【正文】 圖 D/A轉(zhuǎn)換電路 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路 AD轉(zhuǎn)換模塊 TLC1543具有 12位精度 11通道三種內(nèi)建的自測模式該芯片與單片機的接口采用串行 接口方式引線很少，與單片機連接簡單。該數(shù)模轉(zhuǎn)換電路采用的是 DAC0832 單極性輸出方式，輸出 Vo=B*Vref/256，其中 B 的值為 D0~D7組成的 8 位二進制，取值范圍為 0~255， Vref 是參考電壓。 經(jīng)過調(diào)節(jié)的電源電壓進過 D/A 轉(zhuǎn)換和單片機處理，用相應(yīng)的顯示設(shè)備直觀的顯示出來， 最 終得出了直流開關(guān)電源在單片機的控制下能夠輸出穩(wěn)定的、可調(diào)的直流電壓的結(jié) 并且控制顯示電路。 VREF 電路為 DAC 提供基準電壓，調(diào)節(jié) R5A，可使基準電壓保持為 5 V。 DAC0832 和運放 U3A將 CPU發(fā)出的 8 位二進制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成 0～ 5V 的電壓，然后經(jīng)運放 U3B 反向放大 2 倍，以得到 0～ 10V 電壓。 D／ A 轉(zhuǎn)換模塊 本系統(tǒng)中的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路如圖 所示。必要時，也可接入一紅色發(fā)光二極管作為過流指示。 長沙航空職業(yè)技術(shù)學院 35 圖 電壓 調(diào)節(jié)電路圖 電路中的過流保護由 R9與 02完成。由此，當 CPU 控制 DAC 變化 1LSB 時，其對應(yīng)Va 的變化為 V，故 Uout 的可調(diào)變化量為 V(步長 )。 事實上，經(jīng)過 DAC 轉(zhuǎn)換以將電流轉(zhuǎn)換為電壓并進行電壓放大后，即可將得到的 10V 電壓送比較器 NE54534 的同相端作為比較的基準電壓。 電路的比較放大采用運放 NE5534 來設(shè)計，該器件具有共模抑制比高，響應(yīng)速度快和壓擺率高的特點。 圖 正負 15V電源電路圖 電壓調(diào)整模塊 該穩(wěn)壓電源中的電壓調(diào)整模塊電路如圖 2 所示。給各器件提供電源，使其更好的工作。變壓器將的市電降壓后再通過整流橋長沙航空職業(yè)技術(shù)學院 34 整流之后采用了大容量的電解電容進行濾波，以減小輸出電壓紋波。同時還采用了保護電路，在正、負電源兩端分別串聯(lián)了保險管起雙重保險，當負載功率過大保險絲就會熔斷，三端集成穩(wěn)壓管的輸入、輸出反接了二極管保護，避免反向電流過大擊穿穩(wěn)壓管，起到了很好的保護作用，電源電路如圖 和 所示。 對于來自電源側(cè)的高頻干擾不能抑制，導(dǎo)致電流紋波很大，因此在 整流電路長沙航空職業(yè)技術(shù)學院 33 后加入高頻電容改善紋波效果。21 V 的電壓則經(jīng)三端穩(wěn)壓器 MC7915 得到 15 V 電壓， 再經(jīng)過 LM7905 得到 5V電壓， 電路中采用發(fā)光二極管作為電源指示燈 ，方便檢查和調(diào)試電路。 21 V 兩路電壓，其中一路 +21 V 電壓供給調(diào)整管，作為電源對外輸出 ，其電路圖如 所示。 長沙航空職業(yè)技術(shù)學院 32 圖 主機電路示意圖 系統(tǒng) 電源 模塊硬件電路 設(shè)計 該直流穩(wěn)壓電源主要由四部分組成：電源變壓及整流電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機控制電路和數(shù)碼管顯示電路。用 來處理 可調(diào)電壓源的 數(shù)字信息并控制各部分的正常工作。具有五個中斷源，兩個中斷優(yōu)先級，兩個外部中斷、兩個定時中斷還用一個通信中斷，可以對溫度檢測進行實時處理和分時操作，這樣就可以對被測物體溫度監(jiān)測更加準確、延時性更小，同時也可使系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)更為簡單實用。其內(nèi)部具有 128 字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器 RAM，還可以通過地址、數(shù)據(jù)線進行外圍擴展。 主機電路設(shè)計 主機選用 INTEL 公司的 MCS51 系列單片機 89C51 來實現(xiàn)，利用單片機軟件編程靈活、自由度大的特點，可擦除下載，力求用軟件完善各種控制算法和邏輯控制。 而 輸出的電壓 值要能直觀的看到就要通過相應(yīng)的顯示電路顯示到相應(yīng)的界面上，如液晶、數(shù)碼管、點陣等。各個器件工作的電源電壓主要有電源電路提供。 另一方面 輸出的電壓在經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，由單片機處理，通過數(shù)碼過顯示出來，能直觀的顯現(xiàn)出來。 長沙航空職業(yè)技術(shù)學院 31 可調(diào)穩(wěn)壓電源硬件部分按模塊化功能 由電源模塊、調(diào)壓模塊、 D／ A 轉(zhuǎn)換模塊、A/D 轉(zhuǎn)換模塊、 顯示與鍵盤模塊 、主機電路模塊等組成 ，圖 所示是該直流數(shù)控穩(wěn)壓電源的結(jié)構(gòu)原理框圖。 圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 硬件總體結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。 長沙航空職業(yè)技術(shù)學院 30 第 4 章 電源硬件電路設(shè)計 本文所研究的 可調(diào)電源 系統(tǒng)硬件部分按功能大致可以分為以下幾個部分： 電源硬件電路的設(shè)計 ，可以看出整個 可調(diào)穩(wěn)壓電源 系統(tǒng)的電路組成主要由數(shù)字電路和模擬電路兩部分的結(jié)合，就可以 實現(xiàn)對電壓的步進調(diào)節(jié) 。 直通方式是資料不經(jīng)兩級鎖存器鎖存，即 1WR ， 2WR ， XFER ，CS 均接地， ILE 接高電平。此方式適用于多個 D/A 轉(zhuǎn)換同步 輸出的情節(jié)。 ⑵雙緩沖方式。單緩沖方式是控制輸入寄存器和 DAC 寄存器同時接收資料 ，或者只用輸入寄存器而把 DAC 寄存器接成直通方式。就是使 1WR 和 CS 為低電平， ILE 為高電平，這樣，輸入寄存器的鎖存選通信號處于無效狀態(tài) 而直通；當 2WR 和 XFER 端輸入 1 個負脈沖時，使得 DAC 寄存器工作在鎖存狀態(tài)，提供鎖存數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換。具體地說，就是使 2WR 和 XFER 都為低電平， DAC 寄存器的鎖存選通端得不到有效電平而直通；此外，使輸入寄存器的控制信號 ILE 處于高電平、 CS 處于低電平，這樣，當 1WR 端來一個負脈沖時，就可以完成 1 次轉(zhuǎn)換。 長沙航空職業(yè)技術(shù)學院 29 DAC0832 的工作方式 DAC0832 進行 D/A 轉(zhuǎn)換，可以采用兩種方法對數(shù)據(jù)進行鎖存。不同型號 DAC 的建立時間一般從幾個毫微秒到幾個微秒不等。 建立時間 是 D/A 轉(zhuǎn)換速率快慢的一個重要參數(shù)。建立時間是指數(shù)字量為滿刻度值（各位全為 1）時， DAC 的模擬輸出電壓達到某個規(guī)定值（比如， 90%滿量程或177。 ⑷轉(zhuǎn)換速率 /建立時間。 轉(zhuǎn)換器電路設(shè)計一般要求非線性誤差不大于177。 ⑶非線性誤差。1/2LSB， LSB=1/2n，則最大相對誤差為177。 %VFS=177。例如，設(shè) VFS為滿量程輸出電壓 5V， n 位 DAC的相對轉(zhuǎn)換精度為177。通常，相對轉(zhuǎn)換精度比絕對轉(zhuǎn)換精度更有實用性。相對轉(zhuǎn)換精度指在滿刻度已經(jīng)校準的前提下，整個刻度范圍內(nèi)，對應(yīng)任一模擬量的輸出與它的理 論值之差。 絕對轉(zhuǎn)換精度 是指滿刻度數(shù)字量輸入時，模擬量輸出接近理論值的程度。 D/A 轉(zhuǎn)換精度分為絕對和相對轉(zhuǎn)換精度，一般是用誤差大小表示。 ⑵轉(zhuǎn)換精度。 8 位 DAC 的分辨率為 1/255=%。 ⑴分辨率。 如果一個二進制數(shù)據(jù)為 1111，運算放大器的輸入電流 I=VREF/（ 2R） VREF/（ 4R） VREF/（ 8R） VREF/（ 16R） =VREF/（ 2R）（ 20+21+22+23） =VREF/（ 24R）（ 23+22+21+20） 相應(yīng)的輸出電壓 V0=IR0=VREFR0（ 24R）（ 23+22+21+20） 將資料推廣到 n 位，輸出模擬量與輸入數(shù)字量之間關(guān)系的一般表達式為： V0=VREFR0/（ 2nR）（ Dn12n1+Dn2 2n2+? +D121+D020） (Di=1 或 0) 長沙航空職業(yè)技術(shù)學院 28 上式表明，輸出電壓 V0除了和待轉(zhuǎn)換的二進制數(shù)成比例外，還和網(wǎng)絡(luò)電阻 R、運算放大器反饋電阻 R0、標準參考電壓 VREF 有關(guān)。任一資料位 Di=1，表示開關(guān)Si倒向右邊； Di=0，表示開關(guān) Si倒向左邊，接虛地，無電流。 圖 T型網(wǎng)絡(luò)電阻 D/A轉(zhuǎn)換器 在清楚了電阻網(wǎng)絡(luò)的特點和各節(jié)點的電壓之后，再來分析一下各支路的電流值。 T 型電阻網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點 A 的左邊為兩個 2R 的電阻并聯(lián)，它們的等效電阻為 R，節(jié)點 B 的左邊也是兩個 2R 的電阻并聯(lián)，它們的等效電阻也是 R， … ，依次類推，最后在 D 點等效于一個數(shù)值為 R 的電阻接在參考電壓 VREF 上。所以，不管開關(guān)倒向哪一邊，都可以認為是接“地”。 4 位元待轉(zhuǎn)換資料分別控制 4 條支路中開關(guān)的倒向。在集成電路中，由于所有的組件都做在同一芯片上，電阻的特性可以做得很相近，而且精度與誤差問題也可以得到解決。所以， n 個如此獨立輸入支路的方案是不實用的。 T 型電阻網(wǎng)絡(luò)的 D/A 轉(zhuǎn)換器 從 下 圖可以看出，在 D/A 轉(zhuǎn)換中采用獨立的權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)，對于一個 8位二進制 數(shù)的 D/A 轉(zhuǎn)換器，就需要 R， 2R， 4R， … ， 128R 共 8 個不等的電阻，最大電阻阻值是最小電阻阻值的 128 倍，而且對這些電阻的精度要求比較高。這就是說，通過電阻網(wǎng)絡(luò)，可以把 0000B~1111B 轉(zhuǎn)換成大小不等的電流，從而可以在運算放大器的輸出端得到相應(yīng)大小不同的電壓。 假設(shè)，輸入端有 4 條支路。各輸入支路中的開關(guān)由對應(yīng)的數(shù)字元值控制，如果數(shù)字元為 1，則對應(yīng)的開關(guān)閉合；如果數(shù)字為 0，則對應(yīng)的 開關(guān)斷開。圖中， V0是一個有足夠精度的標準電源。 ⑶ 輸出阻抗很小，所以，它的驅(qū)動能力非常大。 ⑵ 輸入阻抗非常 大。 1. 運算放大器 運算放大器有三個特點： ⑴ 開環(huán)放大倍數(shù)非常高，一般為幾千，甚至可高達 10 萬。 D/A 轉(zhuǎn)換器品種繁多，有權(quán)電阻 DAC、變形權(quán)電阻 DAC、 T 型電阻 DAC、電容型 DAC 和權(quán)電流 DAC 等。 DAC0832 輸出的是電流，一般要求輸出是電壓，所以還必須經(jīng)過一個外接的運算放大器轉(zhuǎn)換成電壓。 D7~D0：數(shù)字信號輸出端。 ALE 地址鎖存允許輸入信號，在此腳施加正脈沖，上升沿有效，此時鎖存地址碼，從而選通相應(yīng)的模擬信號通道 。一般 Vref(+)接 +5V 電源， Vref()接地。 Vcc： +5V 單電源供電。 OE：輸入允許信號，高電平有效。 IN0~IN7： 8 路模擬信號輸入端。 Vcc：是源電壓（ +5~+15V）。 Rfb：是集成在片內(nèi)的外接運放的反饋電阻。 長沙航空職業(yè)技術(shù)學院 25 WR2：寫信號 2，低電平有效。 WR1：寫信 號 1，低電平有效。 ILE：輸入寄存器允許，高電平有效。圖 483 是 DAC0832 的引腳排列 圖 。一個 8 位 D/A 轉(zhuǎn)換器有 8 個輸入端（其中每個輸入端是 8 位二進制數(shù)的一位），有一個模擬輸出端。如圖 482 所示，它由倒 T 型 R2R 電阻網(wǎng)絡(luò)、模擬開關(guān)、運算放大器和參考電壓 VREF四大部分組成。 DAC0832 邏輯輸入滿足 TTL 電平，可直接與TTL 電路或微機電路連接。若需要相應(yīng)的模擬電壓信號，可通過一個高輸入阻抗的線性運算放大器實現(xiàn)。A 最大集電流 基極直流電壓： 最大值 120V 發(fā)射極直流電壓： 最大值 100V 基極直流電壓： 最大值 5V 最高有效結(jié)溫：最大值 150 攝氏度 封裝形式： 直插封裝 TO220 管腳： B、 C、 E（正面看） 極限工作電 壓： 100V 最大電流允許值： 6A 最大耗散率： 65W 1 放大倍數(shù)： 65 1 功率 最大： 2W 1 頻率 轉(zhuǎn)換： 3MHz 1 在某 Ic、 Vce 時的最小直流電流增益 (hFE)： 15 3A, 4V 1 主要用途： 適用于電子開關(guān)線路 1 性質(zhì)：低頻或音頻放大 （ LF），功率放大 （ L） 長沙航空職業(yè)技術(shù)學院 23 DAC0832 轉(zhuǎn)換芯片 DAC0832 是采樣頻率為八位的 D/A 轉(zhuǎn)換芯片，集成電路內(nèi)有兩級輸入寄存器，使 DAC0832 芯片具備雙緩沖 、單緩沖和直通三種輸入方式，以便適于各種電路的需要 (如要求多路 D/A 異步輸入、同步轉(zhuǎn)換等 )。 TIP41 芯片 電流 集電極截止（最大）： 700amp。由于轉(zhuǎn)換完成的數(shù)據(jù)為 10 位，軟件編寫時將數(shù)據(jù)的高位字節(jié)存放在 2EH 單元中，低位字節(jié)存放在 2FH 單元中。在本文后附的程序中對此有詳細的說明。附表為模擬通道和內(nèi)部電壓測試地址。 TLC 1543 芯片的三個輸入端和一個輸出端與 51 系列單片機的 I/O 口可直接連接 。 長沙航空職業(yè)技術(shù)學院 21 圖 1543工作時序 TLC1543 的軟硬設(shè)計要點 TLC1543三個控制輸入端 CS、 I/O CLOCK、 ADDRESS和一個數(shù)據(jù)輸出端 DATA OUT遵循串行外設(shè)接口 SPI 協(xié)議，要求微處理器具有 SPI 口。轉(zhuǎn)換過程中， CS 的下降沿使 DATA OUT 引腳脫離高阻狀態(tài)并起動一次 I/O CLOCK 工作過程。前 4 個時鐘用 4 位地址從 ADDRESS 端裝載地址寄存器，選擇所需的模擬通道，后 6 個時鐘對模擬輸入的采樣提供控制時序。同時， I/O CLOCK 輸入時鐘時序， CPU 從 DATA OUT 端接收前一次 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果。當 CPU 使 CS 變低時， TLC1543開始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換， I/O CLOCK、 ADDRESS 使能， DATA OUT 脫離高阻狀態(tài)。工作狀態(tài)由 CS 使能或禁止，工作時 CS 必須置