畢業(yè)設計（論文）單片機程控電壓源的硬件設計

1、安徽工貿(mào)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）1單片機程控電壓源的硬件設計摘 要本設計以 at89s52 單片機為核心控制芯片，實現(xiàn)數(shù)控直流電源功能的方案。設計采用 8 位精度的 da 轉(zhuǎn)換器 dac0832、三端可調(diào)穩(wěn)壓器 lm350 和一個 ua741 運算放大器構(gòu)成穩(wěn)壓源，實現(xiàn)了輸出電壓范圍為1.4v+9.9v，電壓步進 0.1v 的數(shù)控穩(wěn)壓電源，最大紋波只有 10mv，具有較高的精度與穩(wěn)定性。另外該方案只采用了 5 個按鍵實現(xiàn)輸出電壓的方便設定，具有設定值調(diào)整，微調(diào)（步進量 0.1） ，粗調(diào)（步進量 1）三種調(diào)整功能，顯示部分我們采用了三位一體的數(shù)碼管來顯示輸出電壓值。我們自行設計了12v 和

2、5v 電源為系統(tǒng)供電。該電路的原理是通過 mcu 控制 da 的輸出電壓大小，通過放大器放大，放大后的電壓作為 lm350 的參考電壓，真正的電壓還是由電壓模塊 lm350 輸出。利用 5 個按鈕調(diào)整電壓、并且通過共陰極三位一體 led 顯示輸出的電壓值。設計使用 3 三位一體數(shù)碼管，可以顯示三位數(shù)，一個小數(shù)位，比如可以顯示5.90v，采用動態(tài)掃描驅(qū)動方式。與傳統(tǒng)的穩(wěn)壓電源相比具有操作方便，電源穩(wěn)定性高以及其輸出電壓大小采用數(shù)碼顯示的特點。關鍵詞：數(shù)控，步進，三端可調(diào)穩(wěn)壓器安徽工貿(mào)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）2目 錄目 錄.2第 1 章 緒 論.3第 2 章 數(shù)控電壓源的方案介紹.62.1 數(shù)

3、控電壓源的方案論證.62.2 方案比較.82.2.1 數(shù)控部分的比較 .82.2.2 輸出部分的比較 .82.2.3 顯示部分的比較 .8第 3 章 數(shù)控電壓源的工作原理.93.1 整機電路框圖 .93.2 工作原理 .93.2.1 da 轉(zhuǎn)換電路工作原理.93.2.2 電壓調(diào)整電路工作原理 .103.2.3 數(shù)值計算 .11第 4 章 單元電路工作原理.124.1 時鐘電路 .124.2 復位電路 .124.3 鍵盤接口電路 .134.3.1 鍵盤電路 .134.3.2 鍵盤電路工作原理 .144.4 顯示接口電路 .144.4.1 顯示電路原理 .144.4.2 led 顯示方式.154.

4、4.3 顯示電路原理圖 .164.5 d/a 轉(zhuǎn)換電路.164.6 電源電路 .164.6.1 穩(wěn)壓器 78l12 和 79l12.174.6.2 電源電路原理圖 .174.7 所用主要芯片 .184.7.1 單片機 at89s52.184.7.2 芯片 dac0832.194.7.3 lm350 .204.7.4 集成運放 ua741.22結(jié) 論.24致 謝.25附 錄.26安徽工貿(mào)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）3 第 1 章 緒 論1.1 研究背景及意義數(shù)控直流電壓源是電子技術常用的設備之一，廣泛的應用于教學、科研等領域。傳統(tǒng)的多功能數(shù)控直流電壓源功能簡單、難控制、可靠性低、干擾大、精度低且

5、體積大、復雜度高。普通數(shù)控直流電源品種很多，但均存在以下二個問題: 1)輸出電壓是通過粗調(diào)(波段開關)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(如 1.051.07v)，困難就較大。另外，隨著使用時間的增加，波段開關及電位器難免接觸不良，對輸出會有影響。2)穩(wěn)壓方式均是采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，對過載進行限流或截流型保護，電路構(gòu)成復雜，穩(wěn)壓精度也不高。在家用電器和其他各類電子設備中，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。濾波器用于濾除整流輸出電壓中的

6、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替代，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直流穩(wěn)壓器就能用作家用電器的電源，這既降低了家用電器的成本，又縮小了其體積，使家用電器小型化。傳統(tǒng)的數(shù)控直流電壓源通常采用電位器和波段開關來實現(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)整精度不高，讀數(shù)欠直觀，電位器也易磨損，而基于單片機控制的數(shù)控直流電源能較好地解決以上傳統(tǒng)穩(wěn)壓電源的不足。隨著科學技術的不斷發(fā)展，特別是計算機技術的突飛猛進，現(xiàn)代工業(yè)應用的工控產(chǎn)品均需要有低紋波、寬調(diào)整范圍的高壓電源，特別是在一些高能物理領域，急需電腦或單片機控制的低紋波、

7、寬調(diào)整范圍的電源。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 從上世紀九十年代末起，隨著對系統(tǒng)更高效率和更低功耗的需求，電信與數(shù)據(jù)通訊設備的技術更新推動電源行業(yè)中直流/直流電源轉(zhuǎn)換器向更高靈活性和智能化方向發(fā)展。在 80 年代的第一代分布式供電系統(tǒng)開始轉(zhuǎn)向到 20 世紀末更為先進的第四代分布式供電結(jié)構(gòu)以及中間母線結(jié)構(gòu)，直流/直流電源行業(yè)正面臨著新的挑戰(zhàn)，即如何在現(xiàn)有系統(tǒng)加入嵌入式電源智能系統(tǒng)和數(shù)字控制。早在 90 年代中期，半導體生產(chǎn)商們就開發(fā)出了數(shù)控電壓源管理技術，而在當時，這種方案的性價比與當時廣泛使用的模擬控制方案相比處于劣勢，因而無法被廣泛采安徽工貿(mào)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）4用。由于板載電源管理的更廣

8、泛應用和行業(yè)能源節(jié)約和運行最優(yōu)化的關注，電源行業(yè)和半導體生產(chǎn)商們便開始共同開發(fā)這種名為“數(shù)控電壓源”的新產(chǎn)品?，F(xiàn)今隨著直流電源技術的飛躍發(fā)展，整流系統(tǒng)由以前的分立元件和集成電路控制發(fā)展為微機控制，從而使直流電源智能化，具有遙測、遙信、遙控的三遙功能，基本實現(xiàn)了直流電源的無人值守。本次畢業(yè)設計設計的數(shù)控直流電源主要由單片機系統(tǒng)、鍵盤、數(shù)碼管顯示器、d/a 轉(zhuǎn)換電路、穩(wěn)壓電路等幾部分組成。單片機系統(tǒng)選用 89s52 型號單片機，采用獨立式鍵盤及 lm350 作穩(wěn)壓器件。1.3 課題研究方法隨著時代的發(fā)展，數(shù)字電子技術已經(jīng)普及到我們生活、工作、科研等各個領域，本文將介紹一種數(shù)控直流電源，本電源由電源

9、電路、顯示電路、控制電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路四部分組成。準確說就是電源電路提供各個芯片電源、數(shù)碼管、放大器所需電壓，顯示電路用于顯示電源輸出電壓的大小，同時分析了數(shù)字技術和模擬技術相互轉(zhuǎn)換的概念。與傳統(tǒng)的穩(wěn)壓電源相比具有操作方便，電源穩(wěn)定性高以及其輸出電壓大小采用數(shù)碼顯示的特點。數(shù)控電壓源是最常用的儀器設備，在科研及實驗中都是必不可少的。目前所使用的直流可調(diào)電源中，幾乎都為旋紐開關調(diào)節(jié)電壓，調(diào)節(jié)精度不高，而且經(jīng)常跳變，使用麻煩。利用數(shù)控電壓源，可以達到每步 0.1v 的精度，輸出電壓范圍 1.4v 至9.9v，電流可以達到 3a。針對以上問題，本課題設計了一種以單片機為核心的數(shù)控式高精度簡易直流電源

10、的設計，該電源采用數(shù)字調(diào)節(jié)、閉環(huán)實時監(jiān)控、輸出精度高，特別適用于各種有較高精度要求的場合。其設計方法是由單片機通過 d/a，控制驅(qū)動模塊輸出一個穩(wěn)定電壓，同時穩(wěn)壓方法采用三端可調(diào)穩(wěn)壓管進行調(diào)整，輸出電壓通過電阻反饋給運放，與設定值進行比較，若有偏差則調(diào)整輸出。工作過程中，單片機輸出驅(qū)動 led 顯示，通過鍵盤可設置和調(diào)整電壓值。該電路具有設計簡單，應用廣泛，精度較高等特點。安徽工貿(mào)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）5第 2 章 數(shù)控電壓源的方案介紹2.1 數(shù)控電壓源的方案論證目前數(shù)控電壓源已廣泛使用，要實現(xiàn)目標其方案比較多，主要有以下幾種方案：2.1.1 方案一：采用單片機的數(shù)控電壓源的設計采用常用

11、的 52 芯片作為控制器，p0 口和 dac0832 的數(shù)據(jù)口直接相連，da 的和連接后接 p3.4，和接單片機的端，讓 da 工作在單緩沖方式csxfer2wr1wrwr下。da 的 8 腳接參考電壓，da 的基準電壓接 5v 電源，所以在 dac 的 8 腳輸出電壓的分辨率為 5v/256 約等于 0.02v，也就是說 da 輸入數(shù)據(jù)端每增加 1，電壓增加0.02v。通過運放 lm324 將 da 的輸出電流轉(zhuǎn)化為電壓，再通過運放 ua741 將電壓反相并放大。最后經(jīng) lm350 調(diào)整輸出電壓并穩(wěn)壓。其硬件框圖如圖 2.1 所示：圖 2.1 方案一硬件框圖2.1.2 方案二：采用調(diào)整管的雙

12、計數(shù)器的數(shù)控電壓源的設計 此方案采用傳統(tǒng)的調(diào)整管方案，主要特點在于使用一套雙計數(shù)器完成系統(tǒng)的控制功能，其中二進制計數(shù)器的輸出經(jīng)過 d/a 變換后去控制誤差放大的基準電壓，以控制輸出步進。十進制計數(shù)器通過譯碼后數(shù)碼管顯示輸出電壓值，為了使系統(tǒng)工作正常，必須保證雙十計數(shù)器同步工作。其硬件框圖如圖 2.2 所示：安徽工貿(mào)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）6圖 2.2 方案二硬件框圖2.1.3 方案三：采用調(diào)整管的十進制計數(shù)器的數(shù)控電壓源的設計 此方案不同于方案之二處在于使用一套十進制計數(shù)器，一方面完成電壓的譯碼顯示，另一方面其作為 eprom 的地址輸入，而由 eprom 的輸出經(jīng) d/a 變換后控制誤差

13、放大的基準電壓來實現(xiàn)輸出步進，只使用了一套計數(shù)器，回避了方案二中必須保證雙計數(shù)器同步的問題，但由于控制數(shù)據(jù)燒錄在 eprom 中，使系統(tǒng)設計靈活性降低。其硬件框圖如圖 2.3 所示：圖 2.3 方案三硬件框圖整流濾波電路調(diào)整管過流保護誤差放大十進制計數(shù)器epromd/a轉(zhuǎn)換電壓預置步進加步進減譯碼顯示輸出安徽工貿(mào)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）72.2 方案比較2.2.1 數(shù)控部分的比較 方案二、三中采用中、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，造成控制電路內(nèi)部接口信號繁瑣，中間相互關聯(lián)多，抗干擾能力差。在方案一中采用了89s52 單片機完成整個數(shù)控部分的功能，同時，89s52 作為一個智

14、能化的可編程器件，便于系統(tǒng)功能的擴展。2.2.2 輸出部分的比較方案二、三中采用線性調(diào)壓電源，以改變其基準電壓的方式使輸出步進增加或減少，這不能不考慮整流濾波后的紋波對輸出的影響，而方案一中使用運算放大器放大電壓，由于運算放大器具有很大的電源電壓抑制化，可以大大減少輸出端的紋波電壓。2.2.3 顯示部分的比較方案二、三中的顯示輸出是對電壓的量化值直接進行譯碼顯示輸出，顯示值為d/a 變化輸入量，由于 d/a 變換與功率驅(qū)動電路引入的誤差，顯示值與電源實際輸出值之間可能出現(xiàn)較大偏差，而方案一中采用三位一體的數(shù)碼管直接對電壓值進行顯示?？傊桨敢坏膬?yōu)點是具有精度高，使用方便，硬件電路簡單等特點，

15、它使用了單片機，使得進一步擴展功能較為方便；方案二、三的優(yōu)點是電路結(jié)構(gòu)簡單，其缺點是使用比較復雜，精度沒有那么高?？紤]到各種因素，本設計采用方案一。安徽工貿(mào)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）8第 3 章 數(shù)控電壓源的工作原理3.1 整機電路框圖數(shù)控電壓源的電路框圖如圖 3.1 所示：圖 3.1 數(shù)控電壓源電路框圖3.2 工作原理本設計介紹了以 89s52 單片機為控制單元，以數(shù)模轉(zhuǎn)換器 dac0832 輸出參考電壓，以該參考電壓控制電壓轉(zhuǎn)換模塊 lm350 的輸出電壓大小的數(shù)控電壓源。通過改變送給單片機的數(shù)字量而達到改變輸出電壓的方法。通過三端穩(wěn)壓器 lm350 達到輸出電壓的穩(wěn)定。3.2.1 da

16、 轉(zhuǎn)換電路工作原理本設計是采用 dac0832 實現(xiàn)數(shù)據(jù)的數(shù)模轉(zhuǎn)換，其數(shù)據(jù)口與 p0 口直接相連，da 的和連接后接 p3.4，和接單片機的端，讓 da 工作在單緩沖方式csxfer2wr1wrwr下。da 的 8 腳接參考電壓，為簡化設計，在本次設計中的參考電壓用 5v 電壓，所以在 dac 的 8 腳輸出電壓的分辨率為 5v/256=0.01950.02v，也就是說 da 輸入數(shù)據(jù)端鍵 盤數(shù)碼顯示8952單片機電壓預置d/a轉(zhuǎn)換電壓調(diào)整電源電路輸出安徽工貿(mào)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）9每增加 1，電壓增加 0.02v。再在 da 的電壓輸出端接運放 lm324，將 da 的輸出電流轉(zhuǎn)換成電

17、壓。改變 p0 口的數(shù)據(jù)便可改變 0832 的輸出電壓，如當 p000h 時，dac0832 的輸出電壓就應為 0v。其電路圖如圖 3.2 所示。3.2 da 轉(zhuǎn)換電路3.2.2 電壓調(diào)整電路工作原理安徽工貿(mào)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）10圖 3.3 電壓輸出電路圖本設計的輸出電壓采用 lm350 三端調(diào)整穩(wěn)壓器進行調(diào)整，先將 0832 的輸出電壓用 ua741 進行反相放大，由于從 lm324 輸出的電壓是負電壓，所以 ua741 接成負反饋放大電路，通過調(diào)節(jié)電位器可以調(diào)節(jié)運放的電壓放大倍數(shù)。ua741 的輸出端通過電阻接到 lm350 的調(diào)整端，通過改變 ua741 的輸出電壓可以控制 l

18、m350 的輸出電壓，也就是數(shù)控電壓源的最終輸出電壓值，其電壓輸出電路圖如圖 3.3 所示。由于 lm350 的輸出電壓 vout=1.25v (1+r0/r13)，由電路圖知 r13 是個定值，而 r0 則是由 r12 和下面的電路來確定的，可知 r0 是個變量，所以 lm350 的輸出電壓與 r0 是成線性關系變化的。通過調(diào)節(jié) vr2，即可調(diào)節(jié) lm350 的輸出電壓。3.2.3 數(shù)值計算(1)輸出電壓最小值 vmin 的計算由 lm350 的輸出電壓公式可知 vmin=1.25 (1+27/220)=1.4v(2)單片機送給 0832 數(shù)值的計算 在設計時，要求單片機送給 0832 的數(shù)

19、值為 00h 時，輸出端輸出的電壓為 1.4v，及單片機送給 0832 的數(shù)值為 0ffh 時，輸出端輸出的電壓值為 9.9v，所以每當電壓增加 0.1v 時，單片機送給 0832 的數(shù)值就要增加 3。所以在編程時，按一下步進按鍵，p0 口的數(shù)據(jù)便要變化 3。當電壓要增加 1v 時，按一下按鍵，p0 口的數(shù)據(jù)便要變化30。所以可以通過調(diào)節(jié)電位器來改變運放的放大倍數(shù)，使單片機送給 0832 的數(shù)值增加 3 時，輸出電壓就要增加 0.1v。安徽工貿(mào)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）11第 4 章 單元電路工作原理4.1 時鐘電路時鐘電路用于產(chǎn)生單片機工作所需要的時鐘信號，而時序所研究的是指令執(zhí)行中各信號

20、之間的相互關系。單片機本身就如一個復雜的同步時序電路，為了保證同步工作方式的實現(xiàn)，電路應在唯一的時鐘信號控制下嚴格地按時序進行工作。4.1.1 時鐘振蕩電路圖時鐘振蕩電路圖如圖 4.1 所示：4 圖 4.1 時鐘振蕩電路圖4.1.2 時鐘信號的產(chǎn)生 單片機內(nèi)部有一個高增益、反相放大器，其輸入端為芯片引腳 xtal1，其輸出端為引腳 xtal2。而在芯片的外部，xtal1 和 xtal2 之間跨接晶體管振蕩器和微調(diào)電容，從而構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。只要在單片機的 xtal1 和 xtal2 引腳外接晶體振蕩器就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機內(nèi)部產(chǎn)生時鐘脈沖信號。電容器 c8 和 c9 的作用是穩(wěn)定

21、頻率和快速起振，電容值在530pf，典型值為 30pf。外部時鐘方式是把外部已有的時鐘信號引入到單片機內(nèi)。此方式常用于多片單片機同時工作，以便于各單片機的同步。一般要求外部信號高電平的持續(xù)時間大于20s，且為頻率低于 12mhz 的方波。4.2 復位電路復位操作有兩種基本形式：一種是上電復位，另一種是按鍵復位。按鍵復位電路圖如圖 4.2 所示。按 鍵復位具有上電復位功能外，若要復位，只要安徽工貿(mào)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）12按圖 4.2 中的 圖 4.2 復位電路reset 鍵，電源 vcc 經(jīng)電阻 r1、r2 分壓，在 reset 端產(chǎn)生一個復位高電平。上電復位電路要求接通電源后，通過外部

22、電容充電來實現(xiàn)單片機自動復位操作。上電瞬間reset 引腳獲得高電平，隨著電容的充電，rerst 引腳的高電平將逐漸下降。rerst引腳的高電平只要能保持足夠的時間（2 個機器周期） ，單片機就可以進行復位操作。單片機復位期間不產(chǎn)生 ale 和信號，即 ale=1 和=1。這表明單片機復位psenpsen期間不會有任何取指操作。復位后：pc 值為 0000h，表明復位后程序從 0000h 開始執(zhí)行；sp 值為 07h 值，表明堆棧底部在 07h，需重新設置 sp 值；單片機在復位后，已使 p0p3 口每一端線為“1” ，為這些端線用作輸入口做好了準備。4.3 鍵盤接口電路 4.3.1 鍵盤電路

23、鍵盤接口通常包括硬件和軟件兩部分。硬件是指鍵盤的結(jié)構(gòu)及其主機的連接方式；軟件是指對鍵盤操作的識別與分析，即鍵盤管理程序。鍵盤一般是一組開關(按鍵)的集合。常用的按鍵有三種：機械觸點式：利用金屬的彈性使按鍵復位。導電像膠式：利用利用橡膠接彈性使按鍵復位。柔性按鍵：外形及面板布局等可按整機要求設計，在價格、壽命、防潮、防銹等方面顯示出較強的優(yōu)越性。鍵盤按其工作原理又可分為編碼式鍵盤和非編碼式鍵盤。這兩類鍵盤的主要區(qū)別是識別鍵符及給出相應鍵碼的方法。編碼鍵盤主要是用硬件來實現(xiàn)對鍵的識別；非編碼鍵盤主要是由軟件來實現(xiàn)鍵盤的定義與識別。非編碼式鍵盤接照與主機連接方式的不同，可分獨立式鍵盤和矩陣式鍵盤。(

24、1)獨立式鍵盤：獨立式鍵盤中，每個按鍵占用一根 i/o 口線，每個按鍵電路相對獨立。i/o 口通過按鍵與地相連，i/o 口有上拉電阻，無鍵按下時，引腳端為高電平，有鍵按下時，引腳電平被拉低。i/o 口內(nèi)部有上拉電阻時，外部可不接上拉電阻。(2)矩陣式鍵盤：行列式鍵盤采用行列電路結(jié)構(gòu)，當按鍵較多時所占用的口線相對較少，鍵盤規(guī)模越大，其優(yōu)點越明顯。所以，當按鍵數(shù)目大于 8 時，一般采用矩陣式鍵盤結(jié)構(gòu)。安徽工貿(mào)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）134.3.2 鍵盤電路工作原理（1）鍵盤電路原理圖如圖 4.3 所示：圖 4.3 鍵盤電路原理圖（2）鍵盤電路工作原理如圖 4.3 所示，當無鍵按下時，單片機的

25、p1.0p1.3 及 p3.3 為高電平。當有鍵按下時，單片機的相應口線通過按鍵與地相連被拉成低電平，其它口線電平狀態(tài)不變。因此，通過檢測 i/o 口線的電平狀態(tài)，即可判斷鍵盤上哪個鍵被按下。 4.4 顯示接口電路4.4.1 顯示電路原理常所說的 led 顯示器由七個發(fā)光二極管組成，因此也稱之為七段 led 顯示器，此外，顯示器中還有一個圓點型發(fā)光二極管（在圖中以 dp 表示） ，用于顯示小數(shù)點。通過七段發(fā)光二極管的不同組合，可以顯示多種數(shù)字、字母或者其他符號。led 顯示器中的發(fā)光二極管共有兩種連接方法。安徽工貿(mào)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）14共陽極接法把發(fā)光二極管的陽極連在一起構(gòu)成公共陽極

26、。使用時公共陽極接+5v。這樣陰極端輸入低電平的段發(fā)光二極管就導通點亮，而輸入高電平的則不點亮。 圖 4.4 七段 led 顯示共陰極接法把發(fā)光二極管的陰極連在一起構(gòu)成公共陰極。使用時公共陰極接地，這樣陽極端輸入高電平的段發(fā)光二極管就導通點亮，而輸入低電平的則不點亮。本設計采用共陰極接法，如圖 4.4 所示。七段發(fā)光二極管，再加上一個小數(shù)點，共計 8 段。因此提供給 led 顯示器的字型代碼正好一個字節(jié)。采用 led 顯示器。led顯示器由七個發(fā)光二極管組成，本設計采用共陰級接法。顯示方式采用動態(tài)顯示方式。原因在于：靜態(tài)顯示方式要求口線多，占用資源多，成本就高，而動態(tài)顯示方式，電路簡單、節(jié)省口

27、線、成本低。4.4.2 led 顯示方式靜態(tài)顯示所謂靜態(tài)顯示，是指顯示器顯示某一字符時，相應段的發(fā)光二極管恒定地導通或截止。這種顯示方法每一位都需要有一個 8 位輸出控口控制。靜態(tài)顯示時，較小的驅(qū)動電流就可以得到較高的顯示亮度，所以可由接口芯片直接驅(qū)動。并行輸出顯示位數(shù)越多需要i/o 口越多。 圖 4.5 三位一體 led 外觀引腳圖動態(tài)顯示本次設計用到的是六位動態(tài)顯示，動態(tài)顯示是一位一位地輪流點亮各位數(shù)碼管，如圖 4.5 中所示，各位數(shù)碼管的段控線相應并聯(lián)在一起，由一個 8 位的 i/o 口控制，但是 8 路驅(qū)動采用 74ls244 總線驅(qū)動器作為數(shù)碼管的驅(qū)動器，各位的位控線(即公共陰極或陽

28、極)由另外的 i/o 口線控制，同時也必須接有 74ls244 作為驅(qū)動器，在74ls244 輸出端必須接有 500 限流電阻接到電源，這種電路的特點是節(jié)省 i/o 口線，硬件電路相對靜態(tài)顯示方式簡單，但是也有其缺點如：顯示高度不如靜態(tài)顯示方式，而且在顯示位數(shù)較多時，cpu 要依次掃描，占用 cpu 較多的時間。在本次設計中，我們采用的是共陰極的三位一體的 led，其外觀引腳如圖 4.5 所示，a、b、c 分別為三個數(shù)碼顯示的位控引腳，其顯示原理與單個 led 的顯示原理完全相同，在此不再贅述。安徽工貿(mào)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）154.4.3 顯示電路原理圖顯示電路原理圖如圖 4.6 所示：

29、圖 4.6 顯示電路原理圖4.5 d/a 轉(zhuǎn)換電路d/a 轉(zhuǎn)換電路主要由 at89s52（單片機） 、數(shù)碼轉(zhuǎn)換器 dac0832 及 lm324 運算放大器等芯片組成。at89s52 的 p0 口作為數(shù)據(jù)端口與 dac0832 的 8 位數(shù)據(jù)線相連。本系統(tǒng)中，因為 cpu 的工作任務是單一的，而且數(shù)據(jù)傳送的目的地址也是單一的，因此，dac0832 采用單緩沖的工作方式，該芯片的(低電平有效)、四cs1wrxfer2wr個使能端均與地相接處于有效狀態(tài)，這個工作方式不需要給 dac0832 分配地址空間，cpu 的 p1 口的數(shù)據(jù)變化直接反映到 dac0832 的輸出端。4.6 電源電路在本次設計

30、中，由于要給運放 lm324 和 ua741 供電，所以要自制電源。在此次設計中，我設計了一個可以輸出正負 12 伏的電源。主要以 7800 系列(輸出正電壓)和7900 系列（輸出負電壓）做成電源電路。線性電源由 15v 變壓器經(jīng)過全波整流，電容整流濾波，通過三端穩(wěn)壓管 7812、7912 穩(wěn)壓為芯片at89s52、dac0832、lm324、ua741、數(shù)碼管等提供電壓。安徽工貿(mào)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）164.6.1 穩(wěn)壓器 78l12 和 79l12三端固定穩(wěn)壓器，三端只有 3 個引出端子，具有應用時外接元件少，使用方便，性能穩(wěn)定，價格低廉的優(yōu)點，被廣泛應用。通常有 78l12（正電

31、源）系列和79l125（負電源）系列，其結(jié)構(gòu)外觀如右圖 4.7 所示：它由輸出腳 out，輸入腳和iv接地腳 gnd 組成，它的書室穩(wěn)壓輸出值為正負 12v，由它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可知，除增加了一級啟動電路外，其余部分 圖 4.7 7812 引腳圖與串聯(lián)穩(wěn)壓電路完全一樣，其基準電壓源的穩(wěn)定性更高，采取的電容必須是漏電流較小的坦電容，或者是電解電容須是鉭電容的 10 倍，保護電路更完善。穩(wěn)壓器輸入端的電容用來進一步消除紋波，此外，輸出端的電容起到了頻率補償?shù)淖饔?，能防止自激振蕩，從而使電路穩(wěn)定工作。4.6.2 電源電路原理圖電源電路原理圖如圖 4.8 所示：圖 4.8 電源電路原理圖安徽工貿(mào)職業(yè)技術學院

32、畢業(yè)設計（論文）174.7 所用主要芯片 4.7.1 單片機 at89s52（1）at89s52 單片機芯片引腳圖at89s52 芯片引腳圖（如圖 4.9 所示）：（2）at89s52 單片機芯片的特點at89s52 具有如下特點：40 個引腳，8kbytesflash 片內(nèi)程序存儲器，256bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ram） ，32 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，at89s52 設計和配置了振蕩頻率可為 0hz 并 圖 4.9 芯片 at89

33、s52 引腳圖可通過軟件設置省電模式?？臻e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 激活或硬件復位。同時該芯片還具有 pdip、tqfp 和 plcc 等三種封裝形式，以適應不同產(chǎn)品的需求。(3) 信號引腳的第二功能：由于工藝及標準化等原因，芯片的引腳數(shù)目是有限制的，例如 mcs51 系列把芯片引腳數(shù)目限定為 40 條，但單片機為實現(xiàn)其功能所需要的信號數(shù)目卻遠遠超過此數(shù)，因此就出現(xiàn)了供需矛盾。 “復用”(即給一些信號引腳賦以雙重功能)是解決此問題的唯一可行的辦法。89s52 單片機的引腳

34、的第二功能如表 4.1 所示：表 4.1：p1口和 p3的第二功能口線第二功能信號名稱p3.0rxdrxd（串行數(shù)據(jù)接收）p3.1txdtxd（串行數(shù)據(jù)發(fā)送）p3.20int（外部中斷 0 申請）0intp3.31int（外部中斷 1 申請）1intp3.4t0t0（定時器 0 的計數(shù)輸入）p3.5t1t1（定時器 1 的計數(shù)輸入）安徽工貿(mào)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）18p3.6wr（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）wrp3.7rd（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）rdp1.0t2t2（定時器/計數(shù)器 t2 的外部計數(shù)輸入） ，時鐘輸出p1.1t2ext2ex（定時器/計數(shù)器 t2 的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制

35、）p1.5mosimosi（在系統(tǒng)編程用）p1.6misomiso（在系統(tǒng)編程用）p1.7scksck（在系統(tǒng)編程用）4.7.2 芯片 dac0832（1）dac0832 芯片引腳圖dac0832 芯片引腳圖如圖 4.10 所示：（2）dac0832 芯片的特點dac0832 是一種典型的 8 位轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部為雙緩沖寄存器即輸入寄存器和 dac 寄存器，、 圖 4.10 芯片 0832 引腳圖1wr、分別為該兩寄存器的寫信號輸出端，ile 為輸入鎖存使能端，高電平有效，2wr為片選端，為傳輸控制端，它和共同控制 dac 寄存器的工作狀態(tài)，其csxfer2wr內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 4.11 所示。dac

36、0832 有兩個接地端 agnd（模擬電路接地端）和dgnd（數(shù)字信號）接地端，一般情況下，這兩個地端均并聯(lián)接地。dac0832 的 d/a 轉(zhuǎn)換電路為倒 t 型 r-2r 電阻網(wǎng)絡，故有 iout1 和 iout2 兩個電流輸出端，根據(jù)不同的電路組成，該芯片可以有兩種輸出模式，一種為電流輸出模式，這種模式基準電壓加在 vref 端，由 iout1，iout2 輸出的電流經(jīng)運算放大器相加后輸出；另一種為電壓輸出模式，這種模式基準電壓加在 iout1 和 iout2 之間，模擬電壓加從 vref 端輸出。為了設計的方便，本電路選用電壓輸出模式，iout1 和 iout2 之間接一參考電壓，vre

37、f 輸出可控制電壓信號。它有三種工作方式：不帶緩沖工作方式，單緩沖工作方式，雙緩沖工作方式。該電路采用單緩沖模式，在忡圖中=0，dac 寄存2wrxfer處于直通狀態(tài)。又由于 ile=1，故只要在選中該片（=0）的地址時，寫入cs（=0）數(shù)字量，則該數(shù)字信號立即傳送到輸入寄存器，并直通至 dac 寄存器，經(jīng)wr過短暫的建立時間，即可以獲得相應的模擬電壓，一旦寫入操作結(jié)束，和立1wrcs即變?yōu)楦唠娖?，則寫入的數(shù)據(jù)被輸入寄存器鎖存，直到再次寫入刷新。 安徽工貿(mào)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）19圖 4.11 0832 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖4.7.3 lm350（1）芯片介紹lm350 是可調(diào)節(jié) 3端正電壓穩(wěn)壓器

38、，在輸出范圍為 1.2 伏到 33 伏時能夠提供超過 3 安的電流。此穩(wěn)壓器非常易于使用，只需要兩個外部電阻來設置輸出電壓。此外還使用內(nèi)部限流、熱判斷和安全工作區(qū)補償使之基本能防止燒斷保險絲。其外形及引腳圖如圖 4.12 所示： 圖 4.12 lm350 外形及引腳圖lm350 服務于多種應用場合，包括局部穩(wěn)壓、卡上穩(wěn)壓。該器件還可以用來制做一種可編程的輸出穩(wěn)壓器，或者，通過在調(diào)整點和輸出之間接一個電阻，lm350 可用作一個精密穩(wěn)流器。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖 4.13 所示：安徽工貿(mào)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）20圖 4.13 lm350 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖其主要特點如下： 輸出電流超過 3 安 輸出電壓

39、在 1.2 伏和 33 伏之間可調(diào)節(jié) 內(nèi)部熱過載保護 不隨溫度變化的內(nèi)部短路電流限制 輸出晶體管安全工作區(qū)補償 對高壓應用孚空工作 標準 3 引腳晶體管封裝 避免置備多種電壓（2）其基本電路工作原理lm350 是三端浮動穩(wěn)壓器。其基本電路工作原理如圖 4.14 所示。工作時，lm350建立并保持輸出與調(diào)節(jié)端之間 1.25v 的標稱參考電壓，這一參考電壓由 r1 轉(zhuǎn)換成編程電流，該恒定電流經(jīng) r2 到地。其穩(wěn)壓輸出電壓由式 4.1 給出：安徽工貿(mào)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）21圖 4.15 lm350 基本電路工作原理圖圖 4.14 基本電路工作原理圖（4.1）因為調(diào)節(jié)端的電流在式中代表誤差項，

40、所以 lm350 設計成控制 iadj小于 100 微安并使這之保持恒定。為達到這一點，所有靜態(tài)工作電流都返回到輸出端。這樣就需要最小負載電流表。如果負載電流小于最小值，輸出電壓會上升。因為 lm350 是浮動穩(wěn)壓器，所以只有電路兩端電壓差對性能是重要的，工作對地呈高電壓也就成為可能。（3）負載調(diào)整率lm350 能提供極良好的負載調(diào)整率，但為實現(xiàn)最優(yōu)性能需要注意幾點。編程電阻（r1）應盡可能連接在與穩(wěn)壓器靠近處，以使與參考電壓有效串聯(lián)線路壓降最小，避免調(diào)整率變差。r2 接地端可以回到靠近負載接地端處，以提供遠程接地取樣并改進提高負載調(diào)整率。4.7.4 集成運放 ua741ua741 是一款集成

41、運算放大器。集成運算放大器是一種高增益多級直接耦合放大器，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 4.15 所示，其各部分的作用如下：圖 4.15 運放組成框圖（1）差動輸入級 使運放有盡可能高的輸入阻抗及共模抑制比。（2）中間放大級 由多級直接耦合放大器組成，以獲得足夠高的電壓增益。（3）輸出級 可使運放具有一定幅度的輸出電壓、輸出電流和盡可能小的輸出電阻。在輸出過載時有自動保護作用以免損壞集成塊。輸出級一般為互補對稱推挽電路。（4）偏置電路 為各級提供合適的靜態(tài)工作點。為使工作點穩(wěn)定，一般采用恒流源偏置電路。 安徽工貿(mào)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）22在本設計中用到的 ua741 共有兩個基本作用：放大電壓和反相作用。其引腳圖如圖 4.16 所示。圖 4.16 ua741 引腳圖安徽工貿(mào)職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）23結(jié) 論本次設計過程中，對紋波也沒有提出很嚴格要求，所以常用的穩(wěn)壓集成電路就可以滿足要求。在電路中采用了模擬器件和數(shù)字器件所以需要+5v、和12v 電源供電。本設計輸出的電壓穩(wěn)壓精度高，可以用在對直流電壓要求較高的設備上，或在科研實驗室中當作實驗電源使用。在本次設計的過程中，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(jīng)常動手設計過電路以及在設計過程中用到的知識我學得不是很