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1、. . . . 简易数控直流电源设计报告设计题目： 简易数控直流电源 系 别： 电子信息与电气工程系 年级专业： 10级电气类（5）班 小组成员： 汪家乐 1005075039 王鹏飞 1005075038 熊王来 1005075042 2012年 6月11日 / 目 录摘要：3关键词：31.引言31.1设计任务31.2设计要求42. 总体方案论证42.1设计思路42.2模块方案论证52.2.1控制部分选择52.2.2数模转换部分选择62.2.4设置部分选择73系统设计与实现73.1变压整流与系统电源单元73.2调整管单元83.3 显示部分设计83.4数模转换电路设计93.4.1 DAC083
2、2的结构与引脚功能93.4.2 DAC0832的数字接口103.4.3 DAC0832的模拟输出113.5 按键部分设计114软件系统设计124.1系统流程图125系统功能指标与参数135.1 系统调试135.2 系统测试135.3 系统误差分析136.附录14附录一使用原件清单14附录二：系统程序14附录三：系统电路图217.总结228.参考文献22摘要：本系统以直流电压源为核心，STC89C52 单片机为主控制器，通过矩阵键盘来设置直流电源的输出电压，设置步进等级可达0.1V，输出电压围为09.9V，输出电流为500mA，并由数码管显示输出电压值。由“”、“”两键分别控制输出电压步进增减，
3、并且输出电压可预置在09.9V 之间的任意一个值。系统由单片机程控输出数字信号，经过D/A 转换器（DAC0832）输出模拟电流量，再经过运算放大器隔离放大输出模拟电压量，从而控制输出欲知电压。 关键词：STC89C52,DAC0832,数码管,矩阵键盘，uA7141.引言随着电子技术的迅速发展，各种电子产品层出不穷，不过不管是哪种电子产品或设备，都需要电源供电才能进行正常的工作，而且对于不同的产品或设备来说，其需要不同的工作电源，但是往往市面上的很多电源模块都只能输出固定而单一的电压，从而不能提供各种不同数值的电压，因此，在这里做一个数控直流电源的设计。该数控电源采用步进调整方式，调整围为0
4、.0V9.9V，调整手段采用按键进行调整，当需要改变电压值时，启动数控系统，输入想要得到的电压值，再按下确定键，即可输出相应的电压。该系统采用单片机作主控器件，结合软件和硬件设计方法，使该系统的结构较简单，可控性强，使用也很方便。1.1设计任务设计出有一定输出电压围和功能的数控电源。其原理示意图如下：1.2设计要求1基本要求 （1）输出电压：围09.9V，步进0.1V，纹波不大于10mV；（2）输出电流：500mA；（3）输出电压值由数码管显示； （4）由“”、“”两键分别控制输出电压步进增减； （5）为实现上述几部件工作，自制一稳压直流电源，输出15V，5V。2发挥部分 （1）输出电压可预置
5、在09.9V之间的任意一个值； （2）用自动扫描代替人工按键，实现输出电压变化（步进0.1V不变）； （3）扩展输出电压种类（比如三角波等）。2. 总体方案论证2.1设计思路方案一：本方案调压方式基本沿用串联稳压电源的调压方式，以STC89C52单片机为核心，控制比较调整单元基准电源的变化，实现高精密电压控制。交流电压经变压、整流、滤波后，通过调整管输出，CPU根据预置开关设定的数据或键盘输入数据，计算出相应的基准电压值，送DAC转换成模拟电压。该电压送比较放大单元，以调整输出电压Vo。方案二：比较这两种方案，两种方案均是通过按键命令单片机给DAC 数字量然后经过DAC 和运放输出模拟量。但第
6、一种方案经过两级放大后，再通过复合管功率放大电路，使输出电流达到要求。而方案二是经过运放放大后的电压直接输出，电流很小。所以采用第一种设计方案完成设计任务。2.2模块方案论证2.2.1控制部分选择方案一：采用FPGA作为系统的控制器。FPGA可以实现各种复杂的逻辑功能，所有数字逻辑器件集中在一块芯片上，体积小，稳定度高。同时，FPGA可用EDA软件仿真调试，易于进行功能扩展。但FPGA引脚较多，布线复杂，成本偏高，结合分析本系统要求如果采用FPGA作为控制器利用率不高，造成资源浪费。方案二：80C51单片机属于MCS-51系列单片机，由Intel公司开发，其结构是8048的延伸，改进了8048
7、的缺点，增加了如乘（MUL）、除（DIV）、减（SUBB）、比较（PUSH）、16位数据指针、布尔代数运算等指令，以与串行通信能力和5个中断源。采用40引脚双列直插式DIP（Dual In Line Package），有128个RAM单元与4K的ROM。80C51有两个16位定时计数器，两个外中断，两个定时计数中断，与一个串行中断，并有4个8位并行输入口。80C51部有时钟电路，但需要石英晶体和微调电容外接，本系统中采用12MHz的晶振频率。由于80C51的系统性能满足系统数据采集与时间精度的要求，而且产品产量丰富来源广，应用也很成熟。经比较，此系统采用方案二，选用STC89C52作为控制核心
8、。2.2.2数模转换部分选择方案一：采用THS5661A。电流输出型DA转换器THS5661A很少直接利用电流输出，大多外接电流电压转换电路得到电压输出，用负载电阻进行电流电压转换的方法，虽可在电流输出引脚上出现电压，但必须在规定的输出电压围使用，而且由于输出阻抗高， 所以一般外接运算放大器使用。THS5661A输出电压不为零时不能正确动作，所以必须外接运算放大器。此外，这种电路中运算放大器因输出引脚的部电容而容易起振，有时必须作相位补偿。方案二：采用DAC0832。DAC0832是采样频率为八位的D/A转换芯片，集成电路有两级输入寄存器，使DAC0832芯片具备双缓冲、单缓冲和直通三种输入方
9、式，以便适于各种电路的需要(如要求多路D/A异步输入、同步转换等)。D/A转换结果采用电流形式输出。若需要相应的模拟电压信号，可通过一个高输入阻抗的线性运算放大器实现。运放的反馈电阻可通过RFB端引用片固有电阻，也可外接。DAC0832逻辑输入满足TTL电平，可直接与TTL电路或微机电路连接。经比较，选择方案二。2.2.4设置部分选择方案一（按键式输入）：此方法操作简单，而且采用此方式控制，由于键盘的数目少，也不会占用单片机太多的资源，且价格便宜。方案二（触摸屏输入）：通过触摸检测部件检测用户触摸位置，接受触摸信息后送触摸屏控制器，触摸屏控制器将它转换成触点坐标送给CPU，它同时接收CPU发来
10、的命令并加以执行。此方法操作方便，简单，但价格昂贵。另外红外遥控设置可能会由于房屋或楼道墙壁等受到影响，所以经过比较，我们采用独立式键盘作为输入控制模块。经比较，选择方案一，采用4*4矩阵键盘和独立按键共同实现。3系统设计与实现3.1变压整流与系统电源单元本单元担任提供对外电源的整流、滤波和作为系统本身工作电源的双重任务。经过变压器变压之后，得到双18 V交流电，两路交流经过一个全桥整流得到正负18V的电压。正18V提供给调整管，作为对外输出，同时经过三端稳压器，分别得到正负15V，5V作为系统本身工作电源。3.2调整管单元调整管采用复管形式，以实现大电流输出。R203和N203构成过流保护，
11、当I700mA时，VR203=R203*I0=1*0.7V=0.7V两端的电压达到0.7V，N203会导通，对N202基极分流，达到过流保护目的，同时发光二级管L201点亮 。涉与运算：由题意Iomax=0.5A，Vomin=0V,故PN202max=（Vin max-Vo min）Io max=(18-0)*0.5=9WN202选用TIP41，其Icmax=6AIomax=0.5A,PCM=65W9W,BVCEOmax=100V18V,故能满足工作要求。3.3 显示部分设计LED显示电路有静态显示和动态显示，静态显示是指所有的LED数码管同时显示，这种显示方法使得软件结构比较简单，显示效果好
12、，不过电路结构比较复杂，占用处理器的端口较多，功耗也较大。动态显示是指处理器定时地对LED数码管扫描，数码管分时工作，每次只有一个数码管显示，由于扫描的频率比较高，又因人眼的视觉暂留，所以，看起来，似乎所有的数码管同时在显示，采用这种方法的电路结构变得较简单，占用处理器的端口较少，功耗也较低，不过软件结构比较复杂，必须要在软件中消隐，而且显示的效果受到扫描频率的影响。数码管采用二一体共阴极数码管，考虑到节省I/O 口，其驱动电路由两片74HC573 锁存器来实现。3.4数模转换电路设计由于数控电源输出的是模拟信号，而单片机输出的是数字信号，所以，必须要通过数/模转换。数/模转换芯片众多，有电流
13、输出，也有电压输出，分辨率也有所不同，有8位，12位，16位等等，不同的分辨率，价格也有很大的差距，因数控电源输出的精确度要求不是很高，且从成本上考虑，这里使用8位的数/模转换器DAC0832即可。3.4.1 DAC0832的结构与引脚功能DAC0832是用CMOS工艺制成的8位D/A转换芯片，它主要包括两个8位寄存器和一个8位D/A转换器构成，其两个寄存器可以进行两次缓冲操作，使器件的操作有更大的灵活性。DAC0832芯片采用20引脚双列直插封装，各引脚功能如下： CS:片选信号（低电平有效）。ILE：输入锁存允许信号。WR1:写信号1（低电平有效）。当ILE=1时，且当CS与WR1同时有效
14、才能把数字量锁存到8位输入寄存器中；当WR1为高电平时输入数据锁存到输入寄存器中。以上三个信号构成一级输入锁存。XFER:控制传送信号。WR2:写信号2（低电平有效），用于将锁存在输入寄存器数据送到DAC寄存器中，只有在XFER和WR2同时有效时才把输入寄存器中的数据锁入DAC寄存器中。这样构成了二级锁存。D0D7：8位数据输入线，TTL电平。Iout1和Iout2：输出电流。其中Iout1在D/A寄存器容全为1时，输出电流最大；Iout2在D/A寄存器容全为0时，输出电流最大，Iout1和Iout2之和为常数。AGND：模拟信号地。DGND：数字地。UREF：基准电压。一般为-10V+10V
15、。Rfb ：反馈电阻。该电阻被制作在芯片，用作运算放大器的反馈电阻。3.4.2 DAC0832的数字接口因在本系统中，单片机不仅要送D/A转换数据，还要送显示数据，且都是和P0口相连，而且，数控电源的转换速率要求不高，输出也只有一路，因此，本系统采用单缓冲工作方式DAC0832与单片机的连接电路图如图3.1所示。当需要进行转换时，CS和WR有效，单片机从P0口输出数据到DAC0832上并启动转换，这时，DAC0832将转换后的电流值从Iout1和Iout2输出。图 3.1 DAC0832与单片机的连接电路图3.4.3 DAC0832的模拟输出DAC0832转换器输出的是电流信号，因此必须要经过电流-电压转换才能输出电压信号。DAC0832是8位数/模转换器，基准电源为+5V时，其输出电压的计算公式为D输入数据；u输出电压.因为DAC083
