【正文】 Stepping,Threeadjustable regulators 湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) III 目 錄 第 1 章 緒論 利用 5 個(gè)按鈕調(diào)整電壓、并且通過(guò)共陰極三位一體 LED 顯示輸出的電壓值 。 設(shè)計(jì)采用 8位精度的 DA轉(zhuǎn)換器 DAC083 三 端可調(diào)穩(wěn)壓器 LM350 和 一個(gè) UA741 運(yùn)算 放大器構(gòu)成 穩(wěn)壓 源，實(shí)現(xiàn)了 輸出電壓范圍為＋ ～ +， 電壓 步進(jìn) 的數(shù)控穩(wěn)壓電源 ，最大 紋波 只有 10mV， 具有較高的精度與穩(wěn)定性 。 另外該方案只采用了 5個(gè)按鍵實(shí)現(xiàn)輸出電壓的方便設(shè)定 ， 具有設(shè)定值調(diào)整 ， 微調(diào)（步進(jìn)量 ），粗調(diào)（步進(jìn)量 1）三種調(diào)整功能 ， 顯示部分我們采用了三位一體的數(shù)碼管來(lái)顯示輸出電壓值。 設(shè)計(jì) 使用 3三位一體 數(shù)碼管 ， 可以顯示三位數(shù) ， 一個(gè)小數(shù)位 ， 比如可以顯示 ，采用動(dòng)態(tài)掃描驅(qū)動(dòng)方式。5 第 3 章 數(shù)控電壓源 的工作原理 8 第 4 章 單元電路工作原理 9 時(shí)鐘振蕩電路圖 10 鍵盤電路 12 DA 轉(zhuǎn)換電路 14 所用主要芯片 15 LM350 18 第 5 章 數(shù)控電壓源 的軟件系統(tǒng) 26 第 7 章 數(shù)控電壓源 的 使用說(shuō)明 32 湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) V 附錄 3 源程序 清單 38 湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 第 1 章 緒 論 研究背景及意義 數(shù)控直流 電 壓 源是電子技術(shù)常用的設(shè)備之一 ， 廣泛的應(yīng)用于教學(xué)、科研等領(lǐng)域。另外 ， 隨著使用時(shí)間的增加 ， 波段開(kāi)關(guān)及電位器難免接觸不良 ， 對(duì)輸出會(huì)有影響。這就需要通過(guò)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。 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展 ， 特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的突飛猛進(jìn) ， 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 ， 特別是在一些高能物理領(lǐng)域 ， 急需電腦或單片機(jī)控制的低紋波、寬調(diào)整范圍的電源。 由于板載電源管理的更廣泛應(yīng)用和行業(yè)能源節(jié)約和運(yùn)行最優(yōu)化的關(guān)注，電源行業(yè)和半導(dǎo)體生產(chǎn)商們便開(kāi)始共同開(kāi)發(fā)這種名為“ 數(shù)控電壓源 ”的新產(chǎn)品。 課題研究方法 隨 著時(shí)代的發(fā)展，數(shù)字電子技術(shù)已經(jīng)普及到我們生活 、 工作 、 科研 等 各個(gè)領(lǐng)域，本文將介紹一種數(shù)控 直流 電源，本電源由電源 電路 、顯示電路、控制電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路 四部分組成 。 目前所使用的直流可調(diào)電源中，幾乎都為旋紐開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)電壓，調(diào)節(jié)精度不高， 而且經(jīng)常跳變，使用麻煩。工作過(guò)程中 ， 單片機(jī)輸出驅(qū)動(dòng) LED顯示 ， 通過(guò) 鍵盤 可設(shè)置和調(diào)整電壓值 。 通過(guò)運(yùn)放 LM324 將 DA的輸出電流轉(zhuǎn)化為電壓，再通過(guò)運(yùn)放 UA741 將電壓反相并放大。其硬件框圖如圖 所示： 鍵 盤數(shù)碼顯示8952單片機(jī)電壓預(yù)置D / A 轉(zhuǎn)換 電壓調(diào)整輸出湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 圖 方案二硬件框圖 方案 三 ：采用調(diào)整管的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的 數(shù)控電壓源 的設(shè)計(jì) [8] 此方案不同于方案之二處在于使用一套十進(jìn)制計(jì)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(lái)實(shí)現(xiàn)輸出步進(jìn) ， 只使用了一套計(jì)數(shù)器，回避了方案二中必須保證雙計(jì)數(shù)器同步的問(wèn)題，但由于控制數(shù)據(jù)燒錄在 EPROM 中，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)靈活性降低。 顯示部分 的比較 方案二 、 三中的顯示輸出是對(duì)電壓的量化值直接進(jìn)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(dòng)電路引入的誤差，顯示值與電源實(shí)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(duì)電壓值進(jìn)行顯示。 通過(guò)改變送給單片機(jī)的數(shù)字量而達(dá)到改變輸出電壓的方法。 再在 DA 的電壓輸出端接 運(yùn)放 LM324， 將 DA 的輸出電流轉(zhuǎn)換成電壓。 UA741 的輸出端 通過(guò)電阻 接到 LM350 的調(diào)整端，通過(guò)改變 UA741 的輸出電壓可以控制 LM350 的輸出電壓 ， 也就是數(shù)控電壓源 的最終輸出電壓 值 ，其 電壓 輸出電路圖如圖 所示。所以在編程時(shí) ， 按一下步進(jìn)按鍵 ，P0 口的數(shù)據(jù)便要變化 3。單片機(jī)本身就如一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號(hào)控制下嚴(yán)格地按時(shí)序進(jìn)行工作。電容器 C8和 C9的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振，電容值在 5－ 30pF，典型值為 30pF。 復(fù)位電路 復(fù)位操作有兩種基本形式：一種是上電 復(fù)位，另一種是按 鍵 復(fù) 位 。上電瞬間 RESET湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 引腳獲得高電平，隨著電容的充電， RERST 引腳的高電平將逐漸下降。復(fù)位后： PC值為 0000H，表明復(fù)位后程序從 0000H 開(kāi)始執(zhí)行； SP 值為 07H 值，表明堆棧底部在 07H，需重新設(shè)置 SP 值；單片機(jī)在復(fù)位后，已使 P0～ P3口每一端線為“ 1”，為這些端線用作輸入口做好了準(zhǔn)備。常用的按鍵有三種： 機(jī)械觸點(diǎn)式：利用金屬的彈性使按鍵復(fù)位。 這兩類鍵盤的主要區(qū)別是識(shí)別鍵符及給出相應(yīng)鍵碼的方法。 I/O 口通過(guò)按鍵與地相連， I/O 口有上拉電阻，無(wú)鍵按下時(shí)，引腳端為高電平，有鍵按下時(shí)，引腳電平被拉低。 鍵盤電路工作原理 （ 1） 鍵盤電路原理圖如圖 ： 湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 圖 鍵盤電路原理圖 （ 2）鍵盤電路工作原理 如圖 所示，當(dāng)無(wú)鍵按下時(shí)，單片機(jī)的 ～ 及 為高電平。通過(guò)七段發(fā)光二極管的不同 組合， 可以顯示多種數(shù)字、字母或者其他符號(hào)。這樣陰極端輸入低電平的段 發(fā)光二極管就導(dǎo)通點(diǎn)亮，而輸入高電平的則不點(diǎn)亮。 七段發(fā)光二極管，再加上一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，共計(jì) 8 段。顯示方式采用動(dòng)態(tài)顯示方式。靜態(tài)顯示 時(shí)， 較小的驅(qū)動(dòng)電流就可以得到較高的顯示亮度，所以可 由接口芯片直接驅(qū)動(dòng)。 顯示電路原理圖 顯示 電路原理圖如圖 ： 湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 圖 顯示 電路原理圖 D/A 轉(zhuǎn)換電路 D/A 轉(zhuǎn)換電路主要由 AT89S52（單片機(jī)）、數(shù)碼轉(zhuǎn)換器 DAC0832 及 LM324 運(yùn)算放大器 等芯片組成。在此次設(shè)計(jì)中，我設(shè)計(jì)了一個(gè)可以輸出正負(fù) 12伏的電源 。通常有 78L12（正電源）系列和 79L125（負(fù)電源）系列，其結(jié)構(gòu)外觀如右圖 ：它由輸出 腳 OUT， 輸入腳 iV 和接地 腳 GND 組成，它的 書(shū)室 穩(wěn)壓輸出值為 正負(fù) 12V，由它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可知，除增加了一級(jí)啟動(dòng)電路 外，其余部分 圖 7812引腳圖 與串聯(lián)穩(wěn)壓電路完全一樣，其基準(zhǔn)電壓源的穩(wěn)定性更高，采取的電容必須是漏電流較湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 小的坦電容，或者是電解電容須是鉭電容的 10 倍，保護(hù)電路更完善。空閑模式下， CPU 暫停工作，而 RAM 定時(shí)計(jì)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)，停止芯片其它功能湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 直至外中斷 激活或硬件復(fù)位。 89S52 單片機(jī)的引腳的第二功能如表 ： 表 ： P1口和 P3的第二功能 口線 第二功能 信號(hào)名稱 RXD RXD（串行數(shù)據(jù)接收） TXD TXD（串行數(shù)據(jù)發(fā)送） 0INT 0INT （外部中斷 0申請(qǐng)） 1INT 1INT （外部中斷 1申請(qǐng)） T0 T0（定時(shí)器 0的計(jì)數(shù) 輸入） T1 T1（定時(shí)器 1的計(jì)數(shù)輸入） WR WR （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） RD RD （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） T2 T2（定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T2的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出 T2EX T2EX（定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T2 的捕捉 /重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制） MOSI MOSI（在系統(tǒng)編程用） MISO MISO（在系統(tǒng)編程用） SCK SCK（在系統(tǒng)編程用） 芯片 DAC0832 （ 1） DAC0832 芯片引腳圖 DAC0832 芯片引腳圖 如圖 所示： （ 2） DAC0832 芯片 的特點(diǎn) 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 、 圖 芯片 0832引腳圖 2WR 、分別為該兩寄存器的寫信號(hào)輸出端， ILE 為輸入鎖存使能端，高電平有效， CS湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 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) ，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 所示 。它有三種工作方式：不帶緩沖工作方式，單緩沖工作方式，雙緩沖工作方式。此穩(wěn)壓器非常易于使用，只需要兩個(gè)外部電阻來(lái)設(shè)置輸出電壓。 其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖 所示： 圖 LM350內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 其主要特點(diǎn)如下： ① 輸出電流超過(guò) 3安 ② 輸出電壓在 伏和 33 伏之間可調(diào)節(jié) ③ 內(nèi)部熱過(guò)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(duì)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 （ 2） 其 基本電路工作原理 湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 LM350 是三端浮動(dòng)穩(wěn)壓器。為達(dá)到這一點(diǎn)，所有靜態(tài)工作電流都返回到輸出端。 （ 3） 負(fù)載調(diào)整率 LM350 能提供極良好的負(fù)載調(diào)整率，但為實(shí)現(xiàn)最優(yōu)性能需要注意幾點(diǎn)。集成運(yùn)算放大器是一種高增益多級(jí)直接耦 合放大器，其內(nèi)部結(jié)構(gòu) 框圖 如圖 所示，其 各部分的作用如下： 湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 圖 運(yùn)放組成框圖 （ 1） 差動(dòng)輸入級(jí) 使運(yùn)放有盡可能高的輸入阻抗及共模抑制比。輸出級(jí)一般為互補(bǔ)對(duì)稱推挽電路。 其引腳圖如圖 所示 。 圖 顯示子程序流程圖 開(kāi) 始初始化暫存顯示的電壓值查表取段控碼段控碼送P 2 口位控碼送P 1 口修改位控碼修改段控碼？3 位掃描完 調(diào)延時(shí)子程序返 回YN湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 鍵掃子程序 鍵掃子程序流程框圖如圖 所示： 鍵掃子程序 的源程序見(jiàn)附錄 4。 (4).穩(wěn)壓管 7812 的輸出端輸出電壓，檢查電路，發(fā)現(xiàn)輸出端需要增加一個(gè)電容，增加后問(wèn)題得到解決。調(diào)好了線性關(guān)系后，電位器使固定下來(lái)了，在以后的操作中不能改變電位器的阻值。 (2).步進(jìn)控制測(cè)試： 主要測(cè)試儀器：數(shù)字萬(wàn)用表 ① 在規(guī)定的范圍內(nèi)，先設(shè)定一個(gè)初始值（若不設(shè)定，則系統(tǒng)默認(rèn)為 ）。 總體來(lái)說(shuō) 基本上 達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 第 7 章