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1、1 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少存在
2、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,或者在一个小围微调时,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,这就需要通过变压、整
3、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,可以提高生产效率
4、,是现代工业生产应用中的不二选择。2 设计要求 设计并制作有一定输出电压调节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。3 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转换单元,STC89C52芯片的P0口和DAC0832
5、 的数据口直接相连,DA的,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：图1 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
6、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。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。4 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
7、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,以及片振荡器和时钟电路。STC89C52部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器,引脚RXD和TXD分别是此放大器的输入端和输出端。时钟可以由部方式产生或外部方式产生。部方式是在RXD和TXD引脚上外接定时元件,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
8、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部方式。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VCCPin40：电源输入,接电源。 GNDPin20：接地线。外接晶振引脚根 XTAL1Pin19：片振荡电路的输入端。 XTAL2Pin20：片振荡电路的输出端。控制引脚根 RST
9、VPPPin9：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。 ALEPROGPin30：地址锁存允许信号。 PSENPin29：外部存储器读选通信号。 EAVPP：程序存储器的外部选通,接低电平从外部程序存储器读指令,如果接高电平则从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/
10、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921583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4.1.2 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
11、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
12、,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部时钟电路和外部时钟电路。只要在单片机的XTAL1和XT
13、AL2引脚外接晶体振荡器就构成了自激振荡器并在单片机部产生时钟脉冲信号。电容C1和C2的只要功能是协调振荡器频率及帮助振荡器起振,其电容值一般在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。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DAC0832 DAC0832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1u
14、s,可单缓冲、双缓冲或直接数字输入,需要+5V+15V的电源供电。DAC0832是一种典型的8位转换器,部为双缓冲寄存器既输入寄存器和DAC寄存器,、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,为片选端,VREF为传输控制端,它和共同控制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；
15、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、和接地,让DA工作在直通状态下。 DAC0832的管脚图如图3所示：图5 DAC0832管脚图管脚的具体名称和用法： D0D7：数字量输入端；：片选信号,低电平有效； ILE：数据锁存允许信号,高电平有效；：第1写信号,低电平有效；：第2写信号,低电平有效；：数据传送控制信号,低电平有效； Iout1：电流输出端1； Iout2：
