數(shù)控直流電源的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、數(shù)控直流電源的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解數(shù)控技術(shù)和電源技術(shù)。2 .熟悉微機(jī)原理與其接口技術(shù)。3 運(yùn)用微機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)一個(gè)數(shù)控直流電源。、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與要求基于80x86實(shí)驗(yàn)箱平臺(tái)設(shè)計(jì)并制作數(shù)控直流電源。主要技術(shù)指標(biāo)：1輸出電壓：X圍0+ 9.9V，紋波不大于10mV電壓值由數(shù)碼管顯示;2具有“ +、“ -步進(jìn)調(diào)整的功能，步進(jìn) 0.1V ;3用自動(dòng)掃描代替人工按鍵，實(shí)現(xiàn)輸出電壓變化步進(jìn) 0.1V不變。、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1 .設(shè)計(jì)目的和內(nèi)容2 總體設(shè)計(jì)3 硬件設(shè)計(jì)：原理圖接線圖與簡(jiǎn)要說(shuō)明4軟件設(shè)計(jì)框圖與程序清單5 設(shè)計(jì)結(jié)果和體會(huì)包括遇到的問(wèn)題與解決的方法四、總體設(shè)計(jì)采用8086處理機(jī)構(gòu)成該系統(tǒng)的核心一一數(shù)控模

2、塊，與根本接口實(shí)驗(yàn)板相連，通過(guò)軟件編譯實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)各種功能的實(shí)現(xiàn)， 經(jīng)過(guò)穩(wěn)定的功率放大電路得到。 大大增加。系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖輸出局部也不再采用傳統(tǒng)的調(diào)整管方式，而是在D/A轉(zhuǎn)換后,由于使用了微處理器， 整個(gè)系統(tǒng)可編程實(shí)現(xiàn)， 系統(tǒng)的靈活性 1所示。圖1方案三系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖為實(shí)現(xiàn)數(shù)控直流電源的各項(xiàng)功能，系統(tǒng)分為三個(gè)組成局部： 鍵盤(pán)/顯示電路，數(shù)控模塊，穩(wěn)壓輸出電路。下面介紹系統(tǒng)各局部的根本功能：1鍵盤(pán)/顯示電路：該電路的顯示局部又可分為電壓預(yù)制值顯示電路和電壓實(shí)際輸出值顯示電路。系統(tǒng)利用可編程并行接口 8255單元電路構(gòu)成實(shí)驗(yàn)板上 4*4小鍵盤(pán)的接口和LED 數(shù)碼管電路的接口， 從而識(shí)別鍵碼同時(shí)顯示電壓

3、預(yù)置值；在得到實(shí)際輸出值后， 實(shí)驗(yàn)板上提供了模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC0809單元電路，轉(zhuǎn)化成數(shù)字量后傳遞給 LED數(shù)碼管就可以顯示實(shí)際輸出值。2數(shù)控模塊：該局部主要由8086微處理器和數(shù)模轉(zhuǎn)換 DAC0832單元電路組成。其中 通過(guò)編寫(xiě)匯編語(yǔ)言程序控制 8086微處理器快速完成各功能所需的復(fù)雜運(yùn)算，然后數(shù)模轉(zhuǎn)換 電路DAC0832可將運(yùn)算所得的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量。3穩(wěn)壓輸出電路：由于通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路輸出的電壓值大小有限制，通過(guò)使用運(yùn)算放大器作前綴的功率放大電路，即可滿足系統(tǒng)所需電壓，又可大大減小紋波電壓。 功率放大電路通過(guò)外擴(kuò)電路實(shí)現(xiàn)。五、硬件電路設(shè)計(jì)本課題的設(shè)計(jì)可通過(guò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上的一些功能模塊電路組成，

4、由于各模塊電路內(nèi)部已經(jīng)連接，用戶在使用時(shí)只要設(shè)計(jì)模塊間電路的連接，因此，硬件電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡(jiǎn)單。完整系 統(tǒng)的硬件連接如圖 2所示。數(shù)據(jù)總線82557CCPCOPCIKDPC2WPC?3KE3ETPC4CSPCJA0PC6AlPCTGND+5V-IOR 5 -IOW_站 RST 35CS-55 右丄 8只口呦了 I響匸tl只口解了 I轡CQL1CS-DA1CTQL2CCL?呼匸5L4RID1QKHHCSTLE+5VR11 10KIcn-tlAGMDVDUT153運(yùn)放輸出電路T-R1 1KR2 50C輸出WRl-IOWLNOD0-D7BOC血DMVref(+)ADD-Evrefr-iADD-

5、CALEGbIDSTARTVCCCJJOGKENABLEDG1IT 壬74LS245 輸入口 DLO ADD一也 島 DQ-EST數(shù)碼管顯示:電路CS1CS2CS-ADCS-DICS0CS1CS2CS3CS4CS5CS6CS7地址譯碼電路圖2完整系統(tǒng)硬件連接圖實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上用到的一些功能模塊電路如下：地址譯碼電路：該單元通過(guò)三八譯碼器 74LS138與可編程邏輯器件 GAL20V8組成地址譯 碼電路，產(chǎn)生 CS曠CS7的地址片選口，為系統(tǒng)確定各芯片I/O地址提供了很大的方便?？删幊滩⑿薪涌?8255單元電路：8255芯片是比擬典型常用的并行接口芯片，可與實(shí)驗(yàn) 平臺(tái)上提供的4*4的鍵盤(pán)單元和LED數(shù)

6、碼管顯示電路單元相連構(gòu)成接口電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)鍵盤(pán)和顯示電路的控制。根本輸入輸出單元電路：通過(guò)74LS245以與74LS373組成根本的輸入單元電路，可以方便的通過(guò)數(shù)據(jù)線讀取或輸出數(shù)據(jù)。在系統(tǒng)中通過(guò)74LS245讀取了 ADC0809的轉(zhuǎn)換完成信號(hào)EOC計(jì)數(shù)器分頻電路單元：該單元電路由74LS393組成，對(duì)實(shí)驗(yàn)板上提供 12MHz的時(shí)鐘 信號(hào)進(jìn)展分頻，產(chǎn)生Q0-Q7不同頻率的時(shí)鐘脈沖信號(hào)。在系統(tǒng)中選用Q2作ADC0809的外部 時(shí)鐘信號(hào)。從功能角度，該電路又可分為三個(gè)局部：鍵盤(pán)/顯示電路、數(shù)控局部、穩(wěn)壓輸出電路。下面就分別對(duì)這三個(gè)局部進(jìn)展具體分析。1 .鍵盤(pán)/顯示電路的實(shí)現(xiàn)和電路連接該電路又可分為兩

7、個(gè)局部：電壓預(yù)制值顯示電路和電壓實(shí)際輸出值顯示電路。下面分別說(shuō)明：（1） 電壓預(yù)制值顯示電路8255的方式0主要用于同步傳輸數(shù)據(jù)的場(chǎng)合，課題選用方式0即可。端口 C的高4位和低4位分別連接4*4鍵盤(pán)的行、列接口，由于為非編碼鍵盤(pán)，需采用行反轉(zhuǎn)法也可采用 行掃描法判斷所按實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上的小鍵盤(pán)為何鍵，同時(shí)通過(guò)編程把鍵值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)碼管段碼，實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管顯示預(yù)置值。具體的電路連接如圖3所示。CS1 （實(shí)驗(yàn)平臺(tái)）CS2 CS_55RO vi-RO V4C0L1-C0L4CS1 （接口實(shí)驗(yàn)板CS2 CSO FCO-PC3FC4-FC7圖3電壓預(yù)制顯示電路連接圖其中8255片選地址CS0為280H283H,

8、LED數(shù)碼管段碼輸出選通的地址為284H287H,數(shù)碼管位選信號(hào)輸出選通的地址為288H28BH。2電壓實(shí)際輸出值顯示電路要在數(shù)碼管上顯示實(shí)際電壓輸出值首先需要將輸出電壓轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，即完成A/D轉(zhuǎn)換。實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的方法很多，常用的有逐次逼近法、雙積分法與電壓頻率轉(zhuǎn)換法。其中 逐次逼近法具有轉(zhuǎn)換快、精度高、抗干擾差等特點(diǎn)。ADC0809就是一個(gè)逐次比擬式的 A/D轉(zhuǎn)換器。其分辨率為八位，模擬輸入電壓X圍為05V,對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)化值為00H0FFH有八個(gè)模擬輸入通道，可在程序控制下對(duì)任意通道進(jìn)展AD轉(zhuǎn)換。時(shí)鐘頻率10KHz1280KHZ。每次只能對(duì)一路信號(hào)進(jìn)展轉(zhuǎn)換，其通道號(hào)由地址信 號(hào)A、B、C譯碼后

9、選定。片內(nèi)有地址鎖存和譯碼器。轉(zhuǎn)換結(jié)果送入三態(tài)輸出鎖存器，當(dāng)輸出允許信號(hào)0E有效時(shí)才輸出到數(shù)據(jù)總線上。另外，還有一個(gè)EOC信號(hào)，當(dāng)轉(zhuǎn)換完成時(shí),會(huì)發(fā)出轉(zhuǎn)換完畢狀態(tài)信號(hào)，高電平有效，可以通過(guò)對(duì)該信號(hào)的檢測(cè)來(lái)查詢(xún)是否轉(zhuǎn)換完成。 ADC0809引腳連接如圖4所示。出端口1?D0ADCOHOSJvccDD1 5DOXDOVkef(-)1容DOGND19DO20DO1NO21DiIH110CLKIN222ALEIN3|STTN4C-EIN5AIN634B1N7CEOCIOR A0A1A211126DAC0S3227votrri掘123入?？?57圖4 ADC0809引腳連接圖此連接中通道號(hào)來(lái)自地址總線，分

10、別由讀寫(xiě)控制信號(hào)來(lái)控制ST, ALE和OE等使能端。EOC言號(hào)送入74LS245總線控制器的輸入DI0 口，在程序中對(duì)74LS245總線控制器的輸出口進(jìn)展查詢(xún)式讀取EOC言號(hào)。本系統(tǒng)中ADC0809的輸入信號(hào)來(lái)自DAC0832輸出電壓，具體的電路連接如圖5所示。REF+6VCS ADi iicssINCIJ LVOUT1ADD_AADD BADD CCS DIJ L! tiAACAlA2csv圖5電壓實(shí)際輸出顯示電路連接圖其中由于 ADC0809時(shí)鐘頻率X圍為10KHz1280KHz計(jì)數(shù)器分頻電路單元中 Q2產(chǎn) 生的時(shí)鐘信號(hào)頻率 675KHz因此可以選擇 Q2 DAC0832的片選地址為28C

11、F28FH, ADC0809 片選地址為298H29BH 74LS245總線控制器的片選地址為 29CH-29FH。2. D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的使用與具體電路連接本系統(tǒng)的核心是數(shù)控技術(shù)，數(shù)控模塊關(guān)鍵的運(yùn)算通過(guò)編程由8086微處理器完成，但系統(tǒng)的運(yùn)算結(jié)果是八位數(shù)字量，必須經(jīng)過(guò)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器后才能輸出。采用雙緩沖的D/A轉(zhuǎn)換器 DAC0832本系統(tǒng)采用了單緩沖方式。DAC0832的輸出是電流型的，而系統(tǒng)需要電壓信號(hào)，可以通過(guò)運(yùn)算放大器將其轉(zhuǎn)換為單極性或雙極性的輸出電壓。在單極性輸出中，對(duì)應(yīng)數(shù)字量00OFFH的模擬電壓V1的輸出X圍是0 Vref ,輸出端口為VOUT1單極性輸出電壓 V1再經(jīng) 過(guò)運(yùn)算放

12、大器電平偏移、放大后，對(duì)應(yīng)數(shù)字量000FFH的模擬電壓V2的輸出X圍是 Vref Vref，即雙極性輸出，輸出端口為 VOUT2 DAC0832引腳連接如圖6所示。3 模擬信號(hào)放大電路的分析與設(shè)計(jì)由于DAC0832單極性輸出的電壓 X圍為0 5V,系統(tǒng)要求輸出電壓 X圍為0 9.9V ,需 通過(guò)運(yùn)算放大電路實(shí)現(xiàn)。比例運(yùn)算電路的輸出電壓與輸入電壓之間存在比例關(guān)系，從而可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大。比照例運(yùn)算電路加以擴(kuò)展或演變，可以得到求和、積分和微分電路、對(duì)數(shù)和指數(shù)電路等。對(duì)輸入信號(hào)接法的不同，比例運(yùn)算電路可以分為三種根本形式：反向輸入、 同向輸入以與差分輸入比例電路。比例運(yùn)算電路使用X圍廣泛，運(yùn)放芯片種

13、類(lèi)也較多，有LM741、LM324 NE5532等。通過(guò)比擬，系統(tǒng)選用集成運(yùn)算放大器LM741構(gòu)建同向輸入比例運(yùn)算放大電路，放大兩倍即可。LM741的引腳與同相比例運(yùn)放電路具體連接如圖7所示。圖6 DAC0832引腳連接圖圖7 LM741的引腳與同相比例運(yùn)放電路連接圖如圖7所示，同相比例運(yùn)算放大倍數(shù)為：u 0RfAuf1-u 1R1根據(jù)設(shè)計(jì)要求：Auf =2，即可確定電路各參數(shù)：R1 Rf。系統(tǒng)選用 R1 Rf 1kR2 R”/Rf 500 。六、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)開(kāi)始顯示主菜單鍵盤(pán)按鍵讀取YN鍵盤(pán)按鍵讀取鍵值9否5連接小系統(tǒng)軟件主Y(1)值子反轉(zhuǎn)法掃描平臺(tái)鍵盤(pán)Y將功能分為以下幾啟動(dòng)DAC0832進(jìn)

14、展數(shù)模轉(zhuǎn)換，將預(yù)置將輸出電壓傳遞齡模數(shù)轉(zhuǎn)換電路, 顯數(shù);數(shù)模轉(zhuǎn)換有按鍵否、鍵盤(pán),日N啟動(dòng)動(dòng)取平臺(tái)鍵盤(pán)按酬展轉(zhuǎn)換，采樣得到結(jié)果并在數(shù)碼局部.PC鍵盤(pán)輸入SC否鍵碼并在數(shù)碼管上顯示;回至U DOS單極輸出;電壓新開(kāi)始程序制,序,僉測(cè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)鍵盤(pán)，取 r負(fù)向掃描是F鍵“ + ”輸出三角描子程序和疋按下時(shí)的鍵值,實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)展控 軟件設(shè)計(jì)主要示主程序， 左2位顯示預(yù)置值 序示實(shí)顯示系統(tǒng)程序菜單界面子程序2波電壓產(chǎn)生子程序組成，程序流程如圖F面將對(duì)所涉與到幾個(gè)重要子程序進(jìn)展介紹。行反轉(zhuǎn)法鍵盤(pán)掃描子程序TEST得鍵值。但該子程序不能判斷鍵盤(pán)被屢次系統(tǒng)要求預(yù)置值為兩位數(shù)，因此還需再設(shè)計(jì)鍵盤(pán)按鍵取值

15、子程序KEYINPUT:該子程得鍵行反轉(zhuǎn)法鍵盤(pán)掃描子程序，鍵盤(pán)按鍵取NN只能得到最后一次按鍵的鍵值，而一次鍵盤(pán)掃描子程序，但在取值后并非立即返回主程序，而是繼續(xù)掃描鍵盤(pán)!1確定鍵盤(pán)掃描子程序已經(jīng)掃描不到按鍵為止。這樣的作用是每調(diào)用一次鍵盤(pán)按鍵得一個(gè)鍵值不會(huì)因?yàn)檫B續(xù)按鍵而將前面的鍵值覆蓋。該子程序流程如圖反轉(zhuǎn)法掃描鍵盤(pán)圖8系統(tǒng)流程圖YN有按鍵否圖9鍵盤(pán)按鍵取值子程序流程圖算法子程序COUNT:通過(guò)兩個(gè)鍵盤(pán)按鍵取值子程序鍵值為09取得系統(tǒng)預(yù)置值,高位為Vini，低位為Vin2，暫不考慮小數(shù)。但輸入為十進(jìn)制數(shù)，首先需轉(zhuǎn)化為十六進(jìn)制數(shù)， 轉(zhuǎn)換公式為：Vin Vini *10 Vin2 4由于DAC08

16、32輸入X圍為000FFH輸出X圍為0+5V,即+5V對(duì)應(yīng)的是數(shù)字量 2550FFH， 每個(gè)數(shù)字量表示的模擬量為5/256V。由此可得出預(yù)置電壓Vin丨轉(zhuǎn)換的相應(yīng)數(shù)字量 DATA公式為：DATA=Vin* 256 = Vin* 256 510*5*2100經(jīng)過(guò)DAC0832后就可得到 X圍在05V內(nèi)的電壓。再通過(guò) ADC0809轉(zhuǎn)換后，得到相應(yīng)的十六 進(jìn)制的8位實(shí)際輸出電壓數(shù)字量， 為了在數(shù)碼管上顯示實(shí)際輸出電壓， 要采用相反的轉(zhuǎn)換分 別得出十進(jìn)制的實(shí)際輸出電壓高位、低位?！?+ .、“掃描子程序FSCAN/BSCAN該子程序只需循環(huán)調(diào)用相應(yīng)的“ + 、“步進(jìn)子程序JIAY/JIANY，在每次調(diào)用完畢后根據(jù)系統(tǒng)所需間隔時(shí)間增加一個(gè)中斷子程序或延時(shí)子程序DELAY2。以“ +掃描子程序?yàn)槔?，?dāng)鍵盤(pán)按鍵取值子程序返回的鍵值為0EH時(shí)，調(diào)用“ +“ +步進(jìn)子程序、算法子程序和顯示子程序，即可實(shí)現(xiàn)間隔約為1秒的“ + 掃描功能；如果鍵盤(pán)掃描子程序返回的鍵值不是0EH,如此返回主程序。該子程序流程和具體程序如圖10所示。圖10“+掃描子程序流程圖和具體程序參考“ +、“掃