【正文】 方案。所以在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮這些因素，在電路中必要部分加入多種降噪濾波措施。因此在設(shè)計(jì)電路時(shí)考慮了系統(tǒng)的過熱、過流、過壓和反壓保護(hù)。開關(guān)電源這種電源主要提供可靠穩(wěn)定的電壓類似開關(guān)式恒流源，功率損耗小，效率高，比較經(jīng)濟(jì)，但電壓波紋大，難以濾除，會(huì)對(duì)后續(xù)電路造成影響。 控制系統(tǒng)方案控制系統(tǒng)功能接收取樣信號(hào)，進(jìn)行運(yùn)算處理，并發(fā)出控制信號(hào)控制負(fù)載電流，而且有相應(yīng)顯示和寫入控制字等功能。硬件邏輯電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)方便，但功能擴(kuò)展性不強(qiáng)；單片機(jī)系統(tǒng)通過自身時(shí)鐘編程產(chǎn)生邏輯信號(hào)序列，可鍵盤預(yù)置信號(hào)序列狀態(tài)及數(shù)碼顯示，使用靈活方便，可通過軟件升級(jí)達(dá)到系統(tǒng)升級(jí)，開發(fā)容易，性價(jià)比高；CPLD 電路也可實(shí)現(xiàn)以上功能，且處理速度更快，但價(jià)格偏貴，開發(fā)難度大，多用于高速實(shí)時(shí)系統(tǒng)。其他外圍電路還有 LED 顯示、輸入鍵盤、時(shí)鐘信號(hào)。2 2 0 V 交 流O U T P U TL E D 顯 示復(fù) 位鍵 盤單 片 機(jī)D / A基 準(zhǔn)A / D變 壓 器 橋 式 整 流功 放 電 路反 饋7 8 1 5 穩(wěn) 壓7 8 0 5 穩(wěn) 壓+5V電壓+15V電壓數(shù) 控 系 統(tǒng) 模 擬 功 放 系 統(tǒng)電 源 供 電 系 統(tǒng)圖 11 數(shù)控直流穩(wěn)壓電源框圖3第 2 章 電路設(shè)計(jì)與參數(shù)論證通過前一章的分析，欲獲得一個(gè)高性能的數(shù)控直流電流源 ，主要是設(shè)計(jì)好調(diào)整器電路，放大電路，反饋控制電路，電源電路。 供電電源(15V)整機(jī)供電電源原理電路如圖 2－2 所示。經(jīng)降壓變壓器變換后的177。15V 直流電壓，為信號(hào)處理電路供電。15V 穩(wěn)壓電源電路原理圖穩(wěn)壓器選擇根據(jù)所選運(yùn)算放大器 OP07 的特性（運(yùn)算放大器的選擇依據(jù)將在信號(hào)處理電路元件選擇中給出） ，需要提供 直流電電壓。15??算得信號(hào)處理電路所需的電流約為 1A（后面將給出詳細(xì)計(jì)算過程） 。表 21 列出了 MC7815 和 MC7915 的部分參數(shù)。15V 電壓，而穩(wěn)壓器輸入輸出電壓差要求不小于 3V，所以此處整4流電路電壓輸入處取 18V。所以選取 220V 輸入177。整流二極管選擇橋式整流電路輸入177。二極管擊穿電壓。18V）為整流電路輸入電壓， 為其負(fù)載。穩(wěn)壓電路輸出電壓 U0=30V（177。??0????故流過二極管電流為 18mA。保護(hù)二極管的選擇（DD9）當(dāng)輸入端意外短路時(shí)，保護(hù)二極管能給輸出電容 、 提供一個(gè)放電通路，防止穩(wěn)壓??5 C6器調(diào)節(jié)管擊穿。濾波電容選擇（CC2）選擇濾波電容的選取應(yīng)滿足Td=RLC1=(3~5)T/2 （23）Td 為放電時(shí)常數(shù),T 為交流電周期。故??0????C1=C2，此處取 C1=C2=330uF。一般取~1uF，此處選取 C3=C4=。當(dāng)穩(wěn)壓器輸出離負(fù)載較遠(yuǎn)時(shí)，器輸出端接電容用以改善輸出波紋特性并減小低頻干5擾。發(fā)光二極管（DD8）及限流電阻（RR2 ）選擇電路中發(fā)光二極管 DD 8 用來顯示電源是否正常工作，其工作電流小于 10mA。 5V 供電電源供電電源原理電路如圖 2－2 所示。其器件參數(shù)等同于 15V 供電電源，在此不加累述。最小系統(tǒng)由 MCU、采樣輸入、控制輸出、鍵盤、顯示電路組成。6圖 23 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路MCU選型MCU 選用 Silicon Laboratories 公司的 C8051F020 單片機(jī)，該系列單片機(jī)片內(nèi)含 CIP51 的 CPU 內(nèi)核,它的指令系統(tǒng)與 MCS51 完全兼容。與以前的 5l 系列單片機(jī)相比， C8051F020 增添了許多功能，其可靠性和速度也有了很大提高。7鍵盤與顯示數(shù)控直流穩(wěn)壓電源具有鍵盤輸入與顯示功能。采用 7219 芯片電路作為顯示控制和驅(qū)動(dòng)端，其優(yōu)點(diǎn)是顯示位數(shù)多，節(jié)約 I/O 端口，使用方便，價(jià)格合理。 模擬輸出電路及 A/D 校準(zhǔn)方波實(shí)現(xiàn)原理控制單片機(jī)內(nèi)的 D/A 轉(zhuǎn)換，使其 DAC0 口輸出方波（此時(shí)的方波為單極性，電壓幅值為 ），同時(shí)，DAC1 輸出直流（控制其電壓為 ），直流電壓經(jīng)過反相器，變成 ，然后，與方波進(jìn)行反相相加，得到 177。原理圖如圖 2－5 所示。若僅8直流，DAC1 無輸入，直流電壓直接由 DAC0 進(jìn)入，直接反相即可，原理圖如圖 2－5 所示。如不需三角波，K1 上撥，將積分器短路，直接流過。下方的 R43，R45 電阻起到 3:1 的分壓作用9圖 244 OP547 電流調(diào)整圖A/D 校準(zhǔn)原理在任何輸出情況下，需要輸出電壓對(duì)單片機(jī)進(jìn)行反饋，通過反饋控制 D/A 轉(zhuǎn)換的精度。圖 245 反饋電路圖10 驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示電路該部分由 7219 顯示驅(qū)動(dòng)和四位 LED 顯示器組成，MAX7219 是一種集成化的串行輸入/輸出共陰極顯示驅(qū)動(dòng)器,它連接單片機(jī)驅(qū)動(dòng) 4 位 LED 顯示器的 BCD 碼——7 段數(shù)字顯示，電路圖如下： 圖 25 MAX7219 引腳連接圖與單片機(jī)相連部分，將 DIN,LOAD,CLK 端分別于 I/O 端 , 相連，串行數(shù)據(jù)在 DIN 輸入 16 位數(shù)據(jù)包，通過時(shí)鐘的上升沿?cái)?shù)據(jù)均移入到內(nèi)部 16 位移位寄存器，LOAD 的上升沿被載入數(shù)據(jù)寄存器或控制寄存器。D0D7 為數(shù)據(jù)位。在傳輸過程中，首先接收到的是 D15 位與數(shù)碼管相接部分。外部電阻的最小值為 ，它設(shè)定段電流為40mA。預(yù)置：在工作狀態(tài)前預(yù)先設(shè)置一個(gè)電壓。直流：按下，示波器顯示直流電壓輸出。方波：按下，示波器顯示方波形電壓輸出。自動(dòng)+/：在自掃狀態(tài)下，使電壓自動(dòng)以 步進(jìn)增加或減小。12確定：輸入數(shù)字后，按此鍵確認(rèn)。3）控制：a) 接收采樣電壓并與設(shè)定值比較產(chǎn)生控制信號(hào)輸出b) 可由鍵盤設(shè)置設(shè)定值 軟件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu) 控制及顯示程序設(shè)計(jì)思想程序由主程序、定時(shí)器中斷程序、鍵盤掃描程序四部分組成。主程序主程序的主要工作是進(jìn)行初始化，掃描鍵盤，并響應(yīng)鍵盤，設(shè)定電流值。當(dāng)單片機(jī)響應(yīng)鍵盤后，則得到一個(gè)返回值。在工作狀態(tài)只響應(yīng)確認(rèn)鍵，并轉(zhuǎn)入編輯狀態(tài)，不響應(yīng)其它任何鍵；在編輯狀態(tài)設(shè)定輸出電流值，確認(rèn)和取消鍵退出編輯狀態(tài)，轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)。其流程圖如下：13讀 取 鍵 值編 輯 狀 態(tài) 工 作 狀 態(tài)預(yù) 置 自 掃 S + / + / 三 角 方 波數(shù) 字 鍵其 他 鍵確 定 輸 入確 定確 定直 流開 始有 鍵動(dòng) ？延 時(shí)有 鍵動(dòng) ？Y E SN OY E SN O返 回 顯 示圖 32 鍵盤掃描子程序流程圖 定時(shí)器中斷程序電路中 A/D 采樣周期為 130ms，當(dāng)定時(shí)器 T0 中斷后進(jìn)行一次采樣，單片機(jī)處理后，輸出 D/A 進(jìn)行調(diào)節(jié)，并且顯示。14開 始＝ ＋N N 1啟 動(dòng)A / D 轉(zhuǎn)換定 時(shí)器中斷服務(wù)程序返回圖 33 定時(shí)器中斷程序流程ADC 反饋調(diào)節(jié)需要得到精確的電壓值，模擬功放電路部分終端會(huì)輸入一個(gè)反饋，單片機(jī)的 ADC 會(huì)進(jìn)行采樣，讀采樣數(shù)據(jù)，并與 DAC 設(shè)定值進(jìn)行對(duì)比，若誤差 err=,則返回重新采樣；若 err=,進(jìn)行 PID 線性校正,控制調(diào)整電壓和傳送顯示。?A D C采樣D A C 對(duì) 比P I D 線性校正E r r = 0 . 0 5E r r = 0 . 0 5對(duì)比 D A C圖 34 ADC 反饋調(diào)節(jié)子程序流程圖15自動(dòng)掃描中斷服務(wù)程序此功能是計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加/減功能的程序，根據(jù)掃描方向修改當(dāng)前電壓值，并判斷其是否超過極性范圍（0—），到達(dá)端點(diǎn)值時(shí)停止掃描，來完成自動(dòng)掃描的全部過程。啟 動(dòng) 定 時(shí) 器 1溢出 ？進(jìn) 入 中 斷 服 務(wù)程 序D A 交 替 輸 出 高低 電 平Y(jié) E S圖 33 方波/三角波中斷子程序流程圖16第 4 章 功能及性能測(cè)試 測(cè)試條件測(cè)試環(huán)境航海學(xué)院 222 大型電子實(shí)驗(yàn)室，常溫常濕常壓。1） 測(cè)試供電電源： ＝, =－， ＝,系統(tǒng)供電正常。對(duì)控制部分進(jìn)行檢測(cè)，觀察顯示部分能正常工作和鍵盤按鍵功能能實(shí)現(xiàn)，且顯示與測(cè)量值基本一致,所以電路能正常工作。重復(fù)上述操作后結(jié)果一致，顯示功能實(shí)現(xiàn)。 性能參數(shù)測(cè)試 輸出電壓精度定標(biāo)改變輸出電流的設(shè)定值，用高精度電壓表測(cè)量負(fù)載上電壓，填入下表。表 42 開路輸出電壓精度定標(biāo)數(shù)據(jù) (單位：V)開路 200mA 500mA預(yù)設(shè)值顯示值 測(cè)量值 顯示值 測(cè)量值 顯示值 測(cè)量值 0,2 0,2 0,2 0,3 0,3 0,3 0,4 0,4 0,4 0,5 0,5 0,5 18 19 20 圖 47 輸出電壓誤差測(cè)量圖結(jié)論：輸出電壓 Uo 的設(shè)定值在 0～ 變化時(shí)顯示的測(cè)量值、實(shí)際測(cè)的值、紋波電壓、絕對(duì)誤差均基本達(dá)到要求。21 極限參數(shù)測(cè)試最大輸出電壓范圍：0～；紋波電壓：開路時(shí)，紋波電壓小于 120mV；負(fù)載 20Ω 時(shí)，紋波電壓小于 10mV；負(fù)載 50Ω 時(shí)，紋波電壓小于 50mV。系統(tǒng)功能與性能總結(jié)系統(tǒng)功能與性能測(cè)試結(jié)果與題目要求的性能指標(biāo)對(duì)比總結(jié)如表 51 所示。工作總結(jié)控電源是一個(gè)原理和操作都比較簡(jiǎn)單的電子系統(tǒng)，數(shù)控電源的輸出電壓調(diào)整范圍為 到 ，在這個(gè)范圍內(nèi)，以 的步進(jìn)值，可以提供任一想要得到的電壓，為負(fù)載22供電，并且操作簡(jiǎn)單，使用方便。其主要原因是設(shè)計(jì)條件不夠，在選擇元器件上沒有能夠很好的選擇。[2]《C8051F 系列單片機(jī)原理與應(yīng)用》 ，張培仁，孫力，清華大學(xué)出版社， 2022 年 1 月第一版。[4]何希才，張明莉。北京：電子工業(yè)出版社．2022．[5]王小明，盧志強(qiáng)。微計(jì)算機(jī)信息，2022，12。數(shù)控式步進(jìn)可調(diào)穩(wěn)壓源[J]。[7]劉蘭波。河北北方學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2022。typedef unsigned int uint。uchar g_workmode。unsigned int DisplayInterval。Int Tab[16]= {0x7E,0x30,0x6d,0x79,0x33,0x5B,0x5F,0x70,0x7F,0x7B,0x77,0x4E,0x3D,0x0d,0x00}。 //index for code_tabint up,down。 //used in WK_PRESET unsigned int g_code。unsigned int num。 //used for autoscaningint vol。 // 7219 輸入時(shí)鐘sbit LOAD7219 = P1^6。 // 7219 數(shù)據(jù)串行收入sbit LED_PRESET = P0^0。 //自動(dòng)掃描指示燈sbit LED_DC_MOD = P0^2。 //方波輸出指示燈sbit LED_TRI = P0^4。 //預(yù)置鍵sbit AUTO_SCAN = P0^6。 //直流輸出sbit SQU = P3^0。 //三角波輸出sbit SCAN_SPEED = P3^2。 //自動(dòng)掃描+sbit SCAN_S = P3^5。 //旋鈕—sbit DECREASE = P3^3。 //數(shù)字 0sbit NUM_1 = P3^7。 //數(shù)字 2sbit NUM_3 = P2^1。 //數(shù)字 4sbit NUM_5 = P2^3。 //數(shù)字 6sbit NUM_7 = P2^5。 //數(shù)字 8sbit NUM_9 = P2^7。 //小數(shù)點(diǎn)sbit ENTER = P1^2。}void SetDAC0(int dat){