1、四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 設(shè)計(jì)題目: 簡(jiǎn)易數(shù)控直流電源的設(shè)計(jì) 專 業(yè): 應(yīng)用電子技術(shù) 班 級(jí): 應(yīng)電 05-2 班 學(xué) 號(hào): 0518241 姓 名: 楊艷 指導(dǎo)教師: 祝建科 年 月 日 四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)( (論文論文) )任務(wù)書(shū)任務(wù)書(shū) 學(xué) 生 姓 名 楊艷學(xué)號(hào) 0518241 班級(jí)應(yīng)電 05-2專業(yè)應(yīng)用電子技術(shù) 設(shè)計(jì)（論文）題目簡(jiǎn)易數(shù)控直流電源的設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師姓名職 稱工作單位及所從事專業(yè)聯(lián)系方式備 注 祝建科講 師四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院選題背景: 1進(jìn)一步鞏固所學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)； 2強(qiáng)化學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)解決生產(chǎn)實(shí)際中的

2、實(shí)際問(wèn)題； 3通過(guò)設(shè)計(jì)，提高學(xué)生的綜合分析能力，為今后在工作打下一定基礎(chǔ)。 4可在控制設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)工作。 設(shè)計(jì)內(nèi)容： 1內(nèi)容： 完成電路設(shè)計(jì)方案的選擇；單元電路的設(shè)計(jì)；整機(jī)電路的原理分析； 2時(shí)間安排： 第 12 周：查找資料，選擇參考方案； 第 34 周：確定方案； 第 58 周：查找資料，進(jìn)行單元電路的設(shè)計(jì)； 第 912 周：整機(jī)電路整機(jī)與分析； 第 1314 周：整理報(bào)告，確定初稿； 第 1516 周：檢查定稿； 第 1718 周：答辯。 主要參考文獻(xiàn)、資料： 1 蘇文平，何希才主編.電子技術(shù)實(shí)踐與制作教程.國(guó)防工業(yè)出版社，2002 2 邱寄帆，唐程山主編.數(shù)字電子技術(shù).人民郵電出版社，

3、2002 3 最新 74 系列 ic 特性代換手冊(cè).福建科學(xué)技術(shù)出版社，2000 4 全國(guó)在學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽組委會(huì)編.北京理工大學(xué)出版社，2005 5 李全利主編.單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)第 2 版. 高等教育出版社，2004 6 清源計(jì)算機(jī)工作室編著.protel 99se 原理圖與 pcb 及仿真，2004 7 譚博學(xué)，唐詩(shī)主編.集成電路原理及應(yīng)用.電子工業(yè)出版社,2003 審 批 意 見(jiàn) 教研室負(fù)責(zé)人： 年 月 日 備注：任務(wù)書(shū)由指導(dǎo)教師填寫(xiě)，一式二份。其中學(xué)生一份，指導(dǎo)教師一份。 目 錄 摘 要 .1 第 1 章 緒 論 .2 1.1 研究背景及意義.2 1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 .2 1.

4、3 數(shù)控直流電源的應(yīng)用及特點(diǎn).3 第 2 章 硬件電路的設(shè)計(jì) .4 2.1 數(shù)控直流電源的組成 .4 2.2 單元電路的設(shè)計(jì)及方案 .4 2.2.1 輸出電路 .4 2.2.2 數(shù)控部分 .9 2.2.3 穩(wěn)壓電源 .13 2.2.4 顯示電路 .13 2.2.5 輸出電壓擴(kuò)展 .13 2.3 數(shù)控直流電源的整機(jī)電路原理圖 .15 2.4 數(shù)控直流電源電路的工作原理分析 .16 第 3 章 軟件設(shè)計(jì) .17 3.1 程序設(shè)計(jì) .17 3.1.1 80c31 資源分配.17 3.1.2 程序流程設(shè)計(jì) .17 結(jié) 論 .20 致 謝 .21 參考文獻(xiàn) .22 附錄 整機(jī)電路原理圖 .23 摘 要

5、隨著時(shí)代的發(fā)展,數(shù)字電子技術(shù)已經(jīng)普及到我們生活、工作、科研等各個(gè)領(lǐng) 域,本設(shè)計(jì)完成一種數(shù)控直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)。以 80c31 單片機(jī)為核心,集成運(yùn)算 放大器和 dac0832 數(shù)模轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的具有深度負(fù)反饋的輸出可控直流電源。穩(wěn)壓 電源由三端集成穩(wěn)壓器（7805、7815、7915）給各單元電路提供所需的工作電壓。 本系統(tǒng)由單片機(jī)做控制,輸出電壓在（09.9v）之間變化, 實(shí)現(xiàn) 0.1v 的步進(jìn)功 能控制，輸出電壓采用 led 共陰極數(shù)碼顯示。簡(jiǎn)易數(shù)控直流電源與傳統(tǒng)穩(wěn)壓電源 相比具有操作方便、顯示穩(wěn)定度高、使用廣泛等特點(diǎn)。 關(guān)鍵詞 單片機(jī) 80c31；數(shù)模轉(zhuǎn)換器 dac0832；三端集成穩(wěn)壓器

6、 第 1 章 緒 論 1.1 研究背景及意義 傳統(tǒng)的多功能直流穩(wěn)壓電源功能簡(jiǎn)單、難控制、可靠性低、干擾大、精度低 且體積大、復(fù)雜度高。普通直流穩(wěn)壓電源品種很多, 但均存在以下兩個(gè)問(wèn)題: 1.輸出電壓是通過(guò)粗調(diào)(波段開(kāi)關(guān)) 及細(xì)調(diào)(電位器)來(lái)調(diào)節(jié)。這樣, 當(dāng)輸出 電壓需要精確輸出, 或需要在一個(gè)小的范圍內(nèi)改變 (如 1.05v 1.07v ) ,困難 就較大。另外, 隨著使用時(shí)間的增加, 波段開(kāi)關(guān)及電位器難免接觸不良, 對(duì)輸出 會(huì)有影響。 2.穩(wěn)壓方式均是采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路, 對(duì)負(fù)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。 在家用電器和其他各類電子設(shè)備中，通常都需要穩(wěn)定的直流電壓

7、供電。但在 實(shí)際生活中，都是由 220v 的交流電網(wǎng)供電。這就需要通過(guò)變壓、整流、濾波、 穩(wěn)壓電路將交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電。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(lái)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。 傳統(tǒng)的直流穩(wěn)壓電源通常采用電位器和波段開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓的調(diào)節(jié),并由電 壓表指示電壓值的大小。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)控制的直流穩(wěn)壓電源能較好地解決以上傳統(tǒng)穩(wěn)壓電源的不足。

8、 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的突飛猛進(jìn),現(xiàn)代工業(yè)應(yīng)用的產(chǎn) 品均需要有低紋波、寬調(diào)整范圍的高壓電源,特別是在一些高能物理領(lǐng)域,急需電 腦或單片機(jī)控制的低紋波、寬調(diào)整范圍的電源。 1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(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。在 80 年代的第一代分布式供電系統(tǒng)開(kāi)始轉(zhuǎn)向到 20 世紀(jì)末更為先 進(jìn)的第四代分布式供電結(jié)構(gòu)以及中間母線結(jié)構(gòu)，直流/直流電源行業(yè)正面臨著新 的挑戰(zhàn)，即如何在現(xiàn)有系統(tǒng)加入嵌入式電源智能系統(tǒng)和數(shù)字控制。 早在 90 年代中，半導(dǎo)體生產(chǎn)商

9、們就開(kāi)發(fā)出了數(shù)控電源管理技術(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與劣勢(shì)，因而無(wú)法被廣 泛采用。由于板載電源管理的更廣泛應(yīng)用和行業(yè)能源節(jié)約和運(yùn)行最優(yōu)化的關(guān)注， 電源行業(yè)和半導(dǎo)體生產(chǎn)商們便開(kāi)始共同開(kāi)發(fā)這種名為“數(shù)控電源”的新產(chǎn)品。 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)了直流電源的功能。 1.3 數(shù)控直流電源的應(yīng)用及特點(diǎn) 本課題研究一種以單片機(jī)為核心的智能化高精度簡(jiǎn)易數(shù)控直流電源的設(shè)計(jì), 該電源采用三端固定輸出集成穩(wěn)壓器（78 系列、79 系列）。數(shù)

10、控直流電源是一 種常見(jiàn)的電子儀器也是電子技術(shù)常用的設(shè)備之一，廣泛應(yīng)用于電路，教學(xué)試驗(yàn)和 科學(xué)研究等領(lǐng)域。目前使用的可控直流電源大部分是點(diǎn)動(dòng)的，利用分立元器件， 體積大，效率低，可靠性差，操作不方便，故障率高。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，各 種電子，電器設(shè)備對(duì)電源的性能要求提高，電源不斷朝數(shù)字化，高效率，模塊化 和智能化發(fā)展。以單片機(jī)系統(tǒng)為核心而設(shè)計(jì)的新一代數(shù)控直流電源，它不但電路 簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊，價(jià)格低廉，性能優(yōu)越，而且由于單片機(jī)具有計(jì)算和控制能力， 利用它對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行各種計(jì)算，從而可排除和減少模擬電路引起的誤差，輸出電壓 和限定電流采用輸入鍵盤(pán)方式，電源的外表美觀，操作使用方便，具有較高的使 用價(jià)值,

11、且兼?zhèn)潆p重過(guò)載保護(hù)及報(bào)警功能, 特別適用于各種有較高精度要求的場(chǎng)合。 第 2 章 硬件電路的設(shè)計(jì) 2.1 數(shù)控直流電源的組成 簡(jiǎn)易數(shù)控直流電源由穩(wěn)壓電源部分、數(shù)字顯示部分、輸出部分、數(shù)控部分、 “+”“-”按鍵四部分組成。電路框圖如圖 2-1： 圖 2-1 簡(jiǎn)易數(shù)控直流源原理框圖 2.2 單元電路的設(shè)計(jì)及方案 2.2.1 輸出電路 方案一 由運(yùn)算放大器 a，輸出調(diào)整管 t 以及基準(zhǔn)電源 ur ,電阻網(wǎng)絡(luò) rn等組成的輸出 電路如圖 2-2： t a rf rn ur -15 +15v if ir uo 圖 2-2 輸出電路 由于運(yùn)放 a 的反向輸入端為“虛地”,故： uo=ifrf=irrfn

12、 （2-1） 通過(guò)由開(kāi)關(guān)量控制的電阻網(wǎng)絡(luò)的電流 ir與輸出電壓成正比，這樣就可實(shí)現(xiàn)由 開(kāi)關(guān)量控制輸出電壓。同時(shí)由于 a、t 和 rf、rn組成一個(gè)閉環(huán)負(fù)反饋系統(tǒng)，因此 可以達(dá)到穩(wěn)壓的目的。 圖 2-3 權(quán)阻網(wǎng)絡(luò) 圖 2-3 為由 4 種阻值的電阻所構(gòu)成的權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)。圖中 da3da0，db3db0分 別為個(gè)位和十位的 bcd 數(shù)碼，它們控制 8 只開(kāi)關(guān)的投切。當(dāng) d=0 時(shí)，開(kāi)關(guān)斷路； d=1 時(shí)，開(kāi)關(guān)接通。個(gè)位和十位的基準(zhǔn)電壓值為 10 倍關(guān)系。這樣個(gè)位電阻網(wǎng)絡(luò)的 電流 ia和十分位電阻網(wǎng)絡(luò)的電流 ib組成了總電流 ir。 ir=ia+ib =（23da3+22da2+21da1+20da0

13、） r ur 8 +0.1(23db3+22db2+21db1+20db0) r ur 8 = dn （2- r ur 8 2） 公式（2-2）中的 dn為個(gè)位和十分位的 bcd 數(shù)碼。而 uo=dn (2-3) r ru fr 8 適當(dāng)?shù)倪x擇 ur、rf、r 的數(shù)值，使 =0.1v （2- r ri fr 8 4） 則可通過(guò) dn實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的 0.1v 步進(jìn)控制。 方案二 圖 2-4 是由三端固定輸出穩(wěn)壓器件 7805、運(yùn)算放大器 a 和 dac 電路所組成另 一種可供選用的輸出電路。 圖 2-4 輸出電路方案二 在該電路中 u23=5v，uo=u23+u3，若 dac 的輸出為5v4.

14、9v,則 uo=09.9v。該電路的穩(wěn)壓性能 7805 保證，步進(jìn)電壓由 dac 輸入的數(shù)字量控制。 這種電路輸出電壓的精度取決于 7805 輸出電壓的誤差；運(yùn)放的跟隨誤差以及 dac 的積分非線性。步進(jìn)值的誤差直接與 dac 的位數(shù)有關(guān)。圖 2-5 是 dac0832 芯片部 分引腳分布圖。 圖 2-5 dac0832 芯片部分引腳分布圖 vcc：電源電壓，工作范圍+5v+15v，最佳工作狀態(tài)使用+15v。 agvd：模擬量電路的接地端，它始終與數(shù)字量地端相連。 dgvd：數(shù)字量地。 ：片選信號(hào)端，低電平有效。和 ile 端信號(hào)共同對(duì)端能否起作用進(jìn)行cscs 控制。 ile：允許輸入鎖存（高

15、電平有效）。 ：寫(xiě)信號(hào) 1，用以把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸入并鎖存在寄存器中。在有效時(shí)，1wr1wr 必須端和 ile 端同進(jìn)有效。cs ：寫(xiě)信號(hào) 2，用于鎖存輸入寄存器中的數(shù)字式傳遞 d/a 寄存器中鎖存，2wr 端有效同時(shí)必須端有效。2wrxfer ：傳遞控制信號(hào)用來(lái)控制。xfer2wr d0d7：八位數(shù)字輸入。d0端為最低位（lsb），d7為最高位（msb）。 iout1：dac 電流輸出 1。當(dāng) dac 寄存器中全為 1 時(shí)，輸出電流最大；當(dāng) dac 寄 存器中全為 0 時(shí)，輸出電流最小。 iout2：dac 電流輸出 2。iout2為一常數(shù)與 iout1之差，即 iout1+iout2=常數(shù)。 r

16、fb:反饋電阻。作為外部運(yùn)算放大器的分路反饋電阻。為 dac 提供電壓輸出 信號(hào)。 vref：基準(zhǔn)電壓輸入(參考電壓互感器)。vref可選擇在-10v+10v 范圍內(nèi)。 圖 2-6 輸出電路方案 為獲得雙極性的輸出，圖 2-6 是輸出電路中的一種方案。 該 dac 電路為電壓輸出模式，所以 vref=（u0dac-5v）=dn (2- 2 1 n 2 5v 5) u0dac=(-1)5v (2-6) 12 n n d 若采用 8 位 dac，則 u0dac=（-1）5v (2-7) 128 n d 想要滿足 u0dacmin=-5v，u0dacmax=+4.9v 的要求，只要選取相應(yīng)的 dn值

17、輸入 dac 即可。 t 1 t 2 t 3 10k 3.3 k 1k r5 1.8 k r6 ada c vcc rf io u t 1 io u t 2 g n d u r d 0 d 7 l m 336 300 p -15 +15 +15 -15 +15 -15 -5v u o 圖 2-7 輸出電路方案 可以采用圖 2-7 所示的 dac 和調(diào)整管結(jié)合的方案 在此電路中 iout1=（）=（） (2-8) n n d 2 f r r v 65 rrr u f o uo=（rf+r5+r6） (2-9) n n d 2 f r r v 若 n=8,取 r5+r6=41.2k,rf=10k,

18、則 uo的步進(jìn)值為 0.1v,且 dnmax=99 時(shí)， uomax=9.9v。 表 2-1 為前兩種方案的比較,考慮到方案輸出電路比較簡(jiǎn)單，輸出電壓精度 雖不會(huì)很高，但能滿足一般要求，并且使用微控制器（mcu）做控制功能靈活， 所以采取這種方案。 表 2-1 兩種輸出方案的比較 2.2.2 數(shù)控部分 數(shù)控部分應(yīng)具備的功能有：輸出電壓可預(yù)置，且能以“步進(jìn)”或“掃描”的 工作方式加（“+”）或減（“”）。數(shù)控部分的輸出應(yīng)直接控制數(shù)碼電阻網(wǎng) 絡(luò)各個(gè)開(kāi)關(guān)。 方案一數(shù)字電路 根據(jù)輸出電壓以 0.1v 為單位在 09.9v 之間變化的要求，數(shù)控電路的核心 應(yīng)該是一個(gè)百進(jìn)位的可預(yù)置可逆計(jì)數(shù)器，第一個(gè)計(jì)數(shù)脈

19、沖相當(dāng)于 0.1v 。該計(jì)數(shù) 器可由兩個(gè)單獨(dú)的同步可預(yù)置加/減 bcd 計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)而成。圖 2-8 為方案一的原 理框圖。 方 案 一方 案 二 輸出電壓精度 取決于電阻網(wǎng)絡(luò)各電 阻阻值誤差，rf精度， 運(yùn)算放大器性能，調(diào) 整管性能。精度易做 高。 取決于 dac 性能，7805 性能及運(yùn)算放大器性能。 精度受控于 dac，主要 靠提高 dac 位數(shù)來(lái)提高 精度。 穩(wěn)壓性能 本身為閉環(huán)電路 ，取 決于環(huán)內(nèi)各環(huán)節(jié)，高 性能易做到，但電路 較繁。 取決于 7805 和運(yùn)算放 大器、dac 的 vr。主要 由 7805 決定。 數(shù)碼網(wǎng)絡(luò) 外接分立元件,精度取 決于各電阻,電路較復(fù) 雜。 電路簡(jiǎn)單，精

20、度由 dac r-2r 網(wǎng)絡(luò)決定。 控制電路 可由模擬開(kāi)關(guān)或繼電 器切換，控制可由數(shù) 字電路 或 mcu 完成。 一般均由 mcu 控制。 保護(hù)功能外接（如限流） 7805 已具有過(guò)流、過(guò)熱 保護(hù)。 方 案性 能 方 案性 能 圖 2-8 數(shù)控部分方案一 圖 2-8 中 k1 為“掃描/步進(jìn)”選擇開(kāi)關(guān)。當(dāng)撥至“掃描”方式時(shí)，可逆計(jì) 數(shù)器的時(shí)鐘 f2hz的振蕩器提供，此時(shí)計(jì)數(shù)器可以使輸出電壓以每秒約兩個(gè) 0.1v 的變化率增減。當(dāng)撥至“步進(jìn)”方式時(shí)，每按下按鈕開(kāi)關(guān) sw 一次，通過(guò)計(jì) 數(shù)器可使輸出電壓變化 0.1v。開(kāi)關(guān) k2 為“增/減”控制。開(kāi)關(guān) k3 為“正常/預(yù)置” 選擇開(kāi)關(guān)。當(dāng)它置于“

21、正?！蔽恢脮r(shí)，可使“掃描”或“步進(jìn)”正常進(jìn)行；當(dāng)置 于“預(yù)置”方式時(shí)，計(jì)數(shù)將 bcd 兩位撥盤(pán)開(kāi)關(guān)輸入的數(shù)據(jù)置為計(jì)數(shù)值，此時(shí)輸出 電壓應(yīng)為撥盤(pán)開(kāi)關(guān)的設(shè)定值。計(jì)數(shù)器的當(dāng)前計(jì)數(shù)值可由譯碼/驅(qū)動(dòng)/顯示器件加以 顯示，此值即為輸出電壓的標(biāo)稱值。 方案二 微控制器 微控制器（microcontrollermcu）又稱單片機(jī)，數(shù)控部分為 mcu 電路。 mcu 的芯片品種繁多，芯片的選擇應(yīng)考慮價(jià)格昂貴，軟件成熟，滿足功能要求等 因素。權(quán)衡以上各點(diǎn)，因此本設(shè)計(jì)選用 80c31 單片機(jī)。圖 2-9 為 80c31 芯片部分 引腳分布圖。 圖 2-9 80c31 芯片部分引腳分布圖 p0 口:作為分時(shí)復(fù)用的低

22、8 位地址/數(shù)據(jù)總線。 p1 口:通用的輸入/輸出接口。 p2 口:作為高 8 位地址總線。 p3 口:具有數(shù)據(jù)輸入/輸出功能外,同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制 信號(hào)。 txd: 串行數(shù)據(jù)接收輸出引腳。 rxd: 串行數(shù)據(jù)發(fā)送輸入引腳。 : 片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器“寫(xiě)”選通控制輸出。 wr : 外擴(kuò)展程存器時(shí)的“讀”選通信號(hào)。 psen ale: 地址鎖存信號(hào)。 :接地。 ea 下圖為 mcu 最小系統(tǒng)為核心而構(gòu)成的控制電路的方框圖,如圖 2-10: 圖 2-10 mcu 控制方框圖 圖 2-10 中兩位 bcd 碼撥盤(pán)開(kāi)關(guān)將預(yù)置量輸入到 mcu 并口,兩位 led 顯示電路 由 mcu 串口送

23、入數(shù)值（輸出電壓）。單獨(dú)設(shè)置的“增”“減”二個(gè)按鍵由并行口 進(jìn)行檢測(cè)。dac 接收 mcu 數(shù)據(jù)總線傳送的數(shù)據(jù)，并據(jù)以確定輸出電壓。在軟件的 控制下，mcu 開(kāi)機(jī)后先將預(yù)置值讀入，在送去顯示的同時(shí)，送入 dac，并產(chǎn)生相 同的輸出電壓。然后不斷循環(huán)檢測(cè)增減兩鍵是否按下。若檢測(cè)到有鍵按下，將使 顯示值和輸出電壓相應(yīng)增減 0.1v。若檢測(cè)到按鍵時(shí)間超過(guò) 0.5s，則認(rèn)為需連續(xù) 增減，即處于“掃描”方式。 表 2-2 為兩種控制方案的比較。 表 2-2 兩種控制方案的比較。 數(shù)字電路 mcu 控制精度兩者相同，僅取決于輸出電路 控制方式一般靈活 功能鍵數(shù)目 至少需要“+” /“”“掃描/步 進(jìn)/預(yù)置

24、”等二個(gè)開(kāi) 關(guān)及 bcd 撥盤(pán)開(kāi)關(guān)。 只需 bcd 撥盤(pán)開(kāi)關(guān) 的“+”“”兩個(gè) 簡(jiǎn)單按鍵。 元器件數(shù)目 較多，電路較復(fù)雜。 較少，電路簡(jiǎn)單。 調(diào)試工具常規(guī)設(shè)備。必須具備仿真器。 由于 80c31 片內(nèi) ram 僅有 128b 容量不夠所以要擴(kuò)展片外 ram，因此由 80c31、74ls373 和 8kb 的容量 2764 組成 mcu 最小系統(tǒng)。圖中 74ls373 為 8 位地 址鎖存器。80c31 的 p0 接口為低 8 位地址及數(shù)據(jù)總路線的分時(shí)復(fù)用引腳，需接地 址鎖存器，將低 8 位的地址鎖存后再接到 2764 的 a0a7上,74ls373 作為地址鎖 存器。80c31 的地址鎖存允許

25、信號(hào)線 ale 發(fā)生負(fù)跳變進(jìn)，將低 8 位地址鎖存于 74ls373 中，p0 接口就可作為數(shù)據(jù)總線使用了。 2764 的高位地址線有 5 條：a8a12，直接接到 p2 接口的 p2.0p2.4 即可， 2764 的輸出允許信號(hào)由 80c31 的片外 rom 讀選通信號(hào)控制。oepsen 圖 2-11 為 8kb 的擴(kuò)展電路。80c31 無(wú)片內(nèi) rom，所以應(yīng)接地，使用片外 rom。ea 圖 2-11 80c31 擴(kuò)展 2764 程序存儲(chǔ)器 方 案性 能 2.2.3 穩(wěn)壓電源 從電路簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)考慮，本設(shè)計(jì)采用三端固定輸出集成穩(wěn)壓器。采用 7805、7815、7915 作為它們的輸出電壓分別為

26、5v、15v、15v，輸出電流為 1.5a。 直流穩(wěn)壓電源采用橋式全波整流，單電容濾波，三端固定輸出集成穩(wěn)壓器件。輸 出電路由 7815 提供+15v 電壓，從而大大提高了電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率等指標(biāo)。 2.2.4 顯示電路 顯示電路由兩個(gè)數(shù)碼管和兩個(gè) 74ls164 組成。兩個(gè)數(shù)碼管分別組成顯示電路 的十位、個(gè)位，由于兩個(gè)數(shù)碼管至少需要 14 根 i/o 線，為節(jié)約資源，采用串行 輸入并行輸出的 74ls164 進(jìn)行驅(qū)動(dòng)輸出。單片機(jī)的兩個(gè)并行口分別作為信號(hào)輸出 口和時(shí)鐘控制信號(hào)。采用單片機(jī)的 p3.2、p3.3 作為控制加減的控制口。該實(shí)現(xiàn) 方式是通過(guò) 80c31 串行輸入,再并行輸出到 7

27、4ls164,再經(jīng)過(guò) 74ls164 并行輸出到 數(shù)碼顯示管。 顯示方式采用靜態(tài)顯示方式其優(yōu)點(diǎn)是顯示位數(shù)多，顯示亮度大，顯示程序簡(jiǎn) 單，80c31 串口以移位寄存器來(lái)驅(qū)動(dòng)兩位 led 共陰極數(shù)碼顯示器，其最大優(yōu)點(diǎn)是 占用口資源少，僅二根口線。 2.2.5 輸出電壓擴(kuò)展 按題意應(yīng)指產(chǎn)生多種波形的輸出。 方案一 mcu+dac 圖 2-12 產(chǎn)生多種波形的第一方案 圖 2-12 為產(chǎn)生多種波形的第一種方案的方框圖。mcu 由并口讀入波形選擇 開(kāi)關(guān)，根據(jù)不同的波形，分時(shí)周而復(fù)始的輸出不同波形所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。波形數(shù)據(jù) 由 dac 形成模擬信號(hào)輸出。必要時(shí) dac 經(jīng)濾波器輸出。每種波形均由 2n個(gè)離散值

28、 所構(gòu)成，n 為 dac 的位數(shù)，這些時(shí)間上的離散量，因 dac 的模擬輸出的保持功能 而連續(xù)。輸出信號(hào)的頻率 f= (2-10) s nt 2 1 ts為 mcu 掃描并輸出一個(gè)完整的波形參數(shù)所需的時(shí)間。波形參數(shù)通常以數(shù)據(jù) 的形式存放于程序存儲(chǔ)器。 方案二計(jì)數(shù)器+eprom+dac 產(chǎn)生多種波形的第二種方案如圖 2-13: 圖 2-13 產(chǎn)生多種波形的第二種方案 振蕩器（osc）產(chǎn)生掃描信號(hào)，作為計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘信號(hào)。計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值又 做為波形參數(shù)存儲(chǔ)器 eprom 的地址輸入。源源不斷的掃描信號(hào)使 eprom 的地址逐 次周而復(fù)始的遞增（減），從而輸出波形參數(shù)。波形參數(shù)以數(shù)據(jù)的形式經(jīng) dac

29、而 形成輸出信號(hào)。圖中設(shè)計(jì)數(shù)器字長(zhǎng)為 256，dac 一般采用 8 位。所以每個(gè)波形由 256 個(gè)離散值構(gòu)成，輸出信號(hào)頻率 f= (2-11) 8 2 osc f fosc為振蕩器輸出信號(hào)頻率。波形選擇開(kāi)關(guān) k 選定 eprom 的高位地址，不同 頁(yè)存放不同波形的數(shù)值。如 k 懸空時(shí)，a8a11=0，某種波形的數(shù)據(jù)存放地址為 000h0ffh。當(dāng) k 值 a8=1 時(shí)，另一種波形的存放地址為 100h1ffh，其它依次 類推。 方案三 icl8038 函數(shù)發(fā)生器 icl8038 函數(shù)發(fā)生器可利用最少的器件很容易地得到正弦波、方波和三角波。 如圖 2-14: ic l 803 8 1 2 3 4

30、56 7 8 9 101112 rarb 15k 1k w 100 k 100 k c +12 -12 圖 2-14 icl8038 的第三種方案 該電路產(chǎn)生信號(hào)的頻率為 f= (2-12) ) 2 1 ( 3 5 1 ba b a rr r cr 圖 2-14 中兩只 100k 的電位器用以調(diào)整正弦波的失真。對(duì)上述三種波形稍 加變換即可產(chǎn)生多種波形,表 2-2 為這三種方案的比較。 表 2-2 三種方案的比較 mcu+dac 計(jì)數(shù)器 +eprom+dac icl8038 波形可產(chǎn)生任意形狀的波形 三角波、方波、 正弦波 電路較簡(jiǎn)單較復(fù)雜簡(jiǎn) 單 其它占用 mcu 時(shí)間獨(dú)立工作獨(dú)立工作 采用圖

31、2-14 的 icl8038 電路，其中 ra=rb=4.7k,c=0.1uf,電源為15v。輸 出信號(hào)的頻率為 f=5769hz (2-13) rc 3 . 0 正弦波峰峰值約為 7v，三角波幅度約為 10v，方波幅度約為15v。 2.3 數(shù)控直流電源的整機(jī)電路原理圖 （參見(jiàn)附錄 a） 方 案 性 能 2.4 數(shù)控直流電源電路的工作原理分析 本設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要由單片機(jī)系統(tǒng)、鍵盤(pán)、數(shù)碼管顯示器、d/ a 轉(zhuǎn)換電路、直 流穩(wěn)壓電路等幾部分組成,單片機(jī)系統(tǒng)選用 80c31 型號(hào)單片機(jī),采用 74ls373 作 為電壓輸出的擴(kuò)展接口,2764 作為鍵盤(pán)和顯示器的擴(kuò)展接口，內(nèi)含 8k 的 rom。 首先，

32、輸入直流 220v 的電壓通過(guò)變壓器轉(zhuǎn)換為 220v 的交流電壓，經(jīng)過(guò)橋 式全波整流、單電容濾波、再通過(guò)三端固定輸出集成穩(wěn)壓器產(chǎn)生穩(wěn)定電壓 +15v、-15v、+5v。為各部分單元電路提供工作電壓，為了改善紋波特性，在輸 入端加接電容；為了改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)，在輸出端加接電容。 其次，兩位 bcd 碼撥盤(pán)開(kāi)關(guān) k3、k4 設(shè)置輸出電壓好以后，經(jīng) 80c31 單片機(jī) 從 p1 口輸入，“+”“-”鍵盤(pán)經(jīng) p3 口控制，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)功能，經(jīng)過(guò)單片機(jī)內(nèi)部電 路處理，再?gòu)亩税褦?shù)據(jù)輸入到 dac0832 的和端，進(jìn)行內(nèi)部集成電路wr1wr2wr 進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，最后經(jīng)過(guò)差動(dòng)運(yùn)算放大器 tl081 輸出，顯示電

33、路由 80c31 的 txd、rxd 端控制，經(jīng)過(guò) 74ls164 串行輸入并行輸出到 led 共陰極數(shù)碼管，并顯示 輸出電壓。 第 3 章 軟件設(shè)計(jì) 兩位 bcd 碼撥盤(pán)開(kāi)關(guān) k3、k4，用以設(shè)置輸出電壓。k3、k4 輸入的 p1 口由電 阻網(wǎng)絡(luò) rn 上拉。設(shè)置為低電平有效?！?”“”鍵由 10k 電阻上拉，低電平有 效輸入至 p3.2 和 p3.3 口線。軟件采用查詢方式訪問(wèn)這兩個(gè)鍵。 3.1 程序設(shè)計(jì) 3.1.1 80c31 資源分配 txd、rxd 以串口方式 0 輸出接移位寄存器/顯示器。 p3.2 “+” 鍵 p3.3 “”鍵 p0.0p0.3 預(yù)置數(shù) bcd 碼輸入（低位十分位

34、） p0.4p0.7 預(yù)置數(shù) bcd 碼輸入（高位個(gè)位） fffeh dac 地址 42h d 輸出電壓數(shù)值寄存 41h 40h 顯示緩沖寄存，bcd 碼。 3.1.2 程序流程設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)的程序流程如圖 3-1 所示。電路上電程序啟動(dòng)，首先進(jìn)行初始化工作， 然后從 bcd 撥盤(pán)開(kāi)關(guān)取輸出電壓預(yù)置值，經(jīng)取反和十翻二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換后存入寄存 器 42h。預(yù)置值經(jīng)串口輸出送往顯示器。由于輸出電壓數(shù)值是以 0.1v 做為基本單 位的（即 5v 為 50），所以送往顯示的數(shù)值自動(dòng)在高位加入小數(shù)點(diǎn)。以后輸出電 壓值經(jīng)標(biāo)度變換后送 dac，由輸出電壓形成對(duì)應(yīng)的輸出電壓。 程序?qū)z測(cè)有無(wú)鍵按下，若無(wú)鍵按下，則不

35、斷地繼續(xù)檢測(cè)，直到有鍵按下。 檢測(cè)到有鍵按下后，首先延時(shí) 20ms 進(jìn)行去抖處理，再判別是“+”還是“”鍵？ 若為“+”鍵，則 42h 中的數(shù)據(jù)加 1，再判斷是否已加至 100，若是則 42h 復(fù) 0， 否則將數(shù)據(jù)送去顯示和輸出。若判別為“”鍵，則數(shù)據(jù)減 1，再判斷是否已減 至 ffh，若是則 42h 賦值為 99；否則將數(shù)據(jù)送去顯示和輸出。 只要點(diǎn)動(dòng)“+”“”鍵的時(shí)間小于 0.5s，則每次步進(jìn)增減 0.1v。若一直按 鍵，只要時(shí)間超過(guò) 0.5s，則不停的步進(jìn)，直到松開(kāi)按鍵為止。 圖 3-1 程序設(shè)計(jì)流程圖 源程序清單： org 0000h ljmp main org ffffh main:

36、mov a,#00h ；80c31 初始化 mov r0,42h ；取預(yù)置數(shù) l1: mov a,r0 ；取預(yù)顯示的數(shù) movc a,a+pc ；取出字型碼 movx dptr,a ；送顯示 l2: mov dptr,#0dffh mov a,#60h movx dptr,a mov dptr,#7fffh movx dptr,a ；送 dac smkey: mov p1,#0fh ；置 p1 接口高 4 位作為“0”低 4 位 輸入狀態(tài)。 mov a,p1 ；讀 p1 接口 anl a,#0fh ；屏蔽高 4 位 sjmp smkey ；去抖動(dòng) mov a,p1 anl a,#0fh cjn

37、e a,#0fh,loop1 ；確認(rèn)有無(wú)鍵按下 wkey: mov r0,42h dec r0 cjne 42h,ffh mov 42h,99h,l2 loop1: inc r0 cjne 42h,0100h mov 42h,00h sjmp l1 dl1: mov r7,#02h ；延時(shí)子程序 dl: mov r6,#0ffh dl6: djnz r6,dl6 djnz r7,dl ret 結(jié) 論 在我的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，主要對(duì)簡(jiǎn)易數(shù)控直流電源電路進(jìn)行了簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)與闡述。 本設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要由硬件部分和軟件兩部分組成，以單片機(jī)為核心,控制整個(gè)電路 工作。數(shù)模轉(zhuǎn)換器和集成運(yùn)算放大器構(gòu)成的具有深度負(fù)反饋的

38、數(shù)字式可控直流電 源。 當(dāng)輸入交流電壓 220v,頻率為 50hz，通過(guò)“+”“-”按鍵，實(shí)現(xiàn)步進(jìn) 0.1v 并且輸出電路能夠?qū)崿F(xiàn) 09.9v 之間范圍內(nèi)變化,輸出電流最大可達(dá)到 500ma，紋 波系數(shù)小于 10mv。 數(shù)控部分采用 mcu+dac 作控制器，電路較簡(jiǎn)單，但是它也有缺點(diǎn)，占用 mcu 時(shí)間，輸出電壓可預(yù)置，且能以“步進(jìn)”或“掃描”的工作方式“加”或“減”。 穩(wěn)壓電源電路采用了三端固定穩(wěn)壓集成器，它具有電路簡(jiǎn)單、性能可靠 穩(wěn)定等特點(diǎn)。 顯示部分采用兩位 led 共陰極數(shù)碼顯示器，優(yōu)點(diǎn)是占用接口資源少，僅需要 兩根口線，但缺點(diǎn)是隨顯示筆劃的不同，led 亮度略有變化。由于時(shí)間有限加

39、之 水平和經(jīng)驗(yàn)的局限，本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的內(nèi)容可能還存在不足，不當(dāng)之處在所難免，在 以后的實(shí)踐中有待于改進(jìn)?？偠灾?，通過(guò)這次設(shè)計(jì)，讓我不論從哪方面都學(xué)到 了許多知識(shí)，是我人生之中最寶貴的財(cái)富。 致 謝 通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我在完成本篇畢業(yè)論文設(shè)計(jì)過(guò)程中從各個(gè)方面都得到 了很大的收獲，讓我從中受益匪淺。 首先，我要感謝我的指導(dǎo)老師祝建科。本次設(shè)計(jì)我遇到種種困難，都經(jīng)過(guò)他 耐心的指導(dǎo)和修改，提出了嚴(yán)格的要求和許多寶貴的意見(jiàn)。其次，我要感謝教學(xué) 中心的老師。是他們對(duì)論文選題、選材、編寫(xiě)格式等方面給予了細(xì)心的指導(dǎo)，同 進(jìn)地感謝同學(xué)的幫助， 使我的畢業(yè)設(shè)計(jì)得以有條不紊地進(jìn)行。最后，我要感謝 所有參考文獻(xiàn)的作者。我的設(shè)計(jì)是建立在他們研究基礎(chǔ)上的，是他們?nèi)绱藘?yōu)秀與 有益的成果，使我的論文增色。 在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到了許多困難，但通過(guò)老師和同學(xué)朋友的幫助，困難迎刃 而解，是他們?yōu)榇烁冻隽诵难途?，在此我向他們表示衷心的感謝！ 參考文獻(xiàn) 1 蘇文平，何希才主編.