【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 。 26 第 7 章 數(shù)控電壓源的使用說(shuō)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 V （ 1）主程序的源程序清單 32 （ 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(shí)及啟動(dòng) 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(jiǎn)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(gè)問(wèn)題 : 1)輸出電壓是通過(guò)粗調(diào) (波段開(kāi)關(guān) )及細(xì)調(diào) (電位器 )來(lái)調(diào)節(jié)。這樣，當(dāng)輸出電壓需要精確輸出，或需要在一個(gè)小范圍內(nèi)改變時(shí) (如 ～ )，困難就較大。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。 2)穩(wěn)壓方式均是采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，對(duì)過(guò)載進(jìn)行限流或截流型保護(hù)，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(lèi)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(shí)際生活中，都是由 220V 的交流電網(wǎng)供電。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。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(lái)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(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)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(jī)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(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。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 從上世紀(jì) 九十年代末起，隨著對(duì)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(dòng)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(kāi)始轉(zhuǎn)向到 20世紀(jì)末更為先進(jìn)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(kāi)發(fā)出了數(shù)控電壓源管理技術(shù)，而在當(dāng)時(shí)，這種方案的性?xún)r(jià)比與當(dāng)時(shí)廣泛使用的模擬控制方案相比處于劣勢(shì)，因而無(wú)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(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。 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(jī)控制，從而使直流電源智能化，具有遙測(cè)、遙信、遙控的三遙功能，基本實(shí)現(xiàn)了直流電源的無(wú)人值守。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的數(shù)控直流電源主要由單片機(jī)系統(tǒng)、鍵盤(pán)、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(jī)系統(tǒng)選用 89S52 型號(hào)單片機(jī)，采用獨(dú)立式鍵盤(pán)及 LM350 作穩(wěn)壓器件。 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。準(zhǔn)確說(shuō)就是電源電路提供各個(gè)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(shí)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(diǎn)。 數(shù)控電壓源是最常用的儀器設(shè)備，在科研及實(shí)驗(yàn)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(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。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(duì)以上問(wèn)題，本課題設(shè)計(jì)了一種以單片機(jī)為核心的數(shù)控式高精度簡(jiǎn)易直流電源的設(shè)計(jì)，該電源采用數(shù)字調(diào)節(jié)、閉環(huán)實(shí)時(shí)監(jiān)控、輸出精度高，特別適用于各種有較高精度要求的場(chǎng)合。其設(shè)計(jì)方法是由單片機(jī)通過(guò) D/A，控制驅(qū)動(dòng)模塊輸出一個(gè)穩(wěn)定電壓，同時(shí)穩(wěn)壓方法采用三端可調(diào)穩(wěn)壓管進(jìn)行調(diào)整，輸出電壓通過(guò)電阻反饋給運(yùn)放，與設(shè)定值進(jìn)行比較，若有偏差則調(diào)整輸出。工作過(guò)程中，單片機(jī)輸出驅(qū)動(dòng) LED顯示，通過(guò)鍵盤(pán)可設(shè)置和調(diào)整電壓值。 該電路 具有 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單 ， 應(yīng)用廣泛， 精度較高等特點(diǎn) 。 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(shí)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(jī)的數(shù)控電壓源的設(shè)計(jì) 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(jī)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(shuō) DA輸入數(shù)據(jù)端每增加 1，電壓增加 。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。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(jì)數(shù)器的數(shù)控電壓源的設(shè)計(jì) [8] 此方案采用傳統(tǒng)的調(diào)整管方案，主要特點(diǎn)在于使用一套雙計(jì)數(shù)器完成系統(tǒng)的控制功能，其中二進(jìn)制計(jì)數(shù)器的輸出經(jīng)過(guò) 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(jìn)。十進(jìn)制計(jì)數(shù)器通過(guò)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(jì)數(shù)器同步工作。其硬件框圖如圖 所示： 鍵 盤(pán)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 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。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(guò)流保護(hù)電源誤差放大二進(jìn)制計(jì)數(shù)器十進(jìn)制計(jì)數(shù)器時(shí)鐘, 控制D / A 轉(zhuǎn)換電壓預(yù)置步進(jìn)加步進(jìn)減譯碼顯示+12V12V+5V輸出整流濾波電路調(diào)整管 過(guò)流保護(hù)誤差放大十進(jìn)制計(jì)數(shù)器EPROM D / A 轉(zhuǎn)換電壓預(yù)置步進(jìn)加步進(jìn)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(shí)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(hào)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(jī)完成整個(gè)數(shù)控部分的功能，同時(shí)， 89S52 作為一個(gè)智能化的可編程器件，便于系統(tǒng)功能的擴(kuò)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(jìn)增加或減少，這不能不考慮整流濾波后的紋波對(duì)輸出的影響，而方案一中使用運(yùn)算放大器放大電壓 ，由于運(yùn)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(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。 總之，方案一的優(yōu)點(diǎn)是 具有精度高，使用方便，硬件電路簡(jiǎn)單等特點(diǎn) ，它使用了單片機(jī)，使得進(jìn)一步擴(kuò)展功能較為方便；方案二、三的優(yōu)點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其缺點(diǎn)是使用比較復(fù)雜，精度沒(méi)有那么高。 考慮到各 種因素，本設(shè)計(jì)采用方案一。 6 第 3 章 數(shù)控電壓源的工作原理 整機(jī)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(jì) 介紹了以 89S52 單片機(jī) 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(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。通過(guò)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(jì)是采用 DAC0832 實(shí)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(jī)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(jiǎn)化設(shè)計(jì)，在本次設(shè)計(jì)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(shuō) 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(yùn)放 LM324，將 DA 的輸