鄭冰環 0805070134 趙晨 0805070116 陳兵 0805070127
指導老師：張為堂幹開峰
摘要：本課題設計在穩壓直流電源的基礎上，通過at89s52微控制器作為主控制器對穩壓直流源進行簡單易操作的數字控制。設計通過鍵盤輸入進行電壓預置，經由微控制器處理輸出數碼訊號，通過dac0832 d/a轉換器將數字量轉變成模擬量，再經過功率輸出網路電路，對電流電壓進行一定倍數放大成滿足需求的電量輸出 。
最後通過三位半a/d轉換器dh7107驅動一組數碼管組成乙隻簡易數字電壓表對輸出電壓顯示。系統採用微控制器作為控制器，具有速率高，功效高等優點。
關鍵字：微控制器數控電流源 d/a轉換
題目要求設計製作乙個簡易的數控直流電源系統，來實現輸出電壓範圍0~9.9v，步進0.1v，紋波不大於10mv和輸出電流大於等於500ma，要求輸出電壓值用數碼管顯示，由「+」「-」兩鍵分別控制輸出電壓步進增減，自製輸出±15v、+5v穩壓直流電源。
發揮部分為可輸出電壓預置在0~9.9v之間的任意乙個值，用自動掃瞄代替人工按鍵，實現輸出電壓步進0.1v變化，擴充套件輸出電壓種類，如三角波等。
根據題目理解，系統分為控制部分和功能部分。系統部分包括主控制器、d/a轉換和a/d轉換；功能部分分為按鍵部分、顯示部分和電流放大部分。系統設計方案框圖如下圖1.
2.1所示。
圖1.2.1 簡易數控直流電源設計方案圖
方案一：採用凌陽系列微控制器作為主控制器
凌陽微控制器是基於soc的新型的數/模混合的系統級晶元。在乙個晶元內整合了微控制器資料採集或控制系統所需的模擬和數字外設及其它功能部件。其系統晶元具有整合度高、數/模混合、功能全、低功耗、低電壓和易於開發等特點。
另外，凌陽微控制器還增加了適合於dsp的某些特殊指令；有些系列的微控制器還嵌入了lcd控制/驅動和雙音多頻發生器功能。這些都進一步擴大了微控制器的應用範圍。但是其可靠性差，**沒有51微控制器**低廉。
方案二：採用51系列微控制器作為主控制器
mcs-51系列微控制器，由於其所具有的整合度高、處理功能強、可靠性高、系統結構簡單、**低廉等優點。但是它的缺點是處理速度較慢，不宜用來控制大型系統。
綜合比較採用方案二。
方案一：採用七段數碼管顯示
七段數碼管的顯示亮度高，顯示大，軟體設計部分非常簡單。七段數碼管可以分為共陰和共陽兩類，使用時必須要加限流電阻限流。
方案二：採用液晶顯示
液晶顯示器的主要優點有機身薄，節省空間，省電，不產生高溫，無輻射。
綜合比較，數碼管的體積和耗電比較大，占用微控制器i/o口多；而液晶功耗小，占用微控制器i/o口少。因此選擇方案二
方案一：採用8279作為鍵盤/顯示器介面控制器
8279能夠簡化介面引線，減少軟體對鍵盤/顯示器的查詢時間，提高at89s52微控制器的利用率。但是8279的控制比較複雜，不容易實現。
方案二：直接採用標準４×４按鍵
標準４×４鍵盤整合性高，但是占用微控制器i/o口比較多，考慮到微控制器的i/o口有剩餘，因此採用方案二。
數控部分採用at89s52微控制器最小系統，包括at89s52微控制器、時鐘電路和復位電路。系統電路原理圖如圖3.1.1所示。
圖3.1.1 at89s52微控制器系統原理框圖
at89s52微控制器與mcs-51微控制器相容，具有8kb flash儲存器，256×8 ram。工作電壓+5v，時鐘:xtal1、xtal2 接晶體振盪電路反相輸入端和輸出端。
控制線共4根，ale/prog:位址鎖存允許/片內eprom程式設計脈衝。80s52共有4個8位並行i/o埠：
p0、p1、p2、p3口，共32個引腳。p3口還具有第二功能，用於特殊訊號輸入輸出和控制訊號（屬控制匯流排），其中p30為 rxd 序列輸入口，p31為txd 序列輸出口，p32為 int0 外部中斷0（低電平有效），p33為int1 外部中斷1（低電平有效），p34為t0定時計數器0，p35為t1定時計數器1，p36為wr外部資料儲存器寫選通（低電平有效），p37為rd外部資料儲存器讀選通（低電平有效）。
直流源採用傳統的電源製作，由變壓器先市電降低至18v和9v，經過橋式整流、濾波和穩壓，最終得到需要的±15v和±5v直流電壓。整流網路由四個整流二極體組成，將交流電網電壓變成整流電路要求的交流電壓為
vl = 2√2vo/∏ = 0.9 vo,
在負載兩端並上電容c組成濾波電路，以濾去整流輸出電壓中的紋波。電容器兩端出示電容為零，接入交流電源後，橋式整流網路向電容器充電，充電常數為 ∑ = r1c ,當外接負載時，電容器放電，放電常數為 ∑ = roc 。負載直流電壓vo較高，紋波也就較小。
穩壓電路中採用三端整合穩壓器（7815、7815、7805、7905）使輸出電壓固定。電源電路框圖如圖3.2.1所示，電路圖如圖3.2.2所示。
圖3.2.1 直流電源電路組成圖
d/a轉換器採用dac0832轉換器晶元，該晶元是乙個8位d/a轉換器，其基準電壓vref由直流穩壓源-5v提供。dac0832的輸出連線op-077運算放大器，採用差動輸出方式，輸出電壓為0~5.0 v。
at89s52微控制器與dac0832的介面電路如圖3.3.1所示，圖中：
db7~db0為轉換資料輸入，cs為片選訊號輸入（低電平有效），wr1和wr2為第1和第2寫訊號（低電平有效），xfer資料傳送控制訊號（低電平有效）。op-077運算放大器的引腳1和8用於飄移調節。
圖3.3.1 at89s52 微控制器與dac 0832的介面電路
功率輸出電路由運算放大器im356和達林頓管tip122 與 tip127 構成閉環推挽輸出電路形式，可以保證輸出電壓較好地跟蹤d/a轉換的輸出。電路原理圖如圖3.4.
1所示。圖中vr1用來調節電路放大倍數，vr2用來調節運算放大器的輸出平衡。達林頓管 tip122 與 tip127 的集電極電流為5a，vceo為100 v,功耗為65 w。
圖3.4.1 功率輸出電路原理圖
微控制器４×４矩陣鍵盤電路比較簡單，如圖3.5.1所示。
圖3.5.1 鍵盤連線示意圖
輸入顯示採用lcd1602，可由微控制器直接驅動，採用並口方式，1602直接接在微控制器的i/o口上。電路原理圖如圖3.6.1所示。
輸出顯示採用四個並列的七段數碼管，結合三位半led顯示a/d轉換器dh7107，組成乙個數字電壓表。dh7107的管腳排列和極限引數如圖3.6.
2所示。其中，2~19，22~24均接數碼管的a~g引腳。
電壓輸出範圍0-9.9v，步進0.1v，共有100種狀態，8位字長的d/a裝換器具有256種狀態。
設計用兩個電壓控制字代表0.1v，當電壓控制字從0,2,4，…,198時，電源輸出電壓為0.0v，0.
1v，0.2v，…，9.9v。
主控程式首先對系統進行初始化處理，然後等待鍵盤輸入預置電壓值，根據鍵盤的不同輸入選擇，轉換到相應的選擇子程式。
根據鍵盤輸入選擇，進入對應的子程式，進行相應的控制操作。如果按錯鍵，則顯示按鍵無效，自動返回初始狀態。程式流程圖如圖4.1所示。
圖4.1 簡易數控直流源程式流程圖
測試過程用到的儀器儀表如下圖5.1.1所示。
表5.1.1 儀器儀表資訊
在室溫下測試，採用分模組逐項測試方法，列表記錄測試資料，分析資料。
（1）電源測試
電源用示波器進行測量，將電源的電壓輸出端和地端分別接在示波器上，選擇「直流」檔，選擇「自動」測量，觀察其平均值、峰-峰值大小並記錄於表5.2.1中。
表5.2.1 電源輸出電壓測量結果
誤差分析：可能是電路中電阻阻值和電容容值不精確，焊接粗糙造成。
（2）d/a轉換器與功率輸出電路測試
d/a轉換器的基準電壓為-5v，轉換電路的輸出電壓理論值應為0-5.0 v。經功率輸出電路同時放大電流和電壓，將輸出電壓接示波器輸入端，輸入dac0832任意個位數，觀察負載10ω時輸出電壓值和輸出電流大小，並記錄於表5.
2.2中。
表5.2.2 轉換電路測試結果
誤差分析：可能是基準電壓不夠精確，焊接過程中因高溫影響運放效能。
（3）鍵盤/顯示電路測試
鍵盤輸入與輸入顯示和輸出顯示同時測試，任意鍵入正確值，觀察兩顯示器的顯示結果並紀律於表哥5.2.3中。
表5.2.3 鍵盤/顯示測試結果
誤差分析：由於功率輸出電路達不到要求的精度，致使輸出結果出現誤差。
經過為期乙個星期的設計與製作，已經較完整地完成了本課題的各項要求。可以用鍵盤進行簡易的數字控制電流源的輸出量，輸出量程有效控制在0-9.9v，可以手動加減和自動加減輸出量，並且步進均為0.
1v，可以直接置數到某一電壓值。另外，還可以自由選擇輸出波形，如三角波、鋸齒波、正弦波和方波。誤差控制在0.
04附近。
本次課題的完成，對a/d、d/a轉換以及電流源的設計與製作有很高的要求，輸入顯示採用lcd1602並口方式輸入顯示，占用微控制器資源少，而且更加人性化。輸出顯示採用三位半a/d轉換器驅動數碼管組成簡易數字電壓表，直接取樣模擬電壓轉換成數字量驅動數碼管顯示，而無需占用微控制器資源，微控制器的利用效率更高。
數控直流穩壓源
w衡陽師範學院畢業 設計 附件題目 可燃氣體濃度監測系統設計 所在系 物理與電子資訊科學系 專業 電子資訊工程 學號 10360127 作者姓名 吳健 指導教師 唐建鋒 2013年 10月 27 日 主程式的程式設計 include include 包含nop空指令函式 nop define add...
數控直流電流源報告修改
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