【正文】 ............................................................................................................................. 24 附錄 1 ............................................................................................................................................ 25 附錄 2 ............................................................................................................................................ 27 附錄 3 ............................................................................................................................................ 30 附錄 4 ............................................................................................................................................ 39 附錄 5 ............................................................................................................................................ 40 清華 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 清華 大學(xué)信息 科學(xué) 技術(shù)學(xué)院 1 第 1 章 緒論 電源技術(shù)尤其是數(shù)控 電源技術(shù)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的工程技術(shù)，服務(wù)于各行各業(yè)。隨著數(shù)控電源在電子裝置中的普遍使用，普通電源在工作時(shí)產(chǎn)生的誤差，會影響整個(gè)系統(tǒng)的精確度。數(shù)控電源是從 80 年代才真正的發(fā)展起來的，期間系統(tǒng)的電力電子理論開始建立。因此數(shù)控電源主要的發(fā)展方向，是針對上述缺點(diǎn)不斷加以改善。目前在電力電子器件方面，幾乎都為旋紐開關(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。這就需要通過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓電路將交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電。 從上世紀(jì)九十年代末起，隨著對系統(tǒng)更高效率和更低功耗的需求，電信與數(shù)據(jù)通訊設(shè)備的技術(shù)更新推動電源行業(yè)中直流 /直流電源轉(zhuǎn)換器向更高靈活性和智能化方向發(fā)展。同時(shí)穩(wěn)壓方法采用單片機(jī)控制 ,單片機(jī)通過 A/D采樣輸出電壓 ,與設(shè)定值進(jìn)行比較 ,若有偏差則調(diào)整輸出 ,越限則輸出報(bào)警信號并截流。 （ 2) 控制靈活，系統(tǒng)升級方便，甚至可以在線修改控制算法，而不必改動硬件線路。采用軟件方法來解決數(shù)據(jù)的預(yù)置以及電流的步進(jìn)控制，使系統(tǒng)硬件更加簡潔，各類功能易于實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)以直流電源為核心，利用 51 系列單片機(jī)為主控制器 ，通過鍵盤來設(shè)置直流電源的輸出電流，設(shè)置步進(jìn)等級可達(dá) ，并可由數(shù)碼管顯示實(shí)際輸出電壓值和電壓設(shè)定值。 “ + ” “ ” 按 鍵A T 8 9 C 5 1最 小 系 統(tǒng)預(yù) 置 電 壓 顯 示D A C 0 8 0 8基 準(zhǔn) 電 壓電 流 放 大短 路 保 護(hù)電 源 電 路鳴 音 報(bào) 警 電 路 圖 11 系統(tǒng)原理方框圖 系統(tǒng)核心是以 AT89S51 單片機(jī)為控制器，具有電壓可預(yù)置、可步進(jìn)調(diào)整、輸出的電壓信號和預(yù)置的電壓信號可同時(shí)顯示的數(shù)控直流電源，其硬件原理方框圖如圖 11所示。同時(shí)由 LED 數(shù)碼管顯示輸出電壓；由數(shù)字電壓表測量實(shí)測值 。而 LCD 利用液晶的物理特性顯示，他的特點(diǎn)主要是：低功耗、零輻射、體積小、散熱小、但價(jià)格高。 外觀圖如圖 21， AT89C51 是一種帶 2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機(jī)。 AT89C51 單片機(jī)為很多 嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) 128*8 位內(nèi)部 RAM 可編程串行通道 P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。 P1 口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。P2口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號和控制信號。 P3口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： 清華 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 清華 大學(xué)信息 科學(xué) 技術(shù)學(xué)院 7 口管腳備選功能 ： （串行輸入口） （串行輸出口） （外部中斷 0） （外部中斷 1） （記時(shí)器 0 外部輸入） （記時(shí)器 1 外部輸入） （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。注意加密方式 1 時(shí)， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng)/EA 端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲器。 振蕩器特性： 清華 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 清華 大學(xué)信息 科學(xué) 技術(shù)學(xué)院 8 XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號要通過一個(gè)二 分頻觸發(fā)器，因此對外部時(shí)鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。在閑置模式下， CPU停止工作。5V 電源只有 33 毫瓦。％ ，保證 8 位單調(diào)性和線性度。％ b 全量程電流匹配： LSB 的典型值 1 c 快速建立時(shí)間： 150ns 典型值 d 同相數(shù)字輸入是 TTL 和 CMOS 兼容、低功耗： 33 毫瓦177。 )(?REFV 和)(?REFV 接基準(zhǔn)電流發(fā)生電路中運(yùn)算放大器的反相輸入端和同 相輸入端。在 REFV =10V、 R =5 ?K 、 FR =5 ?K 的情況下，根據(jù)公式： 0V = nRnR E FFnnnnRnR E FF DRVRddddRVR 2)2222(2 00112211 ????? ???? ?? （ 21） 可得輸出電壓為 0V =nREFRF DVRR82=nD8210 當(dāng)輸入的數(shù)字量在全 0和全 1 之間時(shí)，輸出模擬電壓的變化范圍為 0～ Vcc13I o ut4m s bA 15V r f ( )15A26A37V r f (+ )14A48A59A610C O M P16A711lsbA 812V e e3D A C 08 080. 01u FA R ?O P A M PR2 5K5kR15KRfV c c = + 5 V.V0V E E = 1 5VV r e fG N DG N Dd0d1d2d3d4d5d6d7( L S B )( M S B ) 圖 23 DAC0808 的典型應(yīng)用電路 清華 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 清華 大學(xué)信息 科學(xué) 技術(shù)學(xué)院 10 LED 數(shù)碼管 LED 數(shù)碼管以發(fā)光二極管作為發(fā)光單元，顏色有單紅，黃，藍(lán)，綠，白，七彩效果。 led 數(shù)碼管原理圖示意： abcdefgd p.d pabv tcv tdegf 圖 24 LED 數(shù)碼管共陰極接法 清華 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 清華 大學(xué)信息 科學(xué) 技術(shù)學(xué)院 11 從上圖可以看出，要是數(shù)碼管顯示數(shù)字，有兩個(gè)條件： 是要 在 VT端（ 3/8腳）加負(fù) 電源； 要使 （ a,b,c,d,e,f,g,dp)端接高 電平或“ 1”電平。靜態(tài)驅(qū)動是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的 I/O 埠進(jìn)行驅(qū)動，或者使用如 BCD 碼二 十進(jìn)位解碼器解碼進(jìn)行驅(qū)動。透過分時(shí)輪流控制各個(gè) LED 數(shù)碼管的 COM 端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。 最小系統(tǒng)測試程序， 讓 上的紅色發(fā)光管閃爍。i100。k255。 （ 2）具有八路發(fā)光二極管顯示各種流水燈。 （ 4）利用單片機(jī)的第 9 腳可以設(shè)計(jì)成復(fù)位系統(tǒng)，我們采用按鍵復(fù)位；利用單片機(jī)的 1 19 腳可以設(shè)計(jì)成時(shí)鐘電路，我們利用單片機(jī)的內(nèi)部振蕩方式設(shè)計(jì) 。 首先， P0 口接 LED 數(shù)碼顯示管的位選端，端口連接方式為單片機(jī)的 接數(shù)碼管的 dp 端子， 接 7 端至 接 1端口。 L S 1BE L LQ58 55 0R1 61kV C C蜂鳴器FM 圖 34 報(bào)警鳴音電路 端口接 短路保護(hù)電路： 清華 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 清華 大學(xué)信息 科學(xué) 技術(shù)學(xué)院 15 V4A 1 0 15D1D C 6VJ1D C 6VR91KP 2 .4+ 5 V 圖 35短路保護(hù)電路 、 、 分別接 LED 的段選端如圖： V2C 181 5R51KR215 0abfcgdeD P Y1234567abcdefg8dpdp9D S 2L E D 8P V3C 181 5R61KR315 0abfcgdeD P Y1234567abcdefg8dpdp9D S 3L E D 8P V1C 181 5R41KR115 0abfcgdeD P Y1234567abcdefg8dpdp9D S 1L E D 8P V D D 1+5VP1P2P3P4P5P6P7P8P1P2P3P4P5P6P7P8P1P2P3P4P5P6P7P8 圖 36 數(shù)碼顯示電路 、 、 分別接鍵盤電路 K K K3 如圖 K2SW 2K3SW 3K1SW 1 圖 37 鍵盤電路 原理介紹 軟件初始化給 P1 口命令， D/A 轉(zhuǎn)化器將直流電源提供的電壓轉(zhuǎn)換成電流經(jīng)端口 4 輸出，端口 4 接反比例運(yùn)算電路的反相輸入端，由 D/A 轉(zhuǎn)換輸出的為電清華 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 清華 大學(xué)信息 科學(xué) 技術(shù)學(xué)院 16 流信號 Iout， Iout經(jīng)由 TL082 構(gòu)成的反相運(yùn)算電路轉(zhuǎn)換成了電壓信號， T L 08 2O P A M PR 105KR 1147 K+ 15 V 15VIo u t輸出 圖 38 放大電路 在 )(?REFV 和 )(?REFV 接基準(zhǔn)電流發(fā)生電路中運(yùn)算放大器的反相輸入端和同相輸入端。在 REFV =10V、 R =5 ?K 、 FR =5 ?K 的情況下，根據(jù)公式： 0V = nRnR E FFnnnnRnR E FF DRVRddddRVR 2)2222(2 00112211 ????? ???? ?? （ 31） 可得輸出電壓為 0V =nREFRF DVRR82=nD8210 即可得輸 出端的電壓 。最大工作電壓： VCCMAX=? 18V 輸出的電壓信號接到了 LM317 的輸入端； LM317 是三端可調(diào)正穩(wěn)壓器集成電路。 LM317 內(nèi)置有過載保護(hù)、安全區(qū)保護(hù)等多種保護(hù)電路。 LM317 能夠有許多特殊的用法 特性簡介： 可調(diào)整輸出電壓低到 。 80dB 紋波抑制比。標(biāo)準(zhǔn)三端晶體管封裝。還可以把調(diào)整端接到一個(gè)可編程電壓上，實(shí)現(xiàn)可編程的電源輸出。 DC6V是個(gè)繼電器，先對其進(jìn)行說明一下：它是一種電子控制器件，具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常它被用于自控電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種自動開關(guān)。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。當(dāng)用程序?qū)纹瑱C(jī)各個(gè)端口進(jìn)行初始化時(shí)， P0 口控制著 LED 的段選端 ， 、 、 控制著位選端 。 電源部分輸入 220V、 50Hz 交流電，輸出全機(jī)所需的三種電壓： +5V、 +15V、5V，主要供數(shù)控部分和 D/A 轉(zhuǎn)換芯片使用； +15V 作為運(yùn)放的正電源，同時(shí)也是穩(wěn)壓輸出電路的主電 如下圖 311 直流多功能電源 。 （ 3）按鍵測試：用程序驗(yàn)證。 清華 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 清華 大學(xué)信息 科學(xué) 技術(shù)學(xué)