【正文】 , its exportation electric voltage size adoption figures show. Keywords: Numerical Control, Stepping,Threeadjustable regulators 湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) III 目 錄 第 1 章 緒論 1 研究背景及意義 1 國內(nèi)外研究狀況 1 課題研究方法 3 數(shù)控電壓源 的方案論證 3 方案一 ： 采用單片機(jī)的 數(shù)控電壓源 的設(shè)計(jì) 3 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) 5 數(shù)控部分的比較 5 顯示部分 的比較 6 整機(jī)電路框圖 6 DA 轉(zhuǎn)換電路工作原理 6 電壓調(diào)整電路工作原理 7 數(shù)值計(jì)算 9 時(shí)鐘電路 9 時(shí)鐘信號(hào)的產(chǎn)生 9 鍵盤接口電路 10 鍵盤電路工作原理 10 顯示接口電路 11 LED 顯示方式 12 顯示電路原理圖 13 電源電路 13 電源電路原理圖 14 單片機(jī) AT89S52 17 運(yùn)放 UA741 24 硬件的調(diào)試 24 電路數(shù)據(jù) 的測(cè)試 28 參考文獻(xiàn) 29 致謝 31 附錄 2 元器件清單 33 （ 1）主程序的源程序 清單 35 （ 3） 顯示子程序的源程序 清單 37 （ 5） 延時(shí)及啟動(dòng) 0832 子程序的源程序 清單 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。 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。 2)穩(wěn)壓方式均是采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路 ， 對(duì)過載進(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。但在實(shí)際生活中 ， 都是由 220V 的交流電網(wǎng)供電。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。 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。 國內(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。 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(shí)，這種方案的性價(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)，因而無法被廣泛采湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 用。 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)了直流電源的無人值守 。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 及 LM350 作穩(wěn)壓器件 。 準(zhǔn)確說就是 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。 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。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。 其設(shè)計(jì)方法是 由單片機(jī)通過 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。 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) 。 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 。最后經(jīng)LM350 調(diào)整輸出電壓并穩(wěn)壓。十進(jìn)制計(jì)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(jì)數(shù)器同步工作。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(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)減譯碼顯示輸出湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 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。 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。 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，精度沒有那么高。 湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 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 。通過三端穩(wěn)壓器 LM350 達(dá)到輸出電壓的穩(wěn)定。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 DA輸入數(shù)據(jù)端每增加 1，電壓增加 。改變 P0 口的數(shù)據(jù)便可改變 0832 的輸出電壓，如當(dāng) P0＝ 00H 時(shí)， DAC0832 的輸出電壓就應(yīng)為 0V。 鍵 盤數(shù)碼顯示8952單片機(jī)電壓預(yù)置D / A 轉(zhuǎn)換 電壓調(diào)整電源電路輸出湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 圖 DA轉(zhuǎn)換電路 電壓 調(diào)整 電路 工作原理 圖 電壓輸出電路圖 本設(shè)計(jì)的輸出電壓采用 LM350 三端調(diào)整穩(wěn)壓器進(jìn)行調(diào)整，先將 0832 的輸出電壓用UA741 進(jìn)行反相放大， 由于從 LM324 輸出的電壓是負(fù)電壓， 所以 UA741 接成負(fù)反饋放大電路 ，通過調(diào)節(jié)電位器可以調(diào)節(jié)運(yùn)放的電壓 放大倍數(shù) 。 由于 LM350 的輸出湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 電壓 Vout=?(1+R0/R13)， 由電路圖知 R13是個(gè)定值 ， 而 R0 則是由 R12 和下面的電路來確定的，可知 R0 是個(gè)變量，所以 LM350 的輸出電壓與 R0 是成線性關(guān)系變化的。 數(shù)值 計(jì)算 (1)輸出電壓最小值 Vmin 的計(jì)算 由 LM350 的輸出電壓公式可知 Vmin=? (1+27/220)= (2)單片機(jī)送給 0832 數(shù)值的計(jì)算 在設(shè)計(jì)時(shí) ， 要求 單片機(jī)送給 0832 的數(shù)值為 00H 時(shí) ， 輸出端輸出的電壓為 ，及單片機(jī)送給 0832 的數(shù)值為 0FFH 時(shí) ， 輸出端輸出的電壓值為 ， 所以每當(dāng)電壓增加 時(shí) ， 單片機(jī)送給 0832 的數(shù)值就要增加 3。 當(dāng)電壓要增加 1V 時(shí)，按一下按鍵， P0口的數(shù)據(jù)便要變化 30。 湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 第 4 章 單元電路工作原理 時(shí)鐘電路 時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)， 而時(shí)序所研究的是指令執(zhí)行中各信號(hào)之間的相互關(guān)系。 時(shí)鐘振蕩電路圖 時(shí)鐘振蕩電路圖如圖 ： 4 圖 時(shí)鐘振蕩電路圖 時(shí)鐘信號(hào)的產(chǎn)生 單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)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。 只要在單片機(jī)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(jī)內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)。外部時(shí)鐘方式是把外部已有的時(shí)鐘信號(hào)引入到單片機(jī)內(nèi)。一般要求外部信號(hào)高電平的持續(xù)時(shí)間 大于 20μ s，且為頻率低于 12MHz 的方波。 按 鍵 復(fù) 位 電 路 圖 如 圖 所 示 。上電復(fù)位電路要求接通電源后，通過外部電容充電來實(shí)現(xiàn)單片機(jī)自動(dòng)復(fù)位操作。 RERST 引腳的高電平只要能保持足夠的時(shí)間（ 2 個(gè)機(jī)器周期），單片機(jī)就可以進(jìn)行復(fù)位操作。 這表明單片機(jī)復(fù)位期間不會(huì)有任何取指操作。 鍵盤接口電路 鍵盤電路 鍵盤接口通常包括硬件和軟件兩部分 。 鍵盤一般是一組開關(guān) (按鍵 )的集合。 導(dǎo)電像膠式：利用利用橡膠接彈性使按鍵復(fù)位。 鍵盤按其工作原理又可分為編碼式鍵盤和非編碼式鍵盤。 編碼鍵盤主要是用硬件來實(shí)現(xiàn)對(duì)鍵的識(shí)別； 非編碼鍵盤主要是由軟件來實(shí)現(xiàn)鍵盤的定義與識(shí)別。 (1)獨(dú)立式鍵盤：獨(dú)立式鍵盤中，每個(gè)按鍵占用一根 I/O 口線，每個(gè)按鍵電路相對(duì)獨(dú)立。 I/O 口內(nèi)部有上拉電阻時(shí)，外部可不接上拉電阻。所以，當(dāng)按鍵數(shù)目大于 8 時(shí)，一般采用矩陣式鍵盤結(jié)構(gòu)。當(dāng)有鍵按下時(shí)，單片機(jī)的相應(yīng)口線通過按鍵與地相連被拉成低電平，其它口線電平狀態(tài)不變。 顯示接口電路 顯示電路原理 常所說的 LED 顯示器由七個(gè)發(fā)光二極管組成， 因此也稱之為七段 LED 顯示器，此外，顯示器中還 有一個(gè)圓點(diǎn)型發(fā)光二極管（在圖中以 dp 表示），用 于顯示小數(shù)點(diǎn)。 LED 顯示 器中的發(fā)光二極管共有兩種連接方法。使 用時(shí)公共陽極接 +5V。 圖 七 段 LED顯示 ② 共陰極接法 湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 把發(fā)光二極管的陰極連在一起構(gòu)成公共陰極。 本設(shè)計(jì)采用共陰極接法，如圖 所示 。因此提供給 LED 顯示器的字型代碼正好一個(gè)字節(jié)。 LED顯示器由七個(gè)發(fā)光二極管組成，本設(shè)計(jì)采用共陰級(jí)接法。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(dòng)態(tài)顯示方式，電路簡(jiǎn)單、節(jié)省口線、成本低。這種顯示方法 每一位都需要有一個(gè) 8位輸出控口控制。并行輸出顯示位數(shù)越多需要 I/O 口越多。 在本次設(shè)計(jì)中，我們采用的是共陰極的三位一體的 LED，其外觀引腳如圖 所示， A、 B、 C 分別為三個(gè)數(shù)碼顯示的位控引腳