數(shù)控直流電壓源

1、目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc307655268 1緒論 PAGEREF _Toc307655268 h 1 HYPERLINK l _Toc307655269 2系統(tǒng)各方案論證 PAGEREF _Toc307655269 h 3 HYPERLINK l _Toc307655270 設計要求 PAGEREF _Toc307655270 h 3 HYPERLINK l _Toc307655271 總體設計方案論證 PAGEREF _Toc307655271 h 3 HYPERLINK l _Toc307655272 穩(wěn)壓輸出方案論證 PAGEREF _T

2、oc307655272 h 4 HYPERLINK l _Toc307655273 顯示方案論證 PAGEREF _Toc307655273 h 4 HYPERLINK l _Toc307655274 電源方案論證 PAGEREF _Toc307655274 h 4 HYPERLINK l _Toc307655275 系統(tǒng)總體設計方案圖 PAGEREF _Toc307655275 h 5 HYPERLINK l _Toc307655276 3各模塊設計 PAGEREF _Toc307655276 h 6 HYPERLINK l _Toc307655277 3.1 AT89S51單片機 PAGE

3、REF _Toc307655277 h 6 HYPERLINK l _Toc307655278 鍵盤模塊設計 PAGEREF _Toc307655278 h 8 HYPERLINK l _Toc307655279 鍵盤控制器MM74C922 PAGEREF _Toc307655279 h 8 HYPERLINK l _Toc307655280 3.2.2 MM74C922接口電路 PAGEREF _Toc307655280 h 9 HYPERLINK l _Toc307655281 3.3 D/A轉換模塊設計 PAGEREF _Toc307655281 h 10 HYPERLINK l _To

4、c307655282 3.3.1 D/A轉換器DAC0832 PAGEREF _Toc307655282 h 10 HYPERLINK l _Toc307655283 3.3.2 DAC0832接口電路 PAGEREF _Toc307655283 h 12 HYPERLINK l _Toc307655284 可調穩(wěn)壓電路 PAGEREF _Toc307655284 h 13 HYPERLINK l _Toc307655285 轉換模塊的設計 PAGEREF _Toc307655285 h 13 HYPERLINK l _Toc307655286 3.5.1 A/D轉換器ADC0809 PAGE

5、REF _Toc307655286 h 13 HYPERLINK l _Toc307655287 3.5.2 ADC0809接口電路 PAGEREF _Toc307655287 h 15 HYPERLINK l _Toc307655288 顯示模塊的設計 PAGEREF _Toc307655288 h 16 HYPERLINK l _Toc307655289 顯示器LCD1602 PAGEREF _Toc307655289 h 16 HYPERLINK l _Toc307655290 3.6.2 LCD1602接口電路 PAGEREF _Toc307655290 h 17 HYPERLINK

6、l _Toc307655291 電源電路 PAGEREF _Toc307655291 h 18 HYPERLINK l _Toc307655292 電源設計 PAGEREF _Toc307655292 h 18 HYPERLINK l _Toc307655293 4程序設計 PAGEREF _Toc307655293 h 20 HYPERLINK l _Toc307655294 主控程序 PAGEREF _Toc307655294 h 20 HYPERLINK l _Toc307655295 4.2 D/A子程序 PAGEREF _Toc307655295 h 20 HYPERLINK l _

7、Toc307655296 4.3 A/D子程序 PAGEREF _Toc307655296 h 21 HYPERLINK l _Toc307655297 4.4 鍵盤子程序 PAGEREF _Toc307655297 h 22 HYPERLINK l _Toc307655298 步進步減子程序 PAGEREF _Toc307655298 h 22 HYPERLINK l _Toc307655299 設置子程序 PAGEREF _Toc307655299 h 23 HYPERLINK l _Toc307655300 5設計總結 PAGEREF _Toc307655300 h 25 HYPERLI

8、NK l _Toc307655301 參考文獻 PAGEREF _Toc307655301 h 26 HYPERLINK l _Toc307655302 附件一：總原理圖 PAGEREF _Toc307655302 h 27 HYPERLINK l _Toc307655303 附件二：程序編寫 PAGEREF _Toc307655303 h 28 HYPERLINK l _Toc307655304 致謝 PAGEREF _Toc307655304 h 37摘 要本設計是以AT89S51單片機為主控制器的數(shù)控直流電壓源。其中單片機系統(tǒng)是數(shù)控電壓源的核心。它通過軟件的運行來控制整個儀器的工作，從而

9、完成設定的功能。通過數(shù)字鍵盤來設置直流電源的輸出電壓，輸出電壓范圍為0V，最大輸出電流為500mA，并可由液晶屏LCD1602顯示實際輸出電壓值。本設計由單片機程序控制輸出數(shù)字信號，經過D/A轉換器DAC0832輸出模擬量，再經過穩(wěn)壓電路和A/D轉換器ADC0809轉換,最后輸出各種設備所需要的電壓。實際測試結果表明，本系統(tǒng)可實際應用于需要高穩(wěn)定度小功率恒壓源的領域。關鍵字：直流穩(wěn)壓電源；單片機；數(shù)控；DAC0832AbstractThis design uses AT89S51 SCM as the core device design a numerical control DC volt

10、age source system. SCM system is the core of the numerical control voltage source. It is through the operation of the software to control the whole instruments work, so as to complete the function of the device. It can install DC- through the matrix keyboard controller. The maximum current output is

11、 500mA, and can show the actual pipe by digital LCD1602 output voltage values. This system consists of microcontroller program output digital signal, through D/A converter (DAC0832) output analog amplifier, and then after a voltage-stabilizing circuit and A/D converter ADC0809, outputting voltage of

12、 equipment needed finally. Test results show that this system application in need of high stability of small power constant-voltage source fields.Key words：DC stabilized power supply; HYPERLINK app:ds:SCM t SCM; digital control; DAC08321緒論電源技術尤其是數(shù)控電源技術是一門實踐性很強的工程技術，服務于各行各業(yè)。電力電子技術是電能的最佳應用技術之一。當今電源技術融

13、合了電氣、電子、系統(tǒng)集成、控制理論、材料等諸多學科領域。隨著計算機和通訊技術發(fā)展而來的現(xiàn)代信息技術革命，給電力電子技術提供了廣闊的發(fā)展前景，同時也給電源提出了更高的要求。隨著數(shù)控電源在電子裝置中的普遍使用，普通電源在工作時產生的誤差，會影響整個系統(tǒng)的精確度。電源在使用時會造成很多不良后果，世界各國紛紛對電源產品提出了不同要求并制定了一系列的產品精度標準。只有滿足產品標準，才能夠進入市場。隨著經濟全球化的發(fā)展，滿足國際標準的產品才能獲得進出的通行證。數(shù)控電源是從80 年代才真正的發(fā)展起來的，期間系統(tǒng)的電力電子理論開始建立。這些理論為其后來的發(fā)展提供了一個良好的基礎。在以后的一段時間里，數(shù)控電源技

14、術有了長足的發(fā)展。但其產品存在數(shù)控程度達不到要求、分辨率不高、功率密度比較低、可靠性較差的缺點。因此數(shù)控電源主要的發(fā)展方向，是針對上述缺點不斷加以改善。單片機技術及電壓轉換模塊的出現(xiàn)為精確數(shù)控電源的發(fā)展提供了有利的條件1。新的變換技術和控制理論的不斷發(fā)展，各種類型專用集成電路、數(shù)字信號處理器件的研制應用，到90 年代，己出現(xiàn)了數(shù)控精度達到的數(shù)控電源，功率密度達到每立方英寸50W的數(shù)控電源。從組成上，數(shù)控電源可分成器件、主電路與控制等三部分。目前在電力電子器件方面，幾乎都為旋紐開關調節(jié)電壓，調節(jié)精度不高，而且經常跳變，使用麻煩。數(shù)字化智能電源模塊是針對傳統(tǒng)智能電源模塊的不足提出的，數(shù)字化能夠減少

15、生產過程中的不確定因素和人為參與的環(huán)節(jié)數(shù)，有效地解決電源模塊中諸如可靠性、智能化和產品一致性等工程問題，極大地提高生產效率和產品的可維護性。電源采用數(shù)字控制，具有以下明顯優(yōu)點：1、易于采用先進的控制方法和智能控制策略，使電源模塊的智能化程度更高，性能更完美。2、控制靈活，系統(tǒng)升級方便，甚至可以在線修改控制算法，而不必改動硬件線路。3、控制系統(tǒng)的可靠性提高，易于標準化，可以針對不同的系統(tǒng)(或不同型號的產品)，采用統(tǒng)一的控制板，而只是對控制軟件做一些調整即可。4、系統(tǒng)維護方便，一旦出現(xiàn)故障，可以很方便地通過RS232接口或RS485接口或USB接口進行調試，故障查詢，歷史記錄查詢，故障診斷，軟件修

16、復，甚至控制參數(shù)的在線修改、調試；也可以通過MODEM遠程操作。5、系統(tǒng)的一致性好，成本低，生產制造方便。由于控制軟件不像模擬器件那樣存在差異。所以，其一致性很好。由于采用軟件控制，控制板的體積將大大減小，生產成本下降。6、易組成高可靠性的多模塊逆變電源并聯(lián)運行系統(tǒng)。為了得到高性能的并聯(lián)運行逆變電源系統(tǒng)，每個并聯(lián)運行的逆變電源單元模塊都采用全數(shù)字化控制，易于在模塊之間更好地進行均流控制和通訊或者在模塊中實現(xiàn)復雜的均流控制算法(不需要通訊)，從而實現(xiàn)高可靠性、高冗余度的逆變電源并聯(lián)運行系統(tǒng)。2系統(tǒng)各方案論證設計要求（1）輸出電壓：；（2）步進：；（3）最大輸出電流：500mA；（4）紋波電壓小于

17、10mV；（5）使用LCD進行數(shù)字顯示。2.2總體設計方案論證方案一：此方案采用傳統(tǒng)的調整管方案，主要特點在于使用一套十進制計數(shù)器完成系統(tǒng)的控制功能，一方面完成電壓的譯碼顯示，另一方面其輸出作為EPROM的地址輸入，而由EPROM 的輸出經D/A 變換后去控制誤差放大的基準電壓，以控制輸出步進。方案二：采用51 系列單片機作為整機的控制單元，通過改變輸入數(shù)字量來改變輸出電壓值的大小。為了能夠使系統(tǒng)具備檢測實際輸出電壓值的大小，可以經過ADC0809進行模數(shù)轉換，間接用單片機實時對電壓進行采樣，然后進行數(shù)據(jù)處理及顯示。采用軟件方法來解決數(shù)據(jù)的預置以及電壓的步進控制，使系統(tǒng)硬件更加簡潔，各類功能易

18、于實現(xiàn)本系統(tǒng)以直流電源為核心，利用51 系列單片機為主控制器，通過鍵盤來設置直流電源的輸出電壓，設置步進等級可達，并可由液晶顯示器顯示實際輸出電壓值和電壓設定值。利用單片機程控輸出數(shù)字信號，經過D/A 轉換器（DA0832）輸出模擬量，再經過運算放大器隔離放大。單片機系統(tǒng)還兼顧對恒壓源進行實時監(jiān)控，輸出電壓經過電流/電壓轉變后，通過A/D 轉換芯片，實時把模擬量轉化為數(shù)據(jù)量，經單片機分析處理，通過數(shù)據(jù)形式的反饋環(huán)節(jié)，使電壓更加穩(wěn)定，構成穩(wěn)定的壓控電壓源2。經過比較：對于本次設計采用方案二，使設計出的數(shù)控穩(wěn)壓電源更加簡單方便而且實用。方案一采用中、小規(guī)模器件實現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)控部分，使用的芯片很多，造

19、成控制電路內部接口信號繁瑣，中間相互關聯(lián)多，抗干擾能力差。在方案二中采用單片機完成整個數(shù)控部分的功能，也便于系統(tǒng)功能的擴展。2.3穩(wěn)壓輸出方案論證方案一：采用線性調壓電源以改變其基準電壓的方式使輸出電壓增加/減少， 這樣不得不考慮整流濾波后的紋波對輸出的影響。方案二：使用穩(wěn)壓放大電路對電壓的比較放大由于穩(wěn)壓放大電路具有很大的電源電壓抑制比，可以大大減小輸出端的紋波電壓。比較以上兩個方案的優(yōu)缺點：我們采用方案二。因為在方案一中輸出的電壓很難跟蹤電壓的快速變化，而方案二中的輸出電壓波形與 DAC0832的輸出波形相同，不僅可以輸出直流電平，而且只要預先生成產生波形的量化數(shù)據(jù)，便可以輸出多種波形，使

20、系統(tǒng)產生的信號源有一定的驅動能力。 2.4顯示方案論證 方案一：使用數(shù)碼管顯示使用多位數(shù)碼管顯示，顯示不靈活。方案二：使用LCD1602液晶顯示液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內容豐富、超薄輕巧等優(yōu)點。設計要求能顯示當前電壓值?？紤]到數(shù)碼管顯示過于單調，因此采用采用液晶顯示。液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內容豐富等特點，現(xiàn)在點陣型液晶顯示模塊已經是單片機應用設計中常用的信息顯示器件了。即采用方案二。2.5電源方案論證方案一：可選用開關電源開關電源是近代普遍推廣的電源，具有效率高、波紋系數(shù)大、電壓范圍寬、輸出電壓穩(wěn)定等特點。方案二：可選用穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓電源是在負載功率變化時，輸出電壓仍然

21、保持固定的電壓值，且波紋系數(shù)小。穩(wěn)壓電源是使用電子電路輸出電壓達到穩(wěn)定目的的電源。由于開關電源的紋波系數(shù)比較大，且設計要求電壓紋波不大于10mV 。因此采用常用的穩(wěn)壓電源來作為整個系統(tǒng)的電源。所以用方案二。2.6系統(tǒng)總體設計方案圖本數(shù)控直流穩(wěn)壓電源的設計以一穩(wěn)壓電源為基礎，以高性能單片機系統(tǒng)為控制核心，以穩(wěn)壓驅動放大電路、D/A轉換電路、A/D轉換電路為外圍的硬件系統(tǒng)，在檢測與控制軟件的支持下實現(xiàn)對電壓輸出的數(shù)字控制，通過對穩(wěn)壓電源輸出的電壓進行數(shù)據(jù)采樣與給定數(shù)據(jù)比較，從而調整和控制穩(wěn)壓電源的工作狀態(tài)及監(jiān)測開關電路的輸出電流大小3。本數(shù)控直流穩(wěn)壓電源實現(xiàn)以下功能：鍵盤可以直接設定輸出電壓值；可

22、快速調整電壓；LCD顯示電壓值等?？傠娐方Y構圖如圖1所示。AT89S51矩陣鍵盤LCD1602C顯示D/A轉換DAC0832A/D轉換ADC0809可調穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電源+5V+15V-15V鍵盤控制MM74C922圖1 總體結構圖3各模塊設計3.1 AT89S51單片機（1）AT89S51簡介我們采用8051系列的AT89S51作為CPU，AT89S51是一種帶4K字節(jié)FLASH可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術

23、制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容4。（2）主要特性1、與MCS-51兼容；2、8位字長的CPU；3、可在線ISP編程的4KB片內FLASH存儲器，用于程序存儲，可擦寫1000次；4、256B的片內數(shù)據(jù)存儲器，其中高128字節(jié)地址被特殊功能寄存器SFR占用；5、可編程的32根I/O口線（P0P3）；6、2個可編程16位定時器；7、一個數(shù)據(jù)指針DPTR；8、1個可編程的全雙工串行通信口；9、具有“空閑”和“掉電”兩種低功耗工作方式；10、可編程的3級程序鎖定位；11、工作電源的電壓為5（10.2）V；12、振蕩器最高頻率為24MHz；13、編程頻率324 MHz，編程電流1mA

24、，編程電壓為5V5。（3）芯片引腳排列與名稱DIP封裝形式的AT89S51的芯片引腳排列與名稱如圖2所示。圖2 AT89S51的芯片引腳排列與名稱VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個8位并行漏極開路雙向I/O口，作為輸出時可驅動8個TTL負載。該口內無上拉電阻，在設計中作為D/A，A/D及液晶顯示器的數(shù)據(jù)口。P1口：P1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4個TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內部上拉為高，可用作輸入，該口在設計中低四位作為鍵盤輸入口，高四位與RST作為在線編程下載口。P2口：P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖

25、器可接收/輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，可作為輸入。在作為輸出時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流6。該口在設計中作為D/A，A/D及液晶顯示器的控制口。P3口：P3口管腳是帶內部上拉電阻的8位雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流，這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89S51的一些特殊功能口，如下表1所示；該口在設計中使用其特殊功能作為D/A，A/D讀寫信號的控制口。和A/D的中斷輸入口。表1 各端口引腳與復用功能表端口引腳復用功能P30

26、RXD（串行輸入口）P31TXD（串行輸出口）P32/INT0（外部中斷0）P33/INT1（外部中斷1）P34T0（記時器0外部輸入）P35T1（記時器1外部輸入）P36/WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P37/RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）RST：該引腳為復位信號輸入端，高電平有效。在振蕩器穩(wěn)定工作情況下，該引腳被置成高電平并持續(xù)兩個機器周期以上是系統(tǒng)復位。ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。該引腳在設計中作為鎖存器和A/D的時鐘信號。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。/EA/VPP：/EA為訪問芯

27、片內部和芯片外部程序存儲器的選擇信號。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：芯片內振蕩器放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：芯片內振蕩器放大器的輸出。 3.2鍵盤模塊設計3鍵盤控制器MM74C922（1）MM74C922簡介鍵盤的作用是對單片機進行數(shù)據(jù)的輸入，設計中要求是能對電壓進行“+”、“-”，以及電壓值的設定，所以我們采用鍵盤為44的薄膜矩陣鍵盤，再用MM74C922芯片進行識別按鍵后送到AT89S51的并行口P1，P1口中的四個端口將作為鍵盤輸入口。由于傳統(tǒng)的44矩陣鍵盤識別處理程序的編寫相對比較煩瑣。所以我們采用MM74C922芯片

28、來將44矩陣鍵盤的鍵值轉換成4位BCD碼以簡化程序的編寫。（2） 主要特性該芯片由CMOS工藝技術制造，工作電壓3-15V，具有“二鍵鎖定”功能，編碼輸出為三態(tài)輸出，可直接與微處理器數(shù)據(jù)總線相連接，內部振蕩器能完成44矩陣鍵盤掃描，亦可以用外部振蕩器使鍵盤操作與其它處理相同步，通過外接電容可避免開關發(fā)生前、后沿彈跳所需的延時。有按鍵按下時數(shù)據(jù)有效線變高，同時封鎖其它鍵，片內鎖存器將保持鍵盤矩陣的4位編盤，可由微處理器讀出（3）芯片引腳排列與名稱DIP封裝形式的MM74C922的芯片引腳排列與名稱如圖3所示。圖3 MM74C922的芯片引腳排列與名稱VCC：供電電壓（+5+15）；GND：接地；

29、Y1Y4：矩陣鍵盤行輸入，其內部接有上拉電阻；X1X4：矩陣鍵盤列輸入；OUT1OUT4：矩陣鍵盤列輸出；OSC：振蕩器輸入；DA：按鍵有效輸出，當有任意鍵按下是DA輸出高電平；/OE：輸出有效端，低電平有效。MASK：鍵盤屏蔽端。3 MM74C922接口電路設計中MM74C922的輸出口與P1口的低四位相連接，DA端通過反向器與P3.2相連接。每當有按鍵按下時，DA就會產生高電平，同時向P1口低四位傳送16進制的BCD碼，分別對應16個按鍵。MM74C922與鍵盤及AT89S51的接線圖見圖46。鍵盤所代表的功能見表2。圖4 MM74C922接口電路表2 鍵盤功能表鍵盤數(shù)功能鍵盤數(shù)功能SW1

30、1SW97SW22SW108SW33SW119SW4減SW12復位SW54SW13點SW65SW140SW76SW15確認SW8取消SW16加3.3 D/A轉換模塊設計3 D/A轉換器DAC0832（1）DAC0832簡介，由此可以采用8位的D/A轉換器就能滿足設計要求。因此我采用常用的DAC0832芯片。8位字長的D/A轉換器DAC0832具有256種狀態(tài)，能滿足設計需要。DAC0832芯片是具有兩個輸入數(shù)據(jù)寄存器的8位DAC，它能直接與AT89S51單片機相連接。（2）主要特性1、8位分辨率；2、電流型輸出，穩(wěn)定時間為1uS；3、可雙緩沖輸入，單緩沖輸入或直接數(shù)字輸入；4、單一電源供電（+

31、5+15V）；5、低功耗（20mW）。（3）芯片引腳排列與名稱DIP封裝形式的DAC0832的芯片引腳排列與名稱如圖5所示。圖5 DAC0832的芯片引腳排列與名稱VCC：電源電壓，+5V。GND：地線輸入端。D0D7：8位數(shù)字量輸入引腳。單片機由這8根線傳送給D/A轉換數(shù)字量。D7為最高有效位，D0為最低有效位。Vref：參考電壓端。/CS：片選信號，當/CS為低電平時候，芯片被選中工作。ILE：允許數(shù)字量輸入線。高電平有效。/XREF：傳送控制輸入線，低電平有效。/WR1，/WR2：寫命令輸入線。Rfb：運算放大器反饋線。Iout1，Iout2：模擬電流輸出線，Iout1+Iout2為一常

32、數(shù)。3 DAC0832接口電路DAC0832 主要特點是輸入為雙緩沖結構，數(shù)字信號在進入D/A轉換前，將經過兩個獨立控制的8 位鎖存器傳送。其優(yōu)點是D/A 轉換的同時，DAC寄存器中保留現(xiàn)有的數(shù)據(jù)，而在輸入寄存器中可送入新的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)中多個D/A轉換器內容可用一公共的選通信號選通輸出。，當電壓控制字從0，2，4，到198時，可調穩(wěn)壓源將輸出0.0，0.1，9.9。由于DAC0832是電流輸出型，輸出的電流隨輸入的電壓控制字線性變化。若要得到電壓，還將需要外接一個運算放大器來實現(xiàn)電流到電壓的轉換。由于DAC0832 輸出端必加集成運算放大器，所以需外加LM324相配適用7?？紤]到設計需要，我采用

33、了單緩沖雙級性的接法，如圖6所示。圖6 DAC0832接口電路其計算公式為：其中Vref為參考電壓，D為DAC0832接收到的數(shù)據(jù)。5為DAC0832基準電壓。如果圖中所示電阻RX，RY，RZ的阻值選取適當，則輸出電壓范圍在電壓控制字從0，2，4，到198變換時根據(jù)上式計算可得輸出電壓為+4.9V-5V，正好滿足后續(xù)電路的要求。其中P2.7為DAC0832的片選控制端?？烧{穩(wěn)壓電路為了獲得較大的負載電流，可調穩(wěn)壓部分使用了最大輸出電流為1A的7805三端集成穩(wěn)壓塊。7805原本是輸出固定電壓為5V的集成穩(wěn)壓塊，但可以外接電路來改變輸出電壓值。可調穩(wěn)壓的電路見圖7。圖7 可調穩(wěn)壓電路設運放為理想

34、狀態(tài)。這時，可認為運放輸入電壓很小。即：其中Vin為D/A部分輸出的雙級性電壓，5為7805的穩(wěn)壓值。由上式可見，Vout與Vin之間成線形關系，當Vin發(fā)生變化時，輸出電壓也會改變。由于Vin是DAC0832輸出電壓，它的范圍是+4.9V-5V，因而Vout的變化可以從0.0V9.9V。經實驗證明：這種可調穩(wěn)壓輸出具有良好的負載特性，輸出最大負載電流可達到1A。電壓輸出端接上500mA負載與未接負載（空載）之間輸出電壓僅相差0.04V以內。3.5.A/D轉換模塊的設計3.5.1 A/D轉換器ADC0809（1）ADC0809簡介ADC0809是美國國家半導體公司生產的8位ADC，它是采用逐次

35、逼近的方法來完成A/D轉換的。ADC0809由單一+5V電源供電，片內有帶鎖存功能的8路模擬多路開關，可對8路05V的輸入模擬電壓信號分時進行轉換，完成一次轉換約需100us；輸出具有TTL三臺鎖存緩沖器，可以直接接到單片機數(shù)據(jù)總線上。通過適當?shù)耐饨与娐?，ADC0809可對05V的雙級性模擬信號進行轉換。（2）主要特性1、8路8位A/D轉換器，即分辨率8位； 2、具有轉換起?？刂贫?； 3、轉換時間為100s；4、單5V電源供電；5、模擬輸入電壓范圍05V，不需零點和滿刻度校準； 6、工作溫度范圍為-4085攝氏度；7、低功耗，約15mW。（3）芯片引腳排列與名稱DIP封裝形式的ADC0809的

36、芯片引腳排列與名稱如圖8所示。圖8 0809引腳圖排列與名稱各引腳功能說明如下：VCC：電源電壓，+5V。GND：地線輸入端。D0D7：8位數(shù)字量輸出引腳。A/D轉換結果由這8根線傳送給單片機。D7為最高有效位，D0為最低有效位。IN0IN7：8路模擬量輸入引腳。Vref(+)：參考電壓正端。Vref(-)：參考電壓負端。START：啟動信號輸入端。START為正脈沖，其上升沿清除ADC0808的內部的各寄存器，其下降沿啟動A/D開始轉換。ALE：地址鎖存啟動信號。在ALE的上升沿，將A、B、C上的通道地址鎖存到內部的地址鎖存器。START和ALE兩信號用于啟動A/D轉換。EOC：轉換完成信號

37、。當EOC上升為高電平時，表明內部A/D轉換已完成。OE：允許輸出信號。當OE=1時，即為高電平，允許輸出鎖存器輸出數(shù)據(jù)。CLK：時鐘輸入信號。0809的時鐘頻率范圍在101200kHz，典型值為640kHz。A、B、C：3位地址輸入線。經過譯碼后可選通IN0IN78個通道中的一個通道進行轉換。A、B、C的輸入與選通的通道的關系如表3所示。表3 A、B、C的輸入與選通的通道的關系被選通的通道C B A被選通的通道C B AIN00 0 0IN41 0 0IN10 0 1IN51 0 1IN20 1 0IN61 1 0IN30 1 1IN71 1 13.5.2 ADC0809接口電路由于輸出電壓

38、范圍是0.0V9.9V超出了ADC0809的測量范圍，因此使用電位器將輸出電壓分壓后送至ADC0809的輸入端。ADC0809與AT89S51的接口電路如圖9所示。圖9 ADC0809接口電路其中P2.6為0809的片選信號，與WR和RD分別通過或非門接到0809的START和OE上，EOC通過非門與AT89S51的INT1相接。由于0809需要時鐘信號，因此可以從AT89S51的ALE端得到6分頻的振蕩信號，為了使6分頻后的信號能夠滿足0809的需求，我們所采用的是4M的晶體振蕩器。3.6顯示模塊的設計3.6.1顯示器LCD1602（1）LCD1602簡介本設計中采用了1602型點陣式液晶顯

39、示器。LCD技術和半導體技術的結合使該顯示模塊具有較高的可靠性和低功耗性。1602型點陣式液晶顯示模塊內部有字符存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。該顯示模塊可直接與AT89S51單片機相接，所有的顯示功能由控制器傳送指令來實現(xiàn)。它由單一的+5V的電源供電，數(shù)據(jù)傳送方式分為4位和8位兩種。內有顯示92個ASCII字符和92個特殊字符的字庫。（2）引腳排列與名稱1602C引腳排列與名稱如圖10所示。圖10 1602引腳排列與名稱VSS：電源地。VDD：電源正極，4.55.5V，通常使用5V電壓。VEE：LCD對比度調節(jié)端，電壓調節(jié)范圍為05V。RS：寫入數(shù)據(jù)或者指令選擇端。要寫入指令時，使RS為低電平；要寫入數(shù)

40、據(jù)時，使RS為高電平。 R/W：讀寫控制端。R/W為高電平時，讀取數(shù)據(jù)；R/W為低電平時，寫入數(shù)據(jù)。 E：LCD模塊使能信號控制端。寫數(shù)據(jù)時，需要下降沿觸發(fā)。D0D7：8位數(shù)據(jù)總線，三態(tài)雙向。如果I/O口資源緊張的話，該模塊也可以只使用4位數(shù)據(jù)線D4D7接口傳送數(shù)據(jù)。BKA： LED背光正極。需要背光時，BKA串接一個限流電阻接VDD，BLK接地，實測該模塊的背光電流為50mA左右。BLK： LED背光地端。3.6.2 LCD1602接口電路LCD1602與AT89S51的接口電路如圖11所示8。圖11 LCD顯示電路3.7電源電路本設計共用到電源有三種：即15V，+5V 。我們可以用穩(wěn)壓電源

41、來實現(xiàn)要求。穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路組成，如圖12所示。電源變壓器整流電路穩(wěn)壓電路濾波電路U22U3U4U5U12圖12 電源方框及波形圖3.7.1電源設計輸入220V，50Hz交流電。經電源變壓器、全橋整流、濾波、穩(wěn)壓后得到15V和+5V三種輸出，+5V部分供單片機及D/A，A/D，顯示等部分使用，電流最大約400mA；+15V和-15V部分供運放使用，最大電流不超過50mA。在電源電路中，對于濾波電容的選擇，要考慮：（1）整流管的壓降；（2）7805、7815、7915最小允許壓降；（3）電網波動10%。從而對于電源：允許最大波紋的峰峰值； 接近似電流放電計算，假

42、設（通角），則選取濾波電容。對于+5V電源允許的最大紋波峰峰值； 選取濾波電容。電路如圖13所示。圖13電源部分原理圖4程序設計4.1主控程序圖14為系統(tǒng)主控程序9。開始系統(tǒng)初始化D/A子程序鍵盤處理子程序A/D子程序有鍵按下？顯示子程序是否圖14 系統(tǒng)主控程序框圖4.2 D/A子程序圖15為D/A子程序框圖。開始將顯示值轉換成對應的數(shù)字量數(shù)字量送D/A返回1圖15 D/A子程序框圖可以看出，D/A子程序的作用是將設定的數(shù)字量通過變換送給D/A。4.3 A/D子程序圖16為A/D子程序框圖。開始返回將輸出電壓轉換成數(shù)字量與送D/A數(shù)字量相比較是否相等？將送D/A數(shù)字量減02H相等不等大于送D/

43、A數(shù)字量？是否將送D/A數(shù)字量加02H1圖16 A/D子程序框圖由A/D子程序框圖看出，修改精度為兩個數(shù)字量，由于A/D和D/A的精度限制，修改量只能達到0.1V，但足已滿足設計需要。4.4 鍵盤子程序圖17為鍵盤子程序框圖。開始判斷按鍵+-設 置其 它步進，步減子程序設置子程序返回圖17 鍵盤子程序框圖框圖4步進步減子程序圖18為步進，步減子程序框圖。開始D/A數(shù)字量加02H為“+”？1否是D/A數(shù)字量加02H返回是否為9.9V否是否為0.0V否保持不變?yōu)椤?”？是是是圖18 步進，步減子程序框圖由步進，步減子程序框圖可以看出，如果每次把D/A的數(shù)字量加02H，可以使步進量和步減量為10。如

44、果采用更高位的D/A轉換器?？梢允共竭M量和步減量進一步的減小,以滿足更高的要求。4設置子程序圖19為設置子程序框圖。返回數(shù)字鍵？顯示PLEASE SETVOLTAGE V判斷按鍵顯示PLEASE SET VOLTAGE X V否判斷按鍵是顯示PLEASE SET VOLTAGE X. V是取消鍵？顯示 SET CANCLE VOLTAGE A.B V（AB為設置前電壓值）是否判斷按鍵“?！辨I？否取消鍵？是22否3數(shù)字鍵？否取消鍵？是否3判斷按鍵顯示PLEASE SET VOLTAGE X.Y V是4確認鍵？否取消鍵？否是4顯示SET COMPLATE VOLTAGE X.Y V是開始圖19 設

45、置子程序框圖由設置子程序可以看出，進入設置子程序后就屏蔽了“+”，“-”和設置鍵。然后逐步判斷按鍵，執(zhí)行相應程序。5設計總結在本次畢業(yè)設計的過程中，我發(fā)現(xiàn)很多的問題，給我的感覺就是很難，很不順手，看似很簡單的電路，要動手把它給設計出來，是很難的一件事，主要原因是我們沒有經常動手設計過電路，還有資料的查找也是一大難題，這就要求我們在以后的設計中，應該注意到這一點，更重要的是我們要學會把從書本中學到的知識和實際的電路聯(lián)系起來，這不論是對我們以后的就業(yè)還是學習，都會起到很大的促進和幫助，我相信，通過這次的畢業(yè)設計，在以后的時間中我會更加努力，力爭把這門課學好，學精。同時，通過本次畢業(yè)設計，鞏固了我們

46、學習過的專業(yè)知識，也使我們把理論與實踐從真正意義上相結合了起來；考驗了我們借助互聯(lián)網絡搜集、查閱相關文獻資料，和組織材料的綜合能力；從中可以自我測驗，認識到自己哪方面有欠缺、不足，以便于在日后的時間中得以改進、提高；通過使用電路CAD 軟件Protel 99 se ，也讓我們了解到計算機輔助設計(CAD)的智能化，有利于提高工作效率。參考文獻1 宋開軍，楊國渝智能穩(wěn)壓電源設計J HYPERLINK :/ lunwentianxia /class_free/148_1.shtml 電子技術，2003(10)：48-492 高松基于單片機的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源J陶瓷研究與職業(yè)教育，2008(2)：43

47、-443 謝明亮，馬學強，蘇向陽數(shù)控直流穩(wěn)壓電源J數(shù)字技術與應用，2009(12)：10-114 高偉AT89C51單片機原理及應用（第一版）M北京：國防工業(yè)出版社，2008：71-755 潘永雄新編單片機原理與應用M西安：西安電子科技大學出版社，2007：19-25，65-666 江太輝MCS-51系列單片機原理與應用M廣州：華南理工大學出版社，1900：40-457 李洪明LM324四運放的應用J無線電，1991(9)：39-408 趙亮液晶顯示模塊LCD1602應用J電子制作，2007(3)：58-59 9 湯競南，沈國琴51單片機C語言開發(fā)與實例M北京：人民郵電出版社，2008：1-4

48、，89-9510 張萌，和湘，姜斌單片機應用系統(tǒng)開發(fā)綜合實例（第一版）M北京：清華大學出版社，2007：94-97附件一：總原理圖附件二：程序編寫鍵盤掃描程序#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit key1=P10;sbit key2=P11;void delay(uint z); uchar keyscan() / 鍵盤掃描程序 uchar temp,num; num=17; temp=P1; temp=temp&0 xf0; while(temp!=0 xf0) delay(20); temp=P1;

49、 temp=temp&0 xf0; if(temp!=0 xf0) /delay(10); /延遲去抖 P1=P1&0 xf0; while(P1!=0 xf0); switch(temp) case 0 xd0:num=8;break; / p1.0與p1.5的交處, case 0 xb0:num=9;break; case 0 x70:num=15;break; default:break; else break; P1=0 xfd; temp=P1; temp=temp&0 xf0; while(temp!=0 xf0) delay(20); temp=P1; temp=temp&0 x

50、f0; if(temp!=0 xf0) /delay(10);P1=P1&0 xf0;while(P1!=0 xf0); switch(temp) case 0 xe0:num=4;break; case 0 xd0:num=5;break; case 0 xb0:num=6;break; case 0 x70:num=14;break; default:break; else break; P1=0 xfb; temp=P1; temp=temp&0 xf0; while(temp!=0 xf0) delay(20); temp=P1; temp=temp&0 xf0; if(temp!=0

51、 xf0) /delay(10); P1=P1&0 xf0;while(P1!=0 xf0); switch(temp) case 0 xe0:num=1;break; case 0 xd0:num=2;break; case 0 xb0:num=3;break; case 0 x70:num=13;break; default:break; else break; P1=0 xf7; temp=P1; temp=temp&0 xf0; while(temp!=0 xf0) delay(20); temp=P1; temp=temp&0 xf0; if(temp!=0 xf0) /delay(

52、10); P1=P1&0 xf0;while(P1!=0 xf0); switch(temp) case 0 xe0:num=10;break; case 0 xd0:num=0;break; case 0 xb0:num=11;break; case 0 x70:num=12;break; default:break; else break; return num;主程序 #include#include#include#include#includekeyscan.h#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define dac0832 XBYTE0X7FFF /P2.7作片選，啟動DA轉換#define int0 XBYTE0X7FF8 /結束AD轉換，鎖存通道0，讀出AD值uc