【文章內(nèi)容簡介】 壓。 因為調(diào)節(jié)端的電流在式中代表誤差項，所以 LM350設計成控制 Iadj小于 100微安并使這之保持恒定。為達到這一點，所有靜態(tài)工作電流都返回到輸出端。這樣就需要最小負載電流表。如果負載電流小于最小值，輸出電壓會上升。 因為 LM350是浮動穩(wěn)壓器，所以只有 電路兩端電壓差對性能是重要的，工作對地呈高電壓也就成為可能。 LM350還 能提供極良好的負載調(diào)整率，但為實現(xiàn)最優(yōu)性能需要注意幾點。編程電阻 R13應盡可能連接在與穩(wěn)壓器靠近處，以使與參考電壓有效串聯(lián)線路壓降最小，避免調(diào)整率變差。 R2接地端可以回到靠近負載接地端處，以提供遠程接地取樣并改進提高負載調(diào)整率。 10 第三 章 數(shù)控直流電壓源硬件電路的 設計 根據(jù)數(shù)控直流電壓源的硬件框圖，我們把該設計的硬件電路分為以下六個部分并分別概述其原理。這六個部分分別是： D/A 轉(zhuǎn)換電路，電壓 調(diào)整（ 反相放大及穩(wěn)壓 輸出 ） 電路，時鐘振蕩電路，電壓預置復位電路，鍵盤電路，顯示電路。 D/A 轉(zhuǎn)換電路 的工作原理 本設計是采用 DAC0832實現(xiàn)數(shù)據(jù)的數(shù)模轉(zhuǎn)換，其 數(shù)據(jù)口 與 單片機的 P0口直接相連， DA的 CS ， XFER ，2WR 和 1WR 互相連接后接地 ，讓 DA工作在 直通 方式下。 DA的 8腳接參考電壓， 為簡化設計，在本次設計中采用 5V的參考電壓 ， 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，就意味著電壓輸出增加 。 再在 DA的電壓輸出端接 運放 UA741，將 DA輸出的模擬電流轉(zhuǎn)換為電壓。如此一來，我們只要改變單片機 P0口的數(shù)據(jù)輸出便可改變 DAC0832的輸出電壓，設當 P0口得輸出數(shù)據(jù)為 00H時， DAC0832的輸出電壓就為 0V。其電路圖如圖 。 圖 D/A 轉(zhuǎn)換電路工作原理圖 11 電壓調(diào)整電路的工作原理 本設計這一部分的工作 原理為： 將前一步電路 輸出的反相電壓再接上一個 UA741進行放大，此 UA741采用反相接法 ，由于 前一個 UA741中輸出的電壓是負電壓，所以該部分接上的 UA741作為負反饋放大電路對輸出電壓進行反相放大，再通過一個可調(diào)的滑動變阻器調(diào)節(jié)該運算放大器的電壓放大倍數(shù)。 接下來，該集成運放 UA741的輸出端通過電阻接到 LM350的調(diào)整端，通過改變 UA741的輸出電壓 U即可控制 LM350的 輸出電壓，也就是數(shù)控電壓源的最終輸出電壓值。 如圖 ， 因為輸出電壓 Vout=Vref*(1+R12/R13)+Iadj*R2,設節(jié)點 A的電壓為 Ux,運放 UA741的輸出電壓 為 U，則有 VoutUx=Vref, 又有 Ux=[(VoutU)/(R12+R13)]*R12+U,由此可見 ,Vout 與 U 之間存在線性關(guān)系， Vout隨著 U的變化而變化，改變電位 器 R6的阻值即可改變 U 的值，進而改變整個電路的輸出 Vout。 數(shù)值計算 ： (1)輸出電壓最小值 Vmin的計算 由 LM350的輸出電壓公式可知 Vmin=? (1+27/220)= (2)單片機送給 0832的數(shù)值 在設計時，要求單片機送給 0832的數(shù)值為 00H時，輸出端輸出的電壓為 ，及單片機送給 0832的數(shù)值為 0FFH時，輸出端輸出的電壓值為 ，所以每當電壓增加 時，單片機送給 0832 的數(shù)值就要增加 3。所以在編程時，按一下步進按鍵， P0口的數(shù)據(jù)便要變化 3。所以可以通過調(diào)節(jié)電位器來改變運放的放大倍數(shù)，使 單片機送給 0832的數(shù)值增加 3時，輸出電壓就要增加 。 電壓調(diào)整電路的工作電路圖如圖 。 Vout口輸出的即是最終電壓。 圖 電壓調(diào)整電路的工作原理圖 12 時鐘振蕩 電路的工作原理 單片機控制中心的各項工作都是在時鐘信號的控制下協(xié)調(diào)工作的，單片機的時鐘電路可為單片機提供一個時鐘信號。單片機本身就如一個復雜的同步時序電路，為了保證同步工作方式的實現(xiàn)，電路應在唯一的時鐘信號控制下嚴格地按時序進行工作。 51單片機芯片內(nèi)部就有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，其輸入端為芯片引腳 XTAL1，其輸出端為引腳 XTAL2。而在芯片的外部， XTAL1 和 XTAL2 之間跨接晶體管振蕩器和微調(diào)電容，從而構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。 單片機時鐘電路可分為內(nèi)部時鐘電路和外部時鐘電路。只要在單片機的 XTAL1和 XTAL2引腳外接晶體振蕩器就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機內(nèi)部產(chǎn)生時鐘脈沖信號。電容器 C1和 C2的 主要功能是協(xié)調(diào)振蕩器頻率及幫助振蕩器起振 ， 其 電容值 一般 在 20pF－ 60pF，典型值為 30pF。外部時鐘方式是把外部已有的時鐘信號引入到單片機內(nèi)。此方式常用于多片單片機同時工作，以便于各單片機的同步。一般要求外部信號高電平的持續(xù)時間 大于 20μ s，且為頻率低于 12MHz的方波 【 1】 。 本設計采用內(nèi)部時鐘電路來確保整個電路的協(xié)調(diào)工作。電路圖如圖 ： 圖 時鐘振蕩電路的工作原理圖 電壓預 置復位電路 的工作原理 復位是單片機的一個重要工作方式。在單片機工作時，上電時首先要復位，發(fā)生故障后也要復位。 復位操作有兩種基本形式：一種是上電復位，另一種是按鍵復位。按 鍵復位即是 ，若要復位 時 ，只要按圖 中的 KEY1鍵，電源 VCC經(jīng)電阻 R R41分壓，在 RESET端產(chǎn)生一個復位高電平。 在 上電復位 時， 電路要求接通電源后，通過外部電容充電來實現(xiàn)單片機自動復位操作。上電瞬間 RESET引腳獲得高電平，隨著電容的充電， RERST 引腳的高電平將逐漸 下降。 RERST 引腳的高電平只要能保持足夠的時間（ 2 個機器周期），單片機就可以進行復位操作。 單片機復位期間不產(chǎn)生 ALE 和 PSEN 信號，即ALE=1和 PSEN =1。這表明單片機復位期間不會有任何取指操作。復位后： PC值為 0000H，表明復位后程序從 0000H 開始執(zhí)行； SP 值為 07H 值，表明堆棧底部在 07H，需重新設置 SP值；單片機在復位后，已使P0～ P3口每一端線為“ 1” ，為這些端線用作輸入口做好了準備 【 1】 。 13 具體的 復位電路圖如圖 ： 圖 電壓預置復位電路的工作原理圖 鍵盤電路的工作原理 鍵盤電路的分類 鍵盤接口通常包括硬件和軟件兩部分。硬件是指鍵盤的結(jié)構(gòu)及其主機的連接方式；軟件是指對鍵盤操作的識別與分析，即鍵盤管理程序。 鍵盤一般是一組開關(guān) (按鍵 )的集合。常用的按鍵有三種： 機械觸點式：利用金屬的彈性使按鍵復位。 導電像膠式：利用利用橡膠接彈性使按鍵復位。 柔性按鍵：外形及面板布局等可按整機要求設計，在價格、壽命、防潮、防銹等方面顯示出較強的優(yōu)越性。 鍵盤按其工作原理又可分為編碼 式鍵盤和非編碼式鍵盤。 這兩類鍵盤的主要區(qū)別是識別鍵符及給出相應鍵碼的方法。 編碼鍵盤主要是用硬件來實現(xiàn)對鍵的識別； 非編碼鍵盤主要是由軟件來實現(xiàn)鍵盤的定義與識別。 非編碼式鍵盤接照與主機連接方式的不同，可分獨立式鍵盤和矩陣式鍵盤。 (1)獨立式鍵盤：獨立式鍵盤中，每個按鍵占用一根 I/O口線，每個按鍵電路相對獨立。 I/O口通過按鍵與地相連， I/O 口有上拉電阻，無鍵按下時，引腳端為高電平，有鍵按下時，引腳電平被拉低。 I/O 口內(nèi)部有上拉電阻時，外部可不接上拉電阻。 (2)矩陣式鍵盤：行列式鍵盤采用行列電路結(jié)構(gòu)，當 按鍵較多時所占用的口線相對較少，鍵盤規(guī)模越大，其優(yōu)點越明顯。所以，當按鍵數(shù)目大于 8時，一般采用矩陣式鍵盤結(jié)構(gòu)。 本設計采用機械觸電試鍵盤按非編碼方式工作。 14 鍵盤電路的工作原理 當無鍵按下時，單片機的 ， 口為高電平。當有鍵按下時，單片機的相應口線通過按鍵與地相連的電路被接通，單片機接口被拉成低電平，此時其它口線的電平狀態(tài)不變。所以，通過檢測 ， 口的電平狀態(tài)，即可判斷鍵盤上哪個鍵被按下 [1]。 鍵盤電路的工作 原理圖如圖 。 圖 鍵盤電路的工作原理圖 顯示電路的工作原理 LED顯示器連接方法 LED 顯示器，是一種通過控制半導體發(fā)光二極管的顯示方式，用來顯示圖像等各種信息的顯示屏幕。本設計所用到的 LED顯示器由七個發(fā)光二極管組成，因此也稱之為七段 LED顯示器。另外，在本設計所用到的 LED顯示器中還有一個圓點型發(fā)光二極管（在圖中以 dp表示），作為小數(shù)點的顯示使用。通過七段發(fā)光二極管的不同組合，可以顯示多種數(shù)字、字母或者其他符號。 LED顯示器中的發(fā)光二極管共有兩種連接方法。 共陽極接法 ： 把發(fā)光二極管的陽極連在一起構(gòu)成公共陽極。使用時 將 公共陽 極 連接到 +5V 電源上。這樣若陰極端輸入低電平，則該發(fā)光二極管就導通點亮，若陰極端輸入高電平， 則不點亮。 共陰極接法 ： 把發(fā)光二極管的陰極連在一起構(gòu)成公共陰極。使用時公共陰極接地，這樣 若二極管的陽極端輸入高電平，則該 發(fā)光 二極管就導通點亮，若陽極端 輸入低電平 ， 則 該發(fā)光二極管 不點亮。 本設計采用共陰 極接法。七段發(fā)光二極管，再加上一個小數(shù)點，共計 8 段。采用 LED 顯示器。 LED 顯示器由七個發(fā)光二極管組成，本設計采用共陰級接法。 顯示方式采用動態(tài)顯示方式。原因在于：靜態(tài)顯示方式要求口線多，占 用資源多，成本就高，而 動態(tài)顯示方式，電路簡單、節(jié)省口線、成本低 。 15 LED顯示方式 LED的顯示方式分為靜態(tài)顯示方式與動態(tài)顯示方式。 靜態(tài)顯示： 所謂靜態(tài)顯示，就是當顯示器顯示某一字符時，相應段的發(fā)光 二極管 恒定地導通或截止，并且顯示器的各位可同時顯示。靜態(tài)顯示時，較小的驅(qū)動電流就能得到較高的顯示亮度 。 LED顯示器工作在靜態(tài)顯示方式下，共陰極點或共陽極點連接在一起接地；每位的段選（ A～ DP）與一個 8位并行口相連。 動態(tài)顯示 ： 所謂動態(tài)顯示就是逐位地點亮顯示器的各個位，對于顯示器的每一位而言，每隔一段時間點亮一次顯示器的亮度既與導通電流有關(guān)，也與點亮時間和間隔時間的比例有關(guān)。在多位 LED顯示時，為了簡化電路、降低成本，將所有位的段選碼并聯(lián)在一起，由一個 8位 輸入輸出口 控制，而共陰極點或共陽極點分別由相應的口線控制 [3]。 本次設計用到的是三 位動態(tài)顯示，動態(tài)顯示是一位一位地輪流點亮各位數(shù)碼管 。 在本次設計中所 采用的是共陰極的三位一體的 LED， 3分別為三個數(shù)碼顯示的位控引腳，其顯示原理與 單個 LED的顯示原理完全相同， 其外觀引腳如圖 。 圖 LED 外觀引腳圖 電源電路工作原理 單片機、集成運放、穩(wěn)壓器以及整個電路的正常工作都需要電源的供電支持。本系統(tǒng)采用自制電源供電， 在此特設計了一個 輸出 為 正負 15 伏的電源。主要以 7800 系列 (輸出正電壓 )和 7900 系列（輸出負電壓）做成電源電路。線性電源由 18V變壓器經(jīng)過全波整流，電容整流濾波，通過三端穩(wěn)壓管 LM781 LM7915穩(wěn)壓 得到正負 15伏電壓 為芯 片 AT89S5 DAC083 UA74 LM350以 及 數(shù)碼管等提供 電源支持；通過三端穩(wěn)壓管 LM7805得到正 5伏電壓作為參考電壓和為穩(wěn)壓管提供電源。 電源電路圖如 圖 。 16 圖 電源電路工作原理圖