【正文】 的高分辨率和單片機的自動檢測技術(shù)設(shè)計程控電源就顯示出其優(yōu)越性。程控電源既能方便輸入和選擇預(yù)設(shè)電 壓值又具有較高精度和穩(wěn)定性，而且還可程控實現(xiàn)對電源的可編程監(jiān)控，如模擬電壓跌落、間斷或起伏等情況，即可編程電源也可以看作一種功率型的低頻信號發(fā)生器。程控電源可以任意設(shè)定輸出電壓或電流， 所有功能由 板上的鍵盤或通過RS232C 串口連接的上位微機實現(xiàn)，給電路實驗帶來極大的方便 ,提高了工作效率。 任務(wù)要求 ⑴ 輸出電壓： 0～ 9． 9V 步進可調(diào)，調(diào)整步距 0． 1； V ⑵ 輸出電流：≤ 1000mA； 第三章 硬件設(shè)計 7 ⑶ 精 度：靜態(tài)誤差≤ 1%FSR，紋波≤ 10mV； ⑷ 顯 示：輸出電壓值用 LED數(shù)碼管顯示； ⑸ 電壓調(diào)整：由“ +”、“ ”兩鍵分別控制輸出電壓的步進增減； ⑹ 輸出電壓預(yù)置：輸出電壓可預(yù)置在 0～ 9． 9V 之間的任意一個值； ⑺ 其 它：自制電路工作所需的直流穩(wěn)壓電源，輸出電壓為177。 12V， +5V； 第三章 硬件設(shè)計 8 第二章 方案設(shè)計與論證 設(shè)計 方案一：采用單片機的數(shù)控電壓源的設(shè)計 采用常用的 AT89C51 單片機作為控制器， P0 口和 DAC8032 的數(shù)據(jù)口直接相連， DA 的各個端口連接后接 ，和接單片機的端，讓 DA 工作在單緩沖方式下。DA的 8 腳接參考電壓， DA 的基準(zhǔn)電壓接 10V 電源，所以在 DAC 的 8 腳輸出電壓的分辨率為約等于 ，也就是說 DA 輸入數(shù)據(jù)端每增加 1，電壓增加 。通過運放 LM324 將 DA 的輸出電流轉(zhuǎn)化為電壓，再通過運放 LM324 將電壓反相并放大輸出電壓并穩(wěn)壓，最后通過示波器觀察其波紋，其硬件框圖如圖 ： 顯示 圖 方案一硬 件框圖 方案二： 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(zhǔn)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 所示 輸出 圖 方案二硬件框圖 鍵盤 數(shù)碼顯示 單片機 電壓輸出 D/A轉(zhuǎn)換 電壓預(yù)置 A/D 轉(zhuǎn)換 整流濾波 譯碼顯示 電源 D/A轉(zhuǎn)換 誤差放大 時鐘控制 電壓預(yù)置 二進制 計數(shù)器 十進制 計數(shù)器 過流保護 調(diào)整管 步進加 步進減 第三章 硬件設(shè)計 9 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(shè)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 變換后控制誤差放大的基準(zhǔn)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(shè)計靈活性降低。其硬件框圖如圖 所示 輸出 圖 方案三硬件框圖 方案比較 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(guān)聯(lián)多，抗干擾能力差。在方案一中采用了 AT89C51 單片機完成整個數(shù)控部分的功能，同時， AT89C51 作為一個智能化的可編程器件，便于系統(tǒng)功能的擴展。 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(zhǔn)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。 顯示部分的比較 步進加 D/A轉(zhuǎn)換 步進減 電壓預(yù)置 譯碼顯示 十進制 計數(shù)器 EPROM 誤差放大 過流保護 調(diào)整管 整流濾波 第三章 硬件設(shè)計 10 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。 總之，方案一的優(yōu)點是具有精度高，使用方便，硬件電路簡單等特點，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(fù)雜，精度沒有那么高。考慮到各種因素，本設(shè)計采用方 案一。 第三章 硬件設(shè)計 11 第三章 硬件設(shè)計 時鐘電路、復(fù)位電路和按鍵電路組成單片機最小系統(tǒng)，時鐘電路提供時鐘信號，復(fù)位電路可以實現(xiàn)復(fù)位功能，按鍵電路作為用戶 對波形和頻率 的選擇。單片機 AT89S51 輸出所需波形和頻率的二進制數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器 DAC0832 將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，經(jīng)過 LM324 集成運放放大后輸出所需的方波、三角波、正弦波。 電源電路為電路供電。 圖 31 硬件原理框圖 單片機 AT89S51 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。 AT89S51 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器， 2 個數(shù)據(jù)指針，三個 16 位 定時器 /計數(shù)器，一個6向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口， 片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外， AT89S51 可降至 0Hz 靜態(tài)邏 輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工 作。掉電保護方式下，RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)， 單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。 本設(shè)計只需要 P1和 P2口只對其介紹： P1 口： P1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， p1 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯電平。對 P1 端口寫“ 1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入 口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 電壓顯示 按鍵控制 單 片 機 D/A轉(zhuǎn)換 放大電路 電源 177。 12v 177。 5v 功率輸出 電壓輸出 第三章 硬件設(shè)計 12 此外， 和 分別作定時器 /計數(shù)器 2 的外部計數(shù)輸入（ ）和定時器 /計數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入（ ）。 在 flash 編程和校驗時， P1口接收低 8位地址字節(jié)。 引腳號第二功能： T2（定時器 /計數(shù)器 T2的外部計數(shù)輸入），時鐘輸出 T2EX（定時器 /計數(shù)器 T2 的捕捉 /重載觸發(fā)信號和方向控制） MOSI（在系統(tǒng)編程用） MISO（在系統(tǒng)編程用） SCK（在系統(tǒng)編程用） P2 口： P2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯電平。對 P2 端口寫“ 1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為 輸入 口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 在訪問外部程序存儲器或用 16 位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 MOVX @DPTR） 時， P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中， P2 口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。在使用 8 位地址（如 MOVX @RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， P2 口輸出 P2鎖存器的內(nèi)容。 在 flash 編程和校驗時， P2 口也接收高 8位地址字節(jié)和一些控制信號。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時， RST 引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將是單片機復(fù)位。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。一般情況下， ALE 仍以時鐘振蕩頻率的 1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個 ALE 脈沖。對 FLASH 存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（ PROG）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。該位置位后，只有一條 MOVX和 MOVC 指令才能將 ALE 激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置 ALE禁止位無效。 PSEN：程序儲存允許（ PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng)AT89S51 由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個脈沖，在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次 PSEN 信號。 第三章 硬件設(shè)計 13 EA/VPP：外部訪問允許，欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲器（地址為0000HFFFFH）， EA 端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位 LB1被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存 EA 端狀態(tài)。如 EA 端為高電平（接 Vcc端）， CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器的指令。 FLASH 存儲器編程時，該引腳加上 +12V 的編程允許電源 Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用 12V 編程電壓 Vpp。