數(shù)控直流電源的設計與實現(xiàn)

1、數(shù)控直流電源的設計與實現(xiàn)、實驗目的1了解數(shù)控技術和電源技術。2 .熟悉微機原理與其接口技術。3 運用微機系統(tǒng)實現(xiàn)一個數(shù)控直流電源。、實驗內容與要求基于80x86實驗箱平臺設計并制作數(shù)控直流電源。主要技術指標：1輸出電壓：X圍0+ 9.9V，紋波不大于10mV電壓值由數(shù)碼管顯示;2具有“ +、“ -步進調整的功能，步進 0.1V ;3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。、實驗報告要求1 .設計目的和內容2 總體設計3 硬件設計：原理圖接線圖與簡要說明4軟件設計框圖與程序清單5 設計結果和體會包括遇到的問題與解決的方法四、總體設計采用8086處理機構成該系統(tǒng)的核心一一數(shù)控模

2、塊，與根本接口實驗板相連，通過軟件編譯實現(xiàn)設計各種功能的實現(xiàn)， 經(jīng)過穩(wěn)定的功率放大電路得到。 大大增加。系統(tǒng)設計框圖如圖輸出局部也不再采用傳統(tǒng)的調整管方式，而是在D/A轉換后,由于使用了微處理器， 整個系統(tǒng)可編程實現(xiàn)， 系統(tǒng)的靈活性 1所示。圖1方案三系統(tǒng)設計框圖為實現(xiàn)數(shù)控直流電源的各項功能，系統(tǒng)分為三個組成局部： 鍵盤/顯示電路，數(shù)控模塊，穩(wěn)壓輸出電路。下面介紹系統(tǒng)各局部的根本功能：1鍵盤/顯示電路：該電路的顯示局部又可分為電壓預制值顯示電路和電壓實際輸出值顯示電路。系統(tǒng)利用可編程并行接口 8255單元電路構成實驗板上 4*4小鍵盤的接口和LED 數(shù)碼管電路的接口， 從而識別鍵碼同時顯示電壓

3、預置值；在得到實際輸出值后， 實驗板上提供了模數(shù)轉換ADC0809單元電路，轉化成數(shù)字量后傳遞給 LED數(shù)碼管就可以顯示實際輸出值。2數(shù)控模塊：該局部主要由8086微處理器和數(shù)模轉換 DAC0832單元電路組成。其中 通過編寫匯編語言程序控制 8086微處理器快速完成各功能所需的復雜運算，然后數(shù)模轉換 電路DAC0832可將運算所得的數(shù)字量轉換為模擬量。3穩(wěn)壓輸出電路：由于通過模數(shù)轉換電路輸出的電壓值大小有限制，通過使用運算放大器作前綴的功率放大電路，即可滿足系統(tǒng)所需電壓，又可大大減小紋波電壓。 功率放大電路通過外擴電路實現(xiàn)。五、硬件電路設計本課題的設計可通過實驗平臺上的一些功能模塊電路組成，

4、由于各模塊電路內部已經(jīng)連接，用戶在使用時只要設計模塊間電路的連接，因此，硬件電路的設計與實現(xiàn)相對簡單。完整系 統(tǒng)的硬件連接如圖 2所示。數(shù)據(jù)總線82557CCPCOPCIKDPC2WPC?3KE3ETPC4CSPCJA0PC6AlPCTGND+5V-IOR 5 -IOW_站 RST 35CS-55 右丄 8只口呦了 I響匸tl只口解了 I轡CQL1CS-DA1CTQL2CCL?呼匸5L4RID1QKHHCSTLE+5VR11 10KIcn-tlAGMDVDUT153運放輸出電路T-R1 1KR2 50C輸出WRl-IOWLNOD0-D7BOC血DMVref(+)ADD-Evrefr-iADD-

5、CALEGbIDSTARTVCCCJJOGKENABLEDG1IT 壬74LS245 輸入口 DLO ADD一也 島 DQ-EST數(shù)碼管顯示:電路CS1CS2CS-ADCS-DICS0CS1CS2CS3CS4CS5CS6CS7地址譯碼電路圖2完整系統(tǒng)硬件連接圖實驗平臺上用到的一些功能模塊電路如下：地址譯碼電路：該單元通過三八譯碼器 74LS138與可編程邏輯器件 GAL20V8組成地址譯 碼電路，產(chǎn)生 CS曠CS7的地址片選口，為系統(tǒng)確定各芯片I/O地址提供了很大的方便。可編程并行接口 8255單元電路：8255芯片是比擬典型常用的并行接口芯片，可與實驗 平臺上提供的4*4的鍵盤單元和LED數(shù)

6、碼管顯示電路單元相連構成接口電路，實現(xiàn)對鍵盤和顯示電路的控制。根本輸入輸出單元電路：通過74LS245以與74LS373組成根本的輸入單元電路，可以方便的通過數(shù)據(jù)線讀取或輸出數(shù)據(jù)。在系統(tǒng)中通過74LS245讀取了 ADC0809的轉換完成信號EOC計數(shù)器分頻電路單元：該單元電路由74LS393組成，對實驗板上提供 12MHz的時鐘 信號進展分頻，產(chǎn)生Q0-Q7不同頻率的時鐘脈沖信號。在系統(tǒng)中選用Q2作ADC0809的外部 時鐘信號。從功能角度，該電路又可分為三個局部：鍵盤/顯示電路、數(shù)控局部、穩(wěn)壓輸出電路。下面就分別對這三個局部進展具體分析。1 .鍵盤/顯示電路的實現(xiàn)和電路連接該電路又可分為兩

7、個局部：電壓預制值顯示電路和電壓實際輸出值顯示電路。下面分別說明：（1） 電壓預制值顯示電路8255的方式0主要用于同步傳輸數(shù)據(jù)的場合，課題選用方式0即可。端口 C的高4位和低4位分別連接4*4鍵盤的行、列接口，由于為非編碼鍵盤，需采用行反轉法也可采用 行掃描法判斷所按實驗平臺上的小鍵盤為何鍵，同時通過編程把鍵值轉換為相應的數(shù)碼管段碼，實現(xiàn)數(shù)碼管顯示預置值。具體的電路連接如圖3所示。CS1 （實驗平臺）CS2 CS_55RO vi-RO V4C0L1-C0L4CS1 （接口實驗板CS2 CSO FCO-PC3FC4-FC7圖3電壓預制顯示電路連接圖其中8255片選地址CS0為280H283H,

8、LED數(shù)碼管段碼輸出選通的地址為284H287H,數(shù)碼管位選信號輸出選通的地址為288H28BH。2電壓實際輸出值顯示電路要在數(shù)碼管上顯示實際電壓輸出值首先需要將輸出電壓轉化為數(shù)字量，即完成A/D轉換。實現(xiàn)A/D轉換的方法很多，常用的有逐次逼近法、雙積分法與電壓頻率轉換法。其中 逐次逼近法具有轉換快、精度高、抗干擾差等特點。ADC0809就是一個逐次比擬式的 A/D轉換器。其分辨率為八位，模擬輸入電壓X圍為05V,對應轉化值為00H0FFH有八個模擬輸入通道，可在程序控制下對任意通道進展AD轉換。時鐘頻率10KHz1280KHZ。每次只能對一路信號進展轉換，其通道號由地址信 號A、B、C譯碼后

9、選定。片內有地址鎖存和譯碼器。轉換結果送入三態(tài)輸出鎖存器，當輸出允許信號0E有效時才輸出到數(shù)據(jù)總線上。另外，還有一個EOC信號，當轉換完成時,會發(fā)出轉換完畢狀態(tài)信號，高電平有效，可以通過對該信號的檢測來查詢是否轉換完成。 ADC0809引腳連接如圖4所示。出端口1?D0ADCOHOSJvccDD1 5DOXDOVkef(-)1容DOGND19DO20DO1NO21DiIH110CLKIN222ALEIN3|STTN4C-EIN5AIN634B1N7CEOCIOR A0A1A211126DAC0S3227votrri掘123入?？?57圖4 ADC0809引腳連接圖此連接中通道號來自地址總線，分

10、別由讀寫控制信號來控制ST, ALE和OE等使能端。EOC言號送入74LS245總線控制器的輸入DI0 口，在程序中對74LS245總線控制器的輸出口進展查詢式讀取EOC言號。本系統(tǒng)中ADC0809的輸入信號來自DAC0832輸出電壓，具體的電路連接如圖5所示。REF+6VCS ADi iicssINCIJ LVOUT1ADD_AADD BADD CCS DIJ L! tiAACAlA2csv圖5電壓實際輸出顯示電路連接圖其中由于 ADC0809時鐘頻率X圍為10KHz1280KHz計數(shù)器分頻電路單元中 Q2產(chǎn) 生的時鐘信號頻率 675KHz因此可以選擇 Q2 DAC0832的片選地址為28C

11、F28FH, ADC0809 片選地址為298H29BH 74LS245總線控制器的片選地址為 29CH-29FH。2. D/A數(shù)模轉換電路的使用與具體電路連接本系統(tǒng)的核心是數(shù)控技術，數(shù)控模塊關鍵的運算通過編程由8086微處理器完成，但系統(tǒng)的運算結果是八位數(shù)字量，必須經(jīng)過數(shù)/模轉換器后才能輸出。采用雙緩沖的D/A轉換器 DAC0832本系統(tǒng)采用了單緩沖方式。DAC0832的輸出是電流型的，而系統(tǒng)需要電壓信號，可以通過運算放大器將其轉換為單極性或雙極性的輸出電壓。在單極性輸出中，對應數(shù)字量00OFFH的模擬電壓V1的輸出X圍是0 Vref ,輸出端口為VOUT1單極性輸出電壓 V1再經(jīng) 過運算放

12、大器電平偏移、放大后，對應數(shù)字量000FFH的模擬電壓V2的輸出X圍是 Vref Vref，即雙極性輸出，輸出端口為 VOUT2 DAC0832引腳連接如圖6所示。3 模擬信號放大電路的分析與設計由于DAC0832單極性輸出的電壓 X圍為0 5V,系統(tǒng)要求輸出電壓 X圍為0 9.9V ,需 通過運算放大電路實現(xiàn)。比例運算電路的輸出電壓與輸入電壓之間存在比例關系，從而可以實現(xiàn)信號的放大。比照例運算電路加以擴展或演變，可以得到求和、積分和微分電路、對數(shù)和指數(shù)電路等。對輸入信號接法的不同，比例運算電路可以分為三種根本形式：反向輸入、 同向輸入以與差分輸入比例電路。比例運算電路使用X圍廣泛，運放芯片種

13、類也較多，有LM741、LM324 NE5532等。通過比擬，系統(tǒng)選用集成運算放大器LM741構建同向輸入比例運算放大電路，放大兩倍即可。LM741的引腳與同相比例運放電路具體連接如圖7所示。圖6 DAC0832引腳連接圖圖7 LM741的引腳與同相比例運放電路連接圖如圖7所示，同相比例運算放大倍數(shù)為：u 0RfAuf1-u 1R1根據(jù)設計要求：Auf =2，即可確定電路各參數(shù)：R1 Rf。系統(tǒng)選用 R1 Rf 1kR2 R”/Rf 500 。六、系統(tǒng)軟件設計開始顯示主菜單鍵盤按鍵讀取YN鍵盤按鍵讀取鍵值9否5連接小系統(tǒng)軟件主Y(1)值子反轉法掃描平臺鍵盤Y將功能分為以下幾啟動DAC0832進

14、展數(shù)模轉換，將預置將輸出電壓傳遞齡模數(shù)轉換電路, 顯數(shù);數(shù)模轉換有按鍵否、鍵盤,日N啟動動取平臺鍵盤按酬展轉換，采樣得到結果并在數(shù)碼局部.PC鍵盤輸入SC否鍵碼并在數(shù)碼管上顯示;回至U DOS單極輸出;電壓新開始程序制,序,僉測實驗平臺鍵盤，取 r負向掃描是F鍵“ + ”輸出三角描子程序和疋按下時的鍵值,實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的運行進展控 軟件設計主要示主程序， 左2位顯示預置值 序示實顯示系統(tǒng)程序菜單界面子程序2波電壓產(chǎn)生子程序組成，程序流程如圖F面將對所涉與到幾個重要子程序進展介紹。行反轉法鍵盤掃描子程序TEST得鍵值。但該子程序不能判斷鍵盤被屢次系統(tǒng)要求預置值為兩位數(shù)，因此還需再設計鍵盤按鍵取值

15、子程序KEYINPUT:該子程得鍵行反轉法鍵盤掃描子程序，鍵盤按鍵取NN只能得到最后一次按鍵的鍵值，而一次鍵盤掃描子程序，但在取值后并非立即返回主程序，而是繼續(xù)掃描鍵盤!1確定鍵盤掃描子程序已經(jīng)掃描不到按鍵為止。這樣的作用是每調用一次鍵盤按鍵得一個鍵值不會因為連續(xù)按鍵而將前面的鍵值覆蓋。該子程序流程如圖反轉法掃描鍵盤圖8系統(tǒng)流程圖YN有按鍵否圖9鍵盤按鍵取值子程序流程圖算法子程序COUNT:通過兩個鍵盤按鍵取值子程序鍵值為09取得系統(tǒng)預置值,高位為Vini，低位為Vin2，暫不考慮小數(shù)。但輸入為十進制數(shù)，首先需轉化為十六進制數(shù)， 轉換公式為：Vin Vini *10 Vin2 4由于DAC08

16、32輸入X圍為000FFH輸出X圍為0+5V,即+5V對應的是數(shù)字量 2550FFH， 每個數(shù)字量表示的模擬量為5/256V。由此可得出預置電壓Vin丨轉換的相應數(shù)字量 DATA公式為：DATA=Vin* 256 = Vin* 256 510*5*2100經(jīng)過DAC0832后就可得到 X圍在05V內的電壓。再通過 ADC0809轉換后，得到相應的十六 進制的8位實際輸出電壓數(shù)字量， 為了在數(shù)碼管上顯示實際輸出電壓， 要采用相反的轉換分 別得出十進制的實際輸出電壓高位、低位?！?+ .、“掃描子程序FSCAN/BSCAN該子程序只需循環(huán)調用相應的“ + 、“步進子程序JIAY/JIANY，在每次調用完畢后根據(jù)系統(tǒng)所需間隔時間增加一個中斷子程序或延時子程序DELAY2。以“ +掃描子程序為例，當鍵盤按鍵取值子程序返回的鍵值為0EH時，調用“ +“ +步進子程序、算法子程序和顯示子程序，即可實現(xiàn)間隔約為1秒的“ + 掃描功能；如果鍵盤掃描子程序返回的鍵值不是0EH,如此返回主程序。該子程序流程和具體程序如圖10所示。圖10“+掃描子程序流程圖和具體程序參考“ +、“掃