【正文】 定性和精度也受到影響。： 流 電 源 基 本 組 成 框 圖以一穩(wěn)壓電源為基礎(chǔ)，以高性能單片機(jī)系統(tǒng)為控制核心，以穩(wěn)壓驅(qū)動(dòng)放大電路、過(guò)流檢測(cè)電路為外圍的硬件系統(tǒng)，在檢測(cè)與控制軟件的支持下實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓輸出的數(shù)字控制，通過(guò)對(duì)穩(wěn)壓電源輸出的電流、電壓進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣與給定數(shù)據(jù)比較，從而調(diào)整和控制穩(wěn)壓電源的工作狀態(tài)及監(jiān)測(cè)開關(guān)電路的。采用單片機(jī)作為控制器的簡(jiǎn)易數(shù)控直流電源設(shè)計(jì)方案，本方案由運(yùn)放組成的串聯(lián)型穩(wěn)壓電源。既可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的電壓輸出，而且輸出電壓連續(xù)步進(jìn)可調(diào)，滿足設(shè)計(jì)要求。設(shè)計(jì)原理，直流穩(wěn)壓電源由電源變壓器T、整流、濾波和穩(wěn)壓電路四部分組成。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uI。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(duì)直流供電要求較高的場(chǎng)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。設(shè)計(jì)方案采用單片機(jī)作為控制器完成數(shù)控部分、鍵盤、顯示器接口控制。輸出部分采用D/A0832與運(yùn)算放大器UA714以及A/DTLC1543，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)壓電源的連續(xù)步進(jìn)可調(diào)。輸出電壓波形由單片機(jī)的輸出數(shù)據(jù)控制，不僅可以輸出直流電平，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。利用軟件和硬件結(jié)合的方法來(lái)設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電源，其精度和穩(wěn)定性都有所提高。其結(jié)構(gòu)框圖如下所示： 可調(diào)電源結(jié)構(gòu)框圖 方案選擇以上兩種方案均可以達(dá)到輸出穩(wěn)壓電源的要求。方案一是利用純硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能的，穩(wěn)定度高、輸出電壓連續(xù)可調(diào)、輸出紋波小；但是功耗大、效率低，為了解決散熱問題須加散熱片，增加了電源體積和重量。另外抗干擾能力較差。其原因是調(diào)整管工作在線性放大區(qū)，管子集電極電流和管壓降都很大，耗散功率=很大。方案二是以單片機(jī)核心控制器件，采用軟硬件結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)的。而方案二基于單片機(jī)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。本電源采用全集成電路設(shè)計(jì)制成，具有短路過(guò)載自動(dòng)保護(hù)功能。精度高，連續(xù)可調(diào)，利用晶體管工作在飽和導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，管耗很小。開關(guān)電源指調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)。因此開關(guān)電源效率高，小型化等優(yōu)優(yōu)點(diǎn)。可用于多路實(shí)驗(yàn)用電。因此，我們采取方案二，通過(guò)單片機(jī)來(lái)控制直流穩(wěn)壓電源的輸出。第3章 電源系統(tǒng)硬件介紹本系統(tǒng)由電源模塊、調(diào)壓模塊、D／A轉(zhuǎn)換模塊、顯示與鍵盤模塊組成，下面將介紹電源系統(tǒng)的主要相關(guān)硬件，其中主要有單片機(jī)AT89s5數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片、數(shù)碼管顯示器件等。 AT89S52單片機(jī)的介紹AT89S52單片機(jī)為ATMEL所生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flsah存儲(chǔ)器，使用高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O 線，看門狗定時(shí)器，2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52 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(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。R8 位微控制器8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程。如下圖所示： 單片機(jī)結(jié)構(gòu)圖：4KB：128B：可擴(kuò)展到64KB：32跟（4個(gè)端口，每個(gè)端口8跟）：2個(gè)16位可編程的定時(shí)計(jì)數(shù)器。：全雙工，2跟：在內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的128B中劃出一部分作為寄存器區(qū)，分為四個(gè)區(qū)，每個(gè)區(qū)8個(gè)通用寄存器。：5個(gè)中斷源，2個(gè)優(yōu)先級(jí)別：最深128B：即位處理器，對(duì)某些單元的某位做單獨(dú)處理。（系統(tǒng)時(shí)鐘為12MHz時(shí)）：大部分指令執(zhí)行時(shí)間為1us；少部分執(zhí)行指令時(shí)間為2us；只有乘、除指令的執(zhí)行時(shí)間為4us。引腳結(jié)構(gòu)有雙列只差封裝（DIP）方式和方形封裝方式。下面分別敘述這些引腳的功能。 VCC：電源端 GND：接地端 XTAL1：晶體振蕩器接入的一個(gè)引腳。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，此引腳接地。 XTAL2：晶體振蕩接入的另一個(gè)引腳。采用外部振蕩器時(shí)，此引腳作為外部振蕩信號(hào)的輸入端。 控制或與其他電源復(fù)用引腳RST，ALE,VPPRST：撫慰輸H入端。當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在該引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ALE：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）的輸出用于鎖存的地址的低位字節(jié)。即使不訪問外部存儲(chǔ)器，ALE端仍以不變的頻率（此頻率為振蕩器頻率的1/6）周期性地出現(xiàn)正脈沖信號(hào)。因此，它可用作對(duì)外輸出的時(shí)鐘，或用于定時(shí)目的。然而注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。在對(duì)FLASH存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖。如果需要的話，通過(guò)對(duì)專用寄存器(SFR)區(qū)中的8EH單元的DO位置數(shù)，可禁止ALE操作。該位置數(shù)后，只有在執(zhí)行一條MOVX或MOVC指令期間，ALE才會(huì)被激活。另外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，該設(shè)定禁止ALE位無(wú)效。程序儲(chǔ)存允許：程序儲(chǔ)存允許輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。當(dāng)80C51由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或常數(shù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效（即輸出2個(gè)脈沖).但在此期間內(nèi)，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的信號(hào)將不出現(xiàn)。CPP：外部訪問允許端。要是CPU只訪問外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000HFFFFH），則VPP端必須保持低電平（接地）。然而要注意的是，如果保密位LB1被編程，復(fù)位時(shí)在內(nèi)部會(huì)鎖存VPP端的狀態(tài)。當(dāng)VPP端保持高電平（接Vcc端）時(shí)，CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的程序。在FLASH存儲(chǔ)器編程期間，該引腳也用于施加12V的編程允許電源Vpp。 輸入/輸出引腳P0端口：P0是一個(gè)8位漏極開路型雙向I/O接口，作為輸出口用時(shí)，每位能以吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL輸入，在對(duì)端口寫1時(shí)，又可作高阻抗輸入端用。在訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，它是分時(shí)多路轉(zhuǎn)換的地址（低8位）/數(shù)據(jù)總線，在訪問期間激活了內(nèi)部的上拉電阻。在FLASH編程時(shí)，P0端口接收指令字節(jié)；而在校驗(yàn)程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)。驗(yàn)證時(shí)，要求外接上拉電阻。 P1端口：P1是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P2的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流方式）4個(gè)輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部上拉電阻，哪些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流。在對(duì)FLASH編程和程序校驗(yàn)時(shí)，P1接收低8位地址。 P2端口：P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P2的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流方式）4個(gè)TTL輸入。對(duì)端口寫1時(shí)，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這是可用作輸入口。P2作輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻，哪些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流。在訪問外部程序存儲(chǔ)器和16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行MOVX@DPTR指令）時(shí)，P2送出高8位地址。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行MOVX@RI指令）時(shí)，P2口引腳上的內(nèi)容（就是專用寄存器（SFR）區(qū)中P2寄存器的內(nèi)容），在整個(gè)訪問期間不會(huì)改變。在對(duì)FLASH編程和程序檢驗(yàn)期間，P2也接受高位地址和一些控制信號(hào)。P3端口：P3是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P3的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流方式）4個(gè)TTL輸入。對(duì)端口寫1時(shí)，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這是可用作輸入口。P3作輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流。在89C51中，P3端口還用于一些復(fù)位功能。 AT89S52內(nèi)部電路框圖 AT89s52內(nèi)部電路框圖 數(shù)碼管顯示單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中使用的顯示器主要有發(fā)光二極管顯示器，簡(jiǎn)稱LED；液晶顯示器，簡(jiǎn)稱LCD。前者價(jià)廉，配置靈活，與單片機(jī)接口方便；后者可進(jìn)行圖形顯示，但接口復(fù)雜，成本較高。結(jié)合本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)顯示設(shè)備采用四位數(shù)碼管來(lái)顯示輸出電壓。 數(shù)碼管結(jié)構(gòu)及原理單片機(jī)中使用7段LED構(gòu)成字形“8”，另外，還與一個(gè)小數(shù)點(diǎn)發(fā)光二極管用以顯示數(shù)字、符號(hào)及小數(shù)點(diǎn)。這種顯示器有共陰極和共陽(yáng)極兩種。發(fā)光二極管的陽(yáng)極連在一起稱為共陽(yáng)極顯示器，陰極連在一起的稱為共陰極顯示器。一位顯示器由八個(gè)發(fā)光二極管組成，其中，7個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成字形“8”的各個(gè)筆劃（段）ag,另一個(gè)小數(shù)點(diǎn)為dp發(fā)光二極管。當(dāng)在某段發(fā)光二極管施加一定的正向電壓是，該段筆劃即點(diǎn)亮；不加電壓則該段二極管不亮。為了保護(hù)各段LED不被損壞，需要外加限流電阻. 數(shù)碼管如果要顯示某個(gè)字形，則應(yīng)使此字形的相應(yīng)段點(diǎn)亮，也即送一個(gè)不同的電平組合代表的數(shù)據(jù)來(lái)控制LED的顯示字形，此數(shù)據(jù)稱為字符的段碼。數(shù)據(jù)字位數(shù)與LED段碼的關(guān)系如表所示。表31 數(shù)碼管各段與輸出口各位的對(duì)應(yīng)關(guān)系輸出口各位D7D6D5D4D3D2D1D0數(shù)碼管各段dpgfedcba如使用共陽(yáng)極數(shù)碼管，數(shù)據(jù)為0表示對(duì)應(yīng)字段亮，數(shù)據(jù)為1表示對(duì)應(yīng)字段暗；如使用共陰極數(shù)碼管，數(shù)據(jù)為0表示對(duì)應(yīng)字段暗，數(shù)據(jù)為1表示對(duì)應(yīng)字段亮。如要顯示“0”，共陽(yáng)極數(shù)碼管的字型編碼應(yīng)為：11000000B（即C0H）；共陰極數(shù)碼管的字型編碼應(yīng)為：00111111B（3FH）。依次類推，可求得數(shù)碼管字型編碼如表24所示。表32字型共陽(yáng)極共陰極dpgfedcba字型碼dpgfedcba字型碼011000000C0H001111113FH111111001F9H0000011006H210100100A4H010110115BH310110000B0H010011114FH41001100199H0110011066H51001001092H011011016DH61000001082H011111017DH711111000F8H0000011107H81000000080H011111117FH91001000090H011011116FHA1000100088H0111011177HB1000001183H011111007CHC11000110C6H0011100139HD10100001A1H010111105EHE1000011086H0111100179HF100011108EH0111000171H滅11111111FFH0000000000H共陰和共陽(yáng)結(jié)構(gòu)的LED顯示器各筆劃段名和安排位置是相同的。當(dāng)二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的筆劃段發(fā)亮，由發(fā)亮的筆劃段組合而顯示的各種字符。8個(gè)筆劃段hgfedcba對(duì)應(yīng)于一個(gè)字節(jié)（8位）的D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,于是用8位二進(jìn)制碼就可以表示欲顯示字符的字形代碼。例如，對(duì)于共陰LED顯示器，當(dāng)公共陰極接地（為零電平），而陽(yáng)極hgfedcba各段為0111011時(shí)，顯示器顯示P字符，即對(duì)于共陰極LED顯示器，“P”字符的字形碼是73H。 數(shù)碼管顯示方式點(diǎn)亮LED顯示器有兩種方式：一是靜態(tài)顯示；二是動(dòng)態(tài)顯示。在本次設(shè)計(jì)中，采用的是靜態(tài)顯示。所謂靜態(tài)顯示，就是每一個(gè)顯示器都要占用單獨(dú)的具有鎖存功能的I/O接口用于筆劃段字形代碼。這樣單片機(jī)只要把要顯示的字形代碼發(fā)送到接口電路，就不用管它了，直到要顯示新的數(shù)據(jù)時(shí)，再發(fā)送新的字形碼，因此，使用這種方法單片機(jī)中CPU的開銷小。這種電路的優(yōu)點(diǎn)在于：在同一時(shí)間可以顯示不同的字符；但缺點(diǎn)就是占用端口資源較多。從下圖可以看出，每位LED顯示器需要單獨(dú)占用8根端口線，因此，在數(shù)據(jù)較多的時(shí)候，往往不采用這種設(shè)計(jì)，而是采用動(dòng)態(tài)顯示方式。 動(dòng)態(tài)顯示圖所謂動(dòng)態(tài)顯示，就是將要顯示的多位LED顯示器采用一個(gè)8位的段選端口，然后采用動(dòng)態(tài)掃描一位一位地輪流點(diǎn)亮各位顯示器。下圖為4位LED顯示器動(dòng)態(tài)顯示電路。在此電路中，單片機(jī)的P0口用于控制4位LED的段選碼：~~。由于所有的段選碼連在一起，所以同一瞬間只能顯示同一種字符。但如果要顯示不同字符，則要借助位選碼來(lái)控制。（~~，~~。）例如，現(xiàn)在要顯示5678四個(gè)數(shù)字，則首先應(yīng)該將“5”的顯示代碼（共陰LED顯示器的顯示代碼為6DH，共陽(yáng)LED顯示器的顯示代碼為92H），~~（~~，） ~~）時(shí)，則可以