【文章內(nèi)容簡介】 調(diào)穩(wěn)壓電源硬件 電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用 AT89C52 單片機(jī)作為整機(jī)的控制單元，利用 4 4 鍵盤輸入數(shù)字量，通過控制單元輸出數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)過 D/A 轉(zhuǎn)換器（ DA0832）輸出模擬量，最后經(jīng)過運(yùn)算放大器隔離放大，控制輸出功率管的基極，隨著輸出功率管的基極電壓的變化，間接地改變輸出電壓的大小。 單片機(jī)主體電路 圖 單片機(jī)主體接口部分電路 為了避免畫出的原理圖繁雜，畫圖時(shí)統(tǒng)一使用網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)，如圖中 所示：單片機(jī)的 P0 口即 LEDA 至 LEDP 作為 LED 數(shù)碼管的顯示輸出端口，接數(shù)碼管的八個(gè)段選端口，由于單片機(jī)的 P0 口內(nèi)部沒有上拉電阻，所以使用時(shí)需要在外 部為其加上上拉電阻， 至 三個(gè) I/O 口即 LED3 至 LED1 分別接三個(gè)數(shù)碼管的位選端口 。單片機(jī)的 P3 口接 4 4 矩陣鍵盤，用來對(duì)輸出電壓進(jìn)行控制；單片機(jī)的 P1 口與 DAC0832 的八位數(shù)碼輸入端連接，用來輸出數(shù)字量信號(hào)， XATL1 和 XATL2 接晶振部分電路； RST 位復(fù)位電路接口。 10 穩(wěn)壓電源電路 直流穩(wěn)壓電源由電源變壓器 T、整流、濾波和穩(wěn)壓電路四部分組成，其原理框圖如圖 。電網(wǎng)供給的交流電壓 u1(220V,50Hz) 經(jīng)電源變壓器降壓后，得到符合電路需要的交流電壓 u2，然后由整流電路變 換成方向不變、大小隨時(shí)間變化的脈動(dòng)電壓 u3，再用濾波器濾去其交流分量，就可得到比較平直的直流電壓 uI。但這樣的直流輸出電壓，還會(huì)隨交流電網(wǎng)電壓的波動(dòng)或負(fù)載的變動(dòng)而變化。在對(duì)直流供電要求較高的場合，還需要使用穩(wěn)壓電路，以保證輸出直流電 壓更加穩(wěn)定。 圖 直流穩(wěn)壓電源框圖 其中： （ 1）電源變壓器：是降壓變壓器，它將電網(wǎng) 220V 交流電壓變換成符合需要的交流電壓，并送給整流電路，變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定。 （ 2）整流電路：利用單向?qū)щ娫?50Hz 的正弦交流電變換成脈動(dòng)的直流電。 （ 3）濾 波電路：可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分加以濾除，從而得到比較平滑的直流電壓。 （ 4）穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓電路的功能是使輸出的直流電壓穩(wěn)定，不隨交流電網(wǎng)電壓和負(fù)載的變化而變化。 所以通過 220V的交流電壓由變電器轉(zhuǎn)化所直流電壓，然后通過 5408進(jìn)行整波，通過 50v的 2200UF的電容進(jìn)行濾波，然后通過 7815和 7915轉(zhuǎn)化成 +15V和 15V， +15V又通過整波，濾波后通過 7805轉(zhuǎn)化成 +5V。這是電源部分如下： 11 圖 穩(wěn)壓電源電路 矩陣鍵盤電路 在本系統(tǒng)中使用 4 4 矩陣鍵盤來實(shí)現(xiàn)輸出 電壓值的設(shè)定其硬件電路及功能如圖 所示。每個(gè)按鍵的名稱圖中也已經(jīng)標(biāo)明，在程序中對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描后會(huì)取出一個(gè)數(shù)值，根據(jù)取出的數(shù)值 就可以判斷被按下的是哪一個(gè)按鍵，然后跳入相應(yīng)的鍵盤服務(wù)程序，其硬件電路如圖 所示： 圖 矩陣鍵盤電路 4 4 矩陣鍵盤在軟件設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)的功能如下： ① 按設(shè)置鍵開始設(shè)定電壓，數(shù)碼管不顯示，依次對(duì)十位、個(gè)位、十分位進(jìn)行設(shè)置 ，每輸入一個(gè)有效按鍵數(shù)碼管亮一位，輸入錯(cuò)誤按設(shè)置鍵可重新開始 ，按下確認(rèn)鍵后電壓輸出。 ② 在正常情況下即沒有按下設(shè)置鍵時(shí)按數(shù)字鍵無效，但是可以直接按步進(jìn)鍵對(duì) 輸出電壓進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置完仍要按下確認(rèn)鍵才能將設(shè)置的電壓值輸出。 矩陣式鍵盤掃描原理 : 鍵盤是由若干按鍵所組成的開關(guān)矩陣，它是微型計(jì)算機(jī)最常用的輸入設(shè)備，用戶可 12 以通過鍵盤向計(jì)算機(jī)輸入指令，地址和數(shù)據(jù)。通常單片機(jī)系統(tǒng)采用非編碼鍵盤。非編碼鍵盤通過軟件來識(shí)別鍵盤上的閉合鍵，它具有結(jié)構(gòu)簡單、使用靈活等特點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于單片機(jī)系統(tǒng)。 組成鍵盤的按鍵有觸點(diǎn)式和非觸點(diǎn)式兩種，單片機(jī)中的按鍵一般由機(jī)械觸點(diǎn)構(gòu)成。按鍵的讀取容易引起誤操作，抖動(dòng)時(shí)間的長短由按鍵的機(jī)械特性決定，一般為 5~10ms,為了使 CPU 能正確讀出口線的 狀態(tài)，對(duì)于每一次按鍵只做一次響應(yīng)，這就必須考慮如何去抖動(dòng)。常用的去抖動(dòng)方法有兩種：硬件法和軟件法，單片機(jī)通常采用軟件法去抖動(dòng)。由于鍵盤的觸點(diǎn)在閉合和斷開的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，這時(shí)觸點(diǎn)的邏輯電平是不穩(wěn)定的，如不采取妥善處理的話，將引起按鍵命令錯(cuò)誤或重復(fù)執(zhí)行，在這里采用軟件延時(shí)的方法來避開抖動(dòng)，延時(shí)時(shí)間 10ms. 4 4 矩陣式鍵盤（如圖 ）的按鍵識(shí)別方法：行掃描法又稱逐行掃描查詢法，是一種常用的按鍵識(shí)別方法，其過程如下：為判斷鍵盤是否有鍵按下，將全部列線置為低電平，全部行線置為高電平，然后讀行線的狀態(tài)。只要有一 行的電平為低電平，則表明鍵盤中有按鍵按下。然后依次將行線置為低電平，即在置某根行線為低電平時(shí)，其它行線為高電平。在確定某根行線位置為低電平后逐行檢測(cè)各列的電平狀態(tài)。若某列線為低電平，則該列線與置低電平的行線相交叉處的按鍵就是閉合鍵。 數(shù)碼管顯示部分電路 本系統(tǒng)中數(shù)碼顯示部分采用三位共陽極八段數(shù)碼管， 5210PNP 三極管作為驅(qū)動(dòng)，如圖 所示。三個(gè)數(shù)碼管的段選端即數(shù)據(jù)輸入端口公用單片機(jī)的 P0口，采用動(dòng)態(tài)顯示，每次只顯示一個(gè)數(shù)碼管，具體過程為：先將十位數(shù)送到第一個(gè)數(shù)碼管顯示，延時(shí)一段時(shí)間后，將個(gè)位數(shù)送 到第二個(gè)數(shù)碼管顯示，延時(shí)一段時(shí)間后，將十分位數(shù)送到第三個(gè)數(shù)碼管顯示，延時(shí)一段時(shí)間后重復(fù)執(zhí)行此過程，只要設(shè)置好延時(shí)的時(shí)間，在一定范圍內(nèi)人眼是分辨不出三位數(shù)碼管是循環(huán)顯示的，人眼看到的效果是三個(gè)數(shù)碼管同時(shí)顯示，這樣就達(dá)到了動(dòng)態(tài)顯示的效果。這樣做既可以節(jié)省單片機(jī)的 I/O 口，又可以節(jié)省掉靜態(tài)顯示時(shí)所用到得鎖存器，使電路看起來更加簡潔。 13 圖 數(shù)碼顯示電路 DAC0832 數(shù)模轉(zhuǎn)換部分電路 本系統(tǒng)中利用通用型數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片 DAC0832 將鍵盤輸入經(jīng)單片機(jī)處理的數(shù)字量 轉(zhuǎn)換成模擬量電流，以實(shí)現(xiàn)數(shù)控功能。 DAC0832 是一種電流型芯片，前面已經(jīng)介紹過它的工作原理，在本數(shù)字式可調(diào)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)中，由于所處理的數(shù)字量較少，所以采用它的直通工作方式，即 CS、 WR IOUT AGND、 WR XFER 接地； ILE、 VREF 接＋ 5V 電源，它的數(shù)據(jù)輸入口 D0－ D7 分別與單片機(jī)的 相連，從 IOUT1 引腳輸出模擬量（電流）接同相比例放大電路。其電路連接如圖 所示。 圖 DAC0832 直通方式連接 電路 DAC0832 有 8 個(gè)輸入端（其中每個(gè)輸入端是 8 位二進(jìn)制數(shù)中 的一位），有兩個(gè)模擬輸出端 .輸入可有 256 個(gè)不同的二進(jìn)制組態(tài)，輸出為 256 個(gè)電壓之一，即輸出電壓不是整個(gè)電壓范圍內(nèi)的任意值，而只能是 256 個(gè)可能值。 輸出電壓控制單元電路 電壓調(diào)整電路的工作電路如圖 所示。 14 圖 輸出電壓控制單元 晶振及復(fù)位電路 利用芯片內(nèi)部的振蕩器，然后再 XTAL1 和 XTAL2 兩端跨接晶體振蕩器（簡稱晶振），就構(gòu)成了穩(wěn)定的自激振蕩器，發(fā)出的脈沖直接送入內(nèi)部時(shí)鐘電路。外界晶振時(shí)， C1 和C2 的值選為 20pF。為了減小寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定、可靠地 工作，振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)引腳 XATL1 與 XATL2 靠近。晶振電路如圖 所示。 圖 晶振電路 單片機(jī)的外部復(fù)位電路上有上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種，本系統(tǒng)采用上電加按鍵手動(dòng)復(fù)位方式，其電路圖如圖 所示，當(dāng)復(fù)位按鍵按下后，復(fù)位端通過小電阻與 +5V 電源接通，電容迅速放電，使 RST 引腳為高電平；當(dāng)復(fù)位按鍵彈起后， +5V 電源通過大電阻對(duì)電容重新充電， RST 引腳端出現(xiàn)復(fù)位正脈沖，其持續(xù)時(shí)間取決于 RC 電路的時(shí)間常數(shù)。 15 圖 復(fù)位電路 4 數(shù)字式可調(diào)穩(wěn)壓電源軟件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)的功能是：鍵盤對(duì)單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)，單片機(jī)對(duì)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后送給 LED 數(shù)碼顯示部分，然后再送給 DAC0832，以實(shí)現(xiàn)數(shù)字量對(duì)模擬量電壓的控制。軟件部分的主程序主要完成鍵盤的掃描、判斷、處理和電壓值的輸出，而數(shù)碼顯示部分主要在中斷處理程序中完成。 系統(tǒng)軟件流程圖 圖 為主程序流程圖，程序一開始對(duì)硬件進(jìn)行初始化，包括對(duì)單片機(jī)端口的定義，開中斷及對(duì)定時(shí)器 0 進(jìn)行置初值，然后進(jìn)入鍵盤判斷程序，首先通過鍵盤掃描判 16 斷是否有按鍵按下，若有按鍵按下則進(jìn)入鍵盤服 務(wù)程序，若沒有則繼續(xù)多鍵盤進(jìn)行掃描。 圖 主程序流程圖 另外，程序中還有中斷程序，主要是用于隔一段時(shí)間執(zhí)行一次數(shù)碼顯示程序，具體設(shè)計(jì)將在后面介紹。 跟據(jù)前面介紹， 4 4 矩陣鍵盤在軟件設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)的功能如下： ① 按設(shè)置鍵開始設(shè)定電壓，數(shù)碼管不顯示，依次對(duì)十位、個(gè)位、十分位進(jìn)行設(shè)置，每輸入一個(gè)有效按鍵數(shù)碼管亮一位，輸入錯(cuò)誤按設(shè)置鍵可重新開始，超過 5～ 15V 視為無效操作，按下確認(rèn)鍵后電壓輸出。 ② 在正常情況下即沒有按下設(shè)置鍵時(shí)按數(shù)字鍵無效，但是可以直接按步 進(jìn)鍵對(duì)輸出電壓進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置完仍要按下確認(rèn)鍵才能將設(shè)置的電壓值輸出。 程序開始 否 有按鍵？ 初始化硬件 鍵盤服務(wù)程序 是 17 系統(tǒng)程序介紹 本系統(tǒng)軟件系統(tǒng)使用 C 語言編寫。 C 語言的單片機(jī)的應(yīng)用中，由于其邏輯性強(qiáng)，可讀性好，比匯編語言靈活，目前越來越多的人從普遍使用匯編語言到逐漸使用 C 語言開發(fā)，市場上幾種常見的單片機(jī)均有其 C 語言開發(fā)環(huán)境。因此，在本系統(tǒng)中，考慮到C 語言的這些優(yōu)點(diǎn)，采用了 C 語言作為軟件的設(shè)計(jì)語言。 在本文前幾章介紹了數(shù)字式可調(diào)穩(wěn)壓電源的原理圖及硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行軟件部分的設(shè)計(jì)。本程序包含初始化程序、主程序、鍵盤掃描判斷程序、鍵盤服務(wù)程序、 數(shù)字電壓送數(shù)模轉(zhuǎn)換器程序、數(shù)碼管顯示程序、中斷服務(wù)程序。下面就如何通過 C 語言編程實(shí)現(xiàn)數(shù)控可調(diào)作簡要說明。 初始化硬件程序 初始化硬件包括對(duì)單片機(jī)端口的定義，對(duì) P1 口作為數(shù)字電壓輸出端口的定義：define DA P1；對(duì)設(shè)置標(biāo)志位的定義： static unsigned char shezhi=0；在沒有按下設(shè)置鍵時(shí)，標(biāo)志位 shezhi 為 0，按下設(shè)置鍵后 shezhi=1。另外還有其他全局變量的定義、子函數(shù)的聲明、數(shù)碼管字符顯示表格的定義等。在主程序中，初始化程序如下： TMOD=0x11。 //初始化定時(shí)器 TH0=(655365000)/256。 //對(duì)定