數(shù)控線性穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)論文說明書

1、. . . . 綜合畢業(yè)實(shí)踐說明書（論文）標(biāo)題：數(shù)控線性穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì). . . . I / 34摘摘 要要本系統(tǒng)以 AT89C51 單片機(jī)作為系統(tǒng)的核心，由 D/A 數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換模塊、A/D 模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊、按鍵、LCD 液晶顯示模塊等模塊組成一個(gè)數(shù)控穩(wěn)壓電源。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了輸出電壓圍 0+25.0V，步進(jìn) 0.1V，紋波不大于 100mV；輸出電流 2A；當(dāng)前輸出電壓電流值通過 LCD 顯示；由“” 、 “”兩鍵控制輸出電壓步進(jìn)增減。輸入模塊的按鍵按下之后，對單片機(jī)就有了一個(gè)輸入，單片機(jī)將輸入的數(shù)字一方面給顯示模塊，讓它們在 LCD 上顯示出來；另一部分輸給 DAC0832，讓它轉(zhuǎn)化為模擬

2、量電流輸出，通過運(yùn)算放大器將這模擬量轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電壓，這電壓經(jīng)過 TL084 放大后通過調(diào)整管 8050 來控制功率管 2N3055 的大電流輸出，從而實(shí)現(xiàn)輸出電壓的控制。ADC0804 的取樣電壓由電源輸出電路的電流取樣電阻分壓取得，并由運(yùn)放 TL084 按一定倍數(shù)放大后送至模數(shù)轉(zhuǎn)換器件 ADC0804，在把轉(zhuǎn)換結(jié)果送至單片機(jī)的 Pl 口，再由程序?qū)?shù)據(jù)處理后送 LCDl602顯示當(dāng)前電流。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞： AT89C51 單片機(jī)；數(shù)控電源；D/A；A/D；LCD . . . . II / 34AbstractAbstractThe AT89C51 MCU is the heart of t

3、he Numerical control power supply, which is made up of Digital-analog converter module, key module and LCD display module. The Output voltage of the system is between 0V and +25.0V,Stepped by 0.1V,the ripple is not more than 100mV,and the output current is 2A,The value of Output voltage is displayed

4、 by Digital control, and the stepping change in output voltage is controlled by +and -keys. When you press the button of the input module, the MCU will have an input. On the one hand ,the MCU transfers the figures into the LCD module, which display the figures, on the other hand, the MCU transfers t

5、he rest information into DAC0832,making it into a simulation of output current. By the operational amplifiers the simulation is changed into the appropriate voltage, which is used to control 2N3055-control, so it is success in the control of output voltage.KeywordsKeywords:MCU；Numericalcontrolpower

6、supply；D/A；A/D；LCD. . . . III / 34目 錄摘要 I目錄 III引言 11 線性穩(wěn)壓電源的介紹 11.1 直流穩(wěn)壓電源的發(fā)展方向 11.1.1 數(shù)字化 21.1.2 模塊化 21.1.3 綠色化 21.2 國發(fā)展現(xiàn)狀 21.3 系統(tǒng)研究方向 32 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 32.1 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 32.1.1 設(shè)計(jì)任務(wù) 32.1.2 設(shè)計(jì)要求 32.2 設(shè)計(jì)原理 32.2.1 總體設(shè)計(jì)方案 32.2.2 方案的比較與論證 42.3 系統(tǒng)原理框圖 52.4 穩(wěn)壓電源基本原理 53 主要器件介紹 53.1 AT89C51 簡介 63.2 DAC0832 工作原理 73.3 ADC0

7、804 工作原理 93.4 LCD1602 顯示原理 103.4.1 LCD1602 的基本參數(shù)與引腳功能 10. . . . IV / 343.4.2 LCD1602 的指令說明與時(shí)序 114 硬件電路 124.1 電源主回路 124.2 輔助電源 134.3 單片機(jī)控制與顯示存儲(chǔ) 144.4 數(shù)模轉(zhuǎn)換 DAC0832154.5 模數(shù)轉(zhuǎn)換 ADC0804165 軟件設(shè)計(jì) 165.1 開發(fā)工具介紹 165.2 軟件流程圖 165.3 仿真測試 17結(jié)束語 19致 20參考文獻(xiàn) 21附錄一 電路總原理圖 22附錄二 源程序 23. . . . 1 / 34基于數(shù)控線性穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)引引 言言電源

8、是一切電力電子設(shè)備的動(dòng)力源，被形象地譽(yù)為“電路的心臟” ，隨著高科技的發(fā)展，各種高科技產(chǎn)品更是對電源的技術(shù)性能指標(biāo)要求越來越高。線性穩(wěn)壓電源廣泛的應(yīng)用于電子電路中，雖然各種新型的穩(wěn)壓電路結(jié)構(gòu)層出不窮，如開關(guān)穩(wěn)壓電路，但線性穩(wěn)壓電源的低噪聲特點(diǎn)始終是無法代替的。隨著時(shí)代的發(fā)展，對線性穩(wěn)壓電源的數(shù)字化控制也要求越來越高，針對以上問題, 從而設(shè)計(jì)的一套以單片機(jī)為核心的智能化直流電源顯得尤為重要！1 1 線性穩(wěn)壓電源的介紹線性穩(wěn)壓電源的介紹1.1 直流穩(wěn)壓電源的發(fā)展方向目前在研制高精度、高性能、多功能的測量控制儀表時(shí)，幾乎沒有不考慮采用微處理器的。以微處理器為主體取代傳統(tǒng)儀器儀表的常規(guī)電子線路，將計(jì)算

9、機(jī)技術(shù)與測量控制技術(shù)結(jié)合在一起，組成新一代的所謂“智能化測量控制儀表” 。智能儀器解決了許多傳統(tǒng)儀表不能或不易解決的難題，同時(shí)還能簡化系統(tǒng)電路，提高系統(tǒng)的可靠性，加快產(chǎn)品的開發(fā)速度。直流穩(wěn)壓電源一方面為儀器儀表提供電能量，是儀器儀表的“動(dòng)力源” ，另一面它本身就是儀器儀表，因此，它有可能而且應(yīng)當(dāng)智能化。具體地說，智能化的直流穩(wěn)壓電源電源應(yīng)當(dāng)具有以下功能特點(diǎn):(1)操作自動(dòng)化。系統(tǒng)的整個(gè)測量過程如鍵盤掃描、量程選擇、開關(guān)啟動(dòng)閉合、數(shù)據(jù)的采集、傳輸與處理以與顯示打印等都用微控制器來控制操作，實(shí)現(xiàn)測量過程的全部自動(dòng)化。(2)具有自檢測功能，包括自動(dòng)調(diào)零、自動(dòng)故障檢測與狀態(tài)檢驗(yàn)、自動(dòng)校準(zhǔn)、自診斷與量程

10、自動(dòng)轉(zhuǎn)換等。系統(tǒng)能自動(dòng)檢測出故障的部位甚至故障的原因。(3)具有友好的人機(jī)對話能力。智能化的直流穩(wěn)壓電源使用鍵盤代替?zhèn)鹘y(tǒng)直流穩(wěn)壓電源中的切換開關(guān)，操作人員只需通過鍵盤輸入命令，就能實(shí)現(xiàn)某種測量功能。與此同時(shí)，智能直流穩(wěn)壓電源還通過顯示屏將儀器的運(yùn)行情況、工作狀態(tài)以與測量數(shù)據(jù)的處理結(jié)果與時(shí)告訴操作人員，使系統(tǒng)的操作更加方便直觀。(4)網(wǎng)絡(luò)管理能力。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用日益普與和信息處理技術(shù)的不斷發(fā)展，直流穩(wěn)壓電源通過 RS232 接口實(shí)現(xiàn)與上位 PC 機(jī)通信，從而使網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人員可以隨時(shí)監(jiān)視. . . . 2 / 34電源設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、各項(xiàng)技術(shù)參數(shù);網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人員可通過網(wǎng)絡(luò)定時(shí)開關(guān)電源，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程開關(guān)機(jī)

11、等功能。1.1.1 數(shù)字化在傳統(tǒng)直流穩(wěn)壓電源中，控制部分是按模擬信號來設(shè)計(jì)和工作的。在六、七十年代，電力電子技術(shù)完全是建立在模擬電路基礎(chǔ)上的。但是，現(xiàn)在數(shù)字式信號、數(shù)字電路顯得越來越重要，數(shù)字信號處理技術(shù)日趨完善成熟，顯示出越來越多的優(yōu)點(diǎn):便于計(jì)算機(jī)處理控制、避免模擬信號的畸變失真、減小雜散信號的干擾(提高抗干擾能力)、便于軟件包調(diào)試和遙感遙測遙調(diào)，也便于自診斷、容錯(cuò)等技術(shù)的植入。1.1.2 模塊化電源的模塊化有兩方面的含義，其一是指功率器件的模塊化;其二是指電源單元的模塊化。模塊化的目的不僅在于使用方便，縮小整機(jī)體積，更重要的是取消傳統(tǒng)連線，把寄生參數(shù)降到最小，從而把器件承受的電應(yīng)力降至最低

12、，提高系統(tǒng)的可靠性。大功率的電源，由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考慮，一般采用多個(gè)獨(dú)立的模塊單元并聯(lián)工作，采用均流技術(shù)，所有模塊共同分擔(dān)負(fù)載一旦其中某個(gè)模塊失效，其它模塊再平均分擔(dān)負(fù)載電流。極大的提高系統(tǒng)可靠性，即使萬一出現(xiàn)單模塊故障，也不會(huì)影響系統(tǒng)的正常工作。1.1.3 綠色化電源系統(tǒng)的綠色化有兩層含義:首先是顯著節(jié)電，這意味著發(fā)電容量的節(jié)約，而發(fā)電是造成環(huán)境污染的重要原因，所以節(jié)電就可以減少對環(huán)境的污染;其次這些電源不能(或少)對電網(wǎng)產(chǎn)生污染，國際電工委員會(huì)(IEC)對此制定了一系列標(biāo)準(zhǔn)，如工 EC555, IEC917,IECI000 等。20 世紀(jì)末，各種有源濾波器和有源

13、補(bǔ)償器的方案誕生，為 21 世紀(jì)批量生產(chǎn)各種綠色直流穩(wěn)壓電源產(chǎn)品奠定了基礎(chǔ)。1.2 國發(fā)展現(xiàn)狀在我國，以電力電子學(xué)為核心技術(shù)的電源產(chǎn)業(yè)，從二十世紀(jì) 60 年代中期開始形成，到了 90 年代以來，電源產(chǎn)業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期。一方面， 電源產(chǎn)業(yè)規(guī)模的發(fā)展在加快;另一方面，在國家自然科學(xué)基金的資助下或創(chuàng)新意識指導(dǎo)下，我國電力電子技術(shù)的研究從吸收消化和一般跟蹤發(fā)展到前沿跟蹤和基礎(chǔ)創(chuàng)新，電源產(chǎn)業(yè)界涌現(xiàn)了一些技術(shù)難度較大，具有國際先進(jìn)水平的產(chǎn)品，而且還產(chǎn)生了一大批具有代表性的研究成果和產(chǎn)品;目前國還開展了跟蹤國際多方面前沿性課題的研究或基礎(chǔ)創(chuàng)新研究。但是我國電. . . . 3 / 34源產(chǎn)業(yè)與發(fā)達(dá)國家相比

14、，存在著很大的差距和不足:在電源產(chǎn)品的質(zhì)量、可靠性、開發(fā)投入、生產(chǎn)規(guī)模、工藝水平、先進(jìn)檢測設(shè)備、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、持續(xù)創(chuàng)新能力等方面的差距為 10-15 年，尤其在實(shí)現(xiàn)直流穩(wěn)壓電源的智能化、網(wǎng)絡(luò)化方面的研究不是很多。目前國在這兩方面研究比較多的是電子科技大學(xué)和華南理工大學(xué)，主要是利用單片機(jī)和可編程系統(tǒng)器件(DPS)來控制開關(guān)直流穩(wěn)壓電源或數(shù)字化電壓單元達(dá)到數(shù)控的目的，但和國外的比較起來，效果不是很理想，還有很大的差距。國廠家生產(chǎn)的直流穩(wěn)壓電源雖然也在向數(shù)字化方向發(fā)展，但多限于對輸出顯示實(shí)現(xiàn)數(shù)碼顯示，或?qū)崿F(xiàn)多組數(shù)值預(yù)置?？傮w說來，國直流穩(wěn)壓電源技術(shù)在實(shí)現(xiàn)智能化等方面相對落后，面對激烈的國際競爭，是

15、個(gè)嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。1.3 系統(tǒng)研究方向本系統(tǒng)研究的直流穩(wěn)壓電源主要是符合智能化、數(shù)字化以與模塊化的特點(diǎn)。智能化主要是指系統(tǒng)有可編程模塊可以對系統(tǒng)進(jìn)行智能控制。數(shù)字化主要是指系統(tǒng)輸出電壓通過 7 段數(shù)碼管顯示，并且可以通過按鍵對輸出電壓進(jìn)行連續(xù)步進(jìn)數(shù)字化調(diào)節(jié)。模塊化是指系統(tǒng)由各個(gè)相關(guān)模塊組成，提高了系統(tǒng)的可靠性。2 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求2.1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)(1)設(shè)計(jì)一臺(tái)微機(jī)控制的數(shù)控直流電壓源，為電子設(shè)備供電；(2)在設(shè)計(jì)過程中，使用仿真軟件（例如 PROTUES 等）進(jìn)行仿真調(diào)試；(3)用計(jì)算機(jī)繪制所有的電路圖和印刷電路圖2.1.2 設(shè)計(jì)要求(1) 輸出電壓：025V 可調(diào)，

16、步進(jìn) 0.1V；(2) 輸出電流 I=2A；(3) 波紋有效值100mV ；(4) 操作方便、可維護(hù)性高；5整機(jī)安全可靠。2.2 設(shè)計(jì)原理2.2.1 總體設(shè)計(jì)方案. . . . 4 / 34方案一：此方案采用傳統(tǒng)的調(diào)整管方案，主要特點(diǎn)在于使用一套十進(jìn)制計(jì)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(jīng) D/A 變換后去控制誤差放大的基準(zhǔn)電壓，以控制輸出步進(jìn)。方案二：采用 51 系列單片機(jī)作為整機(jī)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

17、測實(shí)際輸出電流值的大小，可以經(jīng)過 ADC0804 進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，間接用單片機(jī)實(shí)時(shí)對電流進(jìn)行采樣，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與顯示。采用軟件方法來解決數(shù)據(jù)的預(yù)置以與電壓的步進(jìn)控制，使系統(tǒng)硬件更加簡潔，各類功能易于實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)以直流電源為核心，利用 51 系列單片機(jī)為主控制器，通過鍵盤來設(shè)置直流電源的輸出電壓，設(shè)置步進(jìn)等級可達(dá) 0.1V，并可由 LCD1602 顯示輸出電壓值和當(dāng)前電流值。利用單片機(jī)程控輸出數(shù)字信號，經(jīng)過 D/A 轉(zhuǎn)換器（DA0832）輸出模擬量，再經(jīng)過運(yùn)算放大器放大，控制輸出功率管的基極，隨著功率管基極電流的變化而輸出不同的電壓。2.2.2 方案的比較與論證數(shù)控部分方案一采用中、小規(guī)模器件實(shí)

18、現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)控部分，使用的芯片很多，造成控制電路部接口信號繁瑣，中間相互關(guān)聯(lián)多，抗干擾能力差。在方案二中采用單片機(jī)完成整個(gè)數(shù)控部分的功能，同時(shí)，89C51 作為一個(gè)智能化的可編程器件，便于系統(tǒng)功能的擴(kuò)展。輸出部分方案一采用線性調(diào)壓電源，以改變其基準(zhǔn)電壓的方式使輸出不僅增加/減少，這樣不能不考慮整流濾波后的紋波對輸出的影響，而方案二中使用運(yùn)算放大器作前級的運(yùn)算放大器，由于運(yùn)算放大器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。在方案一中。為抑制紋波而在線性調(diào)壓電源輸出端并聯(lián)的大電容降低了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，這樣輸出的電壓難以跟蹤快變的輸入，方案二中的輸出電壓波形與 D/A 變換輸出波形一樣，

19、不盡可以輸出直流電平，而且只要預(yù)先生成波形的量化數(shù)據(jù)，就可以產(chǎn)生多種波形輸出，使系統(tǒng)具有一定驅(qū)動(dòng)能力的信號源。顯示部分方案一中的顯示輸出是對電壓的量化值直接進(jìn)行譯碼顯示輸出，顯示值為 D/A 轉(zhuǎn). . . . 5 / 34換的輸入量，由于 D/A 轉(zhuǎn)換與功率驅(qū)動(dòng)電路引入的誤差，顯示值與電源實(shí)際輸出值之間可能出現(xiàn)較大偏差。方案二中采用 LCD1602 直接顯示輸出電壓值，還可顯示當(dāng)前電流值，當(dāng)短路或電流超過設(shè)定值時(shí)，MCU 自動(dòng)保存當(dāng)前使用電壓并關(guān)閉。綜上所述，選擇方案二，使用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。2.3 系統(tǒng)原理框圖圖圖 2.12.1 系統(tǒng)原理框圖系統(tǒng)原理框圖2.4 穩(wěn)壓電源基本原理 直流穩(wěn)壓電源由電源

20、變壓器 T、整流、濾波和穩(wěn)壓電路四部分組成，其原理框圖如圖 2.2 所示。電網(wǎng)供給的交流電壓 u1(220V,50Hz) 經(jīng)電源變壓器降壓后，得到符合電路需要的交流電壓 u2，然后由整流電路變換成方向不變、大小隨時(shí)間變化的脈動(dòng)電壓u3，再用濾波器濾去其交流分量，就可得到比較平直的直流電壓。但這樣的直流輸出電壓，還會(huì)隨交流電網(wǎng)電壓的波動(dòng)或負(fù)載的變動(dòng)而變化。在對直流供電要求較高的場合，還需要使用穩(wěn)壓電路，以保證輸出直流電壓更加穩(wěn)定。. . . . 6 / 34圖圖 2.22.2 直流穩(wěn)壓電源框圖直流穩(wěn)壓電源框圖3 3 主要器件介紹主要器件介紹3.1 AT89C51 簡介本課題設(shè)計(jì)的直流穩(wěn)壓電源的核

21、心控制器件選用 AT89C51。AT89C51 是一種帶 4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（ EPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS-51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器，AT89C51 是他的精簡版，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案，引腳圖如圖 3.1。 圖圖 3.13.

22、1 AT89C51AT89C51 引腳圖引腳圖AT89C51 主要特性與 MCS-51 兼容4K 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器壽命：1000 寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10 年全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz三級程序存儲(chǔ)器鎖定128*8 位部 RAM32 可編程 I/O 線兩個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器. . . . 7 / 34DI0DI78DAC8D/A8.&ILECSWR1WR2XFERLE1LE2Iout1Iout2VrefRfbAGNDDGNDVCC5 個(gè)中斷源可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式片振蕩器和時(shí)鐘電路3.2 DAC0832 工作原理直流穩(wěn)壓電源的數(shù)模轉(zhuǎn)換采用通用芯片 DAC08

23、32。DAC0832 的原理框圖如圖 3.2 所示。DAC0832 主要由 8 位輸入寄存器、8 位 DAC 寄存器、8 位 D/A 轉(zhuǎn)換器以與輸入控制電路四部分組成。8 位輸入寄存器用于存放主機(jī)送來的數(shù)字量，使輸入數(shù)字量得到緩沖和鎖存，加以控制；8 位 DAC 寄存器用于存放待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量；8 位 D/A 轉(zhuǎn)換器輸出與數(shù)字量成正比的模擬電流；由與門、非與門組成的輸入控制電路來控制 2 個(gè)寄存器的選通或鎖存狀態(tài)。圖圖 3.23.2 DAC0832DAC0832 原理框圖原理框圖各引腳功能:VCC 芯片電源電壓, +5V +15VVREF 參考電壓, -10V +10V RFB 反饋電阻引出端,

24、 此端可接運(yùn)算放大器輸出端AGND 模擬信號地DGND 數(shù)字信號地DI7-DI0 數(shù)字量輸入信號(DI0 為最低位，DI7 為最高位)ILE 輸入鎖存允許信號, 高電平有效CS 片選信號, 低電平有效WR1 寫信號 1，低電平有效XFER 轉(zhuǎn)移控制信號，低電平有效. . . . 8 / 34WR2 寫信號 2，低電平有效IOUT1 模擬電流輸出端 1IOUT2 模擬電流輸出端 2 當(dāng) WR2 和 XFER 同時(shí)有效時(shí)，8 位 DAC 寄存器端為高電平“1” ，此時(shí) DAC 寄存器的輸出端 Q 跟隨輸入端 D 也就是輸入寄存器 Q 端的電平變化；反之，當(dāng)端為低電平“0”時(shí)，第一級 8 位輸入寄存

25、器 Q 端的狀態(tài)則鎖存到第二級 8 位 DAC 寄存器中，以便第三級 8 位 DAC 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行 D/A 轉(zhuǎn)換。一般情況下為了簡化接口電路，使第二級 8 位 DAC 寄存器的輸入端到輸出端直通，只有第一級 8 位輸入寄存器置成可選通、可鎖存的單緩沖輸入方式。 特殊情況下可采用雙緩沖輸入方式，即把兩個(gè)寄存器都分別接成受控方式。DAC 輸出方式如圖 3.3、3.4 所示。圖圖 3.33.3 DACDAC 單緩沖輸出電路單緩沖輸出電路. . . . 9 / 34圖圖 3.43.4 DACDAC 雙緩沖輸出電路雙緩沖輸出電路3.3 ADC0804 工作原理ADC0804 是用 CMOS 集成工藝制成的

26、逐次比較型摸數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。分辨率 8 位，轉(zhuǎn)換時(shí)間 100s，輸入電壓圍為 0-5V，增加某些外部電路后，輸入模擬電壓可為 5V。該芯片有輸出數(shù)據(jù)鎖存器，當(dāng)與計(jì)算機(jī)連接時(shí)，轉(zhuǎn)換電路的輸出可以直接連接在 CPU 數(shù)據(jù)總線上，無須附加邏輯接口電路。ADC0804 芯片外引腳圖如 3.5 所示。引腳名稱與意義如下：圖圖 3.53.5 芯片外引腳圖芯片外引腳圖(1)ADC0804 的兩模擬信號輸出端，用以接受單極性、雙極性和差摸輸入信號。(2)A/D 轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)輸出端，該輸出端具有三態(tài)特性，能與微機(jī)總線相接。(3)AGND 模擬信號地。(4)DGND 數(shù)字信號地。(5)CLKIN 外電路提供時(shí)鐘脈沖輸入

27、端。(6)CLKR 部時(shí)鐘發(fā)生器外接電阻端，與 CLKIN 端配合可由芯片自身產(chǎn)生時(shí) 鐘脈沖,其頻率為 1/1.1RC。(7)CS 片選信號輸入端，低電平有效，一旦 CS 有效，表明 A/D 轉(zhuǎn)換器被選中，可啟動(dòng)工作。WR：寫信號輸入，接受微機(jī)系統(tǒng)或其它數(shù)字系統(tǒng)控制芯片的啟動(dòng)輸入端，低電平有效，當(dāng) CS、WR 同時(shí)為低電平時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。 。(8)RD 讀信號輸入，低電平有效，當(dāng) CS、RD 同時(shí)為低電平時(shí)，可讀取轉(zhuǎn)換輸出數(shù)據(jù)。(9)INTR 轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出信號，低電平有效。輸出低電平表示本次轉(zhuǎn)換已完成。該信號常作為向微機(jī)系統(tǒng)發(fā)出的中斷請求信號。D/A 轉(zhuǎn)換器（DAC）輸入的是數(shù)字量，經(jīng)轉(zhuǎn)換輸出的

28、是模擬量。DAC 的技術(shù)指標(biāo)很多，如：分辨率、滿刻度誤差、線性度、絕對精度、相對精度、建立時(shí)間、輸入/輸出特性等。 分辨率：DAC 的分辨率反映了它的輸出模擬電壓的最小變化量。其定義為輸出滿刻度電壓與 n2的比值，其中 n 為 DAC 的位數(shù)。如：8 位 DAC 的滿刻度輸出電壓為 5V，則. . . . 10 / 34其分辨率為 )(2565258V；10 位 DAC 的分辨率為 )(102452510V?？梢姡珼AC 的位數(shù)越高，分辨率越小。 建立時(shí)間：是描述 DAC 轉(zhuǎn)換速度快慢的參數(shù)。其定義為從輸入數(shù)字量變化到輸出達(dá)到終值誤差 21LSB（最低有效位）所需的時(shí)間。高速 DAC 的建立時(shí)

29、間可達(dá) 1us。 接口形式：在 DAC 輸入/輸出特性之一。包括輸入數(shù)字量的形式，十六進(jìn)制式BCD，輸入是否帶有鎖存器等。 DAC0832 為 8 位 D/A 轉(zhuǎn)換器。單電源供電，圍為+5V +15V，基準(zhǔn)電壓圍為 V10。電流的建立時(shí)間為 1us。CMOS 工藝功耗 20mw。 輸入設(shè)有兩級緩沖鎖存器。3.4 LCD1602 顯示原理字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等點(diǎn)陣式 LCD，目前常用 16*1，16*2，20*2 和 40*2 行等的模塊。3.4.1 LCD1602 的基本參數(shù)與引腳功能LCD1602 分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為 HD44780，帶

30、背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應(yīng)用中并無差別，（1）LCD1602 主要技術(shù)參數(shù)：顯示容量:162 個(gè)字符芯片工作電壓:4.55.5V工作電流:2.0mA (5.0V)模塊最佳工作電壓:5.0V字符尺寸:2.954.35(WH) mm（2）引腳功能說明LCD1602 采用標(biāo)準(zhǔn)的 14 腳（無背光）或 16 腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如表所示。表表 3.13.1 LCD1602LCD1602 引腳功能引腳功能編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù).

31、. . . 11 / 346E使能信號14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負(fù)極3.4.2 LCD1602 的指令說明與時(shí)序1602 液晶模塊部的控制器共有 11 條控制指令，如下表所示：表表 3.23.2 1602LCD1602LCD 的指令說明的指令說明序號指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清顯示00000000012光標(biāo)返回000000001*3置輸入模式00000001I/DS4顯示開/關(guān)控制0000001DCB5光標(biāo)或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)生存貯器地址8置數(shù)據(jù)存貯器

32、地址001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址9讀忙標(biāo)志或地址01BF計(jì)數(shù)器地址10寫數(shù)到 CGRAM或 DDRAM）10要寫的數(shù)據(jù)容11從 CGRAM 或DDRAM 讀數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)容4 4 硬件電路硬件電路4.1 電源主回路整流就是把交流電變成脈動(dòng)的直流電的過程，整流的基本器件是二極管，利用二極管的單向?qū)щ娦约纯砂呀涣麟娹D(zhuǎn)換成脈動(dòng)的直流電，橋式整流電路如圖 4.1 所示。. . . . 12 / 34圖圖 4.14.1 整流、濾波電路整流、濾波電路濾波是為了降低輸出電壓的脈動(dòng)成分，得到較為平滑的直流電源，常有的濾波電路有電容濾波、RC（LC）型的濾波形式。電容是一個(gè)能儲(chǔ)存電荷的元件。有了電荷，兩極板之間就

33、有電壓 UC=Q/C。在電容量不變時(shí)，要改變兩端電壓就必須改變兩端電荷，而電荷改變的速度，取決于充放電時(shí)間常數(shù)。時(shí)間常數(shù)越大，電荷改變得越慢，則電壓變化也越慢，即交流分量越小，也就“濾除”了交流分量，經(jīng)過濾波后，輸出電壓的紋波減小，直流成分得到提高,根據(jù)系統(tǒng)功能的要求，以與紋波系數(shù)選用 2200u 的大電解電容來濾除低頻，用瓷片電容 104 來濾除高頻，如圖4.2所示。圖圖 4.24.2 主回路中整流、濾波電路主回路中整流、濾波電路主回路中采用傳統(tǒng)的串聯(lián)穩(wěn)壓電路，由運(yùn)放和功率輸出管組成。利用 DAC0832 控制的基準(zhǔn)電壓驅(qū)動(dòng)功率管穩(wěn)壓輸出，反饋部分是通過電阻 R3、VR2 將取樣電壓輸入運(yùn)放

34、的反相端比較，VR2 可作小圍調(diào)整。其中利用 8050 和 2N3055 作為輸出電壓的調(diào)整管還可以使用可用 TIP3055 或 C3182 等大功率 NPN 管代換 2N3055。運(yùn)放采用 TL084 可用LM324 替換，其中 U1cc,U1dd 對取樣的電壓進(jìn)行放大然后將電流轉(zhuǎn)化成電壓的信號輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC0804 進(jìn)行處理最后通過單片機(jī)控制液晶顯示器，使其顯示出當(dāng)前的電流值。U1aa,U1bb 對數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸出的電壓進(jìn)行放大最后來控制調(diào)整管的電壓輸出，如圖 4.3 所示。. . . . 13 / 34312J1CON212J2CON2D11N4002D21N4002D31N40

35、02D41N4002+C12200u+C34700uQ12N3055Q28050C2104R1470R233KR32.2KR42KR50.1/10WR6100K321411U1AATL084567U1BBTL0841098U1CCTL084121314U1DDTL084C4104R71MR810KR910K、OUT1GNERfbVin(+)+C17 10uRV11KOUTPUT-12V+12V4.34.3 電源主回路電路圖電源主回路電路圖4.2 輔助電源輔助電源為芯片提供各種穩(wěn)定的電壓，其中 TL084 需要12V 的電壓，+5V 提供給單片機(jī) 89C51 以與 ADC0832,DAC0804

36、 和液晶 LCD1602.-5V 提供給 DAC 芯片所需的基準(zhǔn)穩(wěn)壓。其組成電路如圖 4.4 所示。交流電壓經(jīng)整流濾波后得到脈動(dòng)的直流電壓會(huì)隨著電網(wǎng)的波動(dòng)而發(fā)生改變，當(dāng)通過三端穩(wěn)壓器 7812 和 7912 后，可使其輸出穩(wěn)定12V 直流穩(wěn)壓電源，這樣能為運(yùn)放提供靠的電源，5V 的電源是通過 7805 和 7905 穩(wěn)壓后得到，芯片的電源電壓要求很高，保證其穩(wěn)定在次通過 470u 的電解電容和 104 瓷片電容濾波，這樣為芯片提供可靠而穩(wěn)定的直流電壓。. . . . 14 / 3412J3CON2D51N4001D61N4001D71N4001D81N4001C8 104C7104+C5220

37、0u+C62200uVin1GND2Vout3U1 7812Vin1GND2Vout3U3 7805C11104C12104+C9470u+C10470u、+5V-5V-12V+12VVin2GND1Vout3U27912Vin2GND1Vout3U47905圖圖 4.44.4 系統(tǒng)輔助電源電路圖系統(tǒng)輔助電源電路圖4.3 單片機(jī)控制與顯示存儲(chǔ)單片機(jī) 89C51 是本系統(tǒng)的核心部分是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，如圖 4.5 所示，其中復(fù)位電路和晶振電路沒有畫出。當(dāng)系統(tǒng)上電復(fù)位后讀取 24C02 中的電壓，送 DA 轉(zhuǎn)換輸出電壓，當(dāng) 24C02 中電壓為0 則設(shè)置初始電壓為 5V，24C02 就是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)

38、的 I2C 總線應(yīng)用元器件，24C02 是一個(gè)非易失性的存儲(chǔ)器件， 可以在斷電的情況下長久保持部的數(shù)據(jù)不被丟失。單片機(jī)通過 16和 17 兩個(gè)管腳聯(lián)接 24C02 的兩個(gè)總線（SCL/SDA）接口，并通過程序在 16 和 17 兩個(gè)管腳上面來形成 I2C 總線協(xié)議來與 24C02 進(jìn)行信息交互。24C02 的 A0-A2 管腳是地址腳，當(dāng)一個(gè)電路中有多個(gè) I2C 總線元器件時(shí)，單片機(jī)通過設(shè)置這三個(gè)管腳來區(qū)分是與那個(gè)元器件通信?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)板上只有這一個(gè) I2C 總線芯片，所以 16 和 17 上傳輸?shù)?I2C 信號只能是與這個(gè)芯片進(jìn)行通信。將此三個(gè)管腳接地，表示其地址為 000B。開關(guān) S1, S

39、2分別實(shí)現(xiàn)電壓的 0.1V 的增加和減小。電位器 RV3 可調(diào)節(jié)液晶的亮度。. . . . 15 / 34R121KEA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10U038051P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P3.0P3.1P3.2P3.3P3.

40、4P3.5P3.6P3.7123456789S510k12345678910111213141516J4LCD1602RV3 1K+5V+5VX1X2RST+5VA01A12A23GND4DATA5CLK6HOLD7VCC8Y224C02+5VP2.3P2.4、S1S2S3R15470R16470R17470+5V.圖圖 4.54.5 單片機(jī)控制與顯示存儲(chǔ)電路單片機(jī)控制與顯示存儲(chǔ)電路4.4 數(shù)模轉(zhuǎn)換 DAC0832DAC 模塊是整個(gè)系統(tǒng)的紐帶，連接著控制部分與穩(wěn)壓部分，電路如圖 4.6 所示。圖圖 4.64.6 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路數(shù)模轉(zhuǎn)換電路該數(shù)模轉(zhuǎn)換電路采用的是 DAC0832 單極性輸出方式，輸

41、出 Vo=-B*Vref/256，其中B 的值為 D0-D7 組成的 8 位二進(jìn)制，取值圍為 0-255，Vref 是參考電壓，該電壓由輔助電源所得。 . . . . 16 / 344.5 模數(shù)轉(zhuǎn)換 ADC0804ADC 模塊將在電壓的模擬量轉(zhuǎn)化為單片機(jī)可以處理的數(shù)字信號，能夠?qū)?dāng)前的電流值通過液晶 LCD1602 顯示出來。如圖 4.7 所示。圖圖 4.74.7 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路模數(shù)轉(zhuǎn)換電路5 5 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)5.1 開發(fā)工具介紹單片機(jī)的使用除了硬件，同樣也要軟件的使用，我們寫匯編程序編程 CPU 可執(zhí)行的機(jī)器碼有兩種方法，一種是手工匯編，一種是機(jī)器匯編。機(jī)器匯編通過匯編軟件變?yōu)闄C(jī)器碼，用于

42、 MSC-51 單片機(jī)的匯編軟件有早期的 A51，隨著單片機(jī)開發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，從使用普通匯編語言到高級語言的不斷發(fā)展，Keil 是目前最流行開發(fā) MCS-51 系列單片機(jī)的軟件。Keil c51 匯編，ASM 語言和 C 語言的程序設(shè)計(jì)，界面友好。Keil 是美國 keil software 公司出品的 52 系列兼容單片機(jī) C 語言開發(fā)系統(tǒng)。用過匯編語言后再使用 C 語言來開發(fā)，體會(huì)更加深刻。 Keil C51 軟件提供豐富的庫，與匯編相比，C 語言在功能上，結(jié)構(gòu)上，可讀性，可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows 界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看

43、一下編譯后生產(chǎn)的匯編代碼，就能體會(huì)到Keil C51 的生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解，在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。5.2 軟件流程圖R105.6KR115.6KVccREF20V in(-)7lsbDB018D B117V in(+)6D B216D B315D B414A -G ND8D B513D B612msbDB711V ref/29IN TR5CLK -R19CS1RD2CLK -IN4WR3U 02A DC0804P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7V in(+)C13150P+5VP2.4、RV21K.

44、 . . . 17 / 34系統(tǒng)軟件流程圖直觀的描述了如何實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)輸出電壓的調(diào)節(jié)。首先對系統(tǒng)的輸出電壓進(jìn)行初始化，設(shè)定為 5V（常用電壓值） ，然后通過判斷按鍵是+鍵或是-鍵對系統(tǒng)的輸出電壓進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，并保證輸出電壓不超出設(shè)定圍，具體的調(diào)節(jié)過程如下圖所示圖圖 5.15.1 系統(tǒng)流程圖系統(tǒng)流程圖5.3 仿真測試本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)電路相對簡單，硬件制作基本完成，我用 ISIS Profressional 軟件已仿真出來，效果非常的好。已經(jīng)在輸出的精度和穩(wěn)定性基本達(dá)到要求，輸出的電壓圍為 0 - +25V，步進(jìn)為 0.1V，又預(yù)設(shè)一個(gè)定值電壓+5V。. . . . 18 / 34圖圖 5.25.2

45、仿真測試圖仿真測試圖結(jié)束語結(jié)束語本系統(tǒng)以單片機(jī) AT89C51 為核心控制器件，控制 LCD 顯示，D/A 轉(zhuǎn)換，A/D 轉(zhuǎn)換,按鍵輸入和電壓輸出調(diào)整等各個(gè)部分。數(shù)控直流穩(wěn)壓源可以輸出 0 到 25V 的恒定電壓，具有輸出準(zhǔn)確，輸出穩(wěn)定等特點(diǎn)。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，功率器件和控制器件電源隔離，對大功率器件進(jìn)行了較好的散熱處理。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中綜合了所學(xué)的模擬電路、單片機(jī)、C 語言對單片機(jī)編程，對大學(xué)所學(xué)的知識起了一個(gè)很好的鞏固作用，同時(shí)也應(yīng). . . . 19 / 34用到了 Protel99 軟件畫圖和 ISIS Profressional 軟件仿真，仿真的結(jié)果比較準(zhǔn)確，但沒有制作實(shí)物，深感遺

46、憾！設(shè)計(jì)中遇到的許多實(shí)際問題是以前不曾想到的，也出現(xiàn)過許多看似無法解的難題，但是通過我的不懈努力和老師的幫助，最終克服了這些困難，這間獲得的各種經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)都將使我在今后的工作和學(xué)習(xí)中受益無窮。致 時(shí)間過得很快，大學(xué)三年即將畢業(yè)。三年來，我學(xué)到了很多東西，不僅有學(xué)業(yè)方面的專業(yè)知識，自己也得到了歷練。這是我大學(xué)生涯的最后一次作業(yè)，也是一次三年學(xué)習(xí)成果的展示。在自己的努力，同學(xué)的幫助，以與老師的指導(dǎo)下完成了這次畢業(yè)設(shè)計(jì)。感老師們細(xì)心的指導(dǎo)，讓我能夠掌握和運(yùn)用專業(yè)知識。尤其要感我的指導(dǎo)老師徐利紅老師，是她的悉心指導(dǎo)和不厭倦的講解，讓我明白了很多設(shè)計(jì)中的原理，感我的同學(xué)們幫我細(xì)心地查看與修改，使我的論文更

47、加完善，最后感我的父母，是他們一直辛苦地工作，給了我這么好的學(xué)習(xí)環(huán)境，才能不斷在學(xué)習(xí)中充實(shí)自己，感所有的人，才能讓我的畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠如期完成。在此我要向你們深深地說聲！參考文獻(xiàn)1王港元.電工電子實(shí)踐指導(dǎo)M.科學(xué)技術(shù).20042明熒.8051 單片機(jī)課程設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)教程M清華大學(xué).2003 3嘉茥,宣月清,軍.電子線路-非線性部分M高等教育.20004何立民.單片機(jī)高級教程M.航空航天大學(xué).2003 5王毓銀.數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)M.高等教育.2005 6馬忠梅.單片機(jī) C 語言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)M.京航空航天大學(xué).2001 7邱濤基于 51 單片機(jī)的數(shù)控電源設(shè)計(jì)M.華強(qiáng)電子世界網(wǎng).2005.68蔡明生. 電子

48、設(shè)計(jì)M.:高等教育教育.20049文濤.單片機(jī)語言典型應(yīng)用設(shè)計(jì)M.人民郵電.200510王增福.新編線性直流穩(wěn)壓電源M.電子工業(yè).2004. . . . 20 / 34附錄一：電路總原理圖12J1CON212J2CON212J3CON2D11N4002D21N4002D31N4002D41N4002D51N4001D61N4001D71N4001D81N4001+C12200u+C34700uQ12N3055Q28050C2104R1470R233KR32.2KR42KR50.1/10WR6100K321411U1AATL084567U1BBTL0841098U1CCTL084121314U1

49、DDTL084C4104R71MR810KR910KR105.6KR115.6KR121K、C8104C7104+C52200u+C62200uVin1GND2Vout3U1 7812Vin1GND2Vout3U3 7805C11104C12104+C9470u+C10470u、Vcc20Iout111lsbDI07Iout212DI16DI25Rfb9DI34DI416Vref8DI515DI614msbDI713ILE19WR218CS1WR12Xfer17U01DAC0832VccREF20Vin(-)7lsbDB018DB117Vin(+)6DB216DB315DB414A-GND8D

50、B513DB612msbDB711Vref/29INTR5CLK-R19CS1RD2CLK-IN4WR3U02ADC0804OUT1GNERfbP3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7P2.3、P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7Vin(+)OUT1GNERfbVin(+)C13150P+5VP2.4+5V-5V-12V+12V+5V-5V+5V、EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P03

51、36P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10U038051P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7123456789S510k12345678910111213141516J4LCD1602RV31K+5V+5VX1X2RST+5V+C1422uR131kR14200、C15 30pC16 30pY112MX1X2、A01A12A23GND4DATA5CLK6HOLD7VCC8Y22

52、4C02+5VP2.3P2.4、RST+5V+C17 10uRV21KRV11KS1S2S3S4OUTPUT、Vin2GND1Vout3U27912Vin2GND1Vout3U47905-12V+12VR15470R16470R17470+5V. . . . 21 / 34附錄二：源程序：#include #include #include #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define _Nop() _nop_()#define DAT P0uchar go;sbit S1=P20;/ 第一個(gè)鍵sbit

53、 S2=P21;/ 第二個(gè)鍵sbit S3=P22;/ 第三個(gè)鍵sbit WR1 = P23; /DAC 的控制端/位定義sbit WR2 = P24; /ADC 的控制端/位定義#define Lcd_Data P0 /定義數(shù)據(jù)端口sbit RS = P28; /定義連接端口sbit RW = P27;sbit E = P26;sbit Busy = P07;bit hold=0;bit _Int=0;bit k =0;bit m=0;bit ushu=0;bit q=0;/全局變量定義uint DAdat;/存放送到 DA 的數(shù)據(jù)uint x;uchar ADdat;/存放從 ADC 讀出

54、的數(shù)據(jù)uchar vol; /存放輸入電壓值uchar keynum;uchar kyreg;uchar temp;/存放功能狀態(tài)uchar hh;/數(shù)組定義static code uchar Disp=0123456789-;static code uchar Disp2=Error! ;. . . . 1 / 34static code uchar Disp3=Vol is:;/函數(shù)聲明uchar keyread(void); /讀鍵函數(shù)uchar keyread2(void); /讀鍵函數(shù) 2uchar keyread3(void); /讀鍵函數(shù) 3. . . . 28 / 34void reADC(void); /AD 反饋