【正文】 思路和軟件設(shè)計流程。第五部分對數(shù)控直流電源的性能參數(shù)進行測量與評估，以及對誤差進行分析。第六部分對本數(shù)控直流電源的給出了本課題的結(jié)論，并對其發(fā)展前景進行了展望。根據(jù)設(shè)計的要求： 最高輸出電壓15V，最大輸出電流1A。紋波系數(shù)盡可能小，輸出穩(wěn)定。有限按鍵操作方便，LCD顯示界面。閉環(huán)控制理論的嵌入式軟件實現(xiàn)。特色及基本技術(shù)路線：低成本解決方案。直觀的實驗效果。經(jīng)典理論驗證平臺先硬件后軟件，先局部后整體。我設(shè)計出以下三個方案：方案一：設(shè)計開關(guān)電源。在前期方案設(shè)計中采用PWM脈寬調(diào)制。它的功耗小，效率高，穩(wěn)壓范圍寬，電路形式靈活多樣，功耗小，效率高。在制作過程中發(fā)現(xiàn)，PWM3占空比的線性變化使相應(yīng)的電流呈非線性變化，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)濾波電容的存在對占空比很小的PWM波積分效果明顯，導(dǎo)致電壓的非線性變化更顯著，特別是PWM占空比很小時(希望得到輸出的電壓很小)，利用單片開關(guān)電源的PWM技術(shù)控制開關(guān)的占空比來調(diào)整輸出電壓的，以達到穩(wěn)定輸出的目的。但用數(shù)字量控制的作用更加明顯。方案二：用D/A和運算放大器做電流源，即采用D/A輸出調(diào)節(jié)晶體管的偏值電流（電壓）。采用此方案能有效的縮短調(diào)節(jié)時間，并能提高輸出精度。設(shè)計方案，包括了微控制器模塊、穩(wěn)壓控制模塊、顯示模塊、鍵盤模塊、電源模塊四部分構(gòu)成,形成開環(huán)控制。方案原理示意圖見圖21：51單片機 (8051)掉電存貯單元(24C02)三位數(shù)碼管顯示單元電壓控制單元(LM317)按鍵電路電源電路 圖21 方案二原理框圖采用常用的51芯片作為控制器，P0口和DAC0832的數(shù)據(jù)口直接相連，DA的電壓輸出端接放大器OP07的輸入端，設(shè)定放大器的放大倍數(shù)為5。所以，當MCU輸出數(shù)據(jù)增加1的時候，當調(diào)節(jié)電壓的時候。數(shù)碼管顯示電路，該系統(tǒng)使用3個數(shù)碼管，可以顯示三位數(shù)，分別組成顯示電路的十位、個位、小數(shù)點位。本主電路的原理是通過MCU控制DA的輸出電壓大小，通過放大器放大，給電壓模塊作為最終輸出的參考電壓，真正的電壓，電流還是由電壓模塊LM317輸出。4方案三：用D/A和運算放大器做電流源，即采用D/A輸出調(diào)節(jié)晶體管的偏值電流（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。采用此方案是對方案二的改進，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。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、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22。51單片機 (89C52)掉電存貯單元(24C02)LCD顯示單元電壓控制單元(LM317)按鍵電路電源電路輸出電壓/電流采樣圖22 方案三原理框圖依據(jù)設(shè)計要求中說提出的特色及基本技術(shù)路線，所以最后選用方案三。(MCU) STC89C52 簡介STC89C52為8位單片機，程序存儲器為8K，外部可擴展至64KB，內(nèi)部RAM為512B，可擴展至64KB，4組可位尋址的8位輸入/輸出口，即圖中P0，P1，P2，P3。有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，3個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，2個讀寫口線，STC89C52可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。在內(nèi)5部功能及管腳排布上與通用的8xc52 相同，其主要用于會聚調(diào)整時的功能控制。圖23 STC89C52引腳圖 引腳說明主要管腳有：XTAL1（19 腳）和XTAL2（18 腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接12MHz 晶振。RST/Vpd（9 腳）為復(fù)位輸入端口，外接電阻電容組成的復(fù)位電路。VCC（40 腳）和VSS（20 腳）為供電端口，分別接+5V電源的正負端。P0~P3 為可編程通用I/O 腳，其功能用途由軟件定義，在本設(shè)計中，P0 端口（32~39 腳）被定義為N1 功能控制端口，分別與N1的相應(yīng)功能管腳相連接，13 腳定義為IR輸入端，10 腳和11腳定義為I2C總線控制端口，分別連接N1的SDAS（18腳）和SCLS（19腳）端口，12 腳、27 腳及28 腳定義為握手信號功能端口，連接主板CPU 的相應(yīng)功能端，用于當前制式的檢測及會聚調(diào)整狀態(tài)進入的控制功能。 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,頻率計,信號發(fā)生器,時鐘等產(chǎn)品上。6圖24 LCD1602顯示容量:16X2個字符.芯片工作電壓:工作電流2MA()不包括背光電流.模塊最佳工作電壓為5V字符尺寸:(WXH)mm帶有英文和日文字庫,使用方便.表21 LCD1602引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地2VDD電源正極3VL液晶顯示偏壓信號4RS數(shù)據(jù)/命令選擇端（H/L）5R/W讀/寫選擇端（H/L）6E使能信號7D0Data 1/078D1Data 1/09D2Data 1/010D3Data 1/011D4Data 1/012D5Data 1/013D6Data 1/014D7Data 1/015BLA背景光源正極16BLK背景光源負極 三端可調(diào)穩(wěn)壓器 LM317 是美國國家半導(dǎo)體公司的三端可調(diào)正穩(wěn)壓器集成電路。LM317 。它的使用非常簡單，僅需兩個外接電阻來設(shè)置輸出電壓。此外它的線性調(diào)整率和負載調(diào)整率也比標 準的固定穩(wěn)壓器好。LM317 內(nèi)置有過載保護、安全區(qū)保護等多種保護電路。 。 輸出電流。%。%。80dB 紋波抑制比。輸出短路保護。過流、過熱保護。調(diào)整管安全工作區(qū)保護。標準三端晶體管封裝。 至 37V 連續(xù)可調(diào)。LM317工作原理：LM317的輸入最同電壓為30多伏，......不過在用的時候要注意功耗問題...注意散熱問題。輸入引腳輸入正電壓,輸出引腳接負載, 電壓調(diào)節(jié)引腳一個引腳接電阻(200左右)在輸出引腳,另一個接可調(diào)電阻(幾K)。8LM317標準應(yīng)用電路圖圖25 LM317應(yīng)用電路LM317的輸出電壓：Vout=(1+R2/R1)+IAdjR2。因為IAdj控制在小于100uA，IAdjR2這一項的誤差在多數(shù)的應(yīng)用中可以忽略，這時的輸出電壓為Vout=(1+R2/R1)。 運算放大器OP07OP07低噪聲高精度運算放大器圖26 OP07引腳圖9低的輸入噪聲電壓幅度— μVPP ( ～ 10Hz)極低的輸入失調(diào)電壓—10 μV極低的輸入失調(diào)電壓溫漂— μV/ ℃具有長期的穩(wěn)定性— μV/MO低的輸入偏置電流—177。 1nA高的共模抑制比—126dB寬的共模輸入電壓范圍—177。14V寬的電源電壓范圍—177。 3V ～177。 22V可替代72108A、74AD510 等電路OP07 高精度運算放大器具有極低的輸入失調(diào)電壓，極低的失調(diào)電壓溫漂，非常低的輸入噪聲電壓幅度及長期穩(wěn)定等特點?？蓮V泛應(yīng)用于穩(wěn)定積分、精密絕對值電路、比較器及微弱信號的精確放大，尤其適應(yīng)于宇航、軍工及要求微型化、高可靠的精密儀器儀表中。D/A轉(zhuǎn)換芯片DAC0832是采用CMOS工藝制成的單片直流輸出型8位數(shù)/模轉(zhuǎn)換器。如圖26所示，它由倒T型R2R電阻網(wǎng)絡(luò)、模擬開關(guān)、運算放大器和參考電壓VREF四大部分組成。DAC0832的邏輯框圖和引腳排列。10圖27 DAC0832引腳圖D0~D7：數(shù)字信號輸入端。ILE：輸入寄存器允許，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：傳送控制信號，低電平有效。WR2：寫信號2，低電平有效。IOUTIOUT2：DAC電流輸出端。Rfb：是集成在片內(nèi)的外接運放的反饋電阻。 Vref：基準電壓（10~10V）。Vcc：是源電壓（+5~+15V）。AGND：模擬地 NGND：數(shù)字地，可與AGND接在一起使用。 A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0832介紹ADC0832是具有多路轉(zhuǎn)換開關(guān)的8位串行I\O AD轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換速度較高。正常情況下，ADC0832與單片機的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線，分別是/CS、CLK、DO和DI，但由于DO與DI在通信時并未同時使用，并且與單片機的接口是雙向的，在/CS變低后的前3個時鐘周期內(nèi)DI端被檢測，DO端呈高阻態(tài)。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換開始后，DI線被禁止，直到11下一次轉(zhuǎn)換開始，所以在I/O口資源緊張時可以將DI和DO并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。 圖28 ADC0832引腳圖 ADC0832接口說明CS_ 片選使能，低電平芯片使能。CH0 模擬輸入通道0，或作為IN+/使用。 CH1 模擬輸入通道1，或作為IN+/使用。GND 芯片參考0 電位（地）。DI 數(shù)據(jù)信號輸入，選擇通道控制。DO 數(shù)據(jù)信號輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。CLK 芯片時鐘輸入。Vcc/REF 電源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用）。 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。12輸入輸出顯示(LCD1602)MCUSTC89C52EEPROM數(shù)據(jù)存儲(24C02)數(shù)模轉(zhuǎn)換DAC0832按鍵(三個)電壓放大OP07可調(diào)穩(wěn)壓LM317輸出模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC0832電壓跟隨器TS914電壓電路電流放大并轉(zhuǎn)換成電壓(L272)電壓采樣電流采樣電源(+15V、15V、+5V)31系統(tǒng)總體框圖 系統(tǒng)模塊電路設(shè)計 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STC89C52作為本方案的控制核心，P0口接液晶顯示LCD1602作為輸出數(shù)據(jù)顯示傳輸，同時PP2P22是液晶LCD控制端口；P1口接DAC0832作為輸出數(shù)據(jù)傳輸,P30為DAC0832控制端口；P3P3P33接三個獨立鍵盤作為輸入數(shù)據(jù)傳輸；P3P35接容量為2K的數(shù)據(jù)存貯器24C02，可以實現(xiàn)掉電數(shù)據(jù)貯存和預(yù)置數(shù)據(jù)貯存；P2P2P27接ADC0832作為輸入/輸出數(shù)據(jù)傳輸。13圖32 單片機控制電路 穩(wěn)壓控制模塊本穩(wěn)壓控制模塊設(shè)計主要是用DAC0832輸出的參考電壓去控制LM317輸出大小變化。其中DAC0832的基準電壓Verf來源是通過調(diào)節(jié)LM3365V基準源。 控制器STC89C52的P1口和DAC0832的數(shù)據(jù)口直接相連，DA的/CS和/，/WR2和/XEFR接地，讓DA工作在單緩沖方式下。DA的8腳接參考電壓，參考電壓電路如圖33所示，DAC的輸出電流轉(zhuǎn)換為電壓的公式為：，也就是說DA輸入數(shù)據(jù)端每增加1。在此電路中，R為取樣電阻，采用康銅絲繞制（阻值隨溫度的變化較?。?，因而采樣電阻的功率可以由P=I2*R算出。由圖33和圖25的 LM317應(yīng)用電路分析可得，設(shè)運算放大器OP07的輸入電壓分別為UiUi2，輸出電壓為Vo1。DA的14電壓輸出端接運算放大器OP07的輸入端，該放大電路運用了典型的差分式放大電路，并由差分放大公式 Uo1=Au(|Ui1Ui2|)且放大值A(chǔ)u=