畢業(yè)設計(論文)-大功率直流開關電源設計管理資料

第1章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(chǎn)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(chǎn)品提出了不同要求并制定了一系列的產(chǎn)品精度標準。只有滿足產(chǎn)品標準，才能夠進入市場。隨著經(jīng)濟全球化的發(fā)展，滿足國際標準的產(chǎn)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)控電源技術有了長足的發(fā)展。但其產(chǎn)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。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，，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(jīng)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)字化能夠減少生產(chǎn)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(chǎn)品一致性等工程問題，極大地提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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)。隨著人們生活水平的不斷提高,數(shù)字化控制無疑是人們追求的目標之一,它所給人帶來的方便也是不可否定的,其中數(shù)控制直流穩(wěn)壓電源就是一個很好的典型例子,但人們對它的要求也越來越高,要為現(xiàn)代人工作、科研，生活、提供更好的，更方便的設施就需要從數(shù)字電子技術入手，一切向數(shù)字化，智能化方向發(fā)展.本文所介紹的簡易直流穩(wěn)壓電源計與傳統(tǒng)的穩(wěn)壓電源相比，具有操作方便，電壓穩(wěn)定度高的特點，其輸出電壓大小采用數(shù)字顯示，主要用于要求電源精度比較高的設備，或科研實驗電源使用，并且此設計，沒有用到單片機，只用到了數(shù)字技術中的可逆計數(shù)器，D/A轉換器，譯碼顯示等電路，具有控制精度高，制作比較容易等優(yōu)點。輸出電壓范圍0-30v，電壓調整率Sv<%V；電流調整率Si<%A；紋波電壓〈峰峰值<=5mA；輸出電流1A具有過流保護和短路保護功能；用數(shù)字顯示輸出電壓采用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，從而使輸出功率管的基極電壓發(fā)生變化，間接地改變輸出電壓的大小。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(jīng)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)的預置以及電流的步進控制，使系統(tǒng)硬件更加簡潔，各類功能易于實現(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流，，并可由數(shù)碼管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(jīng)過D/A轉換器（DA0832）輸出模擬量，再經(jīng)過運算放大器隔離放大，控制輸出功率管的基極，隨著功率管基極電電流的變化而輸出不同的電壓。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(jīng)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(jīng)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。此數(shù)控直流穩(wěn)壓電源共有六部分，輸出電壓的調節(jié)是通過“+”，“-”兩鍵操作，控制可逆計數(shù)器分別作加，減計數(shù)，可逆計數(shù)器的二進制數(shù)字輸出分兩路運行：一路用于驅動數(shù)字顯示電路，精確顯示當前輸出電壓值；另一路進入數(shù)模轉換電路（D/A轉換電路），數(shù)模轉換電路將數(shù)字量按比例，轉換成模擬電壓，然后經(jīng)過射極跟隨器控制,調整輸出級，輸出穩(wěn)定直流電壓。為了實現(xiàn)上述幾部分的正常工作，需要另制土15V，和±5V的直流穩(wěn)壓電源，及一組未經(jīng)穩(wěn)壓的12V~17V的直流電壓。此下所講的數(shù)控電源主要就是對此組電壓進行控制，使輸出0~±5V的穩(wěn)定的可調直流電壓。此原理方框圖如下圖1-1所示。圖1-1原理方框圖第2章系統(tǒng)硬件設計MCS—51單片機主要應用特性MCS-51單片機是美國Intel公司于1980年推出的產(chǎn)品，與MCS-48單片機相比，它的結構更先進，功能更強，在原來的基礎上增加了更多的電路單元和指令,指令數(shù)達111條，MCS-51單片機可以算是相當成功的產(chǎn)品，一直到現(xiàn)在，MCS-51系列或其兼容的單片機仍是應用的主流產(chǎn)品，各高校及專業(yè)學校的培訓教材仍用MCS-51單片機作為代表進行理論基礎學習。我們也以這一代表性的機型進行系統(tǒng)的設計。MCS-51系列單片機主要包括8031、8051和8751等通用產(chǎn)品，其主要功能如下：8位CPU?4kbytes程序存儲器(ROM)?128bytes的數(shù)據(jù)存儲器(RAM)?32條I/O口線?111條指令，大部分為單字節(jié)指令?21個專用寄存器?2個可編程定時/計數(shù)器5個中斷源，2個優(yōu)先級一個全雙工串行通信口?外部數(shù)據(jù)存儲器尋址空間為64kB?外部程序存儲器尋址空間為64kB?邏輯操作位尋址功能?雙列直插40PinDIP封裝?單一+5V電源供電MCS-51以其典型的結構和完善的總線專用寄存器的集中管理，眾多的邏輯位操作功能及面向控制的豐富的指令系統(tǒng)，堪稱為一代“名機”，為以后的其它單片機的發(fā)展奠定了基礎。正因為其優(yōu)越的性能和完善的結構，導致后來的許多廠商多沿用或參考了其體系結構，有許多世界大的電氣商豐富和發(fā)展了MCS-51單片機，像PHILIPS、Dallas、ATMEL等著名的半導體公司都推出了兼容MCS-51的單片機產(chǎn)品，就連我國的臺灣WINBOND公司也發(fā)展了兼容MCS-51的單片機品種。近年來MCS-51獲得了飛速的發(fā)展，MCS-51的發(fā)源公司Intel由于忙于開發(fā)PC及高端微處理器而無精力繼續(xù)發(fā)展自己的單片機，而由其它廠商將其發(fā)展，最典型的是PHILIPS和ATMEL公司，PHILIPS公司主要是改善其性能，在原來的基礎上發(fā)展了高速I/O口，A/D轉換器，PWM(脈寬調制)、WDT等增強功能，并在低電壓、微功耗、擴展串行總線(I2C)和控制網(wǎng)絡總線(CAN)等功能加以完善。ATMEL公司推出的AT89Cxx系列兼容MCS-51的單片機，完美地將Flash(非易失閃存技術)EPROM與80C51內核結合起來，仍采用MCS-51的總體結構和指令系統(tǒng)，F(xiàn)lash的可反擦寫程序存儲器能有效地降低開發(fā)費用，并能使單片機作多次重復使用。8051是MCS-51系列單片機中的代表產(chǎn)品，它內部集成了功能強大的中央處理器，包含了硬件乘除法器、21個專用控制寄存器、4kB的程序存儲器、128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器、4組8位的并行口、兩個16位的可編程定時/計數(shù)器、一個全雙工的串行口以及布爾處理器。MCS-51采用模塊式結構，MCS-51系列中各種加強型單片機都是以8051為核心加上一定的新的功能部件后組成的，從而使它們完全兼容。表2-1為MCS-51系列單片機常用產(chǎn)品特性。表2-1MCS-51系列單片機常用產(chǎn)品特性型號片內存儲器I/O線定時器/計數(shù)器片外尋址空間(KB)程序數(shù)據(jù)程序數(shù)據(jù)80514KROM128322個16位646487514KEPROM128322個16位64648031無128322個16位646480C514KROM128322個16位646487C514KEPROM128322個16位646480C31無128322個16位646480524KROM256323個16位646487524KEPROM256323個16位64648032無256323個16位6464MCS-51具有比較大的尋址空間，地址線寬達16條，即外部數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器的尋址范圍達216=64kB，這作為單片機控制來說已是比較大的，這同時具備對I/O口的訪問能力。此外，MCS-51采用模塊化結構，可方便地增刪一個模塊就可使引腳和指令兼容的新產(chǎn)品，從而容易使產(chǎn)品形成系列化。由于MCS-51集成了幾乎完善的8位中央處理單元，處理功能強，中央處理單元中集成了方便靈活的專用寄存器，硬件的加、減、乘、除法器和布爾處理機及各種邏輯運算和轉移指令，這給應用提供了極大的便利。MCS-51的指令系統(tǒng)近乎完善，指令系統(tǒng)中包含了全面的數(shù)據(jù)傳送指令、完善的算術和邏輯運算指令、方便的邏輯操作和控制指令、對于編程來說，是相當靈活和方便的。MCS-51單片機的工作頻率為2-12MHZ，當振蕩頻率為12MHz時，一個機器周期為1us，這個速度應該說是比較快的。MCS-51把微型計算機的主要部件都集成在一塊芯片上，使得數(shù)據(jù)傳送距離大大縮短，可靠性更高，運行速度更塊。由于屬于芯片化的微型計算機，各功能部件在芯片中的布局和結構達最優(yōu)化，抗干擾能力加強，工作亦相對穩(wěn)定。因此，在工業(yè)測控系統(tǒng)中，使用單片機是最理想的選擇。單片機屬于典型的嵌入式系統(tǒng)，所以它是低端控制系統(tǒng)最佳器件。鑒于MCS-51的以上特點，本文的設計就是基于MCS-51的8301型號單片機來設計的。系統(tǒng)面板設計及控制原理圖面板設計控制系統(tǒng)面板如圖2-1所示。圖2-1控制面板在圖2-1中控制面板中設置了一個“+”一個“—”控制區(qū)兩個控制按鍵，兩個發(fā)光二極管（分別是警報指示、運行指示）、三位數(shù)碼顯示管。

系統(tǒng)控制原理圖500500IKIK11XI10KIXDCBAdeD/A.轉換部分^00100TTT13遼1TTo113nrnoVVO5V4.7K系統(tǒng)控制原理圖500500IKIK11XI10KIXDCBAdeD/A.轉換部分^00100TTT13遼1TTo113nrnoVVO5V4.7K調整箍出3DD15D2±lOOuF74LS48fgDAC0832T1X3卡EOKbKIMIsbETO計數(shù)部分4174LS192jDAC0832|L-IS3卡EDKbHlkclinternaDbCcBdAef74LS48gQB圖2-2系統(tǒng)控制原理圖微型處理器8031單片機是Intel公司生產(chǎn)的MCS-51系列單片機中的一種，除無片內ROM外，其余特性與MCS-51單片機基本一樣。8031性能特點8031的主要性能包括:(1)與MCS-51位控制器產(chǎn)品系列兼容。寬工作電壓范圍，?6V。全靜態(tài)工作，可從0Hz至16Hz。128X8位內部RAM。(5)32條可編程I/O線。(6)兩個16位定時器/計數(shù)器。(7)中斷結構具有5個中斷源和2個優(yōu)先級8031硬件結構及引腳功能8031的內部硬件結構如圖2-3所示：PkQ匚Pkl匚P1.2匚P1.3匚Pl.4PkQ匚Pkl匚P1.2匚P1.3匚Pl.4匚P1.5匚P1.6匚P1.7匚(RXD)(TXP)(INTO)UNT7)(TO)XTAL2匚KTALI匚GND匚14023933543753663573S339321Q3111301229132S142715261625172Aia231B222021P3.1匚P3.2匚P3.3匚P3.4匚VGCPO.OfAD-O)PO.1(AD1)F0.2(AD-2)PD.3(AD3)FD.4CAD4)FD.5CAD-5)FD.6[AUejP0.7CAD-7)EAA/F戶ALE/PROG(A14)[A13}圖2-38031引腳圖在圖2-3中所示，8031單片機采用40引腳雙列直插封裝（DIP）形式。采用方形封裝工藝。由于受到引腳數(shù)目的限制，所以有一些引腳具有第二功能。在單片機的40條引腳中，有2條專用于主電源的引腳，2條外接晶體的引腳，4條控制和其它電源復用的引腳，32條輸入/輸出引腳。下面分別說明這些引腳的名稱和功能。（1） 主電源引腳Vcc和GNDVcc:芯片主電源，正常工作時接+5V電源。GND：接電源地。（2） 時鐘振蕩引腳XTAL1和XTAL2XTAL1:接外部晶體的一端。在單片內部，它是反相放大器的輸入端，該放大器構成了片內振蕩器。在測外部時鐘電路時，對于HMOS單片機，此引腳必須接地；對CHMOS單片機，此引腳作為驅動端。XTAL2:接外部晶體的另一端。在單片機內部,接至上述振蕩器的反相放大器的輸出端，振蕩器的頻率是晶體振蕩頻率。若采用外部時鐘電路時，對于HMOS單片機，該引腳輸入外部時鐘脈沖；對于CHMOS單片機，此引腳應懸空（3） 控制信號引腳RST/Vpd、ALE/PROG、PSEN和EA/Vpp。ALE/PRO了：地址鎖存使能輸出/編程脈沖輸入端。在擴展系統(tǒng)時，ALE用于控制把P0口輸出的低8位地址鎖存起來，以實現(xiàn)低8位地址和數(shù)據(jù)的隔離，P0口作為數(shù)據(jù)地址復用口線。當訪問單片機外部程序或數(shù)據(jù)存儲器或外接I/O口時，ALE輸出脈沖的下降沿用低8位地址的鎖存信號；即使不訪問單片機外部程序或數(shù)據(jù)存儲器或外接I/O口，ALE端仍以晶振頻率的1/6輸出脈沖信號，因此可以作為外部時鐘或外部定時信號使用。但應注意，此時不能訪問單片機外部程序、數(shù)據(jù)存儲器或外設I/O接口。PSE亍：片外程序存儲器讀選通信號。在CPU向片外程序存儲器讀取指令和常數(shù)時，每個機器周期PSEF兩次低電平有效。但在此期間，每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或I/O接口時無效出現(xiàn)。EA/Vpp:訪問程序存儲器控制信號/編程電源輸入端。當EA端輸入高電平時，單片機訪問片內的程序存儲器，在低4KB地址時，將自動轉向執(zhí)行外部程序存儲器的程序。當EA輸入低電平時，CPU僅訪問片外程序存儲器。在對8751EPROM編程時,此引腳接+21V的編程電壓VPP。RST/Vpd:復位/掉電保護信號輸入端。單片機上電后，只要在該引腳上輸入24個振蕩周期2個機器周期0寬度以上的高電平就會使單片機復位；若在RST與Vcc之間接一個10口F的電容，則可實現(xiàn)單片機上電自動復位。RST/Vpd具有復位功能,在主電源Vcc掉電期間，該引腳可接上+5V的備用電源。當Vcc掉到低于規(guī)定的電平，而Vpd在其規(guī)定的電壓范圍內時，+5V就向片內RAM提供備用電源，以保持片內RAM中的數(shù)據(jù)不丟失，復位后能繼續(xù)正常運行。（4）輸入/輸出（I/O）引腳P0、P1、P2、P3（共32根）?:P0口是一個8位雙向I/O端口。在訪問片外存儲器時，它分時提供低8位地址和作8位雙向數(shù)據(jù)總線。在EPROM編程時，從P0口輸入指令字節(jié)；在驗證程序時，則輸出指令字節(jié)（驗證時要外接上拉電阻）。P0口能一吸收電流的方式驅動8個LSTTL負載。?:P1口是8位準雙向I/O端口。在EPROM編程和程序驗證時，它輸入低8位址。P1口能驅動4個LSTTL負載。?:P2口是8位準雙向I/O端口。在CPU訪問外部存儲器時，它輸出高8位地址。在對EPROM編程和程序驗證時，它輸出高8位地址。P2口可驅動4個LSTTL負載。?:P3口是8位準雙I/O端口。它是一個復用功能口。作為第一功能使用時，為普通I/O口，其功能和操作方法與P1口相同。作為第二功能使用時，各引腳的定義如表2-2所示。P3口的每一引腳均可獨立定義第一功能的輸入輸出或第二功能。P3口能驅動4個LSTTL負載。表2-2各口線的第二功能定義口線引腳第二功能

10RD（串行輸入口）X11TD（串行輸出口）V12INTO（外部中斷0）13INT1（外部中斷1）14T（定時器0外部輸入）15T（定時器1外部輸入）16WR（外部數(shù)據(jù)存儲器與脈沖）17RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀脈沖）系統(tǒng)擴展8031具有很強的擴展功能，允許擴展各種外圍電路以補充片內資源不足，適應特定應用的需要，擴展內容包括數(shù)據(jù)存儲器、程序存儲器、I/O接口等擴展結構如圖2-4所示：AAAy8031數(shù)據(jù)存儲器V卩VVAAAy8031數(shù)據(jù)存儲器V卩VVU程序存儲器I/O接口圖2-48031系統(tǒng)擴展結構圖I/O接口的擴展由于我們采集的數(shù)據(jù)量較多，因此CPU的I/O口線不夠用，所以我們使用8255A來擴展I/O口，以滿足系統(tǒng)的要求。8255A是Intel公司生產(chǎn)的通用可編程并行I/O接口芯片。8031和8255A相連可為外設提供三個8位I/O端口，允許采用同步、異步和中斷方式傳送I/O數(shù)據(jù)。8255A內部結構和引腳功能（1）內部結構8255A內部由四部分電路組成。它們是A口、B口和C口，A組控制器和B控制器，數(shù)據(jù)緩沖器及讀寫控制邏輯，如圖2-5所示。A口、B口和C口。A口、B口和C口均為8位I/O數(shù)據(jù)口，但結構上略有差別。A口由一個8位的數(shù)據(jù)輸出緩沖/鎖存器和一個8位的數(shù)據(jù)輸入緩沖/鎖存器組成。B口由一個8位的數(shù)據(jù)輸出緩沖/鎖存器和一個8位的數(shù)據(jù)輸入緩沖器組成。三個端口都可以和外設相連，分別傳送外設的輸入/輸出數(shù)據(jù)或控制信息。A、B組控制電路。這是兩組根據(jù)CPU的命令字控制8255工作方式的電路。A組控制A口及C口的高4位，B組控制B口及C口的低4位。數(shù)據(jù)總線緩沖器。它是一個8位的雙向三態(tài)驅動器，用于與單片機的數(shù)據(jù)總線相連，傳送數(shù)據(jù)或控制信息。讀/寫控制邏輯。這部分電路接收MCS-51送來的讀/寫命令和選口地址，用于控制對8255A的讀/寫。圖2-58255A芯片的內部結構圖（2）引腳功能8255A有40條引腳，采用雙列直插式封裝。如圖2-6所示。

341-03-3_ys2227_u1234cl.-67DDDDDDDD■A'AAA'A'A'AA-ppppppppRDWRAO341-03-3_ys2227_u1234cl.-67DDDDDDDD■A'AAA'A'A'AA-ppppppppRDWRAOAlRESETS255APBOPB1PB2PB3PB4PB5PB6PB7PCOPCIPC2PC3PC4PC5PC6PC7IB19

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g2514T6T7T7TO圖2-68255A引腳圖數(shù)據(jù)總線（8條）：DO?D7:三態(tài)雙向數(shù)據(jù)總線，8255A與CPU數(shù)據(jù)傳送的通道，當CPU執(zhí)行輸入輸出指令時，通過它實現(xiàn)8位數(shù)據(jù)的讀/寫操作，控制字和狀態(tài)信息也通過數(shù)據(jù)總線傳送。控制總線（6條）：RESET:復位信號，輸入高電平有效。一般和單片機的復位相連，復位后，8255A所有內部寄存器清0,所有口都為輸入方式。CS:片選信號線，當這個輸入引腳為低電平時有效，表示芯片被選中，允許8255A與CPU進行通訊。RD:讀信號線，當這個輸入引腳為低電平時，允許8255A通過數(shù)據(jù)總線向CPU發(fā)送數(shù)據(jù)或狀態(tài)字。WR:寫入信號，當這個輸入引腳為低電平時，允許CPU將數(shù)據(jù)或控制字寫入8255A。AO、A1：地址輸入線。當=0,芯片被選中時，這兩位的4種組合00、01、10、11分別用于選擇A、B、C口和控制寄存器。其組合如表2-3。表2-38255A控制信號功能表CSA1A2RDWR端口地址端口功能0000100HA口讀A口0001000HA口寫A口0010101HB口讀B口0011001HB口寫B(tài)口0100102HC口寫C口0101002HC口讀C口0111003H控制口寫控制字1XXXXXX總線咼阻③并行I/O總線（24條）：這些總線用于和外設相連，分別與A、B、C口相對應，用于8255A和外設之間傳送數(shù)據(jù)，共分三組：PAO?PA7:端口A輸入輸出線，一個8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器，一個8位的數(shù)據(jù)輸入鎖存器。PB0?PB7:端口B輸入輸出線，一個8位的I/O鎖存器，一個8位的輸入輸出緩沖器。PCO?PC7:端口C輸入輸出線，一個8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器，一個8位的數(shù)據(jù)輸入緩沖器。④電源線（2條）：VCC為+5V電源線，允許變化±10%；GND為地線。8255A方式控制字8255A有兩個控制字：方式控制字和C口單一置復位控制字。用戶通過程序可以把這兩個控制字送到8255A的控制寄存器（A1A0=11B）,以設定8255A的工作方式和C口各位狀態(tài)。這兩個控制字以D7位狀態(tài)作為標志。8255A各端口工作于什么方式和是輸入還是輸出方式，是由方式控制字決定的。方式控制字格式如圖2-7所示。D7為控制字標志位，若D7=1,則本控制字為方式控制字，若D7=0,則本控制字為C口單一置復位控制字。D6?D3為A組控制位。其中，D6和D5位A組方式選擇位：若D6D5=00，則A組設定為方式0；若D6D5=01，則A組設定為方式1：若D6D5=1x（x為任意），則A組設定為方式2。D4為A口輸入/輸出控制位：若D4=0,則PA0?PA7，用于輸出數(shù)據(jù)；若D4=0,則PA0?PA7用于輸入數(shù)據(jù)。D3位C口高4位輸入/輸出控制位:若D3=0,則PC4?PC7為輸出數(shù)據(jù)方式；若D3=1,則PC4?PC7為輸入方式。

圖2-7方式控制字D2?DO為B組控制位，其作用和D6?D3類似。其中，D2為方式選擇位，若D2=0,則B組設定為方式0,若D2=l,則B組設定為方式1。D1為B口輸入/輸出控制位，D1=0,則PBO?PB7用于輸出數(shù)據(jù)，若D1=1,則PBO?PB7用于輸入數(shù)據(jù)。DO為C口低4位輸入/輸出控制位，若D0=0,則PCO?PC3用于輸出數(shù)據(jù)，若D0=1,則PCO?PC3用于輸入數(shù)據(jù)。如圖2-8所示：圖2-8置位控制字8255A的工作方式

8255A有三種工作方式：方式0(ModeO)、方式1(Model)和方式2(Mode2)。正確的選用方式控制字,并把它通過程序送給8255A的控制字寄存器就可設定8255A的工作方式。方式0(基本輸入/輸出方式)：這種方式不需要任何選通信號。A口、B口及C口的兩個4位口中的任何一個端口都可以被設定為輸入或輸出。輸出鎖存,輸入不鎖存。根據(jù)控制字D4、D3、D1、DO位的變化，方式0有16種不同的輸入、輸出組合方式。方式1(選通輸入/輸出方式)：這種方式下，A口、B口、C口分為兩組。A組包括A口和C口的高4位，A口可由編程設定為輸入口或輸出口,C口的高四位則用來作為輸入/輸出操作的控制和同步信號；B組包括B口和C口的低4位，B口可由編程設定為輸入口或輸出口，C口的低四位則用來作為輸入/輸出操作的控制和同步信號。A口和B口的輸入輸出數(shù)據(jù)都被鎖存。方式2(雙向總線方式)：這種方式下，A口為8位雙向總線口，C口的PC3?PC7用來作為輸入/輸出操作的控制和同步信號；B口和C口的PC0?PC2則可編程為方式0或方式1工作。8255A與CPU8031的接口8255A與CPU8031的接口連線如圖2-9所示。圖2-98255A與CPU8031的接線圖8255A與單片機間有3組連線：D7 :RD、WR、RESET等3根控制線與單片機的同名引腳互連；片選端CS則與P2口相連；A1、A0兩根地址線與單片機的兩個I/O引腳連接。存儲功能擴展

由于我們需要保存一定的數(shù)據(jù)，而8031片內沒有程序存儲功能，因此，EA管腳總是接低電平。根據(jù)保存的數(shù)據(jù)量需要，我們選用了EPROM2764為外擴的數(shù)據(jù)存儲器。鎖存器74LS373的引腳及功能74LS3731如圖2-10所示，74LS373是帶三態(tài)緩沖輸出的8D鎖存器，由于單片機的三總線結構中，數(shù)據(jù)線與地址線的低8位共用P0口，因此必須用地址鎖存器將地址信號和數(shù)據(jù)信號區(qū)分開。74LS373的鎖存控制端直接與單片機的鎖存控制信號ALE相連，在ALE的下降沿鎖存低8位地址。其中，D0?D7為數(shù)據(jù)輸入端；Q0?Q7為數(shù)據(jù)輸出端；OE為三態(tài)允許控制端（低電平有效）；LE為鎖存允許端。74LS3731I1579圖2-1074LS373引腳該片如何工作由功能表2-4決定，表中L為低電平、H為高電平、Z為高阻抗（相當開路）X為任意電平，一般將OE接低電平，LE接ALE就能正常工作。表2-474LS373真值表OELEDnQnLHHHLHLLLLLLLLHHHXXZ2764EPROM

紫外線擦除電可編程只讀存儲器EPROM是國內用得較多的程序存儲器。EPROM芯片上有一個玻璃窗口，在紫外線照射下，存儲器中的各位信息均變1，即處于擦除狀態(tài)。擦除干凈的EPROM可以通過編程器將應用程序固化到芯片中。本次設計所選用的是2764EPROM。（1）2764的概述這是一種可以擦去重寫的只讀存儲器。通常用紫外線對其窗口進行照射，即可把它所存儲的內容擦去。之后，又可以對其重新進行編程，寫入新的內容。一旦寫入，其存儲的內容可以長期（幾十年）地保存，即使去掉電源電壓，也不會影響它所存儲的內容。圖2-11為通用的EPROM2764的引腳圖，它的容量為8KX8bit。8K表示有8X1024個存儲單元，8位表示每個單元存儲數(shù)據(jù)的寬度是8位。前者確定了地址線的位數(shù)是12位（A0?A12）,后者確定了數(shù)據(jù)線的位數(shù)是8位（DO?D7）。目前，除了串行存儲器之外，一般情況下，我們使用的都是8位數(shù)據(jù)存儲器。單一+5V供電，工作電流為75mA,維持電流為35mA,讀出時間最大為250ns，DIP28封裝。2764—8KEPROMA7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GNDVppA122764—8KEPROMA7A6A5A4A3A2A1A0D0D1D2GNDVppA12圖2-112764引腳圖PGMA8A9A11OEA10CED7D6D5D4D3（2）引腳功能其中，A0?A12為地址線；D0?D7為數(shù)據(jù)線；CE為片選線；OE是讀線；PGM是編程輸入；Vpp為編程電源。除了12條地址線和8條數(shù)據(jù)線之外，CE為片選線，低電平有效。也就是說,只有當CE為低電平時，2764才被選中，否則，2764不工作。（3）EPROM2764和鎖存器74LS373與8031組成最小系統(tǒng)8031單片機擴展一片2764程序存儲器電路如圖2-12所示。

地址線。單片機擴展片外存儲器時，地址是由P0和P2口提供的。圖2-11中，2764的13條地址線（AO?A12）中，低8位AO?A7通過鎖存器74LS373與P0口連接，高4位A8??,P2口本身有鎖存功能。注意，鎖存器的鎖存使能端LE必須和單片機的ALE管腳相連。2J45&78L0-22J45&78L0-2亠:沖J-cIPLCUTpi：oPLl.iTP01PL2P02PL3P03PL4F04PL5P05PL6PC?PL7P07RXDALEJPTKEINTOINTLTDP3：iT1P21WRPMRDP23P24P25EAATP26P27FSEbT39/3S/:.-1 4/兀736/H835./?413創(chuàng)/33”]72230 ]1DOcoDLc.1D2D33D4C.4D53D6AD7C7LEOF2105 9ba712615 51641932224232124232A0DOALDIA2D2A3D3A4D4A5D5A6D6A7D7A8A9AnAllAL2IoIoVPP圖2-128031擴展2764EPROM硬件接線圖數(shù)據(jù)線。2764的8位數(shù)據(jù)線直接與單片機的P0口相連。因此，P0口是一個分時復用的地址/數(shù)據(jù)線?？刂凭€。CPU執(zhí)行2764中存放的程序指令時，取指階段就是對2764行讀操作。注意，CPU對EPROM只能進行讀操作，不能進行寫操作。CPU對2764的讀操作控制都是通過控制線實現(xiàn)的。2764控制線的連接有以下幾條：CE:。OE:接8031的讀選通信號端。在訪問片外程序存儲器時，只要端出現(xiàn)負脈沖,即可從2764中讀出程序。輸入/輸出接口系統(tǒng)設計輸入/輸出接口系統(tǒng)就是指人與計算機之間建立聯(lián)系、交換信息的輸入/輸出設備

接口，就是人機交互接口。這些輸入/輸出設備主要有鍵盤和顯示器等。它們是系統(tǒng)中必不可少的輸入、輸出設備，是控制系統(tǒng)與操作人員之間交互的窗口?！?”,“-”鍵控制的可逆計數(shù)器的設計此部分電路主要用兩按鈕開關作為電壓調整鍵，與可逆計數(shù)器的加計數(shù)CPU時鐘輸入端和減計數(shù)CPD時鐘輸入端相連，可逆計數(shù)器采用兩片四位十進制同步加/減計數(shù)集成塊74LS192級聯(lián)而成。74LS192是雙時鐘，可預置數(shù)，異步復位，十進制（BCD碼）可逆計數(shù)器。與之功能相同的還有其它芯片，比較容易找到。由于輸出電壓從0V到30V可以調節(jié)，所以74LS192兩計數(shù)器總計數(shù)范圍從00000到11101（即0?30V）,而74LS192本身為十進制可逆計數(shù)器，所以只需一塊這樣的芯片級聯(lián)就可以達到目的，此芯片封裝和工作模式表如下圖2-13所示。P1□Q1□QOP1□Q1□QODcpdDdpuBQ2DQ3D74LS192輸入匚作模式加時鐘減時種MR上升沿HLH加計數(shù)器H上升沿LH減訃數(shù)器H異羽復位LL保持圖2-13芯片封裝和工作模式表PL是低電平有效的預置數(shù)允許端，PL=0時，預置數(shù)輸入端P0~P3上的數(shù)據(jù)被置入計數(shù)器。MR是高電平有效的復位端，MR=1時，計數(shù)器被復位，所有輸出端都為低電平。CPU是加計數(shù)時鐘，CPD是減計數(shù)時鐘，當CPU=CPD=1時，計數(shù)器處于保持狀態(tài)，不計數(shù)。當CPD=1，CPU由0變?yōu)?時，計數(shù)器的計數(shù)值加1”；當CPU=1,CPD由0”變1”時，計數(shù)器的計數(shù)值減1”。TCU是進位輸出端，當加計數(shù)器達到最大計數(shù)值時，即達到5時，TCU在后半個時鐘周期（CPU=0）內變成低電平，其他情況均為高電平。TCU是借位輸出端，當減計數(shù)器計到零時，TCD在時鐘的后半個周期（CPD=0）內變成低電平，其他情況下均為高電平。為實現(xiàn)100進制的計數(shù)可把第一塊芯片的TCU，TCD分別接后一級的CPU，CPD就可以級聯(lián)使用，這就達到了0?5的計數(shù)。顯示系統(tǒng)設計為了使操作人員及時掌握生產(chǎn)情況，在一般的微型計算機控制系統(tǒng)或者智能儀器當中，都配有顯示程序。本次設計采用LED數(shù)碼顯示。LED數(shù)碼管的結構及顯示原理常用的顯示器件有：①顯示和記錄儀表，②CRT顯示終端，③LED或者LCD顯示器，④大屏幕顯示器。本次設計所采用的是LED數(shù)碼管。LED數(shù)碼管具有結構簡單，體積小，功耗低，響應速度快，易于匹配，壽命長，可靠性高等優(yōu)點。LED數(shù)碼管是由發(fā)光二極管組成，由于材料的不同，可以發(fā)出各種單色光線。發(fā)光二極管可以有多種組成形式，其中7段數(shù)碼管應用最多，根據(jù)發(fā)光二極管內部的連接方式不同，又有共陰極或共陽極兩種形式。如圖2-14所示圖2-14LED數(shù)碼管結構74LS138結構及功能74LS138為3線到8線譯碼器，當一個選通端（G1）為高電平，另外2個選通端G2A和G2B為低電平時可以將地址端（A、B、C）的二進制編碼在一個對應的輸出端以低電平譯出。利用G1、G2A和G2B可以級聯(lián)擴展成24線譯碼器引腳結構如圖2-15所示。m vi_| 勺丄丄-±±圖2-15所示。m vi_| 勺丄丄-±±亠丄ni^h-4CJ圖2-1574LS138引腳圖其引腳功能為：A、B、C為譯碼地址輸入端；G1為選通端；G2A、G2B為選通端（低電平有效）；Y0~Y7為譯碼輸出端（低電平有效）。74LS377結構及功能74LS377是一種8D觸發(fā)器，它的E端是控制端、CLK端是時鐘端，當它的端為低電平時只要在CLK端產(chǎn)生一個正跳變，DI—D7將被鎖存到QO—Q7端輸出在其他情況下QO—Q7端的輸出保持不變。其引腳圖和功能表如圖2-16所示。匚匸1|匸匸匚匚匚匸匸QEMQDQDDQM心Q7HD5D4Q4CLnnnnnnrmrw匚匸1|匸匸匚匚匚匸匸QEMQDQDDQM心Q7HD5D4Q4CLnnnnnnrmrw功能表CLK操作1X保持X1I?0彳鎖存圖2-1674LS377引腳及功能顯示電路顯示電路接線圖，如圖2-17所示

LE&AD&iWM.s.-5sfMDPYJ-3B5_DP圖2-17顯示電路原理圖d_L1D2DW拒SD37DQbLE&AD&iWM.s.-5sfMDPYJ-3B5_DP圖2-17顯示電路原理圖d_L1D2DW拒SD37DQbE君DAC0832工作原理介紹數(shù)模轉換電路，采用兩塊DAC0832集成塊，它是一個8位數(shù)/模轉換電路，這里只使用高4位數(shù)字量輸入端。由于DAC0832不包含運算放大器，所以需要外接一個運算放大器相配，才構成完整的D/A轉換器，低位DAC輸出模擬量經(jīng)9：1分流器分流后與高位DAC輸出模擬量相加后送入運放，具體實現(xiàn)，由900Q和100Q的電阻相并聯(lián)分流實現(xiàn)，運放將其轉換成與數(shù)字端輸入的數(shù)值成正比的模擬輸出電壓，運放采用具有調零的低噪聲高速優(yōu)質運放NE5534。具體封裝圖如下圖2-18所示。

口LjQnLJEZgEZE:店抽辺亞左dldoEF口LjQnLJEZgEZE:店抽辺亞左dldoEF旺XD:VR陀DAC0S3221圖2-18封裝圖DAC0832芯片主要功能引腳的名稱和作用如下：d7~d0：8位二進制數(shù)據(jù)輸入端；ILE：輸入鎖存允許，高電平有效；CS:片選信號，低電平有效；WR1,WR2:寫選通信號，低電平有效；XFER:轉移控制信號，低電平有效；Rf：內接反饋電阻，Rf=15KQ；I0UT1，I0UT2：輸出端，其中I0UT1和運放反相輸入相連，IOUT2和運放同相輸入端相連并接地端；Vcc:電源電壓，Vcc的范圍為+5V?+15V；Vwf：參考電壓，范圍在-10V?+10V;GND：接地端。DAC0832芯片的特點DAC0832最具特色是輸入為雙緩沖結構，數(shù)字信號在進入D/A轉換前，需經(jīng)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。由于DAC0832輸出級沒有加集成運放，所以需外加NE5534相配適用。NE5534封裝如下圖2-19所示。IN-為反相輸入端OUT為輸出端；Balance為平衡輸入端,主要作用是,使內部電路的差動放大電路處于平衡狀態(tài)；COMp/Bal的作用為,通過調節(jié)外接電阻,以達到改善放大器的性能和輸出電壓;VCC-和Vcc+為正負電源供；調整輸出級采用運放作射極跟隨器，使調整管的輸出電壓精確地與D/A轉換器輸出電壓保持一致。調整管采用大功率達林頓管，確保電路的輸出電流值達到設計要求。數(shù)控電源各部分工作所需的±15V和±5V電源由固定集成穩(wěn)壓器7815、7915、和7805提供，調整管所需輸入電壓，經(jīng)簡單整流，濾波即可得到，但要求能提供5A的電流。輸出電壓的調整，電阻來完成的，此反饋電阻的主要作用是，把輸出電壓反饋到NE5534的輸入級的反向輸入端，當同相輸入IN+和反向輸入端IN-有差別是，調整輸出電壓使之趨于穩(wěn)定，從而達到調整輸出電壓的目的。調節(jié)步驟如下：輸入數(shù)字00000，短接Rel、Re、Rf調運放調零電位器Rw,用數(shù)字萬用表檢測,使輸出電壓Vo=0±1mV。輸入數(shù)字11101，調整Re1、Re2、Rf使輸出電壓Vo達到預定的滿量程30V。主要技術指標本文所設計數(shù)控直流電源的電壓輸出范圍為 0?30V,輸出紋波電壓不大于10mv,輸出電流為1A。本電源輸出電壓大小尚受限制，在需要較高輸出電壓時，在不改變調節(jié)精度（即步進電壓值）前提下,只要增加計數(shù)器的級聯(lián)數(shù)和相應D/A轉換器的個數(shù),擴大數(shù)顯指示范圍,配合選用高電壓輸出運放,就能輕易地滿足要求。當需要正負對稱輸出電壓時,只要另增一組電源,對D/A轉換器及調整輸出電路稍作改動即可達到目的。電源除了220V的電源，我們還選擇了LM7805三端穩(wěn)壓器產(chǎn)生一個±5V的電源。其電路如圖2-18所示。丄圖2-18+5V電源電路三端固定輸出集成穩(wěn)壓器，它是一種串連調整式穩(wěn)壓器。它將全部電路集成在單塊硅片上，整個集成穩(wěn)壓電路只有輸入、輸出和公共三個引出端，使用非常方便。典型的有78xx正電壓輸出系列，79xx負電壓輸出系列。當輸入的電壓VI、輸出電流10或溫度變化時，輸出電壓V0可保持不變；另外，當輸出短路。可使輸出電流I0限制為一