课程设计(论文)-基于STC89C52单片机数控直流电压源

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1、11 前言 在现代家庭中各种电器的不断出现,并要求着各种不同值的电源出现,使得家庭购买不同值得电源。数字化的也更加贴近人们的生活,因为它更加的直观,易被接受,大家都开始追求数字化的各类电子产品。数控直流电源有着直观,易操作,各种电压集一身,输出精度和稳定性都较高等优点,所以越来越受广大人们的喜爱。以后家里的电视遥控,电动玩具等都可以共用一个电源。 稳压电源按输出电压的类型分为直流稳压电源和交流稳压电源。其中直流稳压电源是电子技术常用的设备之一,直流稳压电源有许多基本功能要求,例如输出电压值能够在额定输出电压值以下任意设定和正常工作;对输出的电压值要求精确的显示和识别。而普通的直流稳压电源或多或

2、少存在这样或那样的问题,他们的电源输出时通过波段开关盒电位器来控制的,当输出电压需要精确输出,或者在一个小范围内微调时,困难相对来说就很大;而且随着使用时间的增加,模拟电路元件在使用过程中难免发生磨损,波段开关与电位器均会或多或少产生接触不良现象,这会造成电压输出的误差。另外,传统的串联型稳压电路构成较为复杂,稳压精度不高。总体来说,传统稳压电源实现方式亟待改进。现当代社会是信息技术不断发展的社会,模拟技术逐渐被更为优越方便的数字技术取代,大规模的社会化生产也要求更高的技术和效率。众多家用电器以及各类电子电器设备均需要直流稳压电源对其进行供电。而我们生活中用电均为220V 的交流供电,这就需要

3、通过变压、整流、滤波、稳压电路将交流电转换为稳定的直流电。滤波器用于滤除整流输出中的纹波,一般传统电路由于滤波扼流圈和电容器组成,若由晶体管滤波器来代替,则可缩小直流电源的体积,减轻其重量,而且晶体管滤波直流电源不需要直流稳压器就能作家用电器的电源,这既降低了家用电器的成本,又降低了其成本,又缩小了其体积,使家用电器小型化。基于单片机控制的数控直流电压源可以克服稳压电源构成复杂,元器件磨损严重,稳压精度不高,读数不方便等缺点,更稳定更直观的完成模拟稳压电源的任务。而且成本小,经济实惠,便于在大规模的社会生产中采用。所以,对于数控直流电压源的研究与设计进步是技术上的革新,而且有实际的经济性,可以

4、提高生产效率,是现代工业生产应用中的不二选择。22 设计要求设计并制作有一定输出电压调节范围和功能的数控直流稳压电源,基本要求如下:1、输出直流电压调节范围 1.4-9.9V,纹波小于 10mv;2、电压误差少于 1%;3、输出电流为 500mA;4、稳压系数小于 0.2,直流电源内阻小于 0.5;5、输出直流电压能步进调节,步进值为 0.1V;6、由“+” “-”两间分别控制输出电压步进增和减。33 总体设计方案 3.1 设计方案 本设计采用以单片机作为控制元件来实现数控元件直流电压源的设计。本设计采用 STC89C52 芯片作为单片机的控制单元,以常用的 DAC0832 作为D/A 转换单

5、元,STC89C52 芯片的 P0 口和 DAC0832 的数据口直接相连,DA 的 CS,XFER, 1W, 2接地,让 DA 工作在直通方式下。DA 的 8 脚接参考电压,DA 的参考电压接 5V 电源,所以在 DAC0832 的 8 脚输出电压的分辨率为 5V/256约为 0.02V,也就是说 DA 输入数据端每增加 1,电压增加 0.02V。通过运放UA741 将 DA 的输出电流转化为电压,再通过 UA741 将电压反相并放大。最后经LM350 调整输出电压并稳压。其具体硬件框图如图 1 所示: 整流滤波 可调稳压芯片按键模块单片机D / A 模块显示模块 2 2 0 v输出图 1

6、原理框图3.2 设计方案优势STC89C52 单片机作为一个整体,完成整个数控部分的功能。STC89C52 作为一个智能化的可编程器件,便于系统功能的扩展。方案中使用运算放大器放大电压,由于运算放大器具有很大的电源电压抑制化,可以大大减少输出端的纹波电压,避免了线性调压电源整流滤波后的纹波对输出的影响。4该方案中采用三位数码管直接对电压值进行显示,可以直观明了的反映电压值以及其对按键所作出的电压变化。根据上述数控直流电压源硬件框图 1,我们选用以下芯片来实现该数控直流电压源的硬件电路接线:STC89C52 单片机,DAC0832 数模转换器,集成运放UA741,电压稳压器 LM350 等。54

7、 设计原理本系统选用的模块包括:单片机系统,D/A 转换模块,LED 显示模块,直流电源模块,具体的电路图参照附录一。4.1 单片机模块 4.1.1 单片机介绍STC89C52 是一种带 8K 字节 FLASH 存储器的低电压、高性能 CMOS 8 位未处理器。该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。其特点是拥有 8K 字节可编程 FLASH 存储器,256*8 位内部 RAM,三个 16 位定时器/计数器,8 个中断源,拥有低功耗的闲置和掉电模式,以及片内振荡器和时钟电路。STC89C52 内部有一个用于构成振荡器的高增益反相

8、放大器,引脚 RXD 和TXD 分别是此放大器的输入端和输出端。时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。内部方式是在 RXD 和 TXD 引脚上外接定时元件,内部振荡器就产生自激振荡。定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶体振荡频率可以在 1.2-12MHz 之间选择,电容值在 5-30pF 之间选择,电容值的大小可对频率起到微调的作用。外部方式是 RXD 接地,TXD 接外部振荡器。对外部振荡信号无特殊要求,只要求保证脉冲宽度,一般采用频率于 12MHz 的方波信号。片内时钟发生器把振荡频率两分频,产生一个两相对时钟 P1 和 P2,供单片机使用。此次设计时钟电路采用的是内部方式

9、。CPU 即中央处理器的简称,是单片机的核心部件,它完成各种运算和控制操作,CPU 由运算器和控制器两部分电路组成。 STC89C52的引脚功能如下:主电源引脚(根)VCC(Pin40):电源输入,接电源。GND(Pin20):接地线。外接晶振引脚(根)XTAL1(Pin19):片内振荡电路的输入端。XTAL2(Pin20):片内振荡电路的输出端。6控制引脚(根)RSTVPP(Pin9):复位引脚,引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。ALEPROG(Pin30):地址锁存允许信号。PSEN(Pin29):外部存储器读选通信号。EAVPP(Pin31):程序存储器的内外部选通,接低电平

10、从外部程序存储器读指令,如果接高电平则从内部程序存储器读指令。d .可编程输入输出引脚(32根)STC89C52单片机有4组8位的可编程 I/O 口,分别是 P0、P1、P2、P3口,每个口有8位(8根引脚),共32根。P0口(Pin39Pin32):8位双向 I/O 口线,名称为 P0.0P0.7。P1口(Pin1Pin8):8位双向 I/O 口线,名称为 P1.0P1.7。P2口(Pin21Pin28):8位双向 I/O 口线,名称为 P2.0P2.7。P3口(Pin10Pin17):8位双向 I/O 口线,名称为 P3.0P3.7。单片机处理周期包括12个振荡周期每12个振荡周期用来完成

11、一项操作如取指令和计算指令执行时间可把时钟频率除以12取倒数然后指令执行所须的周期数因此如果你的系统时钟是11.059MHz 除以12后就得到了每秒执行的指令个数为条指令取倒数将得到每条指令所须的时间1.085ms 。STC89C52的管脚图如图2:图2 STC89C52的管脚图74.1.2 单片机外围电路a.电压预置复位电路复位是单片机的一个重要工作方式。在单片机工作时,上电时首先要复位,发生故障后也要复位。复位操作有两种基本形式:一种是上电复位,另一种是按键复位,即要复位时,只要按图中的 KEY1键,电源 VCC 经电阻 R1和 R2分压,在 RESET 端产生一个高电平。在上电复位时,电

12、路要求接通电源后,通过外部电容来充电实现单片机自动复位操作。上电瞬间 RESET 引脚获得高电平,随着电容充电,RESET 引脚的高电平将逐渐下降。RESET 引脚的高电平只要能保持足够的时间(2个机器周期),单片机就可以进行复位操作。单片机复位期间不产生 ALE 和 PSEN 信号,即ALE=1和 PSEN=1。这表明单片机复位期间不会有任何操作。复位后:PC 值为0000H,表明复位后程序从0000H 开始执行:SP 值为07H,需要重新置 SP 值:单片机复位后,已使 P0P3口每一端线为“1”,为这些端线用作输入口做好准备。复位电路图如图所示:图3 复位电路b.时钟振荡电路单片机控制中

13、心的各项工作都是在时钟信号的控制下协调工作的,单片机的时钟电路可为单片机提供一个时钟信号。单片机本身就如一个复杂的同步时序电路,为保证工作方式的实现,电路应在唯一的时钟信号控制下严格地按时序进行工作。单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器,其输入端为芯片引脚 XTAL1,其输出端为引脚 XTAL2。而在芯片内部,XTAL1和 XTAL2之间跨接晶体管振荡器和微调电容,从而构成一个稳定的自激振荡器。单片机时钟电路可分为内部时钟电路和外部时钟电路。只要在单片机的XTAL1和 XTAL2引脚外接晶体振荡器就构成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号。电容 C1和 C2的只要功能是协调振

14、荡器频率及帮助振荡器起振,其8电容值一般在20pF-60pF,典型值为30pF。外部时钟方式是把外部已有的时钟信号引入到单片机内。此方式常用于多单片机同时工作,以便于个单片机的同步。一般要求外部信号高电平的持续时间大于20us,且为频率低于12MHz 的方波。本设计采用内部时钟电路来确保整个电路的协调工作。电路图如图所示:图4 时钟电路4.2 D/A 模块 4.2.1 数模转换器 DAC0832DAC0832 是 8 分辨率的 D/A 转换集成芯片。与微处理器完全兼容。它的特点有,分辨率为 8 位,电流稳定时间 1us,可单缓冲、双缓冲或直接数字输入,需要+5V+15V 的电源供电。DAC08

15、32 是一种典型的 8 位转换器,内部为双缓冲寄存器既输入寄存器和 DAC 寄存器, 1WR、 2分别为该寄存器的写信号输出端,ILE 为输入锁存使能端,高电平有效, CS为片选端,VREF 为传输控制端,它和 2WR共同控制 DAC 寄存器的工作状态。DAC0832 有两个接地端,一般情况下,这两个地端均并联在接地。DAC0832 的 D/A 转换电路为倒型 R-2R 电阻网络,故有 Iout1 和 Iout2 两个电流输出端,根据不同的电路组成,该芯片可以有两种输出模式,一种是电流输出模式,这种模式基准电压加在 VREF 端,由Iout1 和 Iout2 输出的电流经运算放大器相加后输出;

16、另一种为电压输出方式,这种模式基准电压加在 Iout1 和 Iout2 之间,模拟电压从 VREF 端输出。本设计采用电流输出模式,再使输出电流通过一个高输入阻抗的线性运算放大器实现相应的模拟信号电压输出,该 D/A 转换器有三种工作方式,单缓冲工作方式,双缓冲工作方式,直通方式,该电路采用直通方式,DA 的 CS、XFER、 1W和 2接地,让 DA 工作在直通状态下。9DAC0832 的管脚图如图 3 所示:I OUT1 11D 07D 16D 25I OUT2 12D 3 4D 4 16V REF8D 5 15D 6 14D 7 13FB9CS1WR12XFER 17WR2 18ILE 19VCC 20GND10AGND3DAC0832图5 DAC0832管脚图管脚的具体名称和用法:D0 D7:数字量输入端; CS:片选信号,低电平有效; ILE:数据锁存允许信号,高电平有效; 1WR:第 1 写信号

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