基于51單片機數(shù)控直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計

1、畢 業(yè) 設(shè) 計（論文）（說 明 書）題 目： 數(shù)控直流穩(wěn)壓電源 姓 名： 朱士玲 編 號： 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2010 年 5 月 20 日平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計 （論文） 任 務(wù) 書姓名 朱士玲 專業(yè) 應(yīng)用電子技術(shù) 任 務(wù) 下 達 日 期 2010 年 2 月 日設(shè)計（論文）開始日期 年 月 日設(shè)計（論文）完成日期 年 月 日設(shè)計（論文）題目： A·編制設(shè)計 B·設(shè)計專題（畢業(yè)論文） 指 導(dǎo) 教 師 高同輝 系（部）主 任 年 月 日平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯委員會記錄 系 專業(yè)，學(xué)生 于 年 月 日進行了畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯。設(shè)計題目

2、： 專題（論文）題目： 指導(dǎo)老師： 答辯委員會根據(jù)學(xué)生提交的畢業(yè)設(shè)計（論文）材料，根據(jù)學(xué)生答辯情況，經(jīng)答辯委員會討論評定，給予學(xué)生 畢業(yè)設(shè)計（論文）成績?yōu)?。答辯委員會 人，出席 人答辯委員會主任（簽字）： 答辯委員會副主任（簽字）： 答辯委員會委員： ， ， ， ， ， ， 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）評語第 頁共 頁學(xué)生姓名： 專業(yè) 年級 畢業(yè)設(shè)計（論文）題目： 評 閱 人： 指導(dǎo)教師： （簽字） 年 月 日成 績： 系（科）主任： （簽字） 年 月 日畢業(yè)設(shè)計（論文）及答辯評語： 基于51單片機數(shù)控直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計摘要 本文主要論述了一種基于51單片機為核心控制器的數(shù)控直流穩(wěn)

3、壓電源的設(shè)計原理和實現(xiàn)方法。該電源具有電壓可預(yù)置、可步進調(diào)整、輸出的電壓信號和電流信號可同時顯示功能。文章介紹了系統(tǒng)的總體設(shè)計方案，其主要有微控制器模塊、穩(wěn)壓控制模塊、電壓/電流采樣模塊、顯示模塊、鍵盤模塊、電源模塊五部分構(gòu)成。該系統(tǒng)原理是以AT89S51單片機為控制單元，利用數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片DAC0832輸出參考電壓驅(qū)動功率管穩(wěn)壓輸出，同時輸出穩(wěn)壓、恒流采用模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0804對采樣的電壓、電流轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再由程序?qū)?shù)據(jù)通過單片機處理后送LCD1602顯示當前電流。文章最后對數(shù)控直流穩(wěn)壓電源的主要性能參數(shù)進行了測定和總結(jié)，并對其發(fā)展前景進行了展望。關(guān)鍵詞：單片機(MCU)； 數(shù)模轉(zhuǎn)換器

4、（DAC）；模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）目 錄第1章 前言1研究背景及意義1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1課題的主要內(nèi)容2論文的總體結(jié)構(gòu)3第2章 方案與設(shè)計基礎(chǔ)知識3方案設(shè)計與論證3主控單片機（MCU）42.2.1 AT89S51簡介42.2.2 主要特征及引腳說明5液晶顯示屏（1602）72.3.1 LCD1602簡介7引腳接口說明7固定三端穩(wěn)壓器8固定三端穩(wěn)壓器簡介8固定三端穩(wěn)壓器的類別8三端穩(wěn)壓器（78、79系列）管腳序號判斷技巧9通用型低功耗集成四運放LM324102.5.1 LM324四運放的特點：102.5.2 LM324四運放的應(yīng)用112.6 數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片12模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片132.7.1 ADC0804

5、簡介132.7.2 ADC0804的引腳及其功能14第3章 系統(tǒng)電路原理及硬件實現(xiàn)15系統(tǒng)總體框圖15系統(tǒng)模塊電路設(shè)計153.2.1 單片機控制模塊153.2.2 穩(wěn)壓控制模塊163.2.3 電壓與電流采樣模塊163.2.4 顯示模塊173.2.5 鍵盤模塊183.2.6 電源模塊19系統(tǒng)整體原理圖19第4章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計20軟件設(shè)計思路20系統(tǒng)軟件流程204.2.1 主程序模塊20第5章 系統(tǒng)測試與誤差分析21系統(tǒng)測試215.1.1 軟件測試225.1.2 硬件測試225.1.3 系統(tǒng)整體測試22誤差分析23第6章 設(shè)計總結(jié)和展望24總結(jié)24展望25參考文獻25附錄1 系統(tǒng)整體原理圖26附

6、錄2 系統(tǒng)源程序26第1章 前言研究背景及意義電源技術(shù)尤其是數(shù)控電源技術(shù)是一門實踐性很強的工程技術(shù)，服務(wù)于各行各業(yè)。當今電源技術(shù)融合了電氣、電子、系統(tǒng)集成、控制理論、材料等諸多學(xué)科領(lǐng)域。直流穩(wěn)壓電源是電子技術(shù)常用的儀器設(shè)備之一，廣泛的應(yīng)用于教學(xué)、科研等領(lǐng)域，是電子實驗員、電子設(shè)計人員及電路開發(fā)部門進行實驗操作和 研究不可缺少的電子儀器。在電子電路中，通常都需要電壓穩(wěn)定的直流電源來供電。而整個穩(wěn)壓過程是由電源變壓器、整流、濾波、穩(wěn)壓等四部分組成。然而這種傳統(tǒng)的直流穩(wěn)壓電源功能簡單、不好控制、可靠性低、干擾大、精度低且體積大、復(fù)雜度高。普通的直流穩(wěn)壓電源品種有很多，但均存在以下兩個問題：輸出電壓是

7、通過粗調(diào)（波段開關(guān)）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，困難就較大。另外，隨著使用時間的增加，波段開關(guān)及電位器難免接觸不良，對輸出會有影響。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(fù)雜，穩(wěn)壓精度也不高。在家用電器和其他各類電子設(shè)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，都是有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。濾波器用于濾去整流輸出電壓中的紋波，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

8、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，有縮小了其體積，使家用電器小型化。傳統(tǒng)的直流穩(wěn)壓電源通常采用電位器和波段開關(guān)來實現(xiàn)電壓的調(diào)節(jié)，并有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直流穩(wěn)壓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(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是計算機技術(shù)的突飛猛進，現(xiàn)代工業(yè)應(yīng)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，而在一些高能物理領(lǐng)域，更是急需電腦或單片機控制的低紋波、寬調(diào)整范圍的電源。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀從十九世紀90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(shè)備的技術(shù)更

9、新推動電源行業(yè)中交流/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。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，人們對物質(zhì)需求也越來越高，特別是一些高新技術(shù)產(chǎn)品。如今隨著直流電源技術(shù)的飛躍發(fā)展，整流系統(tǒng)有一千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，具有遙控測、遙信、遙控的三控功能，基本實現(xiàn)了直流電源的無人值守。并且，當今科技快速發(fā)展過程中，模塊化是直流電源的發(fā)展趨勢，并聯(lián)運行是電源產(chǎn)品大容量話的一個有效手段，可以通過設(shè)計N+1冗電源系統(tǒng)，實現(xiàn)容量擴展，提高電源系統(tǒng)的可靠性、可用性，縮短維修、維護時間，從而使企業(yè)產(chǎn)生更大的效益。如：揚州鼎華公司近些年來結(jié)合美國

10、Sorensen Amrel等公司的先進技術(shù)，成功開發(fā)了單機最大功率120KW智能模塊電源，可以并聯(lián)32臺（可擴展到64臺），使最大輸出功率可以達到7600KW以上。智能模塊電源采用電流型控制模式，集中式散熱技術(shù)，實時多任務(wù)監(jiān)控，具有高效、高可靠、超低輻射，維護快捷等優(yōu)點，跡象結(jié)構(gòu)緊湊，防腐與散熱也作了多方面的加強。它的應(yīng)用將會克服大功率電源的制造、運輸及維修等困難。而且和傳統(tǒng)可控硅電源相比節(jié)電20%-30%節(jié)能優(yōu)勢，奠定了它將是未來大功率直流電源的首選。課題的主要內(nèi)容1、 如何實現(xiàn)對電源的輸出控制系統(tǒng)設(shè)計的目的是要用微處理器來替代傳統(tǒng)直流穩(wěn)壓電源中手動旋轉(zhuǎn)電位器，實現(xiàn)輸出電壓在電源量程范圍內(nèi)

11、步進可調(diào)，精度要求高。實現(xiàn)的途徑很多，可以用DAC的模擬輸出控制電源的基準電壓或分壓電阻，或者用其它更有效地方法，因此如何選擇簡單有效地方法是本課題余姚解決的首要問題。2、 數(shù)控直流電源功能的完備數(shù)控直流穩(wěn)壓電源要實現(xiàn)電壓的鍵盤化控制，同時要具備輸出、過壓過流保護及數(shù)組存貯與預(yù)置等功能。另外，根據(jù)要求電源還應(yīng)該可以通過按鍵選擇一些特殊的功能。如何有效地實現(xiàn)這些功能也是本課題所需研究解決的問題。3、 性能指標輸出最大電壓：25V輸出最大電流：A論文的總體結(jié)構(gòu)第一部分簡要介紹課題的背景、意義、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，介紹本文的主要研究內(nèi)容，包括實現(xiàn)的目標、功能的完備和性能指標。第二部分提出了數(shù)控直流電源的

12、總的設(shè)計思路和實現(xiàn)方案，以及相關(guān)系統(tǒng)實現(xiàn)的功能，選擇了一種基于51單片機系統(tǒng)的數(shù)控直流電源的方案，并對該方案運用的基本知識和使用的器件作出扼要的介紹。第三部分模塊化闡述了基于51單片機數(shù)控直流電源的系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)和設(shè)計框圖，包括數(shù)據(jù)單片機控制模塊、穩(wěn)壓控制模塊、電壓/電流采樣模塊、電源模塊及鍵盤模塊。第四部分主要闡述了數(shù)控直流電源的軟件系統(tǒng)的設(shè)計思路和軟件設(shè)計流程。第五部分對數(shù)控直流穩(wěn)壓電源的性能參數(shù)進行測量與評估，以及對誤差進行分析。第六部分針對本數(shù)控直流電源給出了本課題的 ，并對其發(fā)展前景進行了展望。第2章 方案與設(shè)計基礎(chǔ)知識方案設(shè)計與論證根據(jù)設(shè)計的要求：1、 最高輸出電壓25V,最大輸出電

13、流A。2、 電壓步進0.1V。3、 紋波系數(shù)盡可能小，輸出穩(wěn)定。4、 有限按鍵操作方便，LCD顯示界面。特色及基本技術(shù)路線：1、 低成本解決方案。2、 直觀的實驗效果。3、 經(jīng)典理論驗證平臺先硬件后軟件，先局部后整體。我設(shè)計出以下方案：用D/A和運算放大器做電流源，即采用D/A輸出調(diào)節(jié)晶體管的偏置電流（電壓）；使用電壓/電流采樣電路，通過A/D轉(zhuǎn)換實現(xiàn)閉環(huán)控制。能有效的縮短調(diào)節(jié)時間，進一步提高輸出精度。設(shè)計方案，其主要有微控制器模塊、穩(wěn)壓控制模塊、電壓/電流采樣模塊、顯示模塊、鍵盤模塊、電源模塊五部分構(gòu)成。液晶屏顯示電路，該系統(tǒng)使用LCD1602液晶顯示屏，可以清晰地顯示分別組成顯示電路的十位

14、、個位、小數(shù)點位，同時還能顯示英文名稱和電壓/電流單位。方案原理示意圖見圖2-1：掉電存貯單元（24C02）LCD（1602）顯示單元51單片機（89S51）電壓控制單元（LM324）按鍵電路電壓/電流采樣輸出電源電路圖2-1主控單片機（MCU） AT89S51簡介AT89S51是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Fla

15、sh存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。AT89S51具有如下特點：40個引腳，4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲器，128 bytes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，AT89S51設(shè)計和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設(shè)置省電模式。空閑模式下，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

16、能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 主要特征及引腳說明1主要特性： 8031 CPU與MCS-51 兼容 4K字節(jié)可編程FLASH存儲器(壽命：1000寫/擦循環(huán)) 全靜態(tài)工作：0Hz-24KHz 三級程序存儲器保密鎖定 128*8位內(nèi)部RAM 32條可編程I/O線 兩個16位定時器/計數(shù)器 6個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路2管腳說明：VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸

17、入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸

18、入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出

19、口）P3.2 /INT0（外部中斷0）P3.3 /INT1（外部中斷1）P3.4 T0（記時器0外部輸入）P3.5 T1（記時器1外部輸入）P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復(fù)位輸入。當振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而

20、要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部

21、程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。2.3液晶顯示屏（1602） LCD1602簡介LCD1602可以在LCD顯示屏上完整顯示32個英文字符和日文等一些字符，適合顯示英文文字信息量較小的地方。可以應(yīng)用在計算器、頻率計、信號發(fā)生器、時鐘等產(chǎn)品上。1、 顯示容量：16*2個字符2、3、 工作電流2MA（5.0V）部包括背光電流4、 模塊最佳工作電壓為5V5、 字符尺寸：2.95*4.35（WXH）mm6、 帶有英文和日文字庫，使用方便引腳接口說明腳號符號引腳功能腳號符

22、號引腳功能1GND電源地9D2數(shù)據(jù)I/O2VDD電源正10D33V0顯示偏壓信號11D44RS數(shù)據(jù)/命令控制，H/L12D55R/W讀/寫控制，H/L13D66E使能信號14D77D0數(shù)據(jù)I/O15BL1背光源正8D116BL2背光源負固定三端穩(wěn)壓器簡介三端穩(wěn)壓器，主要有兩種，一種輸出電壓是固定的，稱為固定輸出三端穩(wěn)壓器，另一種輸出電壓是可調(diào)的，稱為可調(diào)輸出三端穩(wěn)壓器，其基本原理相同，均采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。在線性集成穩(wěn)壓器中，由于三端穩(wěn)壓器只有三個引出端子，具有外接元件少，使用方便，性能穩(wěn)定，價格低廉等優(yōu)點，因而得到廣泛應(yīng)用。 2.4.2固定三端穩(wěn)壓器的類別三端穩(wěn)壓器的通用產(chǎn)品有78系列（下電

23、源）和79系列（負電源），輸出電壓由具體型號中的后面兩個數(shù)字代表，有5V，6V，8V，9V，12V，15V，18V，24V等檔次。輸出電流以78（或79）后面加字母來區(qū)分L表示0.1；AM表示，無字母表示，如78L05表求5V 。 1、使用注意事項：在使用時必須注意：(VI)和(Vo)之間的關(guān)系，以7805為例，該三端穩(wěn)壓器的固定輸出電壓是5V，而輸入電壓至少大于7V，這樣輸入/輸出之間有23V及以上的壓差。使調(diào)整管保證工作在放大區(qū)。但壓差取得大時，又會增加集成塊的功耗，所以，兩者應(yīng)兼顧，即保證在最大負載電流時調(diào)整管不進入飽和，又不致于功耗偏大。另外一般在三端穩(wěn)壓器的輸入輸出端接一個二極管，用

24、來防止輸入端短路時,輸出端存儲的電荷通過穩(wěn)壓器,而損壞器件。2、用途：一般穩(wěn)壓管和穩(wěn)壓三級管的用途是一樣的，都用于控制板電路的穩(wěn)壓以防止電壓過高燒毀電路2.4.3三端穩(wěn)壓器（78、79系列）管腳序號判斷技巧   在78*、79*系列三端穩(wěn)壓器中最常應(yīng)用的是TO-220和TO-202兩種封裝。這兩種封裝的圖形以及引腳序號、引腳功能如附圖所示。   圖中的引腳號標注方法是按照引腳電位從高到底的順序標注的。這樣標注便于記憶。引腳為最高電位，腳為最低電位，腳居中。從圖中可以看出，不論正壓還是負壓，腳均為輸出端。對于78*正壓系列，輸入是最高電位，自然是

25、腳，地端為最低電位，即腳，如附圖所示。對與79*負壓系列，輸入為最低電位，自然是腳，而地端為最高電位，即腳，如附圖所示。用萬用表判斷三端穩(wěn)壓器的方法與三極管的判斷方法相同，三端穩(wěn)壓器相當于大功率三極管。此外，還應(yīng)注意，散熱片總是和最低電位的第腳相連。這樣在78*系列中，散熱片和地相連接，而在79*系列中，散熱片卻和輸入端相連接。LM324是四運放集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝，外形如圖2所示。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運算放大器，除電源共用外，四組運放相互獨立。每一組運算放大器可用圖1所示的符號來表示，它有5個引出腳，其中“+”、“-”為兩個信號輸入端，“V+”、“V-”為正、負電

26、源端，“Vo”為輸出端。兩個信號輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相同。 LM324四運放的特點：路保護輸出3.可單電源工作：3V-32V4.低偏置電流：最大100nA（LM324A）7.共模范圍擴展到負電源 LM324四運放的應(yīng)用  由于LM324四運放電路具有電源電壓范圍寬,靜態(tài)功耗小,可單電源使用,價格低廉等優(yōu)點,因此被廣泛應(yīng)用在各種電路中。反相交流放大器電路見附圖。此放大器可代替晶體管進行交流放大,可用于擴音機前置放大等。電路無需調(diào)試。放大器采用單電源供電,由R1、

27、R2組成1/2V+偏置,C1是消振電容。 放大器電壓放大倍數(shù)Av僅由外接電阻Ri、Rf決定：Av=-Rf/Ri。負號表示輸出信號與輸入信號相位相反。按圖中所給數(shù)值，Av=-10。此電路輸入電阻為Ri。一般情況下先取Ri與信號源內(nèi)阻相等,然后根據(jù)要求的放大倍數(shù)在選定Rf。Co和Ci為耦合電容。同相交流放大器見附圖。同相交流放大器的特點是輸入阻抗高。其中的R1、R2組成1/2V+分壓電路,通過R3對運放進行偏置。電路的電壓放大倍數(shù)Av也僅由外接電阻決定：Av=1+Rf/R4,電路輸入電阻為R3。R4的阻值范圍為幾千歐姆到幾十千歐姆。比較器當去掉運放的反饋電阻時,或者說反饋電阻趨于無窮大時(即開環(huán)狀

28、態(tài)),理論上認為運放的開環(huán)放大倍數(shù)也為無窮大(實際上是很大,如LM324運放開環(huán)放大倍數(shù)為100dB,既10萬倍)。此時運放便形成一個電壓比較器,其輸出如不是高電平（V+）,就是低電平（V-或接地）。當正輸入端電壓高于負輸入端電壓時,運放輸出低電平。附圖中使用兩個運放組成一個電壓上下限比較器,電阻R1、R1組成分壓電路,為運放A1設(shè)定比較電平U1;電阻R2、R2組成分壓電路,為運放A2設(shè)定比較電平U2。輸入電壓U1同時加到A1的正輸入端和A2的負輸入端之間,當Ui >U1時,運放A1輸出高電平;當Ui 時,運放A2輸出高電平。運放A1、A2只要有一個輸出高電平,晶體管BG1就會導(dǎo)通,發(fā)光

29、二極管LED就 會點亮。若選擇U1>U2,則當輸入電壓Ui越出U2,U1區(qū)間范圍時,LED點亮,這便是一個電壓雙限指示器。若選擇U2 > U1,則當輸入電壓在U2,U1區(qū)間范圍時,LED點亮,這是一個“窗口”電壓指示器。 此電路與各類傳感器配合使用,稍加變通,便可用于各種物理量的雙限檢測、短路、斷路報警等。2.6 數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片DAC0832芯片內(nèi)有兩級輸入寄存器，使DAC0832具備雙緩沖、單緩沖和直通三種輸入方式，以便適于各種電路的需要(如要求多路D/A異步輸入、同步轉(zhuǎn)換等)。D/A轉(zhuǎn)換結(jié)果采用電流形式輸出。要是需要相應(yīng)的模擬信號，可通過一個高輸入阻抗的線性運算放大器實現(xiàn)這個供功

30、能。該片邏輯輸入滿足TTL電壓電平范圍，可直接與TTL電路或微機電路相接，下面是芯片電路原理圖：DAC0832引腳圖和內(nèi)部結(jié)構(gòu)電路圖DAC0832引腳功能說明：DI0DI7：數(shù)據(jù)輸入線，TLL電平。ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號輸入線，高電平有效。CS：片選信號輸入線，低電平有效。WR1：為輸入寄存器的寫選通信號。XFER：數(shù)據(jù)傳送控制信號輸入線，低電平有效。WR2：為DAC寄存器寫選通輸入線。Iout1:電流輸出線。當輸入全為1時Iout1最大。Iout2: 電流輸出線。其值與Iout1之和為一常數(shù)。Rfb:反饋信號輸入線,芯片內(nèi)部有反饋電阻.Vcc:電源輸入線   (+5

31、v+15v)Vref:基準電壓輸入線   (-10v+10v)AGND:模擬地,摸擬信號和基準電源的參考地.DGND:數(shù)字地,兩種地線在基準電源處共地比較好.2.7.1 ADC0804簡介ADC0804型8位全MOS A/D轉(zhuǎn)換器。它是中速廉價型產(chǎn)品之一。片內(nèi)有三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器，與微處理器兼容，輸入方式為單通道，轉(zhuǎn)換時間約為100µs。它的非線形誤差為±1LSB。電源電壓為單一+5V。2.7.2 ADC0804的引腳及其功能、（引腳1、2、3）：是數(shù)字控制輸入端，滿足標準TTL邏輯電平。其中和用來控制A/D轉(zhuǎn)換的啟動信號。、用來讀A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果，當它

32、們同時為低電平時，輸出數(shù)據(jù)鎖存器DB0DB7各端上出現(xiàn)8位并行二進制數(shù)碼。CLK（引腳4）、CLKR（引腳19）：ADC08010805片內(nèi)有時鐘電路，只要在外部“CLKR”和“CLK”兩端外接一對電阻電容即可產(chǎn)生轉(zhuǎn)換所需要的時鐘，其振蕩頻率為RC。其典型應(yīng)用參數(shù)為：R=10k，C=150pF，640kHz，每秒鐘可轉(zhuǎn)換1萬次。若采用外部時鐘，則外部可從CLK端送入，此時不接R、C。允許的時鐘頻率范圍為100KHZ1460KHZ。（引腳5）：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出端，輸出電平高跳到低表示本次轉(zhuǎn)換已經(jīng)完成，可作為中斷或查詢信號。如果和端與端相連，則ADC0804就處于自動循環(huán)轉(zhuǎn)換狀態(tài)。（引腳6）和（引

33、腳7）：被轉(zhuǎn)換的電壓信號從和輸入，允許此信號是差動的或不共地的電壓信號。如果輸入電壓的變化范圍從0V到，則芯片的端接地，輸入電壓加到端。對于差動輸入，輸入電壓可以從非零開始，即到。此時端應(yīng)接至等于的恒定電壓上，而輸入電壓仍加到端上。AGND（引腳8）、DGND（引腳10）：A/D轉(zhuǎn)換器一般都有這兩個引腳。模擬地AGND和數(shù)字地DGND分別設(shè)置引入端，使數(shù)字電路的地電流不影響模擬信號回路，一防止寄生耦合造成的干擾。VREF/2（引腳9）：參考電壓VREF/2可以有外部電路供給，從“VREF/2”端直接送入，VREF/2端的電壓值應(yīng)是輸入電壓范圍的二分之一。所以輸出電壓的范圍可以通過調(diào)整VREF/

34、2引腳處的電壓加以改變，轉(zhuǎn)換器的零點無需調(diào)整。第3章 系統(tǒng)電路原理及硬件實現(xiàn)系統(tǒng)總體框圖系統(tǒng)的總體設(shè)計方案主要由微控制器模塊、穩(wěn)壓控制模塊、電壓/電流采樣模塊、顯示模塊、鍵盤模塊、電源模塊五部分構(gòu)成。模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC0804）電壓放大LM324EEPROM數(shù)據(jù)存儲（24C02）（24C02）電流采樣I/U轉(zhuǎn)換LM324輸出按鍵（四個）輸出顯示（LCD1602）電源（+12V、-12V、+5V、-5V）數(shù)模轉(zhuǎn)換DAC0832MCUAT89C51系統(tǒng)模塊電路設(shè)計.1 單片機控制模塊MCU模塊即為單片機部分，整個控制都是依靠單片機完成。從功能和價位以及本題目要求來看，我選擇51系列AT89S51作為

35、本方案的控制核心，P0口接液晶顯示LCD1602作為輸出數(shù)據(jù)顯示傳輸，同時P25/P26/P27是液晶LCD控制端口；P3口接DAC0832作為輸出數(shù)據(jù)傳輸；P20、P21、P22接三個獨立按鍵作為輸入數(shù)據(jù)傳輸；P36/P37接容量為2K的數(shù)據(jù)存儲器24C02,可以實現(xiàn)掉電數(shù)據(jù)貯存和預(yù)置數(shù)據(jù)貯存；P1口接ADC0804作為輸入/輸出數(shù)據(jù)傳輸。如圖所示： 穩(wěn)壓控制模塊通過鍵盤控制MCU產(chǎn)生8位數(shù)字信號（0-255），通過P3口送至8位數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片（DAC0832）轉(zhuǎn)換成模擬電流信號，再經(jīng)運放作I/U轉(zhuǎn)換，得到控制穩(wěn)壓電源輸出部分的基準電壓； 電壓與電流采樣模塊電壓與電流采樣模塊是系統(tǒng)的重要組成部

36、分，對ADC的說明：以輸入電壓為標準，如果輸入電壓大于設(shè)定的電壓值，則減小DA輸出電壓一位數(shù)值，再采樣比較，如此循環(huán)，直到輸入的電壓等于設(shè)定的電壓值或者接近設(shè)定的電壓值（有事不可能完全相等）。同理，如果輸入電壓小于設(shè)定的電壓，則增大DA輸出電壓一位數(shù)值，再采樣比較，如此循環(huán)，直到輸入的電壓等于設(shè)定的電壓值或者接近設(shè)定的電壓值。這樣，就能達到閉環(huán)反饋的目的。（1） 電壓采樣電路利用DAC0832控制的基準電壓驅(qū)動功率管穩(wěn)壓輸出，反饋部分是通過電阻R3，VR2將取樣電壓輸入運放的反相端比較，VR2可作小范圍調(diào)整；如圖所示：（2） 電流采樣電路采用8位模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片（ADC0804）作為顯示電流的模數(shù)

37、轉(zhuǎn)換器件，ADC0804的取樣電壓由串聯(lián)在電源輸出電路的電流取樣電阻（0.1）分壓取得,并由運放按一定倍數(shù)放大后送至Vin(+)，ADC0804把轉(zhuǎn)換結(jié)果送至單片機的P1口，再由程序?qū)?shù)據(jù)處理后送LCD1602顯示當前電流； 顯示模塊顯示的方式很多，主要分為兩類：LED顯示，LCD顯示。前者顯示高，制作成本低，適合做遠距離顯示，但由于其耗電較大，所以端口隨顯示的數(shù)據(jù)位數(shù)增加而增加。如果采用動態(tài)掃描方式顯示，則占用CPU的時間，如果采用靜態(tài)顯示則需要加鎖存器，耗費硬件制作時間，就該題目要求來說，需要設(shè)定電壓顯示，又與實際電壓比較再顯示，LCD顯示更為清晰、直觀，從上面諸多因素來看，采用LCD顯示

38、比較理想。LCD最常用的就是1602液晶模塊。LCD1602可以在LCD顯示屏上完整顯示32個英文字符和日文等一些字符，適合顯示英文文字信息量較小的地方，可以清晰顯示出英文名稱和電壓/電流單位，電壓（三位數(shù)字：十位、個位、小數(shù)位），電流（三位數(shù)字：個位，兩位小數(shù)）。通過單片機編程控制第4腳RS數(shù)據(jù)/命令選擇端，第5腳R/W讀/寫選擇端，第6腳E使能信號，從而實現(xiàn)顯示效果。它的顯示運行原理如下：讀狀態(tài)：輸入：RS=0，RW=1，E=1；輸出：D0D7=狀態(tài)字寫指令：輸入：RS=0，RW=0，D0D7=指令碼，E=高脈沖；輸出：無讀指令：輸入：RS=1，RW=1，E=1；輸出：D0D7=數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)

39、：輸入：RS=0，RW=0，D0D7=數(shù)據(jù)，E=高脈沖；輸出：無如圖所示：3.2.5 鍵盤模塊系統(tǒng)中鍵盤模塊設(shè)計四個按鍵S1、S2、S3、S4，分別由單片機RST端、P20、P21、P21口輸入。S1為復(fù)位鍵；S4為翻頁按鍵，最近設(shè)置的電壓大小保存在EEPROM里面，比如5個電壓，按一下S2，電壓變?yōu)橄乱粋€，省去了反復(fù)設(shè)置電壓的麻煩；S3為電壓+，S2為電壓-,按一下S3，當前電壓增加0.1V，按一下S2，當前電壓減小0.1V。如圖所示：3.2.6 電源模塊電源模塊是讓AC220V電源通過變壓器降壓，整流濾波后得到要調(diào)節(jié)電壓輸入端；降壓為AC15V整流濾波后經(jīng)過三端穩(wěn)壓7812、7912得到D

40、C±12V電壓為運算放大器供電；同時，又經(jīng)過三端穩(wěn)壓7805、7905得到DC±5V為ADC0804、DAC0832D等芯片提供工作電源。如圖所示：系統(tǒng)整體原理圖系統(tǒng)整體原理圖（見附錄1）。第4章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計軟件設(shè)計思路當系統(tǒng)上電，立即進行初始化，分別是端口初始化，D/A、A/D初始化，定時器初始化；然后系統(tǒng)默認電壓，默認電流?；舅悸罚喊存I掃描 D/A轉(zhuǎn)換、電壓/電流數(shù)值顯示 讀A/D轉(zhuǎn)換并比較糾正電壓/電流數(shù)值顯示 按鍵掃描，按前述循環(huán)。 主程序模塊流程圖如圖4-1所示，負責與個子程序模塊的接口和檢查鍵盤功能號。程序運行后，開始檢測是否有鍵按下，若有則進入設(shè)定按鍵功

41、能。液晶LCD1602直接顯示CPU設(shè)定的數(shù)值，使CPU資源得到充分利用。同時系統(tǒng)不斷采集外部數(shù)據(jù)，經(jīng)過相關(guān)運算、分析，然后發(fā)出命令對實際值進行相應(yīng)的修正，控制輸出電壓可調(diào)、穩(wěn)定。開始初始化系統(tǒng)讀取EEPROM中保存的電壓值送DA轉(zhuǎn)換輸出電壓允許中斷顯示電流讀數(shù)并計算電流值掃描鍵盤操作是否按下S3是否按下S2是否按下S1保存電壓并關(guān)閉電壓輸出YYYNNN主程序流程圖第5章 系統(tǒng)測試與誤差分析系統(tǒng)測試 軟件測試1、測試軟件程序編輯器keil uvision2程序燒制器STC-ISP V352、編譯結(jié)果在編制完C語言后，即keil uvision2界面下，進行了調(diào)試，根據(jù)提示，我找到了程序在編寫上

42、的錯誤，加以改正，再次驚醒調(diào)試。通過上述簡單的測試，證明此次設(shè)計的程序基本上正確無誤。然后，將燒錄了程序的單片機AT89S51接到系統(tǒng)電路中，查看系統(tǒng)電路的運行情況；如果程序邏輯有問題可進一步修改，直到系統(tǒng)正常運行。 硬件測試1、電源部分提供整個電路所需各種電壓（包括DAC芯片所需的基準穩(wěn)壓-5V和89S51的+5V），由電源變壓器和整流濾波電路及兩個輔助穩(wěn)壓輸出構(gòu)成，電源變壓器的功率由需要輸出的電流大小決定，確保有充足的功率余量。2、電流取樣電阻R1要選擇大功率的電阻（5W或10W）。也可使用廢舊萬用表上拆下來的電阻線。檢查電路連接無誤后，即可試機。找一塊數(shù)字表將其并聯(lián)在輸出電路上，按S1或

43、S2設(shè)定一個電壓，此時LCD1602第一行顯示的電壓可能會有誤差，適當微調(diào)反饋電路的VR2，使其與數(shù)字表讀數(shù)一致，再將數(shù)字表串聯(lián)在電源的輸出電路上，選擇適當?shù)碾娏鳈n，接上一定的負載。此時，LCD1602第二行會顯示出電流值，適當?shù)恼{(diào)節(jié)VR3改變ADC0804參考電壓，直至顯示的電流值與萬用表顯示的電流值一致為止，校正完成后即可使用。注意事項：電流取樣電阻發(fā)熱量大不能貼PCB板安裝，應(yīng)該將其適當升高再安裝；運放TL084可用LM324代換，功率管建議用TO-3金屬封裝的2N3055，可用TIP3055或C3182等大功率NPN管代換，功率調(diào)整管工作時發(fā)熱量較大，散熱片要盡可能大些或采用CPU風(fēng)扇

44、散熱。 系統(tǒng)整體測試1、測試工具開關(guān)電源T-50系列雙蹤示波器數(shù)字萬用表2、 測試結(jié)果表5-1 電壓測試表系統(tǒng)理論值系統(tǒng)測量值誤差顯示電壓值（V）理論碼值（bit）實測碼值（bit）實測電壓值（V）00011110000111100010110100101100001100100011000100110111001101100011110000111011001000001010000000100011001000101010010110100101001010000010011110.0101010101010100001011010010110010110010001100011系統(tǒng)由于剛

45、啟動在電壓方面不穩(wěn)定，存在一定誤差，但是單片機會對其進行控制，使系統(tǒng)再次穩(wěn)定。3、精度分析絕對誤差：U相對誤差：A=U/U=(0.2/3.0+0.1/4.0+0.2/9.0+0.2/10)/12=1.8%誤差分析從電路的原理框圖可以看出，系統(tǒng)的誤差來源于四個方面：1、 DAC0832的量化誤差。2、 基準電壓溫漂引入的誤差。3、 三端穩(wěn)壓器的電路引起的誤差。4、 其它器件和線路由于溫漂、不穩(wěn)定等原因引起的誤差。第6章 設(shè)計總結(jié)和展望總結(jié)經(jīng)過幾十天的艱苦奮戰(zhàn)，我最終完成了畢業(yè)設(shè)計的基本要求。雖然過程是艱苦的，但最終成功的喜悅同樣令我快樂！此設(shè)計用D/A和運算放大器做電源，及采用D/A輸出調(diào)節(jié)晶體

46、管的偏值電流電壓。采用此方案能有效地縮短調(diào)節(jié)時間，并能提高輸出精度，經(jīng)計算需要采用8位的D/A芯片。為了爭取時間，降低成本，我的解決方案是采用51單片機。改變電壓的大小，當單片機通過閉環(huán)負反饋調(diào)節(jié)回路的A/D轉(zhuǎn)換檢測到電壓達到設(shè)定值時，將再次對輸出電壓進行調(diào)制，直到輸出電壓達到設(shè)定值；電壓值理論上是象形變化的，不會產(chǎn)生高次諧波，基本實現(xiàn)了任務(wù)書中的各項要求和目標，達到了此次畢業(yè)設(shè)計的預(yù)期目的。但更重要的是培養(yǎng)了我的動手能力，使我進一步了解畢業(yè)設(shè)計的基本知識，能零花和靈活運用畢業(yè)設(shè)計中的目標任務(wù)、計劃、過程控制、總結(jié)反饋等各個環(huán)節(jié)所涉及的內(nèi)容，并且具備了迅速接受新知識的能力，對新的挑戰(zhàn)具有一定的

47、適應(yīng)能力。1、 收集相關(guān)資料。一方面利用學(xué)校圖書館資源，另一方面利用網(wǎng)上資源。2、 提高涉及效率，遇到不解的疑惑與老師、其他同學(xué)及時溝通，以迅速解決設(shè)計中遇到的問題。3、 盡早落實工作，剩下時間專心致志做好畢業(yè)設(shè)計。4、 同學(xué)之間相互學(xué)習(xí)、溝通、鼓勵、支持。本次設(shè)計過程中，對紋波也沒有提出嚴格的要求，所以常用的穩(wěn)壓集成電路就可以滿足要求。本設(shè)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(shè)備上，或在實驗室中當作實驗電源使用。在本次設(shè)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，看似原理比較簡單的電路，要動手把它給設(shè)計出來時很難的一件事，主要原因是我們沒有經(jīng)常動手設(shè)計過電路，還有資料的查找也是一大難題，這就要求我們在以后的學(xué)習(xí)中，應(yīng)該注意到這一點，更重要的是我們要學(xué)會把從書本中學(xué)到的知識和實際的電路聯(lián)系起來，這不論是對我們以后的就業(yè)還是學(xué)習(xí)，都會起到很大的促進和幫助，我相信，通過這次的畢業(yè)設(shè)計，在下一階段的學(xué)習(xí)中我會更加