【正文】 放大器件， LM350作穩(wěn)壓器件。 電源電路 負(fù)責(zé) 提供各個芯片電源、數(shù)碼管、放大器所需電壓 ； 顯示電路用于顯示電源輸出電壓的大小，并直觀的顯示按鍵電路 對電壓的調(diào)整；控制電路在本設(shè)計(jì)中居于中心大腦地位，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的處理與傳送，將數(shù)字信號傳遞給數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，將鍵盤電路的調(diào)整輸出給數(shù)模轉(zhuǎn)換電路和顯示電 路；數(shù)模轉(zhuǎn)換電路負(fù)責(zé)將數(shù)字信號轉(zhuǎn)變?yōu)槟M電壓信號并輸出給電壓調(diào)整 電路；電壓調(diào)整 電路負(fù)責(zé)將數(shù)模轉(zhuǎn)換電路輸出的電壓信號倒相放大傳送給穩(wěn)壓電路；整個系統(tǒng)的最后一步 —— 穩(wěn)壓電路，負(fù)責(zé)把最后形成的直流電壓信號輸出。 該數(shù)控直流穩(wěn)壓電源 與傳統(tǒng)的穩(wěn)壓電源相比具有 直觀，操作方便，電源穩(wěn)定性高以及 輸出電壓大小 可精細(xì)調(diào)節(jié)等 特點(diǎn)。 本 數(shù)控 直流 電 壓 源，可以達(dá)到每步 電壓調(diào)整 ，輸出 電壓范圍 ，電流可以達(dá)到 3A。 針對以上問題，本課題設(shè)計(jì)了一種以單片機(jī)為核心的數(shù)控式高精度簡易直流電源的設(shè)計(jì)，該電源采用數(shù)字調(diào)節(jié)、閉環(huán)實(shí)時監(jiān)控、輸出精度高，特別適用于各種有較高精度要求的場合。其設(shè)計(jì)方法是由單片機(jī)通過 D/A，控制驅(qū)動模塊輸出一個穩(wěn)定電壓，同時穩(wěn)壓方法采用三端可調(diào)穩(wěn)壓管進(jìn)行調(diào)整，輸出電壓通過電阻反饋給運(yùn)放，與設(shè)定值進(jìn)行比較，若有偏差則調(diào)整輸出。工作過程中，單片機(jī)輸出驅(qū)動 LED顯示，通過鍵盤可設(shè)置和調(diào)整電壓值。 該電路 具有 設(shè)計(jì)簡單 ， 應(yīng)用廣泛，精度較高等特點(diǎn) 。 4 第二 章 數(shù)控直流電壓源設(shè)計(jì)方案 原理介紹 本設(shè)計(jì)采用以單片機(jī)作為控制元件來實(shí)現(xiàn)數(shù)控直流電壓源的設(shè)計(jì)。 本設(shè)計(jì)采用 AT89C52 芯片作為單片機(jī)的控制單元，以 常用的 DAC0832 作為 D/A轉(zhuǎn)換單元， AT89C52 芯片的 P0 口和 DAC0832 的數(shù)據(jù)口直接相連， DA 的 CS， XFER ， 2WR ， 1WR 接 地 ，讓 DA 工作在 直通 方式下。 DA 的 8腳接參考電壓， DA 的 參考 電壓接 5V電源 ，所以在 DAC的 8 腳輸出電壓的分辨率為 5V/256 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(yùn)放 UA741將 DA的輸出電流轉(zhuǎn)化為電壓，再通過運(yùn)放 UA741將電壓反相并放大。最后經(jīng) LM350調(diào)整輸出電壓并穩(wěn)壓 。其具體硬件框圖如圖 所示： 圖 數(shù)控直流電壓源硬件框圖 設(shè)計(jì) 方案優(yōu)勢 89C52單片 機(jī)作為一個整體 ，完成整個數(shù)控部分的功能。 89C52作為一個智能化的可編程器件，便于系統(tǒng)功能的擴(kuò)展。 方案中使用運(yùn)算放大器放大電壓，由于運(yùn)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，避免了線性調(diào)壓電源整流濾波后的紋波對輸出的影響。 該方案中采用三位數(shù)碼管直接對電壓值進(jìn)行顯示，可以直觀明了的反映電壓值以及其對按鍵所作出的電壓變化。 根據(jù)上述數(shù)控直流電壓源硬件框圖 ，我們選用以下芯片來實(shí)現(xiàn)該數(shù)控直流電壓源的硬件電路接線：AT89C52單片機(jī)， DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換器，集成運(yùn)放 UA741， 電壓穩(wěn)壓器 LM350等。 89C51單 片 機(jī) 電源電路 電壓預(yù)置 鍵盤電路 電壓調(diào)整 D/A轉(zhuǎn)換 顯示電路 輸出 5 數(shù)控直流電壓源所用元器件 單片機(jī) AT89C52芯片 AT89C52 是一種帶 8K 字節(jié) FLASH 存儲器 的低電壓、高性能 CMOS 8 位微處理器。 它的特點(diǎn)是，擁有 8K 字節(jié)可編程 FLASH 存儲器 ， 256*8 位內(nèi)部 RAM，三 個 16 位定時器 /計(jì)數(shù)器， 8 個中斷源，擁有低功耗的閑置和掉電模式，以及片內(nèi)震蕩器和時鐘電路。 圖 AT89C51 引腳圖 AT89C52 的引腳如 圖 所示。 AT89C52 的引腳功能如下 [1]： VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口： P0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 I/O 口， 也即地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動 8 個 TTL 邏輯門電路，對端口 P0 寫“ 1”時，可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。 在 Flash 編程時， P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時，輸出指令字節(jié) ，校驗(yàn)時，要求外接上拉電阻。 P1口： P1 是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 6 4 個 TTL 邏輯門電路。對端口寫“ 1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流 (IIL)。 P2口： P2 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4 個 TTL 邏輯 門電路。對端口 P2 寫“ 1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時 可作輸入口，作輸入口使用時，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流 (IIL)。在訪問外部程序存儲器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 MOVX @DPTR 指令）時， P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行 MOVX @RI 指令）時， P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。 Flash 編程或校驗(yàn)時， P2亦接收高位地址和一些控制信號。 P3 口： P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。 P3 口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4個 TTL邏輯門電路。 對 P3 口寫入“ 1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流（ IIL）。 P3口除了作為一般的 I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能， P3口還接收一些用于 Flash 閃速存儲器編程和程序校驗(yàn)的控制信號。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當(dāng)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。然而要注意的是：每當(dāng)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(jī)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(dāng) /EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），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(dāng) /EA 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。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。 數(shù)模轉(zhuǎn)換器 DAC0832 DAC0832 是 8 分辨率的 D/A 轉(zhuǎn)換集成芯片。與微處理器完全兼容。 它的特點(diǎn)有，分辨率 為 8 位，電流穩(wěn)定時間 1us,可單緩沖、 雙緩沖或直接數(shù)字輸入，需要 +5V~+15V 的電源供電。 DAC0832是一種典型的 8 位轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部為雙緩沖寄存器即輸入寄存器和 DAC 寄存器， 1WR 、 2WR 分別為該寄存器的寫信號輸出端， ILE為輸入鎖存使能端，高電平有效， CS 為片選端， XFER 為傳輸控制端，它和 2WR 共同控制 DAC寄存器的工作狀態(tài)。 DAC0832有兩個接地端，一般情況下，這兩個地端均并聯(lián)接地。 DAC0832的D/A轉(zhuǎn)換電路為倒 T型 R2R電阻網(wǎng)絡(luò)，故有 Iout1和 Iout2兩個電流輸出端，根據(jù)不同的電路組成，該芯片可以有兩種輸出模式，一種為電流輸出模式，這種模式基準(zhǔn)電壓加在 VREF端，由 Iout1， Iout2輸出的 7 電流經(jīng)運(yùn)算放大器相加后輸出；另一種為電壓輸出模式，這種模式基準(zhǔn)電壓加在 Iout1和 Iout2之間，模擬電壓加從 VREF端輸出。 本設(shè)計(jì)采用電流輸出模式，再使輸出電流 通過一個高輸入阻抗的線性運(yùn)算放大器 實(shí)現(xiàn) 相應(yīng)的模擬信號電壓輸出。該 D/A轉(zhuǎn)換器 有三種工作方式： 直通方式 ，單緩沖工作方式，雙緩沖工作方式。該電路采用 直通方式 ， DA的 CS 、 XFER 、 2WR 和 1WR 接地 ，讓 DA工作在 直通狀態(tài) 下 [1]。 數(shù)模轉(zhuǎn)換器 DAC0832結(jié)構(gòu)圖如圖 。 圖 DAC0832 結(jié)構(gòu)圖 集成運(yùn)放 UA741 UA741 是 一款集成運(yùn)算放大器。 集成運(yùn)算放大器是一種高增益多級直接耦合放大器， 其各部分的作用如 圖 [2]： 圖 集成運(yùn)放 UA741 組成框圖 （ 1）差動輸入級 使運(yùn)放有盡可能高的輸入阻抗及共模抑制比。 （ 2）中間放大級 由多級直接耦合放大器組成，以獲得足夠高的電壓增益。 （ 3）輸出級 可使運(yùn)放具有一定幅度的輸出電壓、輸出電流和盡可能小的輸出電阻。在輸出過載時有自動保護(hù)作用以免損壞集成塊。輸出級一般為互補(bǔ)對稱推挽電路。 （ 4）偏置電路 為各級提供合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。為使工作點(diǎn)穩(wěn)定，一般采用恒流源偏 置電路。 在本設(shè)計(jì)中用到的 UA741共有兩個基本作用：放大電壓和反相作用。其引腳圖如圖 ： 差動輸入級 中間放大級 輸 出 級 偏置電路 8 圖 UA741 引腳圖 電壓穩(wěn)壓器 LM350 LM350是可調(diào)節(jié) 3 端正電壓穩(wěn)壓器，在輸出范圍為 伏到 33 伏時能夠提供超過 3 安的電流。此穩(wěn)壓器非常易于使用，只需要兩個外部電阻來設(shè)置輸出電壓。此外還使用內(nèi)部限流、熱判斷和安全工作區(qū)補(bǔ)償使之基本能防止燒斷保險(xiǎn)絲。 LM350 服務(wù)于多種應(yīng)用場合，包括局部穩(wěn)壓、卡上穩(wěn)壓。該器件還可以用來制做一種可編程的輸出穩(wěn)壓 器，或者，通過在調(diào)整點(diǎn)和輸出之間接一個電阻， LM350可用作一個精密穩(wěn)流器。它的主要特點(diǎn)有 [6]， ① 輸出電流超過 3安 ② 輸出電壓在 33伏之間可調(diào)節(jié) ③ 內(nèi)部熱過載保護(hù) ④ 不隨溫度變化的內(nèi)部短路電流限制 ⑤ 輸出晶體管安全工作區(qū)補(bǔ)償 ⑥ 對高壓應(yīng)用孚空工作 ⑦ 標(biāo)準(zhǔn) 3引腳晶體管封裝 ⑧ 避免置備多種電壓 圖 LM350 基本工作原理電路圖 9 LM350 是三端浮動穩(wěn)壓器 ， 其基本電路工作原理如圖 所示。工作時， LM350 建立并保持 輸出與調(diào)節(jié)端之間的電壓 Iadj，這一參考電壓由 R1轉(zhuǎn)換成編程電流，該恒定電流經(jīng) R2到地。其穩(wěn)壓輸出電壓由式： 2 1 2* (1 / )ou t R E F ad jV V R R I R? ? ? () 其中 Vref 為 R1 兩端電