53單片機的數(shù)控穩(wěn)壓電源設(shè)計

1、。摘 要電源技術(shù)尤其是數(shù)控電源技術(shù)是一門實踐性很強的工程技術(shù)，服務(wù)于各行各業(yè)。電力電子技術(shù)是電能的最佳應(yīng)用技術(shù)之一。當今電源技術(shù)融合了電氣、電子、系統(tǒng)集成、控制理論、材料等諸多學(xué)科領(lǐng)域。隨著計算機和通訊技術(shù)發(fā)展而來的現(xiàn)代信息技術(shù)革命，給電力電子技術(shù)提供了廣闊的發(fā)展前景，同時也給電源提出了更高的要求。該直流穩(wěn)壓電源的輸入為交流22OV，50Hz，輸出電壓為1.26V10V內(nèi)連續(xù)可調(diào)，輸出電流為500mA以上，并能夠直觀的顯示輸出電壓。電源的控制電路選用AT89S51單片機為核心，以及數(shù)/模轉(zhuǎn)換功能，具有線路簡單、穩(wěn)定性好、顯示清晰直觀等特點。文章中分析了電源的整體結(jié)構(gòu)和工作原理，并詳細的講述了預(yù)

2、穩(wěn)壓電路、數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路、顯示電路等電路的工作原理。給出了控制電路的硬件實現(xiàn)和主要的軟件流程設(shè)計。關(guān)鍵詞： 單片機；數(shù)碼管；數(shù)/模轉(zhuǎn)換；穩(wěn)壓AbstractDigitally controlled power supply technology, especially technology is a strong practical engineering technology, and service to all industries. Power electronics technology is the best application of energy technologies.

3、Technology combines the power of today's electrical, electronics, systems integration, control theory, materials, and many other subject areas. With the computer and communication technologies developed from modern information technology revolution, to the power electronics technology to provide

4、 a broad development prospects, but also to set a higher power supply requirements. The DC power supply input for the exchange of 22OV, 50Hz, output voltage of 1.26V 10V continuously adjustable output current of 500mA or more and be able to display visual output voltage. Power supply control circuit

5、 use AT89S51 microcontroller as the core, as well as D / A converter functions, with simple circuit, good stability, showing a clear and intuitive and so on. The article analyzes the power of the overall structure and working principle and in detail about the pre-regulator circuit, D / A converter c

6、ircuit, display circuit so the circuit works. Gives the control circuit hardware implementation and the main software flow.Keywords：SCM; digital pipe; D / A converter; Regulators目 錄摘 要IAbstractII第1章 緒論11.1 課題背景11.2 設(shè)計任務(wù)與技術(shù)要求2第2章 方案的論證與設(shè)計32.1 方案選擇32.2 方案的確定32.3 方框圖的設(shè)計3本章小結(jié)4第3章 單元電路設(shè)計53.1 單片機電路設(shè)計53.1.

7、1 AT89S51單片機53.1.2 AT89S51引腳功能53.1.3 單片機在電路中應(yīng)用83.2 數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路設(shè)計103.2.1 DAC0832芯片簡介103.2.2 DAC0832的主要特性參數(shù)113.2.3 DAC0832結(jié)構(gòu)113.2.4 DAC0832的工作方式123.2.5 DAC0832在電路中的應(yīng)用123.3 放大電路設(shè)計133.3.1 LM324簡介133.3.2 LM324的特點143.4 穩(wěn)壓電路設(shè)計153.5 電源電路設(shè)計163.6 顯示電路設(shè)計183.6.1 四位一體數(shù)碼管（共陽）介紹183.6.2 四位一體數(shù)碼管管腳183.6.3 驅(qū)動電路18本章小結(jié)19第4章

8、 軟件程序設(shè)計204.1 程序流程圖204.2 程序21本章小結(jié)22第5章 整機的工作原理235.1 工作原理235.2 整機原理圖23本章小結(jié)23結(jié) 論25致 謝26參考文獻27附錄1 譯文28附錄2 英文參考資料31附錄3 C程序35附錄4 整機原理圖42附錄5 元器件表43第1章 緒論采用單片機的數(shù)字可調(diào)穩(wěn)壓電源價格低廉采用普遍使用的元件就能實現(xiàn)其功能，顯示清晰直觀，傳統(tǒng)的模擬可調(diào)穩(wěn)壓電源沒有讀數(shù)，在讀數(shù)過程中很不方便，并且長時間使用會造成輸出電壓不穩(wěn)。數(shù)字可調(diào)穩(wěn)壓電源則采用先進的數(shù)顯技術(shù)，使測量結(jié)果一目了然，只要儀表不發(fā)生跳數(shù)現(xiàn)象，測量結(jié)果就是唯一的，不僅保證讀數(shù)的客觀性與準確性，還符

9、合人們的讀數(shù)習慣，能縮短讀數(shù)和記錄的時間。模擬可調(diào)穩(wěn)壓電源大多是通過調(diào)節(jié)電位器的阻值改變輸出直流電壓，電位器特別容易磨損，使用一段時間后就會出現(xiàn)接觸不良，引起輸出電壓不穩(wěn)定。數(shù)字可調(diào)穩(wěn)壓電源是通過接觸按鈕以步進方式選取不同的輸出電壓，再有數(shù)碼管顯示輸出電壓機器工作狀態(tài)，工作穩(wěn)定可靠。采用單片機的數(shù)字可調(diào)穩(wěn)壓電源，它具有輸出電壓容易改變、價格低廉、顯示清晰直觀、準確度高、擴展能力強等特點。1.1 課題背景電源技術(shù)尤其是數(shù)控電源技術(shù)是一門實踐性很強的工程技術(shù)，服務(wù)于各行各業(yè)。當今電源技術(shù)融合了電氣、電子、系統(tǒng)集成、控制理論、材料等諸多學(xué)科領(lǐng)域。直流穩(wěn)壓電源是電子技術(shù)常用的儀表設(shè)備之一，廣泛的應(yīng)用于

10、教學(xué)、科研等領(lǐng)域，是電子實驗員、電子設(shè)計人員及電路開發(fā)部門進行試驗操作和科學(xué)研究不可缺少的電子儀器。在電子電路中，通常都需要電壓穩(wěn)定的直流電源來供電。而整個穩(wěn)壓過程是由電源變壓器、整流、濾波、穩(wěn)壓等四部分組成。然而這種傳統(tǒng)的直流穩(wěn)壓電源功能簡單、不好控制、可靠性低、干擾大、精度低、復(fù)雜度高。普通的直流穩(wěn)壓電源品種有很多，但均存在一下二個問題：輸出電壓是通過粗調(diào)（波段開關(guān)）及細調(diào)（電位器）來調(diào)節(jié)。這樣，當輸出電壓需要精確輸出，或需要在一個小范圍內(nèi)改變時，困難就較大。另外，隨著使用時間的增加，波段開關(guān)及電位器難免接觸不良，對輸出會有影響。穩(wěn)壓方式均是采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，對過載進行限流和截流保護，電

11、路構(gòu)成復(fù)雜，穩(wěn)壓精度也不高。在家用電器和其他各類電子設(shè)備中，通常都需要電壓穩(wěn)定的直流電源供電。但在實際生活中，都是由220V的交流電網(wǎng)供電。這就需要通過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓電路將交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電。濾波器用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般傳統(tǒng)電路由濾波扼流圈和電容器組成，若由晶體管濾波器來代替，則可縮小直流電源的體積減輕其重量，且晶體管濾波直流電源不需要直流穩(wěn)壓器就能用作家用電器的電源，就既降低了家用電器的成本，由縮小了其體積，使家用電器小型化。傳統(tǒng)的直流穩(wěn)壓電源通常采用電位器和波段開關(guān)來實現(xiàn)電壓的調(diào)節(jié)，并由電壓表指示電壓值的大小。因此，電壓的調(diào)節(jié)精度不高，讀數(shù)欠直觀，電位器也易磨損。

12、而基于單片機控制的直流穩(wěn)壓電源就較好地解決以上傳統(tǒng)穩(wěn)壓電源的不足。數(shù)控穩(wěn)壓電源是電子行業(yè)發(fā)展的必然產(chǎn)物。近年來，隨著電子技術(shù)的發(fā)展可調(diào)穩(wěn)壓電源應(yīng)用的越來越廣泛。目前，由各種單片機構(gòu)成的數(shù)字穩(wěn)壓電源產(chǎn)品越來越多，已被廣泛用于家庭電器、工業(yè)電器、軍事電器等領(lǐng)域，顯示出強大的生命力。與此同時，由于它擴展能力很強,功能日趨完善而擴展到人們生活的各個方面。1.2 設(shè)計任務(wù)與技術(shù)要求1.設(shè)計任務(wù)單片機控制數(shù)字顯示可調(diào)穩(wěn)壓電源2.任務(wù)的技術(shù)要求1).輸出電壓為(1.2610)v2).輸出誤差0.1v3).額定輸出電流500mA第2章 方案的論證與設(shè)計2.1 方案選擇數(shù)控穩(wěn)壓電源是電子設(shè)備的重要部分，其質(zhì)量好

13、壞直接影響著電子設(shè)備的可靠性，而且電子設(shè)備的故障60%來自電源。因此電源越來越受到人們的重視。電子電路及電子設(shè)備對電源最基本的要求就是電源的輸出電壓或輸出電流要穩(wěn)定。通過查閱大量資料，顯示電路和控制電路是本電路的核心部分，對它的選擇有以下三種方案：方案一：采用模擬電路采用模擬電路的可調(diào)穩(wěn)壓電路就是用一個多檔開關(guān)來控制輸出電壓,而所謂的顯示系統(tǒng)只是在多檔開關(guān)的每個檔的旁邊注明電壓值。隨著電子行業(yè)的發(fā)展，它不耐用的弊端已經(jīng)使它逐漸離開歷史的舞臺。方案二：采用純數(shù)字電路純數(shù)字電路的穩(wěn)壓電源避免了硬件之間的磨損，使得使用壽命大大提高，而且其輸出電壓也不會隨時間產(chǎn)生誤差。但是它的電路較為復(fù)雜，制作時很困

14、難，由于電路的復(fù)雜產(chǎn)生的問題也會很多。方案三：采用單片機的方法采用單片機的數(shù)字穩(wěn)壓電源是將數(shù)字電路和單片機很好地結(jié)合在一起，不但能夠達到數(shù)字電路的效果，而且能夠大大地簡化復(fù)雜的純數(shù)字電路。采用單片機后，還可以用軟件實現(xiàn)保護功能，要擴展其他的功能也非常容易。2.2 方案的確定經(jīng)過全方位的對比，使電路的設(shè)計更加合理化，切合技術(shù)指標的標準，覺得使用方案三單片機的方法簡潔、靈活、可擴展性好更加的適合這次的畢業(yè)設(shè)計，并能夠達到指標要求。2.3 方框圖的設(shè)計經(jīng)過對電路原理的分析，基本對電路有了一個大概的設(shè)計，如圖2-1所示：單片機顯示電路按鍵D/A轉(zhuǎn)換控制電路穩(wěn)壓電路輸出電路整流濾波變壓器220v圖2-1

15、 整機方框圖方框圖的論述：本電路通過按鍵設(shè)置數(shù)字電壓值并且在數(shù)碼管上顯示，而設(shè)置的電壓值通過單片機的P0口的8位數(shù)據(jù)線傳輸給D/A轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成模擬電壓值，通過模擬放大器將電壓放大后送給穩(wěn)壓電路最終輸出。各部分功能：單片機：只要是起到控制作用顯示電路：用來顯示預(yù)置電壓按鍵單元：對預(yù)置電壓的改變D/A轉(zhuǎn)換：將數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換成為模擬電壓控制電路：對穩(wěn)壓電路起到了控制作用穩(wěn)壓電路：輸出恒定的電壓本章小結(jié)本章主要介紹了對該課題的分析論證和方案的確立，以及方框圖的設(shè)計及原理的闡述，在下一章節(jié)當中，將對該課題中各單元電路的具體設(shè)計方案、元器件的選擇作進一步論述。第3章 單元電路設(shè)計3.1 單片機電路設(shè)計3.

16、1.1 AT89S51單片機AT89S51是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標準MCS -51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。AT89S51具有如下特點：40個引腳，4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲器，128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），3

17、2個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個 全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。此外，AT89S51設(shè)計和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設(shè)置省電模式。空閑模式下，CPU暫停工作，而RAM定時計數(shù)器，串行口，外中斷 系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適不同產(chǎn)品的要求的。3.1.2 AT89S51引腳功能AT89S51單片機兼容MCS-51指令系統(tǒng)、4k可反復(fù)擦寫(>1000次）ISP

18、Flash ROM、32個雙向I/O口、4.5-5.5V工作電壓、2個16位可編程定時/計數(shù)器、時鐘頻率0-33MHz、全雙工UART串行中斷口線、128x8bit內(nèi)部RAM、2個外部中斷源、低功耗空閑和省電模式、中斷喚醒省電模式、3級加密位、看門狗（WDT）電路、軟件設(shè)置空閑和省電功能、靈活的ISP字節(jié)和分頁編程、雙數(shù)據(jù)寄存器指針。AT89S51引腳圖如圖3-1所示。圖3-1 AT89S51引腳圖各個引腳功能：VCC：電源GND：地P0口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，

19、P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。P1口：P1口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，p1輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL邏輯電平。對P1端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分別作定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入（P1.0/T2）和時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），具體如下表所示。在flash編程和校驗時，P1口接收低8

20、位地址字節(jié)。引腳號第二功能：P1.0 T2（定時器/計數(shù)器T2的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出P1.1 T2EX（定時器/計數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制）P1.5 MOSI（在系統(tǒng)編程用）P1.6 MISO（在系統(tǒng)編程用）P1.7 SCK（在系統(tǒng)編程用）P2口：P2口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL邏輯電平。對P2端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVXDPTR）時，P2口送出高八位地

21、址。在這種應(yīng)用中，P2口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如MOVX RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗時，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。P3口：P3口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，p2輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL邏輯電平。對P3端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P3口亦作為AT89S51特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在flash編程和校驗時，P3口也接收一些控制信號。P3引腳號第二功能：P3.0 RXD（串行

22、輸入）P3.1 TXD（串行輸出）P3.2 INT0(外部中斷0)P3.3 INT0(外部中斷0)P3.4 T0（定時器0外部輸入）P3.5 T1（定時器1外部輸入）P3.6 WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)P3.7 RD(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)RST：復(fù)位輸入。晶振工作時，RST腳持續(xù)2 個機器周期高電平將使單片機復(fù)位?？撮T狗計時完成后，RST 腳輸出96 個晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能無效。DISRTO默認狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。ALE/PROG：地址鎖存控制信號（ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低8 位地址的輸出脈沖。在flash編程時

23、，此引腳（PROG）也用作編程輸入脈沖。在一般情況下，ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器或時鐘使用。然而，特別強調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，ALE脈沖將會跳過。如果需要，通過將地址為8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作將無效。這一位置“1”，ALE 僅在執(zhí)行MOVX 或MOVC指令時有效。否則，ALE 將被微弱拉高。這個ALE使能標志位（地址為8EH的SFR的第0位）的設(shè)置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。PSEN：外部程序存儲器選通信號（PSEN）是外部程序存儲器選通信號。當AT89S51從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時，PSEN在每個機器周期被激活兩次，

24、而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，PSEN將不被激活。EA/VPP：訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從0000H 到FFFFH的外部程序存儲器讀取指令，EA必須接GND。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，EA應(yīng)該接VCC。在flash編程期間，EA也接收12伏VPP電壓。XTAL1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。3.1.3 單片機在電路中應(yīng)用3.1.3.1 單片機在電路中引腳功能單片機在電路中的引腳使用如圖3-2所示。P0口為8位數(shù)據(jù)傳輸口，XTAL1、XTAL2為單片機提供頻率為12MHz的頻率，P1口為顯示電路提供段選數(shù)據(jù)，P3口的高四位為顯示電路提供位選

25、數(shù)據(jù)，RST是系統(tǒng)復(fù)位，P2口的高四位用來掃描按鍵電路是否有按鍵按下。圖3-2 單片機應(yīng)用電路單片機的應(yīng)用電路的主要作用是將按鍵電路的所預(yù)置的電壓通過P1和P3口在顯示電路中顯示出來，并且將預(yù)置的電壓通過單片機的P0口輸出給數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路。3.1.3.2 時鐘電路設(shè)計時鐘是單片機的心臟，各部分都以時鐘頻率為基準，有條不紊的一拍一拍的工作。因此，時鐘頻率直接影響單片機的速度，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。對于MCS-51系列的單片機，常用的時鐘電路設(shè)計方式有內(nèi)部時鐘和外部時鐘兩種。內(nèi)部時鐘電路設(shè)計如下：利用AT89S51單片機內(nèi)部一個高增益的反相放大器，把一個晶振體和兩個電容器組成

26、自激勵振蕩電路，接于XTAL1和XTAL2之間。這樣振蕩器發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時鐘電路，如圖3-3所示。圖3-3 內(nèi)部時鐘電路本系統(tǒng)中晶振體選石英晶體，振蕩頻率為12MHz，電容器為33PF電容。3.1.3.3 復(fù)位電路設(shè)計單片機在啟動或斷電后，程序需要從頭開始執(zhí)行，機器內(nèi)全部寄存器、I/O接口等都必須重新復(fù)位。復(fù)位方式有自動復(fù)位和手動復(fù)位兩種。在AT89S51的ALE及兩引腳輸出高電平，RST引腳高電平到時，單片機復(fù)位。端的高電平直接由上電瞬間產(chǎn)生為上電復(fù)位，即自動復(fù)位；若通過按動按鈕產(chǎn)生高電平復(fù)位，則稱為手動復(fù)位。系統(tǒng)復(fù)位電路如圖3-4所示。該復(fù)位電路在剛上電接通電源時，電容C相當于瞬間

27、短路，+5V的高電平立刻加到了RST端，該高電平使AT89S51全機復(fù)位。若運行過程中，需要程序從頭執(zhí)行，只需按動按鈕即可。按下A鍵，則直接把+5V高電平加到了端，從而使其復(fù)位，這稱為手動復(fù)位。顯然，該電路既可上電復(fù)位又可手動復(fù)位。復(fù)位后，P0P3四個并行接口全為高電平，其它寄存器全部清零，只有SBUF寄存器狀態(tài)不確定。圖3-4 系統(tǒng)復(fù)位電路3.2 數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路設(shè)計3.2.1 DAC0832芯片簡介DAC0832是8分辨率的D/A轉(zhuǎn)換集成芯片，如圖3-5所示。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

28、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。圖3-5 DAC0832引腳功能3.2.2 DAC0832的主要特性參數(shù)分辨率為8位；電流穩(wěn)定時間1us；可單緩沖、雙緩沖或直接數(shù)字輸入；只需在滿量程下調(diào)整其線性度；單一電源供電（+5V+15V）；低功耗，200mW。3.2.3 DAC0832結(jié)構(gòu)D0D7：8位數(shù)據(jù)輸入線，TTL電平，有效時間應(yīng)大于90ns(否則鎖存器的數(shù)據(jù)會出錯)；ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號輸入線，高電平有效；CS：片選信號輸入線（選通數(shù)據(jù)鎖存器），低電平有效；WR1：數(shù)據(jù)鎖存器寫選通輸入線，負脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns）有效。由ILE、CS、WR1的邏輯組合產(chǎn)

29、生LE1，當LE1為高電平時，數(shù)據(jù)鎖存器狀態(tài)隨輸入數(shù)據(jù)線變換，LE1的負跳變時將輸入數(shù)據(jù)鎖存；XFER：數(shù)據(jù)傳輸控制信號輸入線，低電平有效，負脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns）有效；WR2：DAC寄存器選通輸入線，負脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns）有效。由WR1、XFER的邏輯組合產(chǎn)生LE2，當LE2為高電平時，DAC寄存器的輸出隨寄存器的輸入而變化，LE2的負跳變時將數(shù)據(jù)鎖存器的內(nèi)容打入DAC寄存器并開始D/A轉(zhuǎn)換。IOUT1：電流輸出端1，其值隨DAC寄存器的內(nèi)容線性變化；IOUT2：電流輸出端2，其值與IOUT1值之和為一常數(shù)；Rfb：反饋信號輸入線，改變Rfb端外接電阻值可調(diào)整轉(zhuǎn)換滿量程精度；V

30、cc：電源輸入端，Vcc的范圍為+5V+15V；VREF：基準電壓輸入線，VREF的范圍為-10V+10V；AGND：模擬信號地DGND：數(shù)字信號地3.2.4 DAC0832的工作方式根據(jù)對DAC0832的數(shù)據(jù)鎖存器和DAC寄存器的不同的控制方式，DAC0832有三種工作方式：直通方式、單緩沖方式和雙緩沖方式。3.2.5 DAC0832在電路中的應(yīng)用DAC0832是8位全MOS中速D/A轉(zhuǎn)換器，如圖3-6所示。采用R2RT形電阻解碼網(wǎng)絡(luò)，轉(zhuǎn)換結(jié)果為一對差動電流輸出，轉(zhuǎn)換時間大約為1us。使用單電源+5V+15V供電。參考電壓為-10V+10V。在此我們直接選擇+5V作為參考電壓。DAC0832

31、有三種工作方式：直通方式，單緩沖方式，雙緩沖方式；在此我們選擇直通的工作方式，將XFER、WR2、CS管腳全部接數(shù)字地。管腳8 接參考電壓，在此我們接的參考電壓是+10V。圖3-6 數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路3.3 放大電路設(shè)計3.3.1 LM324簡介LM324系列器件為價格便宜的帶有真差動輸入的四運算放大器。如圖3-7所示。與單電源應(yīng)用場合的標準運算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點。該四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的電源下，靜態(tài)電流為MC1741的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍包括負電源，因而消除了在許多應(yīng)用場合中采用外部偏置元件的必要性。每一組運算放大器有5個引出腳，其中“+”、“-”

32、為兩個信號輸入端，“V+”、“V-”為正、負電源端，“Vo”為輸出端。兩個信號輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相同。圖3-7 LM317外部引腳圖3.3.2 LM324的特點1.短跑保護輸出2.真差動輸入級3.可單電源工作：3V-32V4.低偏置電流：最大100nA5.每封裝含四個運算放大器。6.具有內(nèi)部補償?shù)墓δ堋?.共模范圍擴展到負電源8.行業(yè)標準的引腳排列9.輸入端具有靜電保護功能圖3-8 放大電路本單元只用到了LM324里面的2個運算放大器構(gòu)成2級運放，主要是將數(shù)/模轉(zhuǎn)換電

33、路輸出的電流轉(zhuǎn)換成為電壓，并用這個電壓去控制穩(wěn)壓電路輸出一個恒定的電壓值。3.4 穩(wěn)壓電路設(shè)計目前，集成穩(wěn)壓電源已經(jīng)大量應(yīng)用到電子系統(tǒng)中，使得整個電源部分工作更加可靠，體積大大減小，在電路圖中用到了LM317、7805、7812、7912三端穩(wěn)壓器。作為此電源設(shè)計不可缺少的一部分，因此，應(yīng)該對其功能、結(jié)構(gòu)、參數(shù)、性能、工作條件進行更的深入的了解。這是一種很常用的穩(wěn)壓器，其外型不同于普通的小功率三極管如圖所示3-9，317穩(wěn)壓塊的輸出電壓變化范圍是Vo1.25V37V（高輸出電壓的317穩(wěn)壓塊如LM317HVA、LM317HVK等，其輸出電壓變化范圍是Vo1.25V45V），所以R2/R1的比值

34、范圍只能是028.6。317穩(wěn)壓塊都有一個最小穩(wěn)定工作電流，有的資料稱為最小輸出電流，也有的資料稱為最小泄放電流。最小穩(wěn)定工作電流的值一般為1.5mA。由于317穩(wěn)壓塊的生產(chǎn)廠家不同、型號不同，其最小穩(wěn)定工作電流也不相同，但一般不大于5mA。當317穩(wěn)壓塊的輸出電流小于其最小穩(wěn)定工作電流時，317穩(wěn)壓塊就不能正常工作。當317穩(wěn)壓塊的輸出電流大于其最小穩(wěn)定工作電流時，317穩(wěn)壓塊就可以輸出穩(wěn)定的直流電壓。 其基準電壓標準值為1.25V（最小為1.20V，最大為1.30V），ADJ端電流標準值為50A，最大為100A。最小輸出電流在輸入輸出壓差為40V（極限值）時標準值為5mA，最大為10mA；

35、最大輸出電流在同樣條件下標準值為0.8A，最小為0.15A。其工作條件見表3-1。穩(wěn)壓器在空載時工作電流最小，此時，為保證額定的輸出電壓值，R的取值應(yīng)為R=1.25/10mA=125 （3-1） 取標稱值120。實際上R的取值通常在120240之間。由此可以寫出上述電路的輸出電壓值計算公式，即Uo=1.25*(1+Rw/R)+IadjRw （3-2）式中，Iadj為50A,其變化不超過0.5A，因此，在設(shè)計時，上式后面一項可以忽略。C2主要是為了旁路上的紋波電壓。 Uin Uout ADJ 3 2 2 LM317 1 2 3 1 圖3-9 LM317的外型及符號表3-1工作條件 項 目 符 號

36、 最 小 最 大輸入輸出電壓差V Uin-Uo 3 40輸入電壓V Uin 4.3 40 輸出電壓V Uo 1.25 37 輸出電流A Io 0.15 1.5 表面溫度ºC Topt 20 1253.5 電源電路設(shè)計在固定輸出電壓的集成穩(wěn)壓器中，常用的是三端固定正穩(wěn)壓器7800系列和三端固定負穩(wěn)壓器7900系列，它們的輸出電壓有±5V，±6V，±8V，±9V，±10V，±12V，±15V，±18V，±24V等，輸出電流有100mA(78L00系列、79L00系列)、500mA(78M00系列、7

37、9M00系列)、500mA(78M00系列、79M00系列)、1.5A（7800系列、7900系列），管腳如圖3-10所示。780579121312378121322圖3-10 7805、7812、7912管腳圖由于在此電源的設(shè)計中用到的是小電流輸出，所以在此主要介紹的是7812、7912、7805的外形封裝及符號如圖310所示（注意：三端穩(wěn)壓的封裝不同，其引腳排列和名稱也是不同的）。電源電路如圖3-11所示。其輸出與輸入之間的電壓差范圍為26.2V，輸出與公共端電壓為5V。使用時在輸入端接入大的有極性濾波電容外，還應(yīng)接一個較小的無極性電容，以改善紋波，同時抑制輸入瞬態(tài)過電壓，該電容取值一般在

38、0.10.47F之間；公共端必須可靠接地，否則，可能損壞穩(wěn)壓器；輸出端不需要接大的電解電容，但要接一個小的無極性電容，以改善負載的瞬態(tài)響應(yīng)，取值范圍也在0.10.47F之間。圖3-11 電源電路3.6 顯示電路設(shè)計3.6.1 四位一體數(shù)碼管（共陽）介紹內(nèi)部有4個單個數(shù)碼管共用adp這8根數(shù)據(jù)線，為人們使用提供了方便，所以它有4個公共端，加上adp，共有12個引腳。電流：靜態(tài)時，推薦使用10-15mA；動態(tài)時，16/1動態(tài)掃描時，平均電流為4-5mA，峰值電流50-60mA。電壓：查引腳排布圖，看一下每段的芯片數(shù)量是多少？當紅色時，使用1.9V乘以每段的芯片串聯(lián)的個數(shù)；當綠色時，使用2.1V乘以

39、每段的芯片串聯(lián)的個數(shù)。如圖3-12所示。圖3-12 四位一體數(shù)碼管3.6.2 四位一體數(shù)碼管管腳數(shù)碼管的外部引腳與位選、段選對應(yīng)如下:A11；B7；C4；D2；E1；F10；G5；BIT16；BIT28；BIT39；BIT412；DP3；3.6.3 驅(qū)動電路驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O端口進行驅(qū)動，或者使用如BCD碼二十進制譯碼器譯碼進行驅(qū)動。優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/O端口多，如驅(qū)動5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5×840根I/O端口來驅(qū)動，要知道一個89S51單片機可用的I/O端口只有32個，實際應(yīng)用時必須增加譯碼驅(qū)動器進行驅(qū)動，增加了硬件電路的

40、復(fù)雜性。因本電路采用的是四位一體共陽極數(shù)碼管，所以只需要位選上加三極管做驅(qū)動電路。本章小結(jié)本章主要介紹硬件電路的組成和各部分電路的設(shè)計，整個電路主要由控制電路、數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路、驅(qū)動電路、放大電路、穩(wěn)壓電路、顯示電路和按鍵電路組成?？刂齐娐返闹饕诵脑褪菃纹瑱C，單片機主要連接的電路是顯示電路、數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路、按鍵電路，主要完成是將按鍵電路設(shè)置的預(yù)置電壓一路送給顯示電路顯示，一路送給數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路輸出，所有的操作都是由軟件完成，在下一章節(jié)中將會介紹。數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路中的核心原件是DAC0832,DAC0832由8位輸入鎖存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉(zhuǎn)換電路所構(gòu)成。8位輸入鎖存器用于存放CP

41、U送來的數(shù)字量，是輸入數(shù)字量得到緩沖和鎖存；8位DAC寄存器用于存放待轉(zhuǎn)換數(shù)字量；8位D/A轉(zhuǎn)換電路有8位T形電阻網(wǎng)絡(luò)和電子開關(guān)組成，電子開關(guān)受8位DAC寄存器輸出控制，T形電阻網(wǎng)絡(luò)能輸出和數(shù)字量成正比的模擬電流。驅(qū)動電路主要的作用就是將單片機輸出的電流、電壓按一定比例進行放大為顯示電路提供足夠大的功率。放大電路由兩級運算放大器組成，主要作用是將DAC0832輸出的模擬電流按一定比例放大并且轉(zhuǎn)換成電路中需要的電壓去控制穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路主要是受放大電路所輸出的電壓控制，將其電壓穩(wěn)定輸出，并且將誤差電壓控制在最小的范圍內(nèi)。第4章 軟件程序設(shè)計系統(tǒng)軟件設(shè)計主要是為了保證和硬件電路相結(jié)合，正確地實現(xiàn)

42、電路的整體要求。軟件設(shè)計有兩種方法：一種是自上而下，逐步細化；一種是自下而上，先設(shè)計出每一個具體的模塊，最后組成一個系統(tǒng)。本次系統(tǒng)軟件設(shè)計采用了自上向下的模塊化結(jié)構(gòu)方式。在進行軟件設(shè)計時，我遵循實用性、先進性、系統(tǒng)性及規(guī)范性的原則。4.1 程序流程圖在程序的編寫過程中用到的編譯工具是Keil，硬件和軟件的仿真通過Proteus軟件完成，程序流程圖見圖4-1。程 序 初 始 化鍵 盤 掃 描顯 示 程序開始檢測 按鍵NYD/A 轉(zhuǎn) 換延時程序結(jié)束電壓 檢測中 斷YN圖 4-1 軟件流程圖4.2 程序C程序代碼見附錄3本章小結(jié)本章主要是根據(jù)電路原理圖，去制作程序流程圖，在根據(jù)程序流程圖去編寫本電路

43、的源程序。在這一章主要介紹了主程序和中斷服務(wù)程序的設(shè)計，主程序是一個設(shè)計中的核心，其它子程序都是圍著它來展開的，控制各子程序間進行合理的調(diào)用。中斷服務(wù)設(shè)計是本設(shè)計的主體，按鍵掃描、讀取按鍵、電壓檢測、電壓轉(zhuǎn)化、延時等功能都是通過中斷服務(wù)程序來實現(xiàn)的，由附錄4原理圖可知，本電路中只用到了外部中斷0，但是觸發(fā)的方式是按鍵觸發(fā)。因此，我使用軟件和硬件相結(jié)合的方法來實現(xiàn)其控制功能。我通過與門將四個按鍵與外部中斷0相連，只要其中一個按鍵按下，就能使外部中斷向CPU發(fā)出中斷請求，再利用軟件的判斷功能，完成不同子程序的調(diào)用，從而根據(jù)流程圖編寫程序?qū)崿F(xiàn)電路的功能。第5章 整機的工作原理5.1 工作原理數(shù)控穩(wěn)壓

44、電源的原理是基于普通直流穩(wěn)壓電源的基礎(chǔ)上進行的新設(shè)計，其中包括數(shù)字電路、模擬電路和電源電路。參看整機原理圖。電源電路是將市電220v電壓變換成為整機各個部分所需要的工作電壓，它為控制電路、數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路、穩(wěn)壓電路中各個芯片提供基準電壓，主要是為lm317提供17.4v-20.1v電壓、單片機和數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路提供+5v電源電壓和lm324芯片的供電電壓+12v、-12v。因此，為各個電路正常工作起到的了重要的作用。單片機通過驅(qū)動電路與數(shù)碼管相連接，并且通過按鍵去控制調(diào)節(jié)在數(shù)碼管上顯示預(yù)置電壓，采用的方式為外部中斷0（/INT0）實現(xiàn)，而且設(shè)置的預(yù)置電壓通過單片機的P0口輸出給數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路，8為

45、數(shù)據(jù)通過數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成模擬電壓輸出，在這里使用的數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路中的核心芯片是DAC0832，其原理是將數(shù)字電壓值轉(zhuǎn)換成模擬電流輸出的，而輸出的電流信號很弱，所以必須將電流信號放大輸出，所以DAC0832輸出的電流直接送給運算放大器，后面接的芯片是lm324的adj調(diào)整端，lm324內(nèi)部是4個運算放大器，本電路中只用到了其中的2級運算放大器完成的，第一級放大器的輸出端與DAC0832的9腳Rfb通過變阻器相連接，主要是用來調(diào)節(jié)運算放大器輸出端電壓的波動，將最終得到的輸出電壓送給穩(wěn)壓電路經(jīng)過穩(wěn)壓輸出，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路輸出的電流太小不夠后級電路的使用所以在穩(wěn)壓電路中選用的芯片為lm317，lm31

46、7理論輸出電流可以達到1.5A左右，最后通過lm317的2腳接輸出電路。5.2 整機原理圖原理圖的設(shè)計是完全按照方框圖去設(shè)計的，每一個環(huán)節(jié)通過查閱資料去挑選電路中合適原件，整機原理圖見附錄4。本章小結(jié)本章節(jié)主要介紹該電路的信號流程以及對整機工作原理的敘述，整機電路的組成和各部分電路的功能，各個電路中所用到的核心元器件，各個元器件在電路中的作用在上一章節(jié)中已經(jīng)詳細介紹，整機原理圖是完全按照方框圖設(shè)計的，在方框圖中已經(jīng)詳細構(gòu)造出各部分電路，以及各部分電路的作用都已經(jīng)列出，根據(jù)各部分電路要求實現(xiàn)的功能選取元器件，并且嚴格按照技術(shù)指標去參照元器件特性、參數(shù)選取，這樣在調(diào)試的過程中會減少很多不必要的麻煩

47、，以為本電路中用到了模擬電路，所以元器件的參數(shù)會直接影響電路中的電壓、電流。結(jié) 論本次畢業(yè)設(shè)計所做的是基于單片機的數(shù)控穩(wěn)壓電源，通過查閱資料和實踐操作對數(shù)控穩(wěn)壓電源的工作原理及相關(guān)元器件的功能和使用更加熟悉，本電路的主要特點是使用簡單、穩(wěn)定度高、顯示直觀、調(diào)整范圍寬非常符合人們生產(chǎn)生活需要，它在現(xiàn)實生活中應(yīng)用非常廣泛，有著實際的意義。整個電路主要組成（核心元器件）由控制電路（AT89S51）、數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路（DAC0832）、驅(qū)動電路（9014）、放大電路（LM324）、穩(wěn)壓電路（LM317）、顯示電路（數(shù)碼管）和按鍵組成。通過按鍵設(shè)置預(yù)置電壓后由單片機分成兩路：一路通過P1口和P3口送給顯示

48、電路顯示電壓，一路通過P0口送給數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路在經(jīng)過運算電路轉(zhuǎn)換成電路中需要的模擬電壓去控制穩(wěn)壓電路，在經(jīng)過穩(wěn)壓后輸出。在這次畢業(yè)設(shè)計中我的收獲很多，從方案構(gòu)思到方案的確定，電路的制作、程序調(diào)試、以及論文的撰寫和整理，我抓住了每一個提高自己的機會，每一個環(huán)節(jié)都是提高我專業(yè)和綜合能力的機會，當然在這過程中我也遇到了很多問題，通過查閱和搜集資料去解決，在這個過程中我慢慢的學(xué)會了如何獨立去完成任務(wù)，同時也付出了很多的努力和辛苦，力求把每一個環(huán)節(jié)做到最完美。通過本次畢業(yè)設(shè)計使我對自己增加了很大的信心，從開始的不知道從何入手到作品的漸漸完成，在這個過程中完全的凸現(xiàn)出了理論知識的重要性，以及理論和實踐相結(jié)

49、合的必要性，在這過程中也將以前學(xué)過的專業(yè)知識又從新溫習了一下，而在制作的過程中也遇到了很多的問題，通過大量的查閱資料去解決問題這也是不斷的在學(xué)習新知識的一個過程，完全脫離了過去死記硬背的痛苦，知識是在不斷的運用中掌握的，而不是靠死記硬背去掌握的，可以說畢業(yè)設(shè)計是我綜合素質(zhì)的一種體現(xiàn)吧。致 謝這次畢業(yè)設(shè)計是我大學(xué)中的最大收獲，不僅充實了自己，還增添了我的自信心，然而在本次畢業(yè)設(shè)計中我也遇到過很多困難，由于的選擇的課題難度較大，所以在一開始的安裝到后來的調(diào)試都遇到過很棘手的問題，但是我從沒有氣餒，在指導(dǎo)教師的耐心幫助下，我努力的克服了這些困難。在我對知識的理解上有偏差的情況下，指導(dǎo)教師給我耐心的講

50、解使我正確的理解了相關(guān)知識，在原理圖出現(xiàn)錯誤的情況下，指導(dǎo)教師在我找出錯誤的情況下耐心的幫我分析，同時我也了解了錯誤的原因。老師是在自己工作很忙的情況下抽出時間指導(dǎo)我們的。畢業(yè)設(shè)計成功的完成，包含了老師很多辛勤的汗水。在白亞梅老師的幫助下使我在模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)方面有了很大的提高，在這里我要特別感謝您！作為指導(dǎo)老師您不厭其煩的為我講解電路原理，幫助我分析電路，幫助我查找資料，分析制作過程中遇到的問題，為了我能更好的完成和掌握畢業(yè)設(shè)計也花費了您大量的時間和精力。同時我還要感謝電子系所有的老師給予我的關(guān)心、幫助和指導(dǎo)，為了我們能從這次畢業(yè)設(shè)計上能真正的學(xué)到些東西，也耗費了您們大量的精力。也

51、感謝學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)對我們的畢業(yè)設(shè)計的足夠重視和支持，為我們畢業(yè)設(shè)計進行籌劃。感謝學(xué)校為我們提供財力和物力的支持，實驗室和實驗儀器和工具，我們在實驗室這樣方便的條件下完成了畢業(yè)設(shè)計的大部分內(nèi)容，我們最大的收獲就是老師最大的安慰。老師們！謝謝您！您們辛苦了！參考文獻1 張毅剛. MCS-51單片機原理及應(yīng)用. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社， 2004：32-402 李華. MCS-51系列單片機使用接口技術(shù). 北京航空航天大學(xué)出版社，1990：67-943 徐建仁. 數(shù)字集成電路應(yīng)用與實驗. 國防科技大學(xué)出版社，1999：47-654 肖來勝. 單片機技術(shù)實用教程. 華中科技大學(xué)出版社，2004：121-134

52、5 L.Battistel,D.Lauria,P.Vernillo.Controlstrategyofadvaneed25KV一50Hz eleetrifiedrailwaysystems.EleetriePowerApplieations，2001：54-766 周航慈. 單片機程序設(shè)計基礎(chǔ). 北京航空航天大學(xué)出版社，2003：89-1007 韓全立. 單片機控制技術(shù)及應(yīng)用. 電子工業(yè)出版社，2001：54-778 何希才. 新型開關(guān)電源設(shè)計與維修. 國防工業(yè)出版社，2001：113-1379 F.Fisher.DeveloPmentofaIkwPolymereleetrolytefuele

53、ellPowersource.JoumalofPowerSource.ZOOI，92(l):236-24010 張慶雙電子元器件的選用與檢測機械工業(yè)出版社，2003：1011 王新賢通用集成電路速查手冊.山東科學(xué)技術(shù)出版社，2001：1512 劉光序電子報第37期，2007：3-413 鄧漢馨模擬集成電子技術(shù)教程高等教育出版社，1994：35附錄1 譯文單片機又稱單片微控制器,它不是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。概括的講，一塊芯片就成了一臺微型計算機。它的體積小、重量輕、價格便宜、為學(xué)習、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。可以說，二十世紀跨越了三個“電”的時代，即電氣

54、時代、電子時代和現(xiàn)已進入的電腦時代。不過這種電腦通常是指個人計算機，簡稱PC機。它由主機、鍵盤和顯示器等組成。還有一類計算機，大多數(shù)的人卻不是那么熟悉。這種計算機就是把智能賦予各種機械的單片機，顧名思義，這種計算機的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進行簡單運算和控制。因為它的體積小，通常都藏在被控機械的“肚子”里。它在整個裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個裝置就癱瘓了?，F(xiàn)在，這種單片機的使用領(lǐng)域已十分廣泛，例如智能儀表、實時工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)和家用電器等各種產(chǎn)品一旦用上了單片機，就能起到使產(chǎn)品升級換代的功效，常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞“智能型”，如智能型洗衣機等。現(xiàn)在有些工廠的技術(shù)人員或其它業(yè)余電子開發(fā)者搞出來的某些產(chǎn)品，不是電路太復(fù)雜，就是功能太簡單且極易被仿制。究其原因，可能就出在產(chǎn)品未使用單片機或其它可編程邏輯器件上。 目前單片機滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工