PAGE哈爾濱學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）題目：基于單片機的數(shù)控電源設(shè)計院（系）：理工學(xué)院專業(yè)：電子信息工程年級：2006級姓名：學(xué)號：指導(dǎo)教師：職稱：2010年6月哈爾濱學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）目錄摘要 1Abstract 2前言 3第一章系統(tǒng)要求與方案選擇 41.1概述 41.2系統(tǒng)要求 51.3方案選擇 51.2.1開關(guān)穩(wěn)壓電源 51.2.2線性穩(wěn)壓電源 61.4最終方案 6第二章系統(tǒng)的硬件設(shè)計 72.1系統(tǒng)的總體框圖與基本原理 72.1.1系統(tǒng)的主要性能指標(biāo) 72.1.2原理框圖 72.1.3系統(tǒng)整體設(shè)計 72.1.4系統(tǒng)工作原理 82.2供電電路 82.2.1供電電路供電原理 82.2.2供電電路圖 102.3人機界面電路設(shè)計 112.3.1AT89S51簡介 112.4.1D/A轉(zhuǎn)換器的選擇 152.4.2D/A轉(zhuǎn)換電路原理與應(yīng)用 152.5A/D轉(zhuǎn)換電路及其與單片機接口 162.5.1A/D轉(zhuǎn)換器的選擇 162.5.2A/D轉(zhuǎn)換電路應(yīng)用 172.5.3A/D轉(zhuǎn)換電路及其與單片機接口電路圖 172.6反饋穩(wěn)壓及保護電路 172.6.1串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路工作原理 182.6.2保護電路工作原理 182.6.3串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路及保護電路 18第三章系統(tǒng)的軟件設(shè)計 203.1系統(tǒng)軟件流程 203.1.1系統(tǒng)流程圖 203.2軟件設(shè)計 213.2.1鍵盤的軟件設(shè)計 213.2.2顯示的軟件設(shè)計 223.2.3D/A的軟件設(shè)計 223.2.4A/D的軟件設(shè)計 23第四章系統(tǒng)測試 244.1系統(tǒng)測試 244.2設(shè)計總結(jié) 24參考文獻 25附錄 26后記 27哈爾濱學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）PAGE27摘要現(xiàn)實的生活和實驗中，常常要用到各種各樣的電源，電壓要求亦多樣化。如何設(shè)計一個電壓穩(wěn)定，輸出電壓精度高，并且調(diào)節(jié)范圍大的電壓源，成了電子技術(shù)應(yīng)用的熱點。在市面上，各種電源產(chǎn)品各式各樣，有可調(diào)節(jié)的和固定的。但是普遍存在一些問題，如轉(zhuǎn)換效率低，功耗大，輸出精度不高，可調(diào)節(jié)范圍過小，不能滿足特定電壓的要求，輸出不夠穩(wěn)定，紋波電流過大，并且普遍采用可調(diào)電阻器調(diào)節(jié)，操作難度大，易磨損老化。采用單片機數(shù)控電源技術(shù)則能實時變換電源為輸出所需電壓的要求，使其成為精度較高，調(diào)節(jié)范圍更大的電壓源，便于日常生產(chǎn)生活及實驗中使用。這篇文章中所設(shè)計的電源輸入220V，50Hz，輸出電壓0V至20V，步進值為5mV，輸出電流最大為2A，并能夠顯示輸出電壓值及語音播報電壓值。電源控制電路選用AT89S51單片機為核心，主電路采用D/A轉(zhuǎn)換電路，運算放大電路，電壓調(diào)整及過流保護電路。具有線路簡單，響應(yīng)迅速，穩(wěn)定性好，過流保護及效率高等特點。文章中敘述了電源的整體結(jié)構(gòu)和工作原理，給出了控制電路的硬件實現(xiàn)和主要的軟件流程，最后對本次設(shè)計進行了總結(jié)。關(guān)鍵詞：供電電路；單片機；D/A轉(zhuǎn)換；A/D轉(zhuǎn)換；語音電路

AbstractIntherealisticlifeandtheexperiment,needstousevariouspowersourcesfrequently,thevoltagerequestalsotodiversify.Howtodesignavoltageregulation,theoutputvoltageprecisionishigh,andtheregulationbandbigpotentialsource,hasbecometheApplicationsofElectronicTechniquehotspot.Inthemarketcondition,eachkindofpowersourceproductisallkinds,hasmayadjustandfixed.Buthassomeproblemsgenerally,ifthetransferefficiencyislow,thepowerlossisbig,theoutputprecisionisnothigh,buttheregulationbandistoosmall,cannotsatisfythespecificvoltagetherequest,theoutputisnotverystable,therippleelectriccurrentisoversized,andusestheadjustableresistoradjustmentgenerally,theoperationdifficultyisbig,easytoweartheaging.UsesthemonolithicintegratedcircuitnumericalcontrolChineseJournalofPowerSourcestobeablethereal-timetransformationpowersourcetoneedthevoltagefortheoutputtherequest,causesittobecometheprecisiontobehigh,aregulationbandbiggerpotentialsource,isadvantageousforthedailyproductiontoliveandtotestuses.Inthisarticledesignsmainsinput220V,50Hz,outputvoltage0Vto20V,thesteppingvalueis5mV,theoutputcurrentis2Amostgreatly,andcandemonstratethattheoutputvoltagevalueandthepronunciationdisseminatenewsthevoltagevalue.ThepowersourcecontrolcircuitselectsAT89S51monolithicintegratedcircuitisthecore,themaincircuitusestheD/Aswitchingcircuit,theoperationalamplifiercircuit,thevoltageregulationandtheoverflowprotectioncircuit.Hasthelinetobesimple,theresponseisrapid,thestabilityisgood,overflowprotectionandefficiencyhighercharacteristic.Inthearticlenarratedpowersource'soverallconstructionandtheprincipleofwork,gavecontrolcircuit'shardwaretorealizewiththemainsoftwareflow,finallyhascarriedonthesummarytothisdesign.Keywords:feedcircuit;SCM;D/Atransformation;A/Dtransformation;pronunciationelectriccircuit

前言許多電子設(shè)備都需要良好穩(wěn)定的直流供電電源，而外部設(shè)備提供的電源大多為交流電網(wǎng)電源，通常是通過火力發(fā)電，水力發(fā)電等獲得的。直流電源設(shè)備擔(dān)負(fù)著把交流電源轉(zhuǎn)換為電子設(shè)備所需各類直流電源的任務(wù)，轉(zhuǎn)換后的直流電源要具有良好的穩(wěn)定性，當(dāng)負(fù)載變化時，它能保持穩(wěn)定的輸出電壓，并且具有較低的紋波，也就是本文中設(shè)計的主要內(nèi)容。說到穩(wěn)壓問題可以追溯到上一個世紀(jì)愛迪生發(fā)明電燈時，就曾考慮過穩(wěn)壓電源。到二十世紀(jì)初，就有了鐵磁穩(wěn)壓電源。電子管問世不久，就有人設(shè)計出電子管直流穩(wěn)壓電源。到四十年代后期，電子器件與磁飽和元件相結(jié)合，構(gòu)成了電子控制的磁飽和交流穩(wěn)壓電源，至今還在應(yīng)用。五十年代，晶體管的誕生使晶體管串聯(lián)調(diào)整穩(wěn)壓電源成了穩(wěn)壓電源的核心。隨著集成電路的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，使電子設(shè)備體積日益減小，裝機密度不斷提高，規(guī)模容量不斷增大，使得穩(wěn)壓電源的大部分元器件都集成在一塊硅基片上的集成穩(wěn)壓電源也不斷發(fā)展。本文論述的電源為集成穩(wěn)壓電源。電源技術(shù)對科學(xué)技術(shù)及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有明顯地促進作用，世界各國都很重視這一技術(shù)的發(fā)展。我國的電源技術(shù)緊跟國際先進水平，近十多年來已有長足的進步。本文的所述設(shè)計在傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電源的基礎(chǔ)上，增加語音播報系統(tǒng)電路，并采用LCD顯示電路代替?zhèn)鹘y(tǒng)的LED顯示方式等也為本次設(shè)計的重點。

第一章系統(tǒng)要求與方案選擇1.1概述現(xiàn)代應(yīng)用的穩(wěn)壓電源的種類比較多，分類方式也很多按穩(wěn)定對象分有交流穩(wěn)壓電源和直流穩(wěn)壓電源。是交流還是直流要看穩(wěn)壓電源的輸出電壓是交流還是直流。按穩(wěn)定方式分，有參數(shù)穩(wěn)壓電源和反饋調(diào)整穩(wěn)壓電源。參數(shù)穩(wěn)壓電源電路簡單，利用元件的非線性實現(xiàn)穩(wěn)壓，結(jié)構(gòu)也簡單。比如，用一只電阻和一只硅穩(wěn)壓管就能構(gòu)成參數(shù)穩(wěn)壓電源。反饋調(diào)整型穩(wěn)壓電源是一個負(fù)反饋閉環(huán)自動調(diào)整系統(tǒng)，它根據(jù)穩(wěn)壓電源的輸出電壓的變化量，經(jīng)過取樣、比較放大、再反饋給控制調(diào)整元件，使輸出電壓得到補償而趨于原值，從而達到穩(wěn)定。此電路較復(fù)雜，但穩(wěn)定度高。本文中采用后者為核心進行設(shè)計。按穩(wěn)壓電源的調(diào)整元件與負(fù)載的聯(lián)接方式來分類，可以分為并聯(lián)穩(wěn)壓電源和串聯(lián)穩(wěn)壓電源兩種。調(diào)整元件與負(fù)載并聯(lián)的叫并聯(lián)穩(wěn)壓電源或分流穩(wěn)壓電源，它通過改變調(diào)整管元件流過的電流的多少來適應(yīng)輸入電網(wǎng)電壓的變化及負(fù)載電流的變化，以保持輸出電壓的穩(wěn)定。這種穩(wěn)壓電源效率較低，只有某些專用場合才適用。調(diào)整元件與負(fù)載串聯(lián)的穩(wěn)壓電源叫做串聯(lián)穩(wěn)壓電源。在這種穩(wěn)壓電源中，調(diào)整元件串聯(lián)在輸入端和輸出端之間，輸出電壓就依靠調(diào)整元件改變自身的等效電阻來維持恒定。本文設(shè)計采用串聯(lián)穩(wěn)壓電源方式。按調(diào)整元件的工作狀態(tài)分，有線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源。所謂線性穩(wěn)壓，就是其調(diào)整管工作在線性放大區(qū)。這種穩(wěn)壓電源的主要優(yōu)點是調(diào)壓范圍寬、穩(wěn)定度高，但變換效率低；開關(guān)穩(wěn)壓電源的調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，主要的優(yōu)越性就是變換效率高，可達70%至95%。本文設(shè)計采用前者設(shè)計方法。線性穩(wěn)壓電源具有穩(wěn)定度高，可靠性好，成本低等優(yōu)點，但有效率低，笨重，體積較大等缺點，適用于中、小功率和對電性能指標(biāo)要求比較高的場合。例如在科研和教學(xué)實驗室，計量室作為可調(diào)電源或基準(zhǔn)電源使用。近十多年來制成集成穩(wěn)壓模塊，品種規(guī)格較多，便于使用，價格便宜，從而受到歡迎但線性穩(wěn)壓電源的致命弱點是效率低，尤其是寬范圍可調(diào)輸出電源，在輸出低電壓時，效率僅達10%。如何提高效率是本文設(shè)計的難點，提高電壓穩(wěn)定度是本次設(shè)計重點。衡量一臺穩(wěn)壓電源的好壞，一方面要從功能角度來看，即容量大小(輸出電壓和輸出電流)、調(diào)節(jié)范圍大小、效率高低等，人們稱其為使用指標(biāo)或性能指標(biāo);另一方面要從外觀、形狀、體積、重量等直觀形象來看，這些稱為電氣指標(biāo);更重要的是要看它的質(zhì)量高低，即輸出電壓的穩(wěn)定度等，一般稱為質(zhì)量指標(biāo)。下面重點介紹質(zhì)量指標(biāo)。（1）描述輸入交流電壓變化對輸出電壓影響的技術(shù)指標(biāo)=1\*GB3①穩(wěn)壓系數(shù)穩(wěn)壓系數(shù)有絕對穩(wěn)壓系數(shù)和相對穩(wěn)壓系數(shù)兩種。絕對穩(wěn)壓系數(shù)表示負(fù)載不變而輸入交流電壓變化時，穩(wěn)壓電源輸出直流電壓變化量△UO與輸入交流電壓變化量△Ui之比，數(shù)值越小表明輸出電壓就越穩(wěn)定。這種表示方法在工程中常常用到。相對穩(wěn)壓系數(shù)表示負(fù)載不變時，穩(wěn)壓電源輸出直流電壓UO的相對變化量△UO/UO與輸入交流電壓U，的相對變化量△Ui/UO之比。=2\*GB3②電壓調(diào)整率電壓調(diào)整率表示負(fù)載電流為額定值時輸入交流電壓在額定值上下變化士10%時，穩(wěn)壓電源輸出電壓的相對變化量(百分?jǐn)?shù))一般直流穩(wěn)壓電源的電壓調(diào)整率為1%，0.1%，0.01%等。有的也可以用絕對值表示。（2）負(fù)載調(diào)整率(也稱電流調(diào)整率)在交流電源額定電壓的條件下，負(fù)載電流從零變化到最大時，輸出電壓的最大相對變化量。（3）紋波電壓(現(xiàn)稱周期和隨機漂移，用PARD表示)=1\*GB3①最大紋波電壓在額定輸出電壓和額定輸出電流條件下，輸出紋波(包括噪聲)電壓的絕對值大小，通常以峰值或有效值表示。（4）溫度漂移和溫度系數(shù)環(huán)境溫度的變化會影響元器件參數(shù)的變化，從而引起穩(wěn)壓電源輸出電壓的變化，稱為溫度漂移。常用溫度系數(shù)表示溫度漂移的大小，溫度每變化1oC所引起輸出電壓值的變化△Uot稱為絕對溫度系數(shù)，單位是V/oC或mV/oC。溫度每變化1oC所引起的輸出電壓相對變化△Uor/Uot稱為相對溫度系數(shù)，單位是%/oC。（5）漂移穩(wěn)壓電源在輸入電壓、負(fù)載電流和環(huán)境溫度保持一定的情況下，經(jīng)過一定的工作時間后元器件參數(shù)的不穩(wěn)定也會造成輸出電壓的變化，慢變化叫做漂移，快變化叫噪聲。在一般使用中只考慮漂移就可以了。表示漂移的方法有兩種，一種是用指定時間內(nèi)輸出電壓值的變化△Uo來表示；另一種是用指定時間內(nèi)輸出電壓的相對變化△Uot/Uo、來表示?？疾炱茣r間可以定為1分鐘、10分鐘、1小時、8小時或更長。1.2系統(tǒng)要求此次設(shè)計的直流穩(wěn)壓源要求如下：（1）將220V，50Hz交流電進行轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定輸出直流電壓；（2）輸出的穩(wěn)定直流電壓步進可調(diào)，電壓紋波盡量小；（3）利用單片機作為控制芯片；（4）穩(wěn)定度高，轉(zhuǎn)換效率高，抗干擾性強。1.3方案選擇1.2.1開關(guān)穩(wěn)壓電源開關(guān)穩(wěn)壓電源是調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，通過改變開關(guān)管的導(dǎo)通時間來得到穩(wěn)定的電壓輸出。由于開關(guān)頻率較高，甩掉了工頻變壓器和低通濾波器，從而達到減小整機體積重量，提高工作效率的目的。開關(guān)電源以其高效率、輕重量、小體積等優(yōu)點，逐步取代傳統(tǒng)的線性電源。近十年來年由于功率半導(dǎo)體器件的迅速發(fā)展，使開關(guān)電源的應(yīng)用越來越廣泛。開關(guān)電源的發(fā)展從來都是與半導(dǎo)體器件以及磁性元件等的發(fā)展休戚相關(guān)的。高頻化的實現(xiàn)，需要相應(yīng)的高速半導(dǎo)體器件和性能優(yōu)良的高頻電磁元件。我國在60年代開始研制，至今在開關(guān)頻率和單機功率等方面都獲得了較快的發(fā)展。輸入電源主要為直流和工頻交流，輸出多為直流，高頻變換器是中間環(huán)節(jié)，有多種電路形式和控制方式，在航空航天、計算機、通訊、醫(yī)療儀器等許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。開關(guān)穩(wěn)壓電源的控制電路一般采用“電壓-脈沖寬度調(diào)制器”。開關(guān)頻率Fk的選擇對開關(guān)穩(wěn)壓器的性能影響也很大。Fk越高，需要使用的L、C值越小。這樣，系統(tǒng)的尺寸和重量將會減小，成本隨之降低。另一方面，開關(guān)頻率的增加將會使開關(guān)調(diào)整管單位時間轉(zhuǎn)換次數(shù)增加。使開關(guān)調(diào)整管的功耗增加，而效率降低。目前，隨著開關(guān)BJT、電容、電感材料、工藝性能的改進，F(xiàn)k可提高到15KHz至500KHz以上。1.2.2線性穩(wěn)壓電源線性直流電源是調(diào)整元件工作在放大區(qū)域的電源。通過改變調(diào)整元件的控制信號強弱來調(diào)節(jié)其等效電阻大小，從而穩(wěn)定輸出的電壓或者電流。穩(wěn)定輸出電壓的稱之穩(wěn)壓電源。目前線性直流電源朝著多功能、高效率、高性能、集成化發(fā)展，采用CAD、新穎元器件及新穎電路形式。線性穩(wěn)壓電源有笨重，體積較大等缺點，其致命弱點是效率低，尤其是寬范圍可調(diào)輸出電源，在輸出低電壓時，效率僅達10%?，F(xiàn)在可以看到這類電源大都采用可控和開關(guān)電源作預(yù)穩(wěn)壓，限制調(diào)整管的Uce，即限制調(diào)整管的功耗，以提高其效率。但線性穩(wěn)壓電源具有穩(wěn)定度高，可靠性好，成本低等優(yōu)點，適用于中、小功率和對電性能指標(biāo)要求比較高的場合。例如在科研和教學(xué)實驗室，計量室作為可調(diào)電源或基準(zhǔn)電源使用。近十多年來多制成集成穩(wěn)壓模塊，品種規(guī)格較多，便于使用，價格便宜，從而受到歡迎。尤其集成穩(wěn)壓電源使用方便，性能優(yōu)越。尤其三端穩(wěn)壓電源78系列正電源、79系列負(fù)電源己成世界各國大半導(dǎo)體廠基本產(chǎn)品。目前廣泛使用的輸出電分類有L(0.1A)、M(0.5A)、C(1.5A)，還發(fā)展大電流產(chǎn)品T(3A)、H(5A)和P(10A)[1]。1.4最終方案考慮到設(shè)計要求與我現(xiàn)有的設(shè)計能力，最終采用線性穩(wěn)壓電源的設(shè)計方案。其主要用于實驗教學(xué)及中、小功率和對電性能指標(biāo)要求比較高的場合。根據(jù)穩(wěn)壓電源的調(diào)整元件與負(fù)載的聯(lián)接方式——并聯(lián)穩(wěn)壓電源和串聯(lián)穩(wěn)壓電源，采用串聯(lián)穩(wěn)壓電源方式。在傳統(tǒng)穩(wěn)壓設(shè)計下，為增強人機界面功能，所以擴展外接矩陣式鍵盤、LCD顯示、及語音播報功能。

第二章系統(tǒng)的硬件設(shè)計2.1系統(tǒng)的總體框圖與基本原理2.1.1系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)分為兩種：一種是特性指標(biāo)，包括允許的輸入電壓、輸出電壓、輸出電流及輸出電壓調(diào)節(jié)范圍等；另一種是質(zhì)量指標(biāo)，用來衡量輸出直流電壓的穩(wěn)定程度，包括穩(wěn)壓系數(shù)、輸出電阻、溫度系數(shù)及紋波電壓等。本文所述電源是主要用于實驗和檢測需求而設(shè)計的直流穩(wěn)壓電源。因試驗中的設(shè)備不盡相同，所需的電壓因此就有所不同。為了能滿足多數(shù)實驗設(shè)備用電需求及對電源穩(wěn)定的高要求，則需要的直流穩(wěn)壓電源具有電壓調(diào)整范圍寬，且連續(xù)可調(diào)，穩(wěn)定度高，可靠性好等特點。其主要性能指標(biāo)如下：輸入電壓：交流50Hz，220V輸出電壓：直流0V至20V步進可調(diào)最小步進值：5mV輸出最大電流：2A保護功能：具有過流保護顯示功能：能顯示輸出電壓語音功能：能夠播報當(dāng)前電壓設(shè)定電壓功能：通過鍵盤設(shè)定所需電壓2.1.2原理框圖原理框圖如圖2-1所示。鍵盤電路220V交流電變壓整流鍵盤電路220V交流電變壓整流濾波反饋穩(wěn)壓及保護電路輸出采樣AT89S51D/A轉(zhuǎn)換電路A/D轉(zhuǎn)換電路語音電路顯示電路穩(wěn)壓圖2-1系統(tǒng)原理框圖2.1.3系統(tǒng)整體設(shè)計如圖2-1所示，在滿足設(shè)計要求下，需要設(shè)計供電電路將220V、50Hz交流電轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定直流電給單片機、LCD、語音芯片、D/A芯片、A/D芯片、鎖存器和比較放大器供電。控制芯片AT89S51及其外設(shè)電路（鍵盤，顯示，語音）提供方便的人機界面和控制輸出電壓的大小。其中D/A轉(zhuǎn)換、運算放大、電壓調(diào)整及過流保護電路為穩(wěn)定電壓并保護系統(tǒng)之用。A/D轉(zhuǎn)換用于實時采樣輸出電壓更新LCD的顯示電壓。2.1.4系統(tǒng)工作原理系統(tǒng)由主電路和控制電路組成。主電路包括供電電路、線性串聯(lián)負(fù)反饋穩(wěn)壓電路?？刂齐娐芬訟T89S51為核心，包括電壓采集電路和過流檢測電路。在主電路中，供電電路為系統(tǒng)的輸入端，主要作用是將來自電網(wǎng)的220V、50Hz的交流電整流轉(zhuǎn)換成全波直流穩(wěn)定電壓；串聯(lián)穩(wěn)壓電路采用具有反饋放大器的形式將預(yù)設(shè)電壓進一步穩(wěn)壓后輸出穩(wěn)定的直流電壓(0V至20V)。本系統(tǒng)的穩(wěn)壓調(diào)節(jié)采用閉環(huán)負(fù)反饋調(diào)節(jié)。線性串聯(lián)穩(wěn)壓由線性串聯(lián)穩(wěn)壓電路完成，它采用具有放大器的線性串聯(lián)穩(wěn)壓電路，既可以穩(wěn)定輸入電壓變化引起輸出電壓的變化，也可以穩(wěn)定負(fù)載變化引起的輸出電壓的變化，當(dāng)輸入電壓或負(fù)載發(fā)生變化引起輸出電壓增大或減小時，采樣反饋電路將變化了的輸出電壓采樣后送到比較放大電路與基準(zhǔn)電壓比較,比較的差值經(jīng)放大電路放大加到線性串聯(lián)穩(wěn)壓電路中的調(diào)整管上，引起調(diào)整管的基極電壓的增大或減小，調(diào)整管基極電壓的變化又引起調(diào)整管的電流發(fā)生變化，此電流的變化使調(diào)整管集一射極等效電阻增大或減小，使串聯(lián)穩(wěn)壓電路輸出電壓減小或增大，使系統(tǒng)增大或減小了的輸出電壓得到調(diào)整，令變化了的輸出電壓得到穩(wěn)定。本系統(tǒng)的最大過流保護動作電流在2A，可滿足不同負(fù)載的要求。過流保護通過調(diào)整管的開關(guān)特性，D觸發(fā)器和單向可控硅來實現(xiàn)。當(dāng)過流時,調(diào)整管導(dǎo)通,通過D觸發(fā)器觸發(fā)可控硅使調(diào)整管基極接地，電壓輸出為零，達到過流保護的目的。并且并聯(lián)一個發(fā)光二極管，其亮用于表示系統(tǒng)處于過流狀態(tài)，需要對系統(tǒng)進行調(diào)整。在輸出端的采樣，通過A/D轉(zhuǎn)換器送給控制芯AT89S51使其控制LCD的顯示電壓。2.2供電電路2.2.1供電電路供電原理電源是電子設(shè)備的重要部分，其質(zhì)量好壞直接影響著電子設(shè)備的可靠性，而且電子設(shè)備的故障60%來自電源。因此電源越來越受到人們的重視。電子電路及電子設(shè)備對電源最基本的要求就是電源的輸出電壓或輸出電流要穩(wěn)定。因此，筆者對此部分進行了精心的設(shè)計和詳細(xì)的介紹。1．變壓整流電路設(shè)計根據(jù)設(shè)計方案，系統(tǒng)需要穩(wěn)定的正負(fù)直流電壓進行供電，并且為了避免相互干擾模擬器件和數(shù)字器件需要分別供電。而現(xiàn)在較為廣泛的產(chǎn)生方法是用雙輸出繞組中間接地再經(jīng)整流濾波穩(wěn)壓，而得穩(wěn)定的正負(fù)直流電壓;再者是經(jīng)變壓器變壓整流濾波后，再經(jīng)過集成芯片反轉(zhuǎn)電壓來產(chǎn)生負(fù)電壓，比如MC34063芯片，經(jīng)筆者考慮決定采用前者。整流電路，全橋整流電路與半波整流電路相比，在相同變壓器副邊電壓下，對二極管參數(shù)要求是一致的，并且還具有輸出電壓高、變壓器利用率高、脈動低等優(yōu)點，因此得到廣泛的應(yīng)用。所以筆者采用全橋整流方案。首先，將中間抽頭接地的變壓器接入市電，變壓器輸出U0，由于中間抽頭接地上下電壓分別為1/2U0。其次，再將兩個輸出端接全橋整流電路，關(guān)于選取的二極管的參數(shù)：最大反向電壓應(yīng)大于1.1Vh，最大整流平均電流應(yīng)大于1.1Ioav（一般情況下，允許電網(wǎng)電壓有10%的波動），其中Vh為電壓最大瞬時值，Ioav為整流平均電流。變壓器選用12V/5W，因此二極管所承受的最大反向電壓為UMAX=1.11.4146=9.332V，IDAV=1.1Ioav=647mA。所以，選用的二極管參數(shù)都應(yīng)大于上述計算的參數(shù)，才能保證整流橋正常工作。2．濾波電路設(shè)計整流電路的輸出電壓雖然是單一方向的，但是脈動較大，含有較大的諧波成分，不能適用于大多數(shù)電子線路及設(shè)備的需求。因此，一般在整流后，一般還需要濾波電路將脈動的直流電壓變?yōu)槠交闹绷麟妷?。濾波電路有電容濾波，電感濾波及復(fù)合濾波，經(jīng)筆者考慮，采用電容濾波方案。電容濾波原理主要是利用電容的充放電過程，尤其是放電過程中，當(dāng)放電時間系數(shù)足夠大及放電時間足夠長時，濾波后輸出的電壓越平穩(wěn)，并且其平均值也越大。設(shè)計采用在整流電路的輸出端并聯(lián)一個大容量極性電容與一個0.1μF的無極性電容。關(guān)于電容參數(shù)的選擇：一般濾波電容滿足式RLC=(3~5)T/2（T：為電網(wǎng)電壓周期）時，UOAV=1.2Uo。由上已知變壓輸出交流電壓有效值為6V，則可以得出濾波后輸出電壓約為正負(fù)7.2V，滿足后面穩(wěn)壓電路輸入電壓要求。RL=7.2(512)=17.265，計算得C=1738μF~2896μF，因此選取2200μF/25V的極性電容，去耦電容0.1μF/25V[2]。再此，要說下整流二極管的導(dǎo)通角問題。在未加濾波電容之前，無論是哪種整流電路中的二極管均有半個周期處于導(dǎo)通狀態(tài)，即導(dǎo)通角為180°。加濾波電容后，只有當(dāng)電容充電時，二極管才導(dǎo)通，因此，每只二極管導(dǎo)通角都小于180°。而且，RC的值越大，濾波效果越好，導(dǎo)通角越小。由于電容濾波后輸出平均電流將增大，，而二極管導(dǎo)通角卻減小，所以整流二極管在短暫的時間內(nèi)將流過一個很大的沖擊電流為電容充電。對二極管壽命不利，通常選用其最大平均整流電流大于負(fù)載電流的2到3倍。所以選擇2A/20V的整流管。3．穩(wěn)壓電路設(shè)計穩(wěn)壓電路主要應(yīng)用三端穩(wěn)壓塊，這里對其做些簡單介紹。固定三端穩(wěn)壓器主要有78XX、79XX系列固定三端穩(wěn)壓器，輸出電壓有5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V等規(guī)格，最大輸出電流為1.5A。這種穩(wěn)壓器內(nèi)部含有限流保護、過熱保護和過壓保護電路，采用噪聲低、溫度漂移小的基準(zhǔn)電壓源，工作穩(wěn)定可靠。78XX系列三端固定穩(wěn)壓器的1腳為輸入端，2腳接地，3腳為輸出端。79XX系列穩(wěn)壓器除輸入電壓和輸出電壓均為負(fù)值外，其它參數(shù)和特點與78XX系列集成穩(wěn)壓器相同。LM317作為輸出電壓可變的集成三端穩(wěn)壓塊，是一種使用方便、應(yīng)用廣泛的集成穩(wěn)壓塊。首先317穩(wěn)壓塊的輸出電壓變化范圍是Vo＝1.25V至37V,其次是317穩(wěn)壓塊都有一個最小穩(wěn)定工作電流，有的資料稱為最小輸出電流，也有的資料稱為最小泄放電流。最小穩(wěn)定工作電流的值一般為1.5mA，最高為1.5A。沒有注意317穩(wěn)壓塊的最小穩(wěn)定工作電流，那么你制作的穩(wěn)壓電源可能會出現(xiàn)下述不正?，F(xiàn)象：穩(wěn)壓電源輸出的有載電壓和空載電壓差別較大。在應(yīng)用中，為了電路的穩(wěn)定工作，在一般情況下，還需要接二極管作為保護電路，防止電路中的電容放電時的高壓把317燒壞。內(nèi)部設(shè)有短路電流限制，過載保護等功能。輸出電壓Vo=Vref(1+R2R1)+(IadjR2)。其中Vref=1.25V，(IadjR2)相當(dāng)小，在大多數(shù)應(yīng)用中給予忽略。因此,計算得出輸出穩(wěn)定+22V模擬部分電壓。C0用于改進瞬態(tài)響應(yīng)，二極管對輸出進行短路保護，并防止電路中的電容放電時的高壓把317燒壞,此外數(shù)電部分的LM317應(yīng)用也是如此，用于輸出穩(wěn)定+10V數(shù)字部分電壓。其中LM317電路采用德克薩斯儀器公司官方公布的標(biāo)準(zhǔn)電路。LM337是比較常見的降壓型線性穩(wěn)壓器,LM337的輸出電壓范圍是-1.2V至-37V，負(fù)載電流最大為0.5A-5A。它的使用非常簡單，僅需兩個外接電阻來設(shè)置輸出電壓。此外它的線性調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率也比標(biāo)準(zhǔn)的固定穩(wěn)壓器好。LM337內(nèi)置有過載保護、安全區(qū)保護等多種保護電路。通常LM337不需要外接電容,除非輸入濾波電容到LM337輸入端的連線超過6英寸（約15厘米）。使用輸出電容能改變瞬態(tài)響應(yīng)。調(diào)整端使用濾波電容能得到比標(biāo)準(zhǔn)三端穩(wěn)壓器高的多的紋波抑制比。其應(yīng)用與LM317相似，這里不再贅述。三段穩(wěn)壓塊LM7805用于產(chǎn)生穩(wěn)定的+5V電壓，三段穩(wěn)壓塊LM7905用于生產(chǎn)穩(wěn)定的-5V電壓，它們電路簡單，應(yīng)用性強，應(yīng)用與上述芯片大同小異，亦不再敘述，若有興趣可參見相關(guān)資料。這里應(yīng)該一提的是為了避免模電與數(shù)電之間的相互干擾，在模電與數(shù)電穩(wěn)壓源之間采用LC2.2.2供電電路圖供電電路如圖2-2所示。圖2-2供電電路原理圖2.3人機界面電路設(shè)計2.3.1AT89S51簡介AT89S51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含4KB的可系統(tǒng)編程的FLASH只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)8051指令系統(tǒng)及引腳。它集FLASH程序存儲器既可在線編程（ISP）也可用于傳統(tǒng)方法進行編程及通用8位微處理器于單片芯片中，ATMEL公司的功能強大，低價位AT89S51單片機可為你提供許多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。其主要性能應(yīng)用參數(shù)如下：（1）與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容；（2）4k字節(jié)在系統(tǒng)編程FLASH閃速存儲器、1288字節(jié)內(nèi)部RAM；（3）4.0~5.5V的工作電壓范圍、32個可編程I/O口線；（4）2個16位定時/計數(shù)器、6個中斷源；（5）全靜態(tài)工作模式：0HZ~33HZ；（6）看門狗（WDT）及雙數(shù)據(jù)指針；（7）低功耗空閑和掉電模式；（8）三級程序加密鎖、1000次擦寫周期。對于各個口線功能和應(yīng)用這里不再贅述?？梢娎肁T89S51完全滿足設(shè)計需求。

2.3.2人機界面電路設(shè)計1．鍵盤與顯示電路功能介紹鍵盤是由14個按鍵組成的，是單片機最簡單的輸入設(shè)備。操作員通過鍵盤輸入電壓值或?qū)﹄妷哼M行調(diào)整及語音播報當(dāng)前電壓值，實現(xiàn)簡單的人機對話。本文設(shè)計采用44矩陣式鍵盤。接法可參見圖2-3。0~9數(shù)字鍵及小數(shù)點鍵用于設(shè)定調(diào)整電壓；+、-用于步進調(diào)整；聲音鍵用于播報當(dāng)前電壓值。本文設(shè)計采用LCD顯示，用于顯示當(dāng)前電壓。其中LCD選用字符型液晶顯示模塊（16字2行）接法可參見圖2-3。AT89S51的P3.0~P3.7輸出端接LCD的D0~D7口線，用于數(shù)據(jù)輸入。LCD的VDD接+5V數(shù)字電壓，VSS接數(shù)字地，RS、RW、E口線分別接P2.5~P2.7接口。對于單片機的復(fù)位與時鐘電路做簡單介紹。本文采用內(nèi)部時鐘方式。在單片機內(nèi)部有一振蕩電路，只要在單片機的XTAL1和XTAL2引腳外接石英晶體就構(gòu)成了自激震蕩器并在單片機內(nèi)部產(chǎn)生時鐘脈沖信號。圖中電容器的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振，采用30pF電容，晶振采用12MHz。對于單片機采用上電與按鍵復(fù)位方式，參數(shù)如圖2-3所示，原理這里不再贅述。2．鍵盤與顯示電路設(shè)計原理圖AT89S51與LCD顯示、鍵盤接法如圖2-3所示。圖2-3(a)人機界面電路圖圖2-3(b)人機界面電路圖3．語音ISD1420電路原理與使用方法語音電路設(shè)計亦是本文設(shè)計的重點。語音電路的作用是向用戶播報當(dāng)前電壓。語音電路所選用的芯片必須具備三種功能：分段錄音、放音、可尋址。根據(jù)這些功能要求，本系統(tǒng)選用美國ISD公司的ISD1420作為語音電路的核心芯片。ISD1420錄音電路通過開關(guān)控制錄音控制端REC和地址線A0~A7,放音電路通過AT89S51的P1.6口控制PLAYER放音。電源（VCCA、VCCD）芯片內(nèi)部的模擬和數(shù)字電路使用不同的電源總線，并且分別引到外封裝上，以使噪聲最小。模擬和數(shù)字電源分別走線，連接模擬和數(shù)字+5V電源。地線（VSSA、VSSD）芯片內(nèi)部的模擬和數(shù)字電路也使用不同的地線。錄音(REC)低電平有效。只要REC變低，芯片即開始錄音。錄音期間，REC必須保持為低。REC變高或內(nèi)存錄滿后，錄音周期結(jié)束，芯片自動寫入一個信息結(jié)束標(biāo)志，使以后的重放操作可及時停止，之后芯片自動進入節(jié)點模式。電平觸發(fā)放音（PLAYE）此端出現(xiàn)下降沿時，芯片開始放音，放音持續(xù)到該端回到高電平、遇到EOM標(biāo)志或內(nèi)存結(jié)束。放音結(jié)束后芯片自動進入節(jié)點狀態(tài)。錄音指示（RECLED）處于錄音狀態(tài)時，此端為低，可驅(qū)動LED。此外，放音遇到EOM標(biāo)志時，此端輸出低電平脈沖。話筒輸入（MIC）此端通至片內(nèi)前置放大器。片內(nèi)自動增益控制電路（AGC）將前置增益控制在-15~24dB，外接話筒應(yīng)通過串聯(lián)電容耦合到此端。耦合電容值和此端的10K輸入阻抗決定芯片頻帶截止點。話筒參考（MICREF）是前置放大器的方向輸入。當(dāng)以差分形式連接話筒時，可以減少噪聲，提高共模抑制比。自動增益控制AGC動態(tài)調(diào)節(jié)器調(diào)整前置增益以補償話筒輸入電平的寬幅變化，使得錄音音量變化很大的聲音時，失真都能保持最小。響音時間取決于此端5K輸入阻抗和外接的對地電容的時間常數(shù)。470K和4.7μF的標(biāo)稱值在絕大多數(shù)場合下可獲得滿意的效果。模擬輸出（ANAOUT）前置放大器輸出，前置電壓增益取決于AGC端的電平。模擬輸入（ANAIN）此端即芯片錄音的輸入信號。對話筒輸入來說，ANAOUT端應(yīng)通過外接電容連接至此端。該電容和此端的3K輸入阻抗給出了芯片頻帶的附加低端截止頻率。其他音源可通過交流耦合直接連接此端。揚聲器輸出（SP+、SP-）這對輸出端能驅(qū)動16以上揚聲器。單端使用時，必須在輸出端和揚聲器之間接耦合電容，而雙端輸出既不用電容又能將功率提高4倍。錄音時，他們都呈現(xiàn)高阻態(tài)；在節(jié)點模式下，他們保持為低電平。外部時鐘（XCLK）此端內(nèi)部有下拉元件，不用時應(yīng)接地，若要要求更高精度或系統(tǒng)同步，可從此端輸入外部時鐘。由于內(nèi)部的防混淆及平滑濾波器已設(shè)定，時鐘頻率不應(yīng)改變。輸入時鐘的占空比無關(guān)緊要，因為內(nèi)部首先進行了分頻。地址（A0~A7）地址端有兩個作用，取決于最高兩位A7、A6的狀態(tài)。當(dāng)A7或A6有一個為0時，所有輸入均釋放為地址位，作為當(dāng)前錄放操作的起始地址[3]。ISD1420錄音時間可達20s，通過對A0~A7輸入不同的地址可以選擇不同的錄音段，播放時對A0~A7輸入不同的地址便可以播放相應(yīng)單元里的聲音。輸入地址有效范圍為00000000~10011111，這表明最多可以劃分160個存儲單元，向不同的單元里輸入不同的詞素，播放時連續(xù)輸入不同的地址便可以組合成不同的語音。本設(shè)計將其分為19段，分別放入不同詞素有：當(dāng)、前、電、壓、為、0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、點、伏。4.語音ISD1420電路原理圖電路如圖2-4所示。圖2-4語音電路圖

2.4D/A轉(zhuǎn)換電路及其與單片機接口2.4.1D/A轉(zhuǎn)換器的選擇D/A轉(zhuǎn)換器是一種把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號的器件。在此設(shè)計中，主要是將AT89S51輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)化成模擬電壓量對輸出電壓進行調(diào)整。D/A轉(zhuǎn)換器常用的性能指標(biāo)如下：（1）分辨率，指輸入數(shù)字量的最低有效位（LSB）發(fā)生變化時，所對應(yīng)的輸出模擬量（常為電壓）的變化量。它反映了輸出模擬量的最小變化值。（2）線性度，實際轉(zhuǎn)換特性曲線與理想直線特性之間的最大偏差。（3）絕對精度，指在整個刻度范圍內(nèi)，任一輸入數(shù)碼所對應(yīng)的模擬量實際輸出值與理論值之間的最大偏差。（4）建立時間，指輸入的數(shù)字量發(fā)生滿刻度變化時，輸出模擬信號達到滿刻度值的1/2LSB所需時間。由于本次設(shè)計要求輸出電壓變化范圍為0~20V，最小分辨率為5mV，因此選用12位的DAC轉(zhuǎn)換器，可滿足要求；也就是說，該DAC的轉(zhuǎn)換分辨率為20/（212-1）=4.9mV，即單片機輸出給DAC的數(shù)據(jù)變化1Bit時，DAC輸出電壓為4.9mV。經(jīng)筆者考慮選用DAC1208作為轉(zhuǎn)換芯片。2.4.2D/A轉(zhuǎn)換電路原理與應(yīng)用首先有必要說下DAC1208各個口線的功能。VCC為電源輸入引腳，+5V~+15V；DGND、AGND分別為數(shù)字地和模擬地；RFB為芯片內(nèi)部反饋電阻引腳；VREF為基準(zhǔn)電壓輸入端，可在-10V~+10V內(nèi)調(diào)節(jié)；CS為片選，低電平有效；WR1/WR2為寫信號1、2，輸入低電平有效；ILE允許鎖存信號，輸入高電平有效；XFER為數(shù)據(jù)傳送控制信號，低電平有效；DI0~DI7為數(shù)字量數(shù)據(jù)輸入端；IOUT1、IOUT2為電流輸出引腳。本次設(shè)計采用偏移二進制碼實現(xiàn)DAC雙極性輸出。所謂偏移二進制碼，就是將2的補碼的符號位取反，就得到偏移二進制碼。則輸出就由VD引起的VOUTD和由VREF經(jīng)運放放大得到的VOUTR組成。Vout=-(Voutd+Voutr)=(D-2N-1)Vref/2n-1，將待轉(zhuǎn)換的數(shù)字偏移二進制碼代替上式中的D，就可以求出雙極性輸出Vout。以本次設(shè)計為例，其中Vref=10V,U1=-Vref(D10)/4096,D為數(shù)字輸入信號。當(dāng)D從0～4096變化時，就把第一個UA741的輸出轉(zhuǎn)換成0～-10V的電壓，然后經(jīng)下一個UA741反向放大2倍，得到輸出電壓為0～20V，其中R1=15k,，R2、3=7.5k。若輸入數(shù)字量為4095那么按上述算出：U1=-(VREF-VREF/4096)=-(10-10/4096)=-(10V-2.45mV)。再經(jīng)反向放大二倍?？梢妴纹瑱C給DAC的數(shù)據(jù)變換1BIT時，最小步進5mV，滿足設(shè)計要求。需要說下的是由于運放內(nèi)部晶體管的極間電容和其他寄生參數(shù)的影響，很容易產(chǎn)生自激振蕩。為使放大器能穩(wěn)定的工作，就需要外加一定的頻率補償網(wǎng)絡(luò)來破壞產(chǎn)生自激震蕩的條件，以消除自激震蕩。另外，為防止通過電源內(nèi)阻造成低頻振蕩或高頻振蕩，通常在運放電源的供電端對地分別加入一個電解電容和一個高頻濾波電容[4]。

2.4.3D/A轉(zhuǎn)換電路與單片機接口電路圖D/A轉(zhuǎn)換電路與單片機接口電路圖如圖2-5所示。圖2-5D/A轉(zhuǎn)換與單片機接口電路圖2.5A/D轉(zhuǎn)換電路及其與單片機接口2.5.1A/D轉(zhuǎn)換器的選擇將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的器件稱為模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）。A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)如下：（1）分辨率，指輸出數(shù)字量變化一個相鄰數(shù)碼所需輸入模擬電壓的變化量。（2）量化誤差，ADC把模擬量變?yōu)閿?shù)字量，用數(shù)字量近似表示模擬量，這個過程稱為量化。量化誤差是ADC的有限位數(shù)對模擬量進行量化而引起的誤差。分辨率高的A/D轉(zhuǎn)化器具有較小的量化誤差。（3）偏移誤差，指輸入信號為零時，輸出信號不為零的值，所以有時候又稱為零值誤差。（4）滿刻度誤差，指滿刻度輸出數(shù)碼所對應(yīng)的實際輸入電壓與理想輸入電壓之差。（5）線性度，指轉(zhuǎn)換器實際的轉(zhuǎn)換特性與理想直線的最大偏差。（6）轉(zhuǎn)換速率，指能夠重復(fù)進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的速度，即每秒轉(zhuǎn)換的次數(shù)。根據(jù)本次設(shè)計中A/D轉(zhuǎn)換的目（將在2.5.2中介紹）的和在滿足設(shè)計要求下，筆者最終決定采用ICL7109芯片。ICL7109為雙積分型模數(shù)轉(zhuǎn)換器，12位輸出。積分型A/D的抗干擾性優(yōu)于逐次比較型A/D(如ADC0809)這是決定筆者采用ICL7109的關(guān)鍵因素。在該系統(tǒng)中使用ICL7109保證了對采集入的變量的準(zhǔn)確量化。本題中測試范圍為0V~20V，電壓的最小分辨率為5mV。這樣，整個系統(tǒng)的電壓采用點數(shù)為20×200=4000。8位A/D分辨率為1/256不能滿足要求，采用一般12位A/D，分辨率為1/4096，可以滿足要求。積分型A/D的缺點是轉(zhuǎn)換時間長，ICL7109的最大轉(zhuǎn)換次數(shù)為30次/秒。在數(shù)字控制系統(tǒng)中，采樣周期的選擇與系統(tǒng)的穩(wěn)定性密切相關(guān)，在穩(wěn)定條件下，采樣頻率fs應(yīng)為系統(tǒng)最高頻率的兩倍，即按照采樣定理，應(yīng)該有fs≥2fmax。但采樣周期也不應(yīng)該過小，這里ICL71092.5.2A/D轉(zhuǎn)換電路應(yīng)用這里應(yīng)用A/D轉(zhuǎn)換電路為了將調(diào)整后的輸出模擬電壓量采樣后，通過A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，輸入給單片機來顯示電壓值。關(guān)于電路的接法取自德克薩斯公司（TI）的ICL7109典型應(yīng)用電路。對于各引腳功能請參考相關(guān)文獻。本系統(tǒng)采用直接接口方式，7109的MODE端接地，使7109工作于直接輸出方式。振蕩器選擇端(即OS端，24腳)接地，則7109的時鐘振蕩器以晶體振蕩器工作，內(nèi)部時鐘等于58分頻后的振蕩器頻率，外接晶體為6MHz，則時鐘頻率=6MHz/58=103kHz。積分時間=2048×?xí)r間周期=20ms，與50Hz電源周期相同。積分時間為電源周期的整數(shù)倍，可抑制50Hz的串模干擾。在模擬輸入信號較小時，如0v～0.5v時，自動調(diào)零電容可選比積分電容CINT大一倍，以減小噪聲，CAZ的值越大，噪聲越小，如果CINT選為0.15μF，則CAZ=2CINT=0.33μF。2.5.3A/D轉(zhuǎn)換電路及其與單片機接口電路圖A/D轉(zhuǎn)換電路及其與單片機接口電路如圖2-6所示。圖2-6A/D轉(zhuǎn)換與單片機接口電路圖2.6反饋穩(wěn)壓及保護電路2.6.1串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路工作原理電路原理圖可見圖2-7，圖中調(diào)整管采用復(fù)合管形式，NE5532為比較放大器、D/A輸入為基準(zhǔn)電壓、它由單片機輸出數(shù)字量經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換得到，R1、R2組成反饋網(wǎng)絡(luò)，是用來反映輸出電壓變化的取樣環(huán)節(jié)。此穩(wěn)壓電路的主回路是起調(diào)整作用的復(fù)合管與負(fù)載串聯(lián)，故稱為串聯(lián)式穩(wěn)壓電路。輸出電壓的變化量由反饋網(wǎng)絡(luò)取樣經(jīng)放大電路放大后去控制調(diào)整管的c-e級電壓，從而達到穩(wěn)壓輸出Vo的目的[5]。對于圖2-7來說，采樣比較放大電路由NE5532、R1和R2組成，其中R1=1k,R2=49k,使得R1/R2=1/49，即當(dāng)輸出電壓存在ΔUout=5mV時，ΔUa=4.9mV，由于DAC1208是12位的D/A轉(zhuǎn)換器,故有4095步進，這與DAC的輸出（20V/4095=4.9mV=1LSB）變化一致。當(dāng)單片機控制DAC變化1LSB時,其對應(yīng)Ua的變化為4.9mV，故Uout的可調(diào)變化量為5mV。NE5532和Q1、Q2及取樣電路構(gòu)成負(fù)反饋用以實現(xiàn)穩(wěn)壓和電壓調(diào)節(jié)輸出。放大器輸入電源接電容用于消振。2.6.2保護電路工作原理在設(shè)計中利用了雙D觸發(fā)器CD4013，這里先簡略介紹一下它。CD4013由兩個相同的、相互獨立的數(shù)據(jù)型觸發(fā)器構(gòu)成。每個觸發(fā)器有獨立的數(shù)據(jù)、置位、復(fù)位、時鐘輸入和及輸出，此器件可用作移位寄存器，且通過將輸出連接到數(shù)據(jù)輸入，可用作計算器和觸發(fā)器。在時鐘上升沿觸發(fā)時，加在D輸入端的邏輯電平傳送到輸出端。其真值表如下：圖2-1CD4013真值表CL上升沿00001上升沿10010下降沿忽略00Q忽略忽略1001忽略忽略0110忽略忽略1111對于用到的單向可控硅SCR相當(dāng)于可以控制的二極管，當(dāng)控制極加一定的電壓時，陰極和陽極就導(dǎo)通了。過流保護電路由R5、Q3、D觸發(fā)器CD4013和可控硅SCR完成,R5=0.35為過流檢測電阻。當(dāng)電流超過2A時,R2兩端的壓降使Q3導(dǎo)通,通過CD4013觸發(fā)可控硅使調(diào)整管基極接地,電壓輸出為零，達到過流保護的目的。發(fā)光二極管點亮，表示系統(tǒng)已經(jīng)進入過流保護狀態(tài)。開關(guān)K為保護解除開關(guān),當(dāng)發(fā)生過流保護時，開關(guān)K閉合再打開,可使電源恢復(fù)工作。2.6.3串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路及保護電路串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路與保護電路如圖2-7所示。圖2-7穩(wěn)壓電路與保護電路

第三章系統(tǒng)的軟件設(shè)計3.1系統(tǒng)軟件流程3.1.1系統(tǒng)流程圖開始系統(tǒng)初始化讀取保存的電壓值是否有鍵按下？讀鍵開始系統(tǒng)初始化讀取保存的電壓值是否有鍵按下？讀鍵D/A轉(zhuǎn)換控制輸出電壓采樣輸出電壓輸出電壓是否與輸入電壓相等？顯示電壓值調(diào)整輸出電壓YNYN圖3-1系統(tǒng)流程圖

3.1.2系統(tǒng)軟件流程首先對系統(tǒng)進行初始化，讀取預(yù)存儲的電壓值，本次設(shè)計中預(yù)存儲電壓值為10V，并將其發(fā)送給LCD顯示電壓值；之后在判斷是否有鍵按下，當(dāng)有鍵盤有按鍵按下時，接收來自鍵盤的電壓輸入值，并通過D/A把輸入的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬電壓值，控制輸出電壓的大小。然后采樣輸出電壓的大小，并與輸入電壓值進行比較放大，由電壓調(diào)整電路調(diào)整輸出電壓的大小，直到輸出電壓與輸入電壓相等。A/D采樣輸出電壓并進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，通過LCD顯示更新的電壓值。3.2軟件設(shè)計3.2.1鍵盤的軟件設(shè)計鍵盤是一個簡單的開關(guān)。當(dāng)按鍵按下時，相當(dāng)于開關(guān)閉合；當(dāng)按鍵松開時，相當(dāng)于開關(guān)斷開。按鍵在閉合和斷開時，觸電會存在抖動現(xiàn)象。按鍵的抖動時間一般為5ms~10ms，消除辦發(fā)為軟件延時10ms的方法，即當(dāng)單片機檢測到有按鍵按下時先延時10ms，然后再檢測按鍵狀態(tài)，若仍閉合狀態(tài)則認(rèn)為真正有按鍵按下。當(dāng)檢測到按鍵釋放時，也需要同樣處理。當(dāng)鍵盤上某一鍵閉合時，該鍵所對應(yīng)的行線與列線短路。此時該行線的電平將由被短接的列線電平?jīng)Q定所決定。因此，可以采用以下方法完成是否有按鍵按下及按下的是哪一個鍵。首先，判斷有無按鍵按下。將行線接至AT89S51的P1.4~P1.7的輸入口，列線接至AT89S51的P1.0~P1.3輸出口，使所有的列線為低電平，然后讀取行線狀態(tài)。若行線均為高電平，則沒有按鍵按下；若讀出的行線狀態(tài)不全為高電平，則可以判斷有鍵按下。例如，先讓按鍵7、4、1所在列為低電平，其余列線為高電平，再讀行線狀態(tài)，如行線狀態(tài)不全為“1”，則說明有鍵按下，否則不再該列。然后，依次類推列線，判斷其它列是否有按鍵按下。最后進行鍵處理，是根據(jù)所按鍵散轉(zhuǎn)進入相應(yīng)的功能程序。為了散轉(zhuǎn)的方便，通常應(yīng)先得到按下鍵的建號。鍵號是鍵盤的每個鍵的編號，可以為十進制或十六進制。鍵號=所在行鍵盤列數(shù)+所在列號根據(jù)鍵號就可以方便地通過散轉(zhuǎn)進入相應(yīng)鍵的功能程序。鍵盤子程序流程圖如圖3-2。按鍵按鍵數(shù)字鍵步進鍵聲音鍵設(shè)定電壓調(diào)整電壓播報電壓圖3-2鍵盤子程序流程圖

3.2.2顯示的軟件設(shè)計本次設(shè)計中LCD與單片機接口為間接訪問方式。間接訪問方式是指把LCD顯示模塊作為外設(shè)接在并行接口上，通過對并行接口的操作間接控制液晶顯示模塊。LCD的數(shù)據(jù)總線與AT89S51的P1口相連，用P2.5~P2.7口做其控制總線，P2.5接接RS，P2.6接R/W，P2.5作使能信號E。在寫操作時，先設(shè)置RS和R/W狀態(tài)，再設(shè)置數(shù)據(jù)，然后產(chǎn)生E使能信號脈沖（下降沿有效），最后復(fù)位RS、R/W狀態(tài)。在讀操作時，先設(shè)置RS和R/W狀態(tài)，在設(shè)置E使能信號為高電平，就可以從數(shù)據(jù)口讀出數(shù)據(jù)，然后將E使能信號設(shè)置成低電平，最后復(fù)位RS和R/W狀態(tài)。LCD子程序流程圖如圖3-3。循環(huán)輸出電壓值將光標(biāo)移到第二行第一列輸出“HAERBINXUEYUAN”將光標(biāo)移動第一行第一列啟動LCD顯示模塊設(shè)置堆棧指針開始循環(huán)輸出電壓值將光標(biāo)移到第二行第一列輸出“HAERBINXUEYUAN”將光標(biāo)移動第一行第一列啟動LCD顯示模塊設(shè)置堆棧指針開始圖3-3LCD顯示子程序流程圖3.2.3D/A的軟件設(shè)計由原理圖可知，片選信號CS和數(shù)據(jù)傳送控制信號XFER都與AT89S51的P2.4口相連，WR1、WR2均與P2.2口相連。CPU對DAC1208執(zhí)行一次寫操作，則將一個數(shù)據(jù)直接寫入DAC寄存器，DAC1208的輸出模擬量隨之變化。由于DAC1208具有數(shù)字量的輸入鎖存功能，故數(shù)字量可以直接從AT89S51的P0口送入。D/A轉(zhuǎn)換子程序流程圖如圖3-4。開始開始鍵盤輸入調(diào)入程序數(shù)模轉(zhuǎn)換循環(huán)圖3-4D/A轉(zhuǎn)換子流程