【文章內(nèi)容簡介】 3。 26 第 7 章 數(shù)控電壓源的使用說明 27 結(jié)論 28 參考文獻(xiàn) 29 致謝 30 附錄 1 器件清單 31 附錄 2 源程序清單 32 （ 1）主程序的源程序清單 32 V （ 2）外中斷 1子程序的源程序清單 35 （ 3）顯示子程序的源程序清單 36 （ 4）鍵掃子程序的源程序清單 37 （ 5）延時及啟動 0832 子程序的源程序清單 38 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。傳統(tǒng)的多功能數(shù)控直流電壓源功能簡單、難控制、可靠性低、干擾大、精度低且體積大、復(fù)雜度高。普通數(shù)控直流電源品種很多，但均存在以下二個問題 : 1)輸出電壓是通過粗調(diào) (波段開關(guān) )及細(xì)調(diào) (電位器 )來調(diào)節(jié)。這樣，當(dāng)輸出電壓需要精確輸出，或需要在一個小范圍內(nèi)改變時 (如 ～ )，困難就較大。另外，隨著使 用時間的增加，波段開關(guān)及電位器難免接觸不良，對輸出會有影響。 2)穩(wěn)壓方式均是采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，對過載進行限流或截流型保護，電路構(gòu)成復(fù)雜，穩(wěn)壓精度也不高。 在家用電器和其他各類電子設(shè)備中，通常都需要電壓穩(wěn)定的直流電源供電。但在實際生活中，都是由 220V 的交流電網(wǎng)供電。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。濾波器用于濾除整流輸出電壓中的紋波，一般傳統(tǒng)電路由濾波扼流圈和電容器組成，若由晶體管濾波器來替代，則可縮小直流電源的體積，減輕其重量，且晶體管濾波直流電源不需直流穩(wěn)壓器就能用作家 用電器的電源，這既降低了家用電器的成本，又縮小了其體積，使家用電器小型化。 傳統(tǒng)的數(shù)控直流電壓源通常采用電位器和波段開關(guān)來實現(xiàn)電壓的調(diào)節(jié)，并由電壓表指示電壓值的大小。因此，電壓的調(diào)整精度不高，讀數(shù)欠直觀，電位器也易磨損，而基于單片機控制的數(shù)控直流電源能較好地解決以上傳統(tǒng)穩(wěn)壓電源的不足。 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是計算機技術(shù)的突飛猛進，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，急需電腦或單片機控制的低紋波、寬調(diào)整范圍的電源。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 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。在 80 年代的第一代分布式供電系統(tǒng)開始轉(zhuǎn)向到 20世紀(jì)末更為先進的第四代分布式供電結(jié)構(gòu)以及中間母線結(jié)構(gòu)，直流 /直流電源行業(yè)正面臨著新的挑戰(zhàn)，即如何在現(xiàn)有系統(tǒng)加入嵌入式電源智能系統(tǒng)和數(shù)字控制。 早在 90 年代中期，半導(dǎo)體生產(chǎn)商們就開發(fā)出了數(shù)控電壓源管理技術(shù)，而在當(dāng)時，這種方案的性價比與當(dāng)時廣泛使用的模擬控制方案相比處于劣勢，因而無法被廣泛采 2 用。 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)商們便開始共同開發(fā)這種名為“數(shù)控電壓源”的新產(chǎn)品。 現(xiàn)今隨著直流電源技術(shù)的飛躍發(fā)展，整流系統(tǒng)由以前的分立元件和集成電路控制發(fā)展為微機控制，從而使直流電源智能化，具有遙測、遙信、遙控的三遙功能，基本實現(xiàn)了直流電源的無人值守。 本次畢業(yè)設(shè)計設(shè)計的數(shù)控直流電源主要由單片機系統(tǒng)、鍵盤、數(shù)碼管顯示器、 D/A轉(zhuǎn)換電路、穩(wěn)壓電路等幾部分組成。單片機系統(tǒng)選用 89S52 型號單片機，采用獨立式鍵盤及 LM350 作穩(wěn)壓器件。 課題研究方法 隨著時代的發(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。準(zhǔn)確說就是電源電路提供各個芯片電源、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，同時分析了數(shù)字技術(shù)和模擬技術(shù)相互轉(zhuǎn)換的概念。與傳統(tǒng)的穩(wěn)壓電源相比具有操作方便，電源穩(wěn)定性高以及其輸出電壓大小采用數(shù)碼顯示的特點。 數(shù)控電壓源是最常用的儀器設(shè)備，在科研及實驗中都是必不可少的。 目前所使用的直流可調(diào)電源中，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。利用數(shù)控 電 壓 源，可以達(dá)到每步 的精度，輸出電壓范圍 至 ，電流可以達(dá)到 3A。 針對以上問題，本課題設(shè)計了一種以單片機為核心的數(shù)控式高精度簡易直流電源的設(shè)計，該電源采用數(shù)字調(diào)節(jié)、閉環(huán)實時監(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)計方法是由單片機通過 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)壓管進行調(diào)整，輸出電壓通過電阻反饋給運放，與設(shè)定值進行比較，若有偏差則調(diào)整輸出。工作過程中，單片機輸出驅(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)計簡單 ， 應(yīng)用廣泛，精 度較高等特點 。 3 第 2 章 數(shù)控電壓源的方案介紹 數(shù)控電壓源的方案論證 目前數(shù)控電壓源已廣泛使用，要實現(xiàn)目標(biāo)其方案比較多，主要有以下幾種方案： 方案一：采用單片機的數(shù)控電壓源的設(shè)計 采用常用的 52芯片作為控制器， P0 口和 DAC0832 的數(shù)據(jù)口直接相連， DA 的 CS和XFER 連接后接 ， 2WR 和 1WR 接 單片機的 WR端 ，讓 DA 工作在單緩沖方式下。 DA的 8 腳接參考電壓， DA 的基準(zhǔn)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 。通過運放 LM324 將 DA的輸出電流轉(zhuǎn)化為電壓，再通過運放 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。 其硬件框圖如圖 所示： 圖 方案一 硬件框圖 方案二：采用調(diào)整管的雙計數(shù)器的數(shù)控電壓源的設(shè)計 [8] 此方案采用傳統(tǒng)的調(diào)整管方案，主要特點在于使用一套雙計數(shù)器完成系統(tǒng)的控制功能， 其中二進制計數(shù)器的輸出經(jīng)過 D/A 變換后去控制誤差放大的基準(zhǔn)電壓 ，以控制輸出步進。十進制計數(shù)器通過譯碼后數(shù)碼管顯示輸出電壓值，為了使系統(tǒng)工作正常，必須保證雙十計數(shù)器同步工作。其硬件框圖如圖 所示： 鍵 盤數(shù)碼顯示8952單片機電壓預(yù)置D / A 轉(zhuǎn)換 電壓調(diào)整輸出 4 圖 方案二硬件框圖 方案三：采用調(diào)整管的十進制計數(shù)器的數(shù)控電壓源的設(shè)計 [8] 此方案不同于方案之二處在于使用一套十進制計數(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)電壓來實現(xiàn)輸出步進，只使用了一套計數(shù)器，回避了方案二中必須保證雙計數(shù)器同步的問題，但由于控制數(shù)據(jù)燒錄在 EPROM 中，使系統(tǒng)設(shè)計靈活性降低。其硬件框圖如圖 所示： 圖 方案三硬件框圖 整流濾波電路調(diào)整管 過流保護電源誤差放大二進制計數(shù)器十進制計數(shù)器時鐘, 控制D / A 轉(zhuǎn)換電壓預(yù)置步進加步進減譯碼顯示+12V12V+5V輸出整流濾波電路調(diào)整管 過流保護誤差放大十進制計數(shù)器EPROM D / A 轉(zhuǎn)換電壓預(yù)置步進加步進減譯碼顯示輸出 5 方案比較 [8] 數(shù)控部分的比較 方案二、三中采用中、小規(guī)模器件實現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)控部分，使用的芯片很多，造成控制電路內(nèi)部接口信號繁瑣，中間相互關(guān)聯(lián)多，抗干擾能力差。在方案一中采用了89S52 單片機完成整個數(shù)控部分的功能，同時， 89S52 作為一個智能化的可編程器件，便于系統(tǒng)功能的擴展。 輸出部分的比較 方案二、三中采用線性調(diào)壓電源，以改變其基準(zhǔn)電壓的方式使輸出步進增加或減少，這不能不考慮整流濾波后的紋波對輸出的影響，而方案一中使用運算放大器放大電壓， 由于運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。 顯示部分的比較 方案二、三中的顯示輸出是對電壓的量化值直接進行譯碼顯示輸出，顯示值為 D/A變化輸入量，由于 D/A 變換與功率驅(qū)動電路引入的誤差，顯示值與電源實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)碼管直接對電壓值進行顯示。 總之，方案一的優(yōu)點是 具有精度高，使用方便，硬件電路簡單等特點 ，它使用了單片機，使得進一步擴展功能較為方便；方案二、三的優(yōu)點是電路結(jié)構(gòu)簡單，其缺點是使用比較復(fù)雜，精度沒有那么高。 考慮到各種 因素，本設(shè)計采用方案一。 6 第 3 章 數(shù)控電壓源的工作原理 整機電路框圖 數(shù)控電壓源的電路框圖如圖 所示： 圖 數(shù)控電壓源電路框圖 工作原理 本 設(shè)計 介紹了以 89S52 單片機 為控制單元 ， 以數(shù)模轉(zhuǎn)換器 DAC0832 輸出參考電壓，以該參考電壓控制電壓轉(zhuǎn)換模塊 LM350 的輸出電壓大小 的數(shù)控電壓源 。 通過改變送給單片機的數(shù)字量而達(dá)到改變輸出電壓 的方法。通過三端穩(wěn)壓器 LM350 達(dá)到輸出電壓的穩(wěn)定。 DA 轉(zhuǎn)換電路工作原理 本設(shè)計是采用 DAC0832 實現(xiàn)數(shù)據(jù)的數(shù)模轉(zhuǎn)換， 其 數(shù)據(jù)口 與 P0 口直接相連， DA的 CS和 XFER 連接后接 ， 2WR 和 1WR 接 單片機的 WR端 ，讓 DA工作在單緩沖方式下。DA 的 8 腳接參 考電壓， 為簡化設(shè)計， 在本次設(shè)計中的 參考電壓 用 5V 電壓 ，所以在 DAC的 8腳輸出電壓的分辨率為 5V/256=? ， 也就是說 DA輸入數(shù)據(jù)端每增加 1，電壓增加 。 再在 DA 的電壓輸出端接 運放 LM324，將 DA 的輸出電流轉(zhuǎn)換