數控電流源(程序+原理圖+測量數據)

1、 數控電源設計(程序+原理圖+測試數據)目 錄摘要21. 方案設計、比較與論證3 1.1 方案設計與論證3 1.2 方案論證 42. 系統(tǒng)硬件電路設計5 2.1 電源模塊 5 2.2 數控模塊6 2.3 穩(wěn)壓輸出模塊 93. 軟件設計 11 3.1 主流程圖11 3.2 電壓步進增減流程圖124. 系統(tǒng)測試結果 13 4.1 測試儀器13 4.2 測試方法 13附錄1:源程序14摘要本系統(tǒng)以AT89S52高檔8位單片機為核心處理器，主要控制輸出電壓，最后顯示在LED上。在簡易數控直流電源中，通過兩個按鍵控制電壓步進增減，單片機將數值信號送到DAC0832，轉換成模擬信號，經過OP-07和LF3

2、56運算放大器，在經過TIP122和TIP127構成閉環(huán)推挽輸出電路，將電壓輸出。AT89S51主要是控制輸出電壓，信號處理，LED顯示。關鍵字：單片機，數模轉換，數控電源. 簡易數控直流電源設計1. 方案設計、比較與論證1.1 方案設計與論證方案一： 為了完成題目的所要設計的各種功能，將整個電源分成三個部分：數控部分、穩(wěn)壓輸出部分和供電系統(tǒng)?？驁D如圖1所示： 圖1： 方案一原理圖方框圖數控部分 主要由數字電路構成，它要完成鍵盤控制，預置拔碼開關輸入控制、電壓控制字輸出，數碼管顯示控制、電流過流時的軟件保護及報警等功能。由于數控部分功能較多，選用了新華公司的8位單片機C8051F020。C80

3、51F020實現(xiàn)數控功能的框圖如圖2所示： 圖2： 方案一數控部分 數控部分的核心是一個C8051F020最小應用系統(tǒng)。 用兩個鍵盤作為輸入控制,鍵盤接到C8051F020的P3的兩個端口。控制輸出電壓。在通過LED顯示。 預置電壓輸入電路有8個開關組成。接到P1口。四個開關接到P1口的低四位，表示預置電壓的整數，四個開關接到P1口的高四位，表示預置電壓小數位。電源加電時，在初始化程序中CPU從P1口讀入預置值，根據預置值輸出電壓控制字，實現(xiàn)開機預置。然后通過LED顯示。輸出電壓通過萬用表測出與輸入的電壓是否一樣。軟件過渡保護和報警通過中斷實現(xiàn)。穩(wěn)壓輸出電路含有過流檢測電路，當電源過流時，過流

4、檢測電路輸出低電平，送到CPU的INT1申請中斷，CPU接收后，延時0.5s，再次檢測是否過流，若仍然過流，并行以下氣操作：電壓控制字置為0；控制數碼管全滅全亮，交替閃爍；CPU的P3.腳送出約1KHz的方波,經三極管驅動后推動蜂鳴器發(fā)出報警聲。 數控部分與穩(wěn)壓輸出部分的接口有兩個：一個是由數控部分到穩(wěn)壓部分的電壓控制字寬度為8位；另一個穩(wěn)壓部分給數控部分的過渡指示信號。方案二：此方案采用ATMEL 公司的8位單片機AT89S52作為控制處理器。89S52實現(xiàn)數控功能的框圖如圖3所示：該方案與方案一控制與供電部分的原理大同小異。只是控制芯片不同過流保護 報警基準電壓 輸出電壓放大DAC0832

5、2LED顯示2個按鍵 89S52。 圖3： 方案二的數控部分1.2 方案論證 兩個方案均可行。 方案一采用了C8051F020作為控制芯片，C8051F020I/O口有8個，不要擴展外接口，特殊功能寄存器有100個，程序存儲器空間有64K字節(jié)，數據存儲器空間有4K+256字節(jié)，處理速度快。可是在在軟件編程的時候特殊寄存器設置麻煩，有些端口不能位選，價格比較貴。方案二采用89S52作為控制芯片。89S52I/O口只有四個，程序員存儲器空間有8K字節(jié)，數據存儲器空間有256字節(jié)。處理速度一般。I/O口可以實現(xiàn)設計所要的端口，程序存儲器和數據存儲器空間都夠用了，處理速度可以滿足硬件處理要的速度。而且

6、軟件編程簡單，價格便宜。 相比之下，選用方案二。 2.系統(tǒng)硬件電路設計本系統(tǒng)的硬件電路設計共包括4個模塊：1、電源模塊2、數控模塊3、穩(wěn)壓輸出模塊。2.1 電源模塊 設計的芯片供電的電源電路如圖4所示：電源部分輸入220V/50Hz交流電,輸出全機所需要的三種電壓:+5V,+15V和-15V。+5V主要提供數控部分和D/A轉換芯片使用，電流最大約為400mA；+15V作為運放的正電源，同時也是穩(wěn)壓輸出電路的主電源，最大電流約650mA；-15V作為運放的負電源同時也給基準電壓源（LM336，-5V）供電，該電流較小，不超過50mA， 電路中7805和7815負載重，功耗大，應加裝散熱片。圖4：

7、 電源模塊 2.1.1 電源(0.6A) 15V電源電路如圖4所示。 對于濾波電容的選擇，要考慮三點：整流管的壓降；7815/7915最小允許壓降Ud；電網波動10。由此而計算得允許紋波的峰-峰值 按近似電流放電計算，并沒=（通角），則 C= 故選取濾波電容C=2200uF/30V 2.1.2 +5V電源(1A) +5V電源電路如圖4所示。計算允許的最大紋波峰-峰值 故選取濾波電容C=4700uF/16V。2.2 數控模塊主要由數字電路構成，要完成鍵盤控制、預置拔碼開關輸入控制、電壓控制字輸出、數碼管顯示控制、電流過流保護等功能。由于控制功能多，選用89S52最小應用系統(tǒng)，如圖5所示： 圖5：

8、 數控模塊2.2.1 89S52應用最小系統(tǒng)89S52最小應用系統(tǒng)包括一片89S52CPU芯片和一片74LS137。89S52單片機是一種低功耗/低電壓、高壓能的8位單片機，它采用了CMOS工藝和ATMEL公司的高密度非易失性存儲器（NURAM）技術，而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)都和指令系統(tǒng)都與MCS-51兼容，是一種功能強、靈活性高且價格合理的單片機，可方便應用于各種領域控制領域。89S52是51系列中的高性能的單片機。89S52單片機功能主要有：8位的CPU，8KB可編的片內程序存儲器（Flash ROM），256B的片內數據存儲器（RAM），32條可編程I/O口線，2個16位定時器/計數器，

9、6個中斷源，21個專用寄存器，1個全雙工串行I/O口，可實現(xiàn)多機通信，三級程序存儲器保密，片內時鐘振蕩器，具有兩種省電方式：空閑方式（Idel Mode）和掉電方式（Power Downode），看門狗定時器等。89S52單片機內部結構如圖所6示。按功能分，它可由以下五部分組成，即微處理器（CPU）、存儲器、I/O端口、定時/計數器和中斷系統(tǒng)。各引腳分布如圖6所示：圖5： 89S52內部結構框圖 圖6； 89S52引腳分布圖2.2.2 顯示器接口電路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數碼管同時顯示，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

10、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數碼管掃描，數碼管分時工作，每次只有一個數碼管顯示，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。由于本系統(tǒng)中要顯示的數據只有兩位，若采用靜態(tài)顯示，由于前級要接譯碼器，只需一個8位I/O口即可，電路結構不是很復雜，分別將兩個譯碼器并接到單片機的P0口上即可，而且軟件結構也很簡單。顯示電路如圖3.6所示。 圖7： LED顯示模塊 2.3 穩(wěn)壓輸出模塊穩(wěn)壓

11、輸出模塊原理圖如圖8所示。這部分將控制部分送來的電壓控制字數據轉換成穩(wěn)定電壓輸出。它由數/模轉換器（DAC0832）、集成運放OP-07、LF356、晶體三極管VT8（TIP122）、VT9（127）、VT10（9014）、VT11（9015）、基準電壓源LM336-5組成。1.3.1 主電路的工作原理能參數計算電壓輸出范圍09.9V，步進0.1V，共有100種狀態(tài)，8位字長的D/A轉換器具有256狀態(tài)，能滿足要求。設計中用兩個電壓控制代表0。1V，當電壓控制字從0，2，4198時，電源輸出為0V，0.1V，0.2V9.9V。電路選用的D/A轉換芯片是DAC0832，該芯片價價廉且精度較高。D

12、AC0832屬于電流輸出型D/A，輸出的電流隨輸入的電壓控制字線性變化。若要得到電壓，還需要外接一片運放來實現(xiàn)電流到電壓的轉換。該運放輸入端的輸入電流對轉換精度影響很大，DAC0832輸出的電流有幾十微安的變化，若運放輸入端的輸入電流為0。1UA，如UA741的輸入電流約為此值，且有一定變化，則會引入相當于12個電壓控制字的誤差，因此應選用高輸入阻抗的運放，如JFETL輸入的運放LF356（或OP07），它的輸入電流可以忽略。DAC0832需外接基準電壓具有高穩(wěn)定度和低紡波，故選取LM336-5作為基準源。當DAC0832采用5V基準電壓時，D/A轉換電路的滿幅輸出為5V（電壓控制字為255）

13、。由于實際用到的最大電壓控制字為198，因此D/A部分最大輸出電壓為 將它寫成通式,即 圖8： 穩(wěn)壓輸模塊D/A轉換部分輸出電壓Ui作為電源功放級的輸入電壓。功率級由U9(LF356)和VT8(TIP122)、VT9（TIP127）構成閉環(huán)推挽輸出電路。該電路屬于典型的電壓串聯(lián)負反饋電路。于是可以寫出輸出電壓Uo與輸入電壓Ui的關系式，即 將式代入得 當Ui=3.882V，=9.9V由上述方程可求得?，F(xiàn)選取的精密多圈電位器。當CPU輸入電壓控制字時，Ui=3.882V，調節(jié)使Uo=9.9V。1.3.2 由圖所示，VT10、VT11構成過流保護電路。正常工作時，VT10集成電路電來為-15V，使

14、VT8截止，A點輸出高電平，不觸發(fā)中斷。當輸出電流過大時（例如Io>500mA）時，取樣電阻R16上的壓降>0.75V。調節(jié)RP3使VT7的UBE>0.6V時，VT7管會導通，VT7的等電極電平提高,于是VT8也導通,A點呈現(xiàn)低電平，觸發(fā)9031中斷,執(zhí)行中斷保護程序。 3軟件設計3.1 主流程圖4、系統(tǒng)測試結果4.1 測試儀器 MF-47萬用表，TKS-588仿真機。4.2 測試方法 根據題目各項技術指標要求作了系統(tǒng)全面的測試。通過鍵盤輸入各項參數，控制輸入的電壓步進增減電壓從09.9V孌化。通過一組開關實現(xiàn)電壓預置。 4.2.1輸出端空載時 數據記錄(室溫)1234567

15、891011輸出電壓(V)0.01.02.03.04.05.06.07.08.09.09.9實測電壓(V)0.0090.9872.0013.0044.0165.0276.0246.9897.9988.9959.9084.2.2帶載500mA時 數據記錄時(室溫)1234567891011輸出 電壓(V)0.01.02.03.04.05.06.07.08.09.09.9實測電壓(V)0.0000.9921.9982.9993.9965.0005.9906.9867.9538.9479.854附錄:源程序#include<AT89X51.H> #include <intrins.

16、h> #include "regx51.h" /本程序設定S9鍵為增加鍵,當按住S9鍵不松開時,輸出Vout以0.1V連續(xù)步進, /直至鍵S9松開,當以一定的時間間隔點動S9鍵時,輸出Vout也為點動步進 /遞減鍵S11的功能與S9基本相同時,輸出電壓的值顯示在3個LED上 unsigned char ;BJF;COUNTW;Disdata ; unsigned int i,k;int R1,R2,R3; /const char table11=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92, 0x82 ,0XD8,0x80,0x90,0xFF; cons

17、t char table11=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0xff; /不帶小數點的顯示段碼表 /const char table011=0X40,0X79,0X24,0X30,0X19,0X12,0X02,0X78,0X00,0X10, 0xFF; const char table011=0xBf,0x86,0xDb,0xCf,0xE6,0xEd,0xFd,0x87,0xFf,0xEf,0xff; /帶小數點的的顯示段碼表 unsigned char code scan_con3=0xfb,0xfd,0xfe;/3位列掃

18、控制字unsigned char s3; /定義一個顯示緩沖數組 /把需要顯示的數字裝入顯示緩沖數組 void sfz() s0=R1; /小數點位數 s1=R2; /整數個位 s2=R3; /整數十位 /系統(tǒng)各寄存器初始化子程序 void initial() R1=0; R2=0; R3=0;P2=0XC0; /全為0P3=0XFF; /控制管P1=0X00; /初始化02.0，5.12/256=0.02,20*0.02=0.4,0.4*5=2V;sfz(); /把需要顯示的數字裝入顯示緩沖數組 void delay10ms() unsigned char i,j; for(i=20;i&g

19、t;0;i-) for(j=248;j>0;j-); /顯示子程序 void display() for(COUNTW=0;COUNTW<3;COUNTW+) Disdata=sCOUNTW; if(COUNTW=1) Disdata=table0Disdata; /第二位需要顯示小數點 else Disdata=tableDisdata; P2=scan_conCOUNTW; P0=Disdata; delay10ms(); /鍵掃描子程序 void KEYSCAN() while(1) while(1) if (P3_4=0) break; else if(P3_5=0)break; delay10ms(); /若有鍵按下,則軟件延時 if (P3_4=0)break; /若還有鍵按下,則終止循環(huán)掃描,返回 else if(P3_5=0)break; /鍵服務子程序 void keyserve() if(P3_4=0) BJF=0X01; /S9鍵按下,步進加標志置1 if(P3_5=0) BJF=0X00; /