【正文】 選擇 (一） 設(shè)計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)制作具有一定電壓范圍和功能的數(shù)控電源： a 輸出電壓 :范圍 0~15V 步進(jìn) 紋波不大于 10mv b 輸出電流 : 500mA c 輸出電壓由數(shù)碼顯示 d 用” +” .” ”鍵控制輸出電壓進(jìn)行增 /減調(diào)整 e 自動(dòng)掃描輸出電壓 f 擴(kuò)展輸出三角波等電壓種類(lèi) g 輸出電壓可預(yù)置在 0~15V 之間的任意值 （二）設(shè)計(jì)方案一 是以型號(hào) 89C51 單片機(jī)為控制核心進(jìn)行設(shè)計(jì)的，通過(guò)按鍵進(jìn)行控制，單片機(jī)控 制數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片 DAC0832，其輸出 0~ 的電壓，因?yàn)橐箅妷簽?0~15V 所以必須再經(jīng)過(guò)放大器放大，并通過(guò)三端可調(diào)正穩(wěn)壓器進(jìn)行穩(wěn)壓，輸出一個(gè)較穩(wěn)定的直流電壓，并在數(shù)碼管上顯示出來(lái)，并時(shí)刻刷新調(diào)整電壓后的幅值 ,系統(tǒng)流程 方框圖 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 正 文 第 4頁(yè) 哈爾濱職業(yè)技術(shù)學(xué)院印制 圖 （三）設(shè)計(jì)方案二 是以單片機(jī) 89C51 為控制核心，外接按鍵進(jìn)行控制，單片機(jī)控制 8個(gè)繼電器，且每個(gè)繼電器串聯(lián)一個(gè)一定阻值的電阻，電阻之間的關(guān)系為以 2 為參數(shù)的等比數(shù)列，繼電器之間為并聯(lián)形式。且最 后輸出的電壓值可通過(guò)單片機(jī)控制在數(shù)碼顯示管上顯示出來(lái)， 并時(shí)刻刷新調(diào)整電壓后的幅值。方案二采用繼電器控制為機(jī)械式。比較之后，兩種方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，我們選擇方案一 二、硬件部分設(shè)計(jì) （一） 單片機(jī)部分 1. 單片機(jī)原理 它是一種在線式實(shí)時(shí)控制 計(jì)算機(jī) ，在線式就是現(xiàn)場(chǎng)控制，需要的是有較強(qiáng)的抗干擾能力，較低的成本，這也是和離線式計(jì)算機(jī)的（比如家用 PC）的主要區(qū)別 。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，實(shí)現(xiàn)模塊化； 單片機(jī) 可靠性高，可工作到 10^6 ~10^7 小時(shí)無(wú)故障； 處理功能強(qiáng)，速度快。 2. 基本結(jié)構(gòu) (1)運(yùn)算器 運(yùn)算器由運(yùn)算部件 —— 算術(shù)邏輯單元（ Arithmetic amp。 ALU 的作用是把傳來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)或邏輯運(yùn)算，輸入來(lái)源為兩個(gè) 8 位數(shù)據(jù)，分別來(lái)自累加器和數(shù)據(jù)寄存器。例如，兩個(gè)數(shù) 6 和 7 相加，在相加之前，操作數(shù) 6 放在 累加器中， 7 放在數(shù)據(jù)寄存器中，當(dāng)執(zhí)行加法指令時(shí)， ALU即把兩個(gè)數(shù)相加并把結(jié)果 13 存入累加器，取代累加器原來(lái)的內(nèi)容 6。 ② 執(zhí)行各種邏輯運(yùn)算，并進(jìn)行邏輯測(cè)試，如零值測(cè)試或兩個(gè)值的比較。 （ 2） 控制器 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 正 文 第 7頁(yè) 哈爾濱職業(yè)技術(shù)學(xué)院印制 控制器由程序計(jì)數(shù)器、指令寄存器、指令譯碼器、時(shí)序發(fā)生器和操作控制器等組成，是發(fā)布命令的 “ 決策機(jī)構(gòu) ” ，即協(xié)調(diào)和指揮整個(gè)微機(jī)系統(tǒng)的操作。 ② 對(duì)指令進(jìn)行譯碼和測(cè)試，并產(chǎn)生相應(yīng)的操作控制信號(hào)，以便于執(zhí)行規(guī)定的動(dòng)作。 微處理器內(nèi)通過(guò)內(nèi)部總線把 ALU、計(jì)數(shù)器、寄存器和控制部分互聯(lián)，并通過(guò)外部總線與外部的存儲(chǔ)器、輸入輸出接口電路聯(lián)接。通過(guò)輸入輸出接口電路，實(shí)現(xiàn)與各種外圍設(shè)備連接。在算術(shù)和邏輯運(yùn)算時(shí)它有雙功能：運(yùn)算前，用于保存一個(gè)操作數(shù)；運(yùn)算后，用于保存所得的和、差或邏輯運(yùn)算結(jié)果。它可以保存一條正在譯碼的指令，也可以保存正在送往存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)等等。 指令寄存器是用來(lái)保存當(dāng)前正在執(zhí)行的一條指令。當(dāng)系統(tǒng)執(zhí)行給定的指令時(shí)，必須對(duì)操作碼進(jìn)行譯碼，以確定所要求的操作，畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 正 文 第 8頁(yè) 哈爾濱職業(yè)技術(shù)學(xué)院印制 指 令譯碼器就是負(fù)責(zé)這項(xiàng)工作的。 （ 4） 程序計(jì)數(shù)器 PC PC 用于確定下一條指令的地址，以保證程序能夠連續(xù)地執(zhí)行下去，因此通常又被稱(chēng)為指令地址計(jì)數(shù)器。 （ 5） 地址寄存器 AR 地址寄存器用于保存當(dāng)前 CPU 所要訪問(wèn)的內(nèi)存單元或 I/O 設(shè)備的地址。 顯然，當(dāng) CPU 向存儲(chǔ)器存數(shù)據(jù)、 CPU 從內(nèi)存取數(shù)據(jù)和 CPU 從內(nèi)存讀出指令時(shí)，都要用到地址寄存器和數(shù)據(jù)寄存器。 單片機(jī) 89C51 是本設(shè)計(jì)中的控制核心，是一個(gè) 40 管腳的集成芯片，管腳圖如下。 X1， X2 兩腳接 12MHZ 的晶振，可得單片機(jī)機(jī)器周期為 1 微秒。 P0 口中， 0~3 口分別通過(guò)一個(gè) PNP 型三極管 9012 的 B 端，并由 E 端接人集成 LED 的 COM1~4 口。 P1 口 8 個(gè)端口連 LED 中 a， b，c， d， e， f， g， db 腳上。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 正 文 第 9頁(yè) 哈爾濱職業(yè)技術(shù)學(xué)院印制 圖 （二） 數(shù)模轉(zhuǎn)換部分 圖 1 腳 — CS（反） 2 腳 — WR1（反） 3 腳 — AGND 4 腳 — D3 5 腳 — D2 6 腳 — D1 7 腳 — D0 8 腳 — ref 9 腳 — Ref 10 腳 — DGND 11 腳 — Iout1 12 腳 — Iout2 13 腳 — D7 14 腳 — D6 15 腳 — D5 16 腳 — D4 17 腳 — XFER（反） 18 腳 — WR2（反） 19 腳 — ILE 20 腳 — Vcc DAC0832 工作方式 :直通方式、單緩沖方式和雙緩沖方式 。所以這個(gè) 芯片 的應(yīng)用很廣泛 ,關(guān)于 DAC0832 應(yīng)用的一些重要資料見(jiàn)下圖： D/A 轉(zhuǎn)換結(jié)果采用 電 流 形式輸出。 DAC0832 引腳功能說(shuō)明： DI0~DI7：數(shù)據(jù)輸入線， TLL 電平。 CS：片選信號(hào)輸入線，低電平有效。 XFER：數(shù)據(jù)傳送控制信號(hào)輸入線，低電平有效。 Iout1:電流輸出線。 Iout2: 電流輸出線。 Rfb:反饋信號(hào)輸入線 ,芯片內(nèi)部有反饋電阻 . Vcc:電源輸入線 (+5v~+15v) Vref:基準(zhǔn)電壓輸入線 (10v~+10v) AGND:模擬地 ,摸擬信號(hào)和基準(zhǔn)電源的參考地 .DGND:數(shù)字地 ,兩種地線在基準(zhǔn)電源處共地比較好，可通過(guò)一個(gè)高輸入阻抗的線性運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)。 這個(gè)芯片共有 20 個(gè)管 腳，管腳分布圖如下。它有三種工作方式：不畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 正 文 第 11 頁(yè) 哈爾濱職業(yè)技術(shù)學(xué)院印制 帶緩沖工作方式，單緩沖工作方式，雙緩沖工作方式。所以只要把 /WR1/WR2 置低電平時(shí)，寫(xiě) p2 口，則該數(shù)字信號(hào)立即傳送到輸入寄存器，并直通至 DAC 寄存器，經(jīng)過(guò)短暫的建立時(shí)間，即可以獲得相應(yīng)的模擬電壓，一旦寫(xiě)入操作結(jié)束， /WR1 和 /WR2 立即變?yōu)楦唠娖?，則寫(xiě)入的數(shù)據(jù)被輸入寄存器鎖存，直到再次寫(xiě)入刷新。最大提供電源為 +15V 和 15V，因此不可避免線性度有較大要求。因此對(duì)放大器的調(diào)零也有較大要求。最后確定用 OP07。對(duì)于 TL082 和OP07 參數(shù)及優(yōu)點(diǎn)如下 1. TL082 TL082 是通用的 JFET 雙運(yùn)算放大器 。最大工作電壓： 18V~18V 2. OP07 Op07 芯片是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性運(yùn)算放大器集成電路。 OP07 同時(shí)具有輸入偏置電流低（ OP07A 為177。 超低偏移： 150μ V 最大 低輸入偏置電流： 低失調(diào)電壓漂移： V/℃ 超穩(wěn)定，時(shí)間： 2μ V/month 最大 高電源電壓范圍： 177。 22V 圖 （四）電源輸入部分 實(shí)驗(yàn)中主要采用 L7805， L7815， L7915 三種穩(wěn)壓器，外加電源部分設(shè)置成 +/20V，可由 220V 電源經(jīng)變壓得到，并將 20V 直接接到 LM317 中3 端輸入口，另外將 +20V 通過(guò) L7815，穩(wěn)壓后輸出為 +15V，將 20V 通過(guò)L7915，穩(wěn)壓后輸出為 15V，并將 +/15V 電壓加載到放大器的電源正負(fù)管腳上，另外 DAC0832 的電源管腳 20 腳和 19 腳 ILE 腳也要接 +15V。還需要在 L7815 的 1， 3 腳， L7915 的 2， 3 腳以及 L7805 的 1， 3畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 正 文 第 13頁(yè) 哈爾濱職業(yè)技術(shù)學(xué)院印制 腳各自與地之間并聯(lián)連上 220 微法電解電容和 微法磁片電容，目的是為了濾除低頻雜波和高頻雜波。 LM317 是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司的三端可調(diào)正穩(wěn)壓器集成電路。它的使用非常簡(jiǎn)單，僅需兩個(gè)外接電阻來(lái)設(shè)置輸出電壓。 LM317 內(nèi)置有過(guò)載保護(hù)、安全區(qū)保護(hù)等多種保護(hù)電路。使用輸出電容能改變瞬態(tài)響應(yīng)。 LM317 能夠有許多特殊的用法。當(dāng)然還要避免輸出端短路。 特性簡(jiǎn)介 A 可調(diào)整輸出電壓低到 。 C 典型線性調(diào)整率 %。 E 80dB 紋波抑制比。 G 過(guò)流、過(guò)熱保護(hù)。 I 標(biāo)準(zhǔn)三端晶體管封裝。功能為： K1 鍵：退出功能； K2 鍵：預(yù)置數(shù)（設(shè)置一個(gè)數(shù)值為初始值）； K3 鍵：自動(dòng)掃描鍵（掃描電壓值，并在 LED 上自動(dòng)顯示）； K4 鍵：輸出三角波電壓 /在預(yù)置數(shù)值時(shí)整數(shù)和小數(shù)部分切換； K5 鍵：對(duì)輸出穩(wěn)定電壓進(jìn)行遞減； K6 鍵：對(duì)輸出穩(wěn)定電壓進(jìn)行遞增。這里又有兩個(gè)方案。雖然其功能強(qiáng)大，可顯示各種字體的數(shù)字，漢字，圖象，還可以自定義顯示內(nèi)容，但是編程復(fù)雜，需要消耗大量時(shí)間完成顯示部分的編程工作，成本也比普通數(shù)碼管貴。雖只能顯示非常有限的符號(hào)和數(shù)碼字，但是在本設(shè)計(jì)中完全滿足顯示需要，且編程簡(jiǎn)便 . 分析以上兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，本設(shè) 計(jì)采用方案二。如圖 圖 三、系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用匯編語(yǔ)言，對(duì)單片機(jī)進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)各功能 程序是在 Wnidows xp 環(huán)境下采用 WAVE 6000 軟件編寫(xiě)的，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)按鍵輸入高電平，對(duì)電壓增加 +/，預(yù)置電壓值等功能 （一）主程序流程圖 判斷計(jì)數(shù)器是否加一若則進(jìn)行三角波判斷， 若是則判斷是否輸出三角波判斷，是否進(jìn)行三角波掃描，進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換的輸出 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 正 文 第 17頁(yè) 哈爾濱職業(yè)技術(shù)學(xué)院印制 圖 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 正 文 第 18頁(yè) 哈爾濱職業(yè)技術(shù)學(xué)院印制 （二）預(yù)置數(shù)流程圖 圖 畢 業(yè)