【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 輯器件。本方案電路復(fù)雜，靈活性不高， 費(fèi)用高 ，不利于系統(tǒng)的擴(kuò)展， 性價(jià)比差 。 圖 21 基于 DPS 直流數(shù)控電源 方案二：如圖 22 所示，此方案采用單片機(jī)串聯(lián)調(diào) 整型穩(wěn)壓電源。單片機(jī)輸出電壓控制數(shù)字量送至 D/A 轉(zhuǎn)換器，經(jīng) D/A 轉(zhuǎn)換器輸出的模擬電壓作為誤差放大器的基準(zhǔn)電壓。由 D S P 微 處 理 器 A/D 轉(zhuǎn)換電路 傳感電路和模擬開(kāi)關(guān) 輸出 鍵盤(pán)接口 LCD 顯示模塊 RS232接口 整流濾波 DCDC 變換器 保護(hù)電路 220V 變壓器 7 于理想 D/A 轉(zhuǎn)換器的輸出量 A 與輸入量 D 和 R 的關(guān)系應(yīng)為 A=RD。對(duì)一個(gè)確定的 D/A 轉(zhuǎn)換器，模擬基準(zhǔn)電壓 R 往往是一個(gè)固定值，相當(dāng)于一個(gè)比例系數(shù)。顯然這里 D/A 轉(zhuǎn)換器輸出的電量不能連續(xù)可調(diào)，而只能以所用 D/A 轉(zhuǎn)換器的絕對(duì)分辨率為量化單位增減，所以D/A 轉(zhuǎn)換器實(shí)際上是準(zhǔn)模擬量輸出。這樣通過(guò)改變穩(wěn)壓電源的基準(zhǔn)電壓的方法就可使實(shí)現(xiàn)輸出的步進(jìn)增加 (或減小 )，穩(wěn)定性高，紋波小，可靠性高，調(diào)試容易。 圖 22 基于單片機(jī)的直流數(shù)控電源 通過(guò)以上比較，此次設(shè)計(jì)我采用設(shè)計(jì)方案二。因?yàn)樗^方案一經(jīng)濟(jì)費(fèi)用小，容易實(shí)現(xiàn)，性價(jià)比較高。能實(shí)現(xiàn)本次設(shè)計(jì)任務(wù)的要求。 通過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)這個(gè)過(guò)程，設(shè)計(jì)者可以把應(yīng)用系統(tǒng)劃分為一系列子系統(tǒng)。每個(gè)子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)一種獨(dú)立的功能，這樣不僅可以簡(jiǎn)化電路的 ，而且方便多個(gè)設(shè)計(jì)者合作完成設(shè)計(jì)工作?；趩纹瑯O的應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括硬件電路設(shè)計(jì)和軟件程序設(shè)計(jì)兩部分，因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)也對(duì)應(yīng)的包括這兩個(gè)部分。 數(shù)控電源的硬件電路組成如圖 23 所示。包括顯示電路、鍵盤(pán)電路 、單片機(jī)電路、數(shù)字 /模擬轉(zhuǎn)換電路、模擬信號(hào)放大電路以及輸出電流過(guò)流保護(hù)電路。 圖 23 數(shù)控電源的硬件電路 如圖 23 所示數(shù)控電源的輸出電壓數(shù)值由鍵盤(pán)控制。通過(guò)鍵盤(pán)把需要輸出的電壓值以步進(jìn)穩(wěn)壓輸出 D/A 轉(zhuǎn)換 單片機(jī) 數(shù)碼顯示 鍵盤(pán) 數(shù)碼顯示電路 鍵盤(pán)電路 單片機(jī) 數(shù)字 /模擬轉(zhuǎn)換電路 功率 放大電路 負(fù)載 過(guò)流保護(hù)電路 8 方式輸入到單片機(jī)。這里需要注意的是在使用步進(jìn)方式調(diào)整數(shù)據(jù)時(shí)，輸出電壓不能隨著變化，以避免在調(diào)整過(guò)程中加到負(fù)載上的電壓不能滿足要求。輸出電壓應(yīng)該在完成步進(jìn)調(diào)整以后再發(fā)生變化，直接向負(fù)載施加所需要的電壓值。 顯示電路可以用來(lái)顯示輸出的電壓值，也可以來(lái)顯示鍵盤(pán)電路的調(diào)整過(guò) 程。 在使用鍵盤(pán)完成輸出電壓的調(diào)整后，輸出電壓對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)被送入數(shù)字 /模擬轉(zhuǎn)換器，數(shù)字 /模擬轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生輸出模擬電壓。數(shù)字 /模擬轉(zhuǎn)換器輸出的模擬電壓隨著它的輸入數(shù)據(jù)的變化而變化，從而實(shí)現(xiàn)輸出電壓的步進(jìn)調(diào)整。數(shù)字 /模擬轉(zhuǎn)換器的輸出模擬電壓不一定滿足要求，如果不滿足輸出電壓的要求，將需要添加一個(gè)電壓放大器。 信號(hào)放大電路包括電壓放大和電流放大兩部分，前者使得輸出電壓滿足要求，后者降低負(fù)載變化對(duì)輸出電壓的影響。對(duì)于負(fù)載來(lái)說(shuō)，由戴維南定理，整個(gè)數(shù)控電源可以等效為一個(gè)理想電壓源和一個(gè)電阻的串聯(lián)電路。由于電源內(nèi)阻的存在，當(dāng) 負(fù)載電阻變化時(shí)，回路電流將發(fā)生變化，從而使得電源的輸出電壓發(fā)生變化。為了減少負(fù)載的變化對(duì)輸出電壓的影響，輸出電阻應(yīng)該盡量地減小，或者加大輸出電流的額定值，因此需要添加一級(jí)電流放大器。 為了防止負(fù)載電阻很小時(shí)，甚至當(dāng)電源的輸出端短路的情況下，引起輸出電流的過(guò)大而危及電源的安全，需要一個(gè)保護(hù)電路。當(dāng)輸出電壓超過(guò)一定值時(shí)，即 +5V 時(shí)，比較電路將發(fā)生翻轉(zhuǎn)，同時(shí)將信號(hào)傳送給單片機(jī)，使單片機(jī)產(chǎn)生中斷并復(fù)位。 9 第一章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 主控模塊 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（ FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器，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。 AT89C51 的管腳圖如圖 31 所示。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 3 1 M a y 20 0 7 S he e t o f F i l e : D : \文件 \畢業(yè)設(shè)計(jì) \有用 \ M y D e s i g n . d db D ra w n B y:P 1. 0 / T 21V c c40P 1. 1 / T 2E X2P 0. 0 / A D 039P 1. 23P 0. 1 / A D 138P 1. 34P 0. 2 / A D 237P 1. 4 / IN T 25P 0. 3 / A D 336P 1. 5 / IN T 36P 0. 4 / A D 435P 1. 6 / IN T 47P 0. 5 / A D 534P 1. 7 / IN T 58P 0. 6 / A D 633P 0. 7 / A D 732R S T9EA31P 3. 1 / T X D 011A L E30P 3. 2 / IN T 012P S E N29P 3. 3 / IN T 113P 2. 7 / A 1 528P 3. 4 / T 014P 2. 6 / A 1 427P 3. 5 T 115P 2. 5 / A 1 326P 3. 6 / W R16P 2. 4 / A 1 225P 3. 7 / R D17P 2. 3 / A 1 124X T A L 218P 2. 2 / A 1 023X T A L 119P 2. 1 / A 922GND20P 2. 0 / A 821P 3. 0 / R X D 010A T 89 C 5 1 圖 31 AT89C51 引腳分布圖 1．主要特性： 與 MCS51 兼容 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 壽命： 1000 寫(xiě) /擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10 年 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 128*8 位內(nèi)部 RAM 32 可編程 I/O 線 兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 10 5 個(gè)中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 2．管腳說(shuō)明： VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏極開(kāi)路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門(mén)電流。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫(xiě) 1 時(shí)，被定義為高阻抗輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器， 它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。 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(mén)電流。 P1 口管腳寫(xiě)入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。 P2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè)TTL 門(mén)電流，當(dāng) P2 口被寫(xiě) “1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口在被用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 “1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3 口： P3 口管腳是 8 個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL門(mén)電流。當(dāng) P3 口寫(xiě)入 “1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電 平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示： 管腳口 備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） 11 /INT1（外部中斷 1） T0（記時(shí)器 0 外部輸入） T1（記時(shí)器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(hào) 。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，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(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。如想禁止ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時(shí)， 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(wú)效。 /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。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(chǔ)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(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。 3．振蕩器特性： XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件， XTAL2 應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 4．芯片擦除： 整個(gè) PEROM 陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過(guò)正確的控制信號(hào)組合，并保持 ALE 管腳處于低電平 10ms 來(lái)完 成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫(xiě) “1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。 12 此外， AT89C51 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下， CPU 停止工作。但 RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止 。 穩(wěn)壓 電源模塊 本 設(shè)計(jì)共用到電源有兩種：即 177。5V. 穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路組成，如圖 32。 圖 32 電源方框及波形圖 整流和濾波電路：整流作用是將交流電壓 U2 變換成脈動(dòng)電壓 U3。濾波電路一般由電容組成，其作用是脈動(dòng)電壓 U3中的大部分紋波加以濾除，以得到較平滑的直流電壓 U4。 穩(wěn)壓電路：由于得到的輸出電壓 U4受負(fù)載、輸入電 壓 和 溫度的影響不穩(wěn)定，為了得到更為穩(wěn)定電壓添加了穩(wěn)壓電路，從而得到穩(wěn)定的電壓 U5。 圖 33 中電路提供 177。5V的電源；主要用于單片機(jī)（ AT89C51）、數(shù)碼顯示（包括 74LS164）、鍵盤(pán)。 U1 電源變壓器 整流電路 濾波電路 穩(wěn)壓 電路 U2 U3 U4 U5 13 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i