直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)中，我們把電路分成幾個小模塊，采取方法一和方法二相結(jié)合的測試方法進行測試。測試步驟：1.用萬用表對電路中的電源線進行測量，我們先用萬用表的蜂鳴檔，將萬用表的紅黑表筆接到電路電源線進行測量，若發(fā)現(xiàn)蜂鳴器響，則證明電源線有短路。如蜂鳴器沒有響，則證明電源線無短路現(xiàn)象。2.再用蜂鳴檔對單片機的電源、晶振、復(fù)位等電路進行測量，看有沒有連接好。若連接正常，則對系統(tǒng)進行通電。通電前先撥出單片機。3.測量單片機的工作電壓?？词欠裾?，若不正常。再用萬用表進行檢測，排除電源故障4.若電源工作正常，插上單片機。編程控制，數(shù)碼管的亮滅，以及數(shù)碼管按鍵等，看是否正常。若都正常，測證明電路硬件連接無誤。若有故障，再用萬用表對出故障的模塊進行檢測。5.2.軟件編寫與調(diào)試軟件調(diào)試是建立在硬件調(diào)試的基礎(chǔ)之上的。調(diào)試完硬件之后，我們就開始編寫程序，對程序進行調(diào)試。我們先畫出程序的流程圖，然后根據(jù)流程圖來編寫程序程序編寫調(diào)試方法：方法一：根據(jù)流程圖，直接編寫。方法二：先編寫部分模塊的程序，再對模塊程序進行整合方法分析：方法一中直接根據(jù)流程圖寫，適合小規(guī)模的程序，對于大規(guī)模的程序不適合，且程序的可移植性差。方法二中可以移植相似的程序，節(jié)約程序編寫的工作量。對于大規(guī)模的程序比較適合。程序的編寫也相對比較輕松?？梢怨?jié)約程序的編寫時間。在本系統(tǒng)中，我們采取方法二來進行軟件的編寫與調(diào)試程序編寫和調(diào)試方法：1.建立主程序，定義各端口。2.寫出數(shù)碼管、按鍵的模塊程序3.對各模塊程序進行整合4.對整合的模塊進行調(diào)試5.對最終的程序進行優(yōu)化5.3系統(tǒng)仿真仿真軟件protues簡介Protues軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學(xué)的教師、致力于單片機開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計平臺，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即將增加Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯1.Protues軟件具有其它EDA工具軟件（例：multisim）的功能。這些功能是： （1）原理布圖 （2）PCB自動或人工布線 （3）SPICE電路仿真 2.特點：