基于AT89S52单片机简易数控直流电压源的设计

摘 要本设计以AT89S52单片机为核心控制芯片，实现数控直流电源功能的方案。设计采用8位精度的DA转换器DAC0832、三端可调稳压器LM350和一个UA741运算放大器构成稳压源，实现了输出电压范围为1.4V+9.9V，电压步进0.1V的数控稳压电源，最大纹波只有10mV，具有较高的精度与稳定性。另外该方案只采用了5个按键实现输出电压的方便设定，具有设定值调整，微调（步进量0.1），粗调（步进量1）三种调整功能，显示部分我们采用了三位一体的数码管来显示输出电压值。我们自行设计了12V和5V电源为系统供电。该电路的原理是通过MCU控制DA的输出电压大小，通过放大器放大，放大后的电压作为LM350的参考电压，真正的电压还是由电压模块LM350输出。利用5个按钮调整电压、并且通过共阴极三位一体LED显示输出的电压值。设计使用3三位一体数码管，可以显示三位数，一个小数位，比如可以显示5.90V，采用动态扫描驱动方式。与传统的稳压电源相比具有操作方便，电源稳定性高以及其输出电压大小采用数码显示的特点。关键词：数控，步进，三端可调稳压器ABSTRACTThe design is with the MCUAT89S52 for the core control chip,which carry out the project that the function of the number controls the direct current power supply.Designed with the precision of eight DA converter DAC0832, three-adjustable regulators LM350 and a UA741 Operational Amplifiers constitute Regulators source, the output voltage range of +1.4 V +9.9 V, 0.1V voltage step NC Regulators Power, it has with high precision and stability and only have the biggest ripple of 10 mV. Meanwhile, the program used only five keys to achieve the convenience of the output voltage setting ,with setting value adjustments. It has three kinds of adjust function,which can carry out micro-adjustment (Stepping volume 0.1)and the coarse adjustment (Stepping volume 1). The show part we have adopted a three-dimensional digital pipe to show the output voltage value. And we designed the 12V and 5V power supply system for electricity. The principle of that electric circuit was that the output voltage size which passes the MCU to control DA, passing the amplifier amplification, and the voltage is the reference voltage of the LM350. And the real voltage is still the LM350 outputs are from the voltage mold piece. Making use of five buttons to adjustment voltages, and pass the total cathode Christian Trinity LED to display the outputs voltage .In this design I used 3 piece code tubes, which can show three position numbers, one of them is a fraction position. for example ,it can show a 5.90 Vs. In this design I adopt the scan to drive way is dynamic state sweep. With traditional steady press power supply to compare to have an operation convenience, the power supply stability high characteristics, its exportation electric voltage size adoption figures show.Keywords: Numerical Control, Stepping,Three-adjustable regulators 目 录第1章 绪论11.1 研究背景及意义11.2 国内外研究状况11.3 课题研究方法2第2章 数控电压源的总体方案介绍32.1 数控电压源的方案论证32.1.1 方案一：采用单片机的数控电压源的设计32.1.2 方案二：采用调整管的双计数器的数控电压源的设计32.1.3 方案三：采用调整管的十进制计数器的数控电压源的设计42.2 数控电压源的方案比较52.2.1 数控部分的比较52.2.2 输出部分的比较52.2.3 显示部分的比较5第3章 数控电压源的工作原理63.1 整机电路框图63.2 工作原理63.2.1 DA转换电路工作原理63.2.2 电压调整电路工作原理73.2.3 数值计算8第4章 单元电路工作原理94.1 时钟电路94.1.1 时钟振荡电路图94.1.2 时钟信号的产生94.2 复位电路94.3 键盘接口电路104.3.1 键盘电路104.3.2 键盘电路工作原理104.4 显示接口电路114.4.1 显示电路原理114.4.2 LED显示方式124.4.3 显示电路原理图124.5 DA转换电路134.6 电源电路134.6.1 稳压器78L12和79L12134.6.2 电源电路原理图14 4.7 所用主要芯片14 4.7.1 单片机AT89S5214 4.7.2 芯片ADC083215 4.7.3 LM35017 4.7.4 运放UA74118第5章 数控电压源的软件系统205.1 主程序205.2 子程序21 5.2.1 中断子程序21 5.2.2 显示子程序22 5.2.3 键扫子程序23第6章 电路的调试246.1 硬件的调试246.1.1 硬件调试过程246.1.2 电路数据的测试256.2 软件的调试26第7章 数控电压源的使用说明27结论28参考文献29致谢30附录1器件清单31附录2源程序清单32（1）主程序的源程序清单32（2）外中断1子程序的源程序清单35（3）显示子程序的源程序清单36（4）键扫子程序的源程序清单37（5）延时及启动0832子程序的源程序清单3842第1章 绪 论1.1 研究背景及意义数控直流电压源是电子技术常用的设备之一，广泛的应用于教学、科研等领域。传统的多功能数控直流电压源功能简单、难控制、可靠性低、干扰大、精度低且体积大、复杂度高。普通数控直流电源品种很多，但均存在以下二个问题: 1)输出电压是通过粗调(波段开关)及细调(电位器)来调节。这样，当输出电压需要精确输出，或需要在一个小范围内改变时(如1.051.07V)，困难就较大。另外，随着使用时间的增加，波段开关及电位器难免接触不良，对输出会有影响。2)稳压方式均是采用串联型稳压电路，对过载进行限流或截流型保护，电路构成复杂，稳压精度也不高。在家用电器和其他各类电子设备中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。但在实际生活中，都是由220V的交流电网供电。这就需要通过变压、整流、滤波、稳压电路将交流电转换成稳定的直流电。滤波器用于滤除整流输出电压中的纹波，一般传统电路由滤波扼流圈和电容器组成，若由晶体管滤波器来替代，则可缩小直流电源的体积，减轻其重量，且晶体管滤波直流电源不需直流稳压器就能用作家用电器的电源，这既降低了家用电器的成本，又缩小了其体积，使家用电器小型化。传统的数控直流电压源通常采用电位器和波段开关来实现电压的调节，并由电压表指示电压值的大小。因此，电压的调整精度不高，读数欠直观，电位器也易磨损，而基于单片机控制的数控直流电源能较好地解决以上传统稳压电源的不足。随着科学技术的不断发展，特别是计算机技术的突飞猛进，现代工业应用的工控产品均需要有低纹波、宽调整范围的高压电源，特别是在一些高能物理领域，急需电脑或单片机控制的低纹波、宽调整范围的电源。1.2 国内外研究现状 从上世纪九十年代末起，随着对系统更高效率和更低功耗的需求，电信与数据通讯设备的技术更新推动电源行业中直流/直流电源转换器向更高灵活性和智能化方向发展。在80年代的第一代分布式供电系统开始转向到20世纪末更为先进的第四代分布式供电结构以及中间母线结构，直流/直流电源行业正面临着新的挑战，即如何在现有系统加入嵌入式电源智能系统和数字控制。早在90年代中期，半导体生产商们就开发出了数控电压源管理技术，而在当时，这种方案的性价比与当时广泛使用的模拟控制方案相比处于劣势，因而无法被广泛采用。由于板载电源管理的更广泛应用和行业能源节约和运行最优化的关注，电源行业和半导体生产商们便开始共同开发这种名为“数控电压源”的新产品。现今随着直流电源技术的飞跃发展，整流系统由以前的分立元件和集成电路控制发展为微机控制，从而使直流电源智能化，具有遥测、遥信、遥控的三遥功能，基本实现了直流电源的无人值守。本次毕业设计设计的数控直流电源主要由单片机系统、键盘、数码管显示器、D/A转换电路、稳压电路等几部分组成。单片机系统选用89S52型号单片机，采用独立式键盘及LM350作稳压器件。1.3 课题研究方法随着时代的发展，数字电子技术已经普及到我们生活、工作、科研等各个领域，本文将介绍一种数控直流电源，本电源由电源电路、显示电路、控制电路、数模转换电路四部分组成。准确说就是电源电路提供各个芯片电源、数码管、放大器所需电压，显示电路用于显示电源输出电压的大小，同时分析了数字技术和模拟技术相互转换的概念。与传统的稳压电源相比具有操作方便，电源稳定性高以及其输出电压大小采用数码显示的特点。数控电压源是最常用的仪器设备，在科研及实验中都是必不可少的。目前所使用的直流可调电源中，几乎都为旋纽开关调节电压，调节精度不高，而且经常跳变，使用麻烦。利用数控电压源，可以达到每步0.1V的精度，输出电压范围1.4V至9.9V，电流可以达到3A。针对以上问题，本课题设计了一种以单片机为核心的数控式高精度简易直流电源的设计，该电源采用数字调节、闭环实时监控、输出精度高，特别适用于各种有较高精度要求的场合。其设计方法是由单片机通过D/A，控制驱动模块输出一个稳定电压，同时稳压方法采用三端可调稳压管进行调整，输出电压通过电阻反馈给运放，与设定值进行比较，若有偏差则调整输出。工作过程中，单片机输出驱动LED显示，通过键盘可设置和调整电压值。该电路具有设计简单，应用广泛，精度较高等特点。第2章 数控电压源的方案介绍2.1 数控电压源的方案论证目前数控电压源已广泛使用，要实现目标其方案比较多，主要有以下几种方案：2.1.1 方案一：采用单片机的数控电压源的设计采用常用的52芯片作为控制器，P0口和DAC0832的数据口直接相连，DA的和连接后接P3.4，和接单片机的端，让DA工作在单缓冲方式下。DA的8脚接参考电压，DA的基准电压接5V电源，所以在DAC的8脚输出电压的分辨率为5V/256约等于0.02V，也就是说DA输入数据端每增加1，电压增加0.02V。通过运放LM324将DA的输出电流转化为电压，再通过运放UA741将电压反相并放大。最后经LM350调整输出电压并稳压。其硬件框图如图2.1所示： 图2.1 方案一硬件框图2.1.2 方案二：采用调整管的双计数器的数控电压源的设计 此方案采用传统的调整管方案，主要特点在于使用一套双计数器完成系统的控制功能，其中二进制计数器的输出经过D/A变换后去控制误差放大的基准电压，以控制输出步进。十进制计数器通过译码后数码管显示输出电压值，为了使系统工作正常，必须保证双十计数器同步工作。其硬件框图如图2.2所示：图2.2 方案二硬件框图2.1.3 方案三：采用调整管的十进制计数器的数控电压源的设计 此方案不同于方案之二处在于使用一套十进制计数器，一方面完成电压的译码显示，另一方面其作为EPROM的地址输入，而由EPROM的输出经D/A变换后控制误差放大的基准电压来实现输出步进，只使用了一套计数器，回避了方案二中必须保证双计数器同步的问题，但由于控制数据烧录在EPROM中，使系统设计灵活性降低。其硬件框图如图2.3所示：图2.3 方案三硬件框图2.2 方案比较2.2.1 数控部分的比较 方案二、三中采用中、小规模器件实现系统的数控部分，使用的芯片很多，造成控制电路内部接口信号繁琐，中间相互关联多，抗干扰能力差。在方案一中采用了89S52单片机完成整个数控部分的功能，同时，89S52作为一个智能化的可编程器件，便于系统功能的扩展。2.2.2 输出部分的比较方案二、三中采用线性调压电源，以改变其基准电压的方式使输出步进增加或减少，这不能不考虑整流滤波后的纹波对输出的影响，而方案一中使用运算放大器放大电压，由于运算放大器具有很大的电源电压抑制化，可以大大减少输出端的纹波电压。2.2.3 显示部分的比较方案二、三中的显示输出是对电压的量化值直接进行译码显示输出，显示值为D/A变化输入量，由于D/A变换与功率驱动电路引入的误差，显示值与电源实际输出值之间可能出现较大偏差，而方案一中采用三位一体的数码管直接对电压值进行显示。总之，方案一的优点是具有精度高，使用方便，硬件电路简单等特点，它使用了单片机，使得进一步扩展功能较为方便；方案二、三的优点是电路结构简单，其缺点是使用比较复杂，精度没有那么高。考虑到各种因素，本设计采用方案一。第3章 数控电压源的工作原理3.1 整机电路框图数控电压源的电路框图如图3.1所示：图3.1 数控电压源电路框图3.2 工作原理本设计介绍了以89S52单片机为控制单元，以数模转换器DAC0832输出参考电压，以该参考电压控制电压转换模块LM350的输出电压大小的数控电压源。通过改变送给单片机的数字量而达到改变输出电压的方法。通过三端稳压器LM350达到输出电压的稳定。3.2.1 DA转换电路工作原理本设计是采用DAC0832实现数据的数模转换，其数据口与P0口直接相连，DA的和连接后接P3.4，和接单片机的端，让DA工作在单缓冲方式下。DA的8脚接参考电压，为简化设计，在本次设计中的参考电压用5V电压，所以在DAC的8脚输出电压的分辨率为5V/256=0.01950.02V，也就是说DA输入数据端每增加1，电压增加0.02V。再在DA的电压输出端接运放LM324，将DA的输出电流转换成电压。改变P0口的数据便可改变0832的输出电压，如当P000H时，DAC0832的输出电压就应为0V。其电路图如图3.2所示。图3.2 DA转换电路3.2.2 电压调整电路工作原理图3.3 电压输出电路图本设计的输出电压采用LM350三端调整稳压器进行调整，先将0832的输出电压用UA741进行反相放大，由于从LM324输出的电压是负电压，所以UA741接成负反馈放大电路，通过调节电位器可以调节运放的电压放大倍数。UA741的输出端通过电阻接到LM350的调整端，通过改变UA741的输出电压可以控制LM350的输出电压，也就是数控电压源的最终输出电压值，其电压输出电路图如图3.3所示。由于LM350的输出电压Vout=1.25V(1+R0/R13)，由电路图知R13是个定值，而R0则是由R12和下面的电路来确定的，可知R0是个变量，所以LM350的输出电压与R0是成线性关系变化的。通过调节VR2，即可调节LM350的输出电压。3.2.3 数值计算(1)输出电压最小值Vmin的计算由LM350的输出电压公式可知Vmin=1.25(1+27/220)=1.4V(2)单片机送给0832数值的计算 在设计时，要求单片机送给0832的数值为00H时，输出端输出的电压为1.4V，及单片机送给0832的数值为0FFH时，输出端输出的电压值为9.9V，所以每当电压增加0.1V时，单片机送给0832的数值就要增加3。所以在编程时，按一下步进按键，P0口的数据便要变化3。当电压要增加1V时，按一下按键，P0口的数据便要变化30。所以可以通过调节电位器来改变运放的放大倍数，使单片机送给0832的数值增加3时，输出电压就要增加0.1V。第4章 单元电路工作原理4.1 时钟电路时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号，而时序所研究的是指令执行中各信号之间的相互关系。单片机本身就如一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格地按时序进行工作。4.1.1 时钟振荡电路图时钟振荡电路图如图4.1所示：4 图4.1 时钟振荡电路图4.1.2 时钟信号的产生 单片机内部有一个高增益、反相放大器，其输入端为芯片引脚XTAL1，其输出端为引脚XTAL2。而在芯片的外部，XTAL1和XTAL2之间跨接晶体管振荡器和微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器。只要在单片机的XTAL1和XTAL2引脚外接晶体振荡器就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号。电容器C8和C9的作用是稳定频率和快速起振，电容值在530pF，典型值为30pF。外部时钟方式是把外部已有的时钟信号引入到单片机内。此方式常用于多片单片机同时工作，以便于各单片机的同步。一般要求外部信号高电平的持续时间大于20s，且为频率低于12MHz的方波。4.2 复位电路复位操作有两种基本形式：一种是上电复位，另一种是按键复位。按键复位电路图如图4.2所示。按 键复位具有上电复位功能外，若要复位，只要按图4.2中的 图4.2 复位电路RESET键，电源VCC经电阻R1、R2分压，在RESET端产生一个复位高电平。上电复位电路要求接通电源后，通过外部电容充电来实现单片机自动复位操作。上电瞬间RESET引脚获得高电平，随着电容的充电，RERST引脚的高电平将逐渐下降。RERST引脚的高电平只要能保持足够的时间（2个机器周期），单片机就可以进行复位操作。单片机复位期间不产生ALE和信号，即ALE=1和=1。这表明单片机复位期间不会有任何取指操作。复位后：PC值为0000H，表明复位后程序从0000H开始执行；SP值为07H值，表明堆栈底部在07H，需重新设置SP值；单片机在复位后，已使P0P3口每一端线为“1”，为这些端线用作输入口做好了准备。4.3 键盘接口电路 4.3.1 键盘电路键盘接口通常包括硬件和软件两部分。硬件是指键盘的结构及其主机的连接方式；软件是指对键盘操作的识别与分析，即键盘管理程序。键盘一般是一组开关(按键)的集合。常用的按键有三种：机械触点式：利用金属的弹性使按键复位。导电像胶式：利用利用橡胶接弹性使按键复位。柔性按键：外形及面板布局等可按整机要求设计，在价格、寿命、防潮、防锈等方面显示出较强的优越性。键盘按其工作原理又可分为编码式键盘和非编码式键盘。这两类键盘的主要区别是识别键符及给出相应键码的方法。编码键盘主要是用硬件来实现对键的识别；非编码键盘主要是由软件来实现键盘的定义与识别。非编码式键盘接照与主机连接方式的不同，可分独立式键盘和矩阵式键盘。(1)独立式键盘：独立式键盘中，每个按键占用一根I/O口线，每个按键电路相对独立。I/O口通过按键与地相连，I/O口有上拉电阻，无键按下时，引脚端为高电平，有键按下时，引脚电平被拉低。I/O口内部有上拉电阻时，外部可不接上拉电阻。(2)矩阵式键盘：行列式键盘采用行列电路结构，当按键较多时所占用的口线相对较少，键盘规模越大，其优点越明显。所以，当按键数目大于8时，一般采用矩阵式键盘结构。4.3.2 键盘电路工作原理（1）键盘电路原理图如图4.3所示：图4.3 键盘电路原理图（2）键盘电路工作原理如图4.3所示，当无键按下时，单片机的P1.0P1.3及P3.3为高电平。当有键按下时，单片机的相应口线通过按键与地相连被拉成低电平，其它口线电平状态不变。因此，通过检测I/O口线的电平状态，即可判断键盘上哪个键被按下。 4.4 显示接口电路4.4.1 显示电路原理常所说的LED显示器由七个发光二极管组成，因此也称之为七段LED显示器，此外，显示器中还有一个圆点型发光二极管（在图中以dp表示），用于显示小数点。通过七段发光二极管的不同组合，可以显示多种数字、字母或者其他符号。LED显示器中的发光二极管共有两种连接方法。共阳极接法把发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极。使用时公共阳极接+5V。这样阴极端输入低电平的段发光二极管就导通点亮，而输入高电平的则不点亮。 图4.4 七段LED显示共阴极接法把发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极。使用时公共阴极接地，这样阳极端输入高电平的段发光二极管就导通点亮，而输入低电平的则不点亮。本设计采用共阴极接法，如图4.4所示。七段发光二极管，再加上一个小数点，共计8段。因此提供给LED显示器的字型代码正好一个字节。采用LED显示器。LED显示器由七个发光二极管组成，本设计采用共阴级接法。显示方式采用动态显示方式。原因在于：静态显示方式要求口线多，占用资源多，成本就高，而动态显示方式，电路简单、节省口线、成本低。4.4.2 LED显示方式静态显示所谓静态显示，是指显示器显示某一字符时，相应段的发光二极管恒定地导通或截止。这种显示方法每一位都需要有一个8位输出控口控制。静态显示时，较小的驱动电流就可以得到较高的显示亮度，所以可由接口芯片直接驱动。并行输出显示位数越多需要I/O口越多。 图4.5 三位一体LED外观引脚图动态显示本次设计用到的是六位动态显示，动态显示是一位一位地轮流点亮各位数码管，如图4.5中所示，各位数码管的段控线相应并联在一起，由一个8位的I/O口控制，但是8路驱动采用74LS244总线驱动器作为数码管的驱动器，各位的位控线(即公共阴极或阳极)由另外的I/O口线控制，同时也必须接有74LS244作为驱动器，在74LS244输出端必须接有500限流电阻接到电源，这种电路的特点是节省I/O口线，硬件电路相对静态显示方式简单，但是也有其缺点如：显示高度不如静态显示方式，而且在显示位数较多时，CPU要依次扫描，占用CPU较多的时间。在本次设计中，我们采用的是共阴极的三位一体的LED，其外观引脚如图4.5所示，A、B、C分别为三个数码显示的位控引脚，其显示原理与单个LED的显示原理完全相同，在此不再赘述。4.4.3 显示电路原理图显示电路原理图如图4.6所示：图4.6显示电路原理图4.5 D/A转换电路D/A转换电路主要由AT89S52（单片机）、数码转换器DAC0832及LM324运算放大器等芯片组成。AT89S52的P0口作为数据端口与DAC0832的8位数据线相连。本系统中，因为CPU的工作任务是单一的，而且数据传送的目的地址也是单一的，因此，DAC0832采用单缓冲的工作方式，该芯片的(低电平有效)、四个使能端均与地相接处于有效状态，这个工作方式不需要给DAC0832分配地址空间，CPU的P1口的数据变化直接反映到DAC0832的输出端。4.6 电源电路在本次设计中，由于要给运放LM324和UA741供电，所以要自制电源。在此次设计中，我设计了一个可以输出正负12伏的电源。主要以7800系列(输出正电压)和7900系列（输出负电压）做成电源电路。线性电源由15V变压器经过全波整流，电容整流滤波，通过三端稳压管7812、7912稳压为芯片AT89S52、DAC0832、LM324、UA741、数码管等提供电压。4.6.1 稳压器78L12和79L12三端固定稳压器，三端只有3个引出端子，具有应用时外接元件少，使用方便，性能稳定，价格低廉的优点，被广泛应用。通常有78L12（正电源）系列和79L125（负电源）系列，其结构外观如右图4.7所示：它由输出脚OUT，输入脚和接地脚GND组成，它的书室稳压输出值为正负12V，由它的内部结构可知，除增加了一级启动电路外，其余部分 图4.7 7812引脚图与串联稳压电路完全一样，其基准电压源的稳定性更高，采取的电容必须是漏电流较小的坦电容，或者是电解电容须是钽电容的10倍，保护电路更完善。稳压器输入端的电容用来进一步消除纹波，此外，输出端的电容起到了频率补偿的作用，能防止自激振荡，从而使电路稳定工作。4.6.2 电源电路原理图电源电路原理图如图4.8所示：图4.8 电源电路原理图4.7 所用主要芯片 4.7.1 单片机AT89S52（1）AT89S52单片机芯片引脚图AT89S52芯片引脚图（如图4.9所示）：（2）AT89S52单片机芯片的特点AT89S52具有如下特点：40个引脚，8kBytesFlash片内程序存储器，256bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。此外，AT89S52设计和配置了振荡频率可为0Hz并 图4.9 芯片AT89S52引脚图可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断 激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。(3) 信号引脚的第二功能：由于工艺及标准化等原因，芯片的引脚数目是有限制的，例如MCS51系列把芯片引脚数目限定为40条，但单片机为实现其功能所需要的信号数目却远远超过此数，因此就出现了供需矛盾。“复用”(即给一些信号引脚赋以双重功能)是解决此问题的唯一可行的办法。89S52单片机的引脚的第二功能如表4.1所示：表4.1：P1口和P3的第二功能口线第二功能信号名称P3.0RXDRXD（串行数据接收）P3.1TXDTXD（串行数据发送）P3.2（外部中断0申请）P3.3（外部中断1申请）P3.4T0T0（定时器0的计数输入）P3.5T1T1（定时器1的计数输入）P3.6（外部数据存储器写选通）P3.7（外部数据存储器读选通）P1.0T2T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出P1.1T2EXT2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）P1.5MOSIMOSI（在系统编程用）P1.6MISOMISO（在系统编程用）P1.7SCKSCK（在系统编程用）4.7.2 芯片DAC0832（1）DAC0832芯片引脚图DAC0832芯片引脚图如图4.10所示：（2）DAC0832芯片的特点DAC0832是一种典型的8位转换器，内部为双缓冲寄存器即输入寄存器和DAC寄存器，、 图4.10 芯片0832引脚图、分别为该两寄存器的写信号输出端，ILE为输入锁存使能端，高电平有效，为片选端，为传输控制端，它和共同控制DAC寄存器的工作状态，其内部结构如图4.11所示。DAC0832有两个接地端AGND（模拟电路接地端）和DGND（数字信号）接地端，一般情况下，这两个地端均并联接地。DAC0832的D/A转换电路为倒T型R-2R电阻网络，故有Iout1和Iout2两个电流输出端，根据不同的电路组成，该芯片可以有两种输出模式，一种为电流输出模式，这种模式基准电压加在VREF端，由Iout1，Iout2输出的电流经运算放大器相加后输出；另一种为电压输出模式，这种模式基准电压加在Iout1和Iout2之间，模拟电压加从VREF端输出。为了设计的方便，本电路选用电压输出模式，Iout1和Iout2之间接一参考电压，VREF输出可控制电压信号。它有三种工作方式：不带缓冲工作方式，单缓冲工作方式，双缓冲工作方式。该电路采用单缓冲模式，在忡图中=0，DAC寄存处于直通状态。又由于ILE=1，故只要在选中该片（=0）的地址时，写入（=0）数字量，则该数字信号立即传送到输入寄存器，并直通至DAC寄存器，经过短暂的建立时间，即可以获得相应的模拟电压，一旦写入操作结束，和立即变为高电平，则写入的数据被输入寄存器锁存，直到再次写入刷新。 图4.11 0832内部结构图4.7.3 LM350（1）芯片介绍LM350是可调节3端正电压稳压器，在输出范围为 1.2伏到33伏时能够提供超过3安的电流。此稳压器非常易于使用，只需要两个外部电阻来设置输出电压。此外还使用内部限流、热判断和安全工作区补偿使之基本能防止烧断保险丝。其外形及引脚图如图4.12所示： 图4.12 LM350外形及引脚图LM350服务于多种应用场合，包括局部稳压、卡上稳压。该器件还可以用来制做一种可编程的输出稳压器，或者，通过在调整点和输出之间接一个电阻，LM350可用作一个精密稳流器。其内部结构图如图4.13所示：图4.13 LM350内部结构图其主要特点如下： 输出电流超过3安 输出电压在1.2伏和33伏之间可调节 内部热过载保护 不随温度变化的内部短路电流限制 输出晶体管安全工作区补偿 对高压应用孚空工作 标准3引脚晶体管封装 避免置备多种电压（2）其基本电路工作原理LM350 是三端浮动稳压器。其基本电路工作原理如图4.14所示。工作时，LM350建立并保持输出与调节端之间1.25V的标称参考电压，这一参考电压由R1转换成编程电流，该恒定电流经R2到地。其稳压输出电压由式4.1给出：图4.15 LM350基本电路工作原理图图4.14 基本电路工作原理图（4.1）因为调节端的电流在式中代表误差项，所以LM350设计成控制IAdj小于100微安并使这之保持恒定。为达到这一点，所有静态工作电流都返回到输出端。这样就需要最小负载电流表。如果负载电流小于最小值，输出电压会上升。因为LM350是浮动稳压器，所以只有电路两端电压差对性能是重要的，工作对地呈高电压也就成为可能。（3）负载调整率LM350能提供极良好的负载调整率，但为实现最优性能需要注意几点。编程电阻（R1）应尽可能连接在与稳压器靠近处，以使与参考电压有效串联线路压降最小，避免调整率变差。R2接地端可以回到靠近负载接地端处，以提供远程接地取样并改进提高负载调整率。4.7.4 集成运放UA741UA741是一款集成运算放大器。集成运算放大器是一种高增益多级直接耦合放大器，其内部结构框图如图4.15所示，其各部分的作用如下：图4.15 运放组成框图（1）差动输入级 使运放有尽可能高的输入阻抗及共模抑制比。（2）中间放大级 由多级直接耦合放大器组成，以获得足够高的电压增益。（3）输出级 可使运放具有一定幅度的输出电压、输出电流和尽可能小的输出电阻。在输出过载时有自动保护作用以免损坏集成块。输出级一般为互补对称推挽电路。（4）偏置电路 为各级提供合适的静态工作点。为使工作点稳定，一般采用恒流源偏置电路。 在本设计中用到的UA741共有两个基本作用：放大电压和反相作用。其引脚图如图4.16所示。图4.16 UA741引脚图第5章 数控电压源的软件系统5.1 主程序主程序流程框图如图5.1所示：主程序的源程序见附录2。图 5.1 主程序流程图5.2 子程序5.2.1 外中断1子程序外中断1子程序流程框图如图5.2所示:外中断1子程序的源程序见附录3。图5.2 外中断1子程序流程图5.2.2 显示子程序显示子程序流程框图如图5.3所示：显示子程序的源程序见附录4。图5.3 显示子程序流程图5.2.3 键扫子程序键扫子程序流程框图如图5.4所示：键扫子程序的源程序见附录4。图5.4 键扫子程序流程图第6章 电路的调试6.1 硬件的调试6.1.1 硬件的调试过程电路调试过程中遇到的问题和解决办法：(1).电路线路比较多，容易出现短路现象，数码显示由于短路出现显示不正常显示，整理线路后能够正常显示。(2).制作和测试12V电源时，由于没有认真参考整流管的接法和7912的芯片资料，出现一次整流电容爆裂。(3).数码显示出现问题，检查电路发现P2口没有加上拉电阻，数码显示的亮度不够，加上上拉电阻能正常显示。(4).稳压管7812的输出端输出电压，检查电路，发现输出端需要增加一个电容，增加后问题得到解决。(5).由于数码管显示的电压不是从LM350输出的实际电压值，所以显示的电压与实际的电压值有一点的差距，为了减少误差，且从前面的电压调整电路可知输出电压与电阻是成线性关系的，所以首先必须调节输出电压的线性关系。线性关系主要是这样调节的： 首先输入1.5V的电压，调节电位器，使输出也为1.5V的电压； 通过键盘设置，使输入为3.5V的电压，反复调节电位器，使输出为3.5 0.1V的电压； 通过键盘设置，使输入为5.5V的电压，反复调节电位器，使输出为5.5 0.1V的电压； 通过键盘设置，使输入为7.5V的电压，反复调节电位器，使输出为7.5 0.1V的电压； 通过键盘设置，使输入为9.5V的电压，反复调节电位器，使输出为9.5 0.1V的电压。通过调节输入输出电压的线性关系，确定电位器的阻值。调好了线性关系后，电位器使固定下来了，在以后的操作中不能改变电位器的阻值。随着电位器阻值的确定，运算放大器的放大倍数也就确定下来了。6.1.2 电路数据的测试(1).电压输出范围的测试主要测试仪器：数字万用表 设计要求的范围内，通过程序电压极值，先设最低值，再设最高值，用数字万用表测量相应的输出电压，重复测试三次，具体测试数据如表6.1：表6.1 电压输出范围测试数据次数第一次第二次第三次极值Vmin(1.4V)Vmax(9.9V)VminVmaxVminVmax设定值1.49.91.49.91.49.9实测值1.409.891.4059.9051.3979.89试验误差00.010.0050.0050.0020.01误差分析从上表的数据看出，实际输出的电压最低值达不到要求的0V，主要原因是在设计电路原理的时候考虑到条件不足，0832的基准电压只能是+5V，如果能使0832的基准电压能够是-5V，则可以达到要求。最低值误差（0.010.0050.003）/3=0.006V=6mV最高值误差（0.010.0050）/3=0.005V=5mV总体分析 ：由以上数据分析可知，在两端点处，系统最大误差为6mV，完全达到题目设计要求。(2).步进控制测试： 主要测试仪器：数字万用表 在规定的范围内，先设定一个初始值（若不设定，则系统默认为1.4V）。然后通过功能键在初始值的基础上进行先步进控制，然后再步减。测试五组数据如表6.2:表6.2 步进控制测试数据次数第一次第二次第三次第四次第五次初始值1.5V3.0V5.0V7.5V9.5V步进0.1V1.493.095.17.619.61步减0.1V1.402.994.97.419.41步进误差0.010.0100.010.01步减误差00.0100.010.01误差分析分析上表，在中间段误差较小，两端误差变大，这一方面与电源部分影响有关，另外受运放比较精度及0832的基准电压和0832的量化误差的影响。可通过调节电位器对数模输出补偿来减小误差。总体来说基本上达到设计要求。6.2 软件调试(1).主程序的调试在调试主程序时，由于没有调启动0832的程序，DA转换不能正常进行，调用后能正常进行DA转换。(2).显示子程序的调试在调试显示子程序时，由于调用的延时时间不够，数字在数码管上显示不稳定，出现闪烁现象，且闪烁频率不一致，通过多次调试，改变延时时间，最终数字能稳稳地显示在数码管上。(3).中断子程序的调试 在调试中断子程序时，开始我采用的是电平触发方式，但达不到要求，按下调整按键没有松开，中断程序一直在执行，也就是说中断程序不只执行一次，改为脉冲触发方式后，能达到理想的效果。第7章 数控电压源的使用说明此数控电压源输出电压值在1.4V9.9V之间。A键用于电源步进加或调整加0.1V；B键用于电源步进减或调整减0.1V，每按一次分别加或减0.1V；C、D键用于调整电压的整数位，C键用于调整电压加1V，D键用于调整电压加1V，每按一次分别加或减1V。E键用于设置电源的设置状态和输出状态。使用该多功能数控电压源操作简单。当上电时，电源会输出设置的1.4V电源，按E键就进入设置状态，可以设置电压，若在此时再按一次按下A键，电压加0.1V，按B键电压减0.1V，按C键电压加1V，按D键电压减1V，若设置完成，可按E键跳出电压设置状态，即可输出设置的电压值。在输出状态也可按A、B键，使电压步进0.1V。结 论本次设计过程中，对纹波也没有提出很严格要求，所以常用的稳压集成电路就可以满足要求。在电路中采用了模拟器件和数字器件所以需要+5V、和12V电源供电。本设计输出的电压稳压精度高，可以用在对直流电压要求较高的设备上，或在科研实验室中当作实验电源使用。在本次设计的过程中，我发现很多的问题，给我的感觉就是很难，很不顺手，看似很简单的电路，要动手把它给设计出来，是很难的一件事，主要原因是我们没有经常动手设计过电路以及在设计过程中用到的知识我学得不是很扎实，还有资料的查找也是一大难题，这就要求我们在以后的学习和工作中，应该注意到这一点，更重要的是我们要学会把从书本中学到的知识和实际的电路联系起来，这不论是对我们以后的就业还是学习，都会起到很大的促进和帮助。不过本次设计中仍有不足之处，其中主要的不足之处没有达到0V的设计要求。其主要原因是设计条件不够，使得0832的基准电压只能为+5V，所以其只能输出负电压。而且LM350的输出端比输入端高也至少1.25V的电压，所以在本次设计中不能达到0V的电压，但如果在0832的其准电压上再加上一个-5V的基准电压便可达到输出0V的要求。同时，通过本次毕业设计，巩固了我们学习过的专业知识，也使我们把理论与实践从真正意义上相结合了起来；考验了我们借助互联网络搜集、查阅相关文献资料，和组织材料的综合能力；从中可以自我测验，认识到自己哪方面有欠缺、不足，以便于在日后的工作中得以改进、提高；通过使用电路CAD 软件Protel99se，也让我们了解到计算机辅助设计(CAD)的智能化，有利于提高工作效率。 参考文献1 李广弟等.单片机基础.北京：北京航空航天大学出版社，2001.2 何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计.北京：北京航空航天大学出版社，2003.3 李光飞.51系列单片机设计实例. 北京：北京航空航天大学出版社，2003.4 张陵山，陈国平，杨子华.C语言程序设计.长沙：湖南大学出版社，2003.5 马忠梅，张凯.单片机的C语言应用程序设计.北京：北京航空航天大学出版社，2003.6 何立明.单片机程序设计.北京：电子工业出版社，2003.7 谢维成.单片机原理与应用及C51程序设计.北京:清华大学出版社，2003.8 2003年全国大学生电子设计竞赛汇编.北京：电子工业出版社，2003.致 谢 首先，我要感谢内蒙古大学电子信息工程学院所有老师，是他们孜孜不倦的教诲我，使我具备了良好的基础知识，并掌握了学习的方法，才能够有今天的这个课题的论文。在本次毕业设计中，由于开始的时候电路和工作原理及一些问题不是清楚，在朱老师的一步步的查漏补缺的指导下，才查明原因，然后修改PCB板才做出现在的实物。在此特别感谢我们的指导老师朱丽老师给予的耐心的指导，也非常感谢学院的创新实验室为我们提供良好的实验场地及实验设备，给我们的设计有了很大的帮助，同时感谢同组成员对我的大力支持与信任，也一并感谢寝室兄弟们对我的支持！ 我还要感谢我的父母、家人和朋友，我的成绩和他们的支持和鼓励是分不开的，他们的关心和鼓励永远都是我前进和成长的动力。最后，向所有关心、帮助过我的老师、同学、朋友和家人表示最诚挚的谢意！ 学生签名 日 期：2010/05/30附 录附录1：元器件清单表1 元器件清单名称规格数量封装电解电容2200F2个RB.2/.4F22F3个RB.2/.4F470F2个RB.2/.4F电容0.1F3个RB-1.5_B30pF2个RAD-0.2A电阻4.7K5个AXIAL0.4271个AXIAL-0.35K2个AXIAL-0.32201个AXIAL-0.30.2K2个AXIAL0.41K1个AXIAL0.4排阻5.1k2个SIP-9电位器20k1个WR1插针AC220V IN1个SIP2DC 5V