信息工程（電子信息工程方向）本科畢業(yè)設(shè)計（論文）

1、本科畢業(yè)設(shè)計論文單片機實現(xiàn)數(shù)字式可調(diào)穩(wěn)壓電源 學(xué) 院 信息工程學(xué)院 專 業(yè)信息工程電子信息工程方向年級班別信息工程電子信息工程方向0305學(xué) 號 3103005534 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 2021 年 6 月 5 日摘 要單片機實現(xiàn)的數(shù)字式可調(diào)穩(wěn)壓電源由于原理簡單、穩(wěn)定性好、精度高、本錢低、易實現(xiàn)等諸多優(yōu)點而受到越來越廣泛的重視。其性能優(yōu)于傳統(tǒng)的可調(diào)直流穩(wěn)壓電源 ，操作方便 ，非常適合一般教學(xué)和科研使用。本文通過對一個數(shù)控穩(wěn)壓電源系統(tǒng)的設(shè)計，詳細介紹了AT89S52 單片機應(yīng)用中的鍵盤掃描原理、數(shù)碼管動態(tài)顯示原理、定時中斷原理,從而了解單片機相關(guān)指令在各方面的應(yīng)用，同時還介紹了數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片DA

2、C0832及存儲芯片24C01的工作原理。系統(tǒng)由模擬電源、控制電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、放大電路、顯示電路等局部構(gòu)成，能輸出0V24V電壓范圍，步進值為的直流電源，并且具有掉電存儲等功能。首先，本文將概述數(shù)字式可調(diào)穩(wěn)壓電源的根本原理。其次，本文將詳述數(shù)字式可調(diào)穩(wěn)壓電源系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計。最后，本文將介紹數(shù)字式可調(diào)穩(wěn)壓電源系統(tǒng)的軟件設(shè)計。 在附錄中，本文還將給出系統(tǒng)的程序清單，供參考之用。關(guān)鍵詞：數(shù)控，單片機，直流穩(wěn)壓，數(shù)模轉(zhuǎn)換AbstractDigital adjustable power supply which is controlled by the MCUmicro controller u

3、nitattracts much attention for its particular advantages,such as simple principle, good stability, high accuracy and low cost, easy to implement and so on1. Its performance is superior to the traditional adjustable DC(direct current) power supply. It is convenient for operation and very suitable for

4、 the general teaching and research using. This paper is about an NCnumerical controlregulators power system design. By the design,this paper introduces the keyboard scanning principle ,the digital tube dynamic display principle and the timer interrupt principle in AT89S52 Single-Chip Microcomputer a

5、pplications , then we can understand the correlation instruction in various application2.It also introduces work principle of digital-to-analog converter chip DAC0832 and memory chip 24C01. The system includes some important parts : the analog power, the control circuit, the digital-to-analog conver

6、ter circuit, the amplifier circuit, the display circuit，it provides 0V to a 24V output voltage range, stepping value of 0.1V DC power supply, and the power off and storage function. Firstly, I will describe the digital adjustable power supply the basic principle.Secondly,I will detail the digital ad

7、justable power supply system circuit design of the hardware and software design.Finally, I will introduce the digital adjustable power supply system software design .At the supplement, I will also give a list of procedures for reference only.Key words: NC, MCU, DC regulators, Digital-to-analog conve

8、rter目錄1 緒論1研究目的及意義11.2 國內(nèi)外開展?fàn)顩r1研究方法21.4 論文構(gòu)成及研究內(nèi)容22 數(shù)字式可調(diào)穩(wěn)壓電源原理介紹32.1 方案選擇及總體設(shè)計原理介紹32.2 單片機AT89S52介紹42.3 矩陣式鍵盤掃描原理52.4 數(shù)碼管動態(tài)顯示原理62.5 DAC0832及24C01使用介紹73 數(shù)字式可調(diào)穩(wěn)壓電源硬件電路設(shè)計10穩(wěn)壓電源數(shù)字局部電路103.1.1 單片機外圍接口電路103.1.2 數(shù)字局部電路PCB設(shè)計153.2 穩(wěn)壓電源模擬局部電路163.2.1 電源局部電路163.2.2 輸出電壓控制單元電路174 數(shù)字式可調(diào)穩(wěn)壓電源軟件設(shè)計20系統(tǒng)軟件流程圖204.2 系統(tǒng)程序

9、介紹22結(jié)論26參考文獻27致謝28附錄291緒論 本章將簡單介紹系統(tǒng)設(shè)計的目的及意義，國內(nèi)外電源技術(shù)的開展?fàn)顩r，系統(tǒng)的研究方法，論文構(gòu)成及系統(tǒng)的研究內(nèi)容。在當(dāng)代科技與經(jīng)濟高速開展的過程中，電源起到關(guān)鍵性的作用。電源技術(shù)尤其是數(shù)控電源技術(shù)是一門實踐性很強的工程技術(shù)，效勞于各行各業(yè)。電力電子技術(shù)是電能的最正確應(yīng)用技術(shù)之一3。當(dāng)今電源技術(shù)融合了電氣、電子、系統(tǒng)集成、控制理論、材料等諸多學(xué)科領(lǐng)域。隨著計算機和通訊技術(shù)開展而來的現(xiàn)代信息技術(shù)革命，給電力電子技術(shù)提供了廣闊的開展前景，同時也給電源提出了更高的要求。隨著數(shù)控電源在電子裝置中的普遍使用，普通電源在工作時產(chǎn)生的誤差，會影響整個系統(tǒng)的精確度。電源

10、在使用時會造成很多不良后果，因此電源的數(shù)字化控制無疑是人們追求的目標(biāo)之一,它所給人帶來的方便也是不可否認的,其中數(shù)控直流穩(wěn)壓電源就是一個很好的典型例子,人們對它的要求也越來越高,要想為現(xiàn)代人工作、科研，生活、提供更好的，更方便的設(shè)施就需要從數(shù)字電子技術(shù)入手，一切向數(shù)字化，智能化方向開展。對我們學(xué)生而言，在大學(xué)的實驗室里和課程設(shè)計里面，有一個穩(wěn)定可調(diào)的直流電源是很有必要的。因傳統(tǒng)的直流穩(wěn)壓電源輸出電壓是通過粗調(diào)波段開關(guān)及細調(diào)電位器來調(diào)節(jié)的，并由電壓表指示電壓值的大小。 這種直流穩(wěn)壓電源存在讀數(shù)不直觀、電位器易磨損、穩(wěn)壓精度不高、不易調(diào)準、電路構(gòu)成復(fù)雜、 體積大等缺點， 而基于單片機控制的數(shù)字式可

11、調(diào)穩(wěn)壓電源能較好地解決了以上問題。此題采用單片機和其它元器件及外圍電路，開發(fā)一個數(shù)字式可調(diào)穩(wěn)壓電源。能夠設(shè)定輸出電壓值、電壓值輸出顯示、存儲等功能。通過此系統(tǒng)的設(shè)計，讓開發(fā)者更深刻的掌握單片機根本原理，并熟悉一些外圍電路的擴展，以及進一步提高C語言的硬件編程能力。1.2 國內(nèi)外開展?fàn)顩r電力電子技術(shù)已開展成為一門完整的、自成體系的高科技技術(shù)，電源技術(shù)屬于電力電子技術(shù)的范疇3。電源技術(shù)主要是為信息產(chǎn)業(yè)效勞的，信息技術(shù)的開展又對電源技術(shù)提出了更高的要求，從而促進了電源技術(shù)的開展，兩者相輔相成才有了現(xiàn)今蓬勃開展的信息產(chǎn)業(yè)和電源產(chǎn)業(yè)。迄今為止，電源已成為非常重要的根底科技和產(chǎn)業(yè)，并廣泛應(yīng)用于各行業(yè)，從日

12、常生活到最尖端的科學(xué)都離不開電源技術(shù)的參與和支持，其開展趨勢為高頻、高效、高密度化，低壓、大電流化和多元化。同時，封裝結(jié)構(gòu)、外形尺寸日趨接近國際標(biāo)準化，以適應(yīng)全球一體化市場的要求。 當(dāng)前在國內(nèi)外電源產(chǎn)業(yè)中，占主導(dǎo)地位的產(chǎn)品有各種線性穩(wěn)壓電源、通訊用的AC/DC開關(guān)電源、DC/DC開關(guān)電源、交流變頻調(diào)速電源、電解電鍍電源、高頻逆變式整流焊接電源、中頻感應(yīng)加熱電源、電力操作電源、正弦波逆變電源、UPS、可靠高效低污染的光伏逆變電源、風(fēng)光互補型電源等。而產(chǎn)品價格、性能指標(biāo)、品牌效應(yīng)及使用壽命一直是用戶最關(guān)心的問題。這就促使國內(nèi)外電源生產(chǎn)商朝著應(yīng)用技術(shù)數(shù)字化、硬件結(jié)構(gòu)模塊化、產(chǎn)品性能綠色化智能化的方向

13、開展。研究方法 此次畢業(yè)設(shè)計我從一開始選題就目的明確，在畢業(yè)設(shè)計課題確定下來后，通過運用大學(xué)四年所學(xué)的專業(yè)知識和查閱參考了一系列的資料完成的。針對題目的要求，首先對整個設(shè)計思路進行規(guī)劃，例如：要用到什么模塊，模塊應(yīng)該怎樣分布，怎么協(xié)調(diào)好這些模塊。然后針對方案的可行性進行反復(fù)的參照比照，敲定最終設(shè)計方案，在敲定方案之后，查閱參考相關(guān)資料進行硬件電路的各個模塊的設(shè)計，同時軟件模塊也同步進行，經(jīng)過不斷的檢測，編譯，將正確的代碼下載到硬件電路中，最后一次次的調(diào)試系統(tǒng)，通過不斷的修改來完善系統(tǒng)。1.4 論文構(gòu)成及研究內(nèi)容 本論文總體概括了單片機實現(xiàn)數(shù)字式可調(diào)穩(wěn)壓電源的原理、著重介紹了單片機實現(xiàn)數(shù)字式可調(diào)

14、穩(wěn)壓電源的硬件電路設(shè)計和軟件設(shè)計。在各章節(jié)中，突出講述了各功能模塊的設(shè)計思路，具體設(shè)計情況，以及模塊之間的聯(lián)系。本系統(tǒng)主要研究數(shù)字式可調(diào)穩(wěn)壓電源如何實現(xiàn)數(shù)控、穩(wěn)壓、掉電存儲和輸出電壓顯示，其中包含一些必要的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。2數(shù)字式可調(diào)穩(wěn)壓電源原理介紹 在實驗室里通常所用到的直流電源都是用調(diào)節(jié)電位器來到達調(diào)節(jié)電壓的目的，由于電位器的溫漂較大，使得輸出的電壓會有所漂移，而且用電位器調(diào)節(jié)電壓操作起來不是很方便。本文所介紹的數(shù)字式可調(diào)穩(wěn)壓電源與傳統(tǒng)的穩(wěn)壓電源相比，具有操作方便，電壓穩(wěn)定度高的特點。它由單片機AT89S52、44鍵盤、數(shù)碼管、數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片DAC0832、存儲芯片24C01、放大電路等

15、局部構(gòu)成，能實現(xiàn)輸出電壓顯示、設(shè)定、存儲及音響提示操作等功能，其原理包括鍵盤掃描原理、數(shù)碼管動態(tài)顯示原理、模數(shù)轉(zhuǎn)換原理及I2C總線原理，在本章，主要介紹在設(shè)計過程中所涉及到的原理。2.1 方案選擇及總體設(shè)計原理介紹 1、方案分析與選擇方案一：數(shù)控局部用單片機帶動數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片提供線性穩(wěn)壓電壓的參考電壓。優(yōu)點：對于單片機，系統(tǒng)工作在開環(huán)狀態(tài)，對數(shù)模轉(zhuǎn)換的精度要求較高，設(shè)計本錢低。缺點：功耗較大，LED數(shù)碼管輸出顯示不是系統(tǒng)的精確輸出電壓，須對它進行軟件補償。方案二：數(shù)控局部用AVR單片機的PWM組成開關(guān)電源，再利用AVR的AD轉(zhuǎn)換對輸出電壓進行實時轉(zhuǎn)換，利用軟件進行電壓調(diào)整以到達穩(wěn)壓4 AVR單片

16、機A/D PWMPWM開關(guān)管波動電壓穩(wěn)定電壓采樣圖 方案二框圖優(yōu)點：硬件簡單，穩(wěn)壓的大局部工作由軟件完成，對單片機的運行速度要求很高，利用手頭的ATmaga16L單片機最高8MHz工作頻率很難到達速度要求。對軟件要求較高，功耗小。缺點：輸出紋波電壓較大，對硬件的要求很高。方案三：用AVR單片機控制PWM芯片組成開關(guān)電源。優(yōu)點：降低了對單片機的運行速度要求。缺點：電路較復(fù)雜(該方案很快被否認)。方案二簡單的電路結(jié)構(gòu)起初對設(shè)計者很吸引，但是后來了解到AVR單片機的PWM的精度用于開關(guān)電源比擬勉強，而且開關(guān)電源有個通?。杭y波電壓大，考慮到設(shè)計目標(biāo)對電源的功耗要求不是很嚴，同時為了保證紋波足夠小也鑒于

17、自身對于51單片機和線性電源較為熟練，應(yīng)選擇方案一。2、總體設(shè)計原理本設(shè)計采用AT89S52單片機作為整機的控制單元，利用44鍵盤輸入數(shù)字量，通過控制單元輸出數(shù)字信號，再經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換器DA0832輸出模擬量，最后經(jīng)過運算放大器隔離放大，控制輸出功率管的基極，隨著輸出功率管的基極電壓的變化，間接地改變輸出電壓的大小。2.2 單片機AT89S52介紹 AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器

18、。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案5。AT89S52具有以下標(biāo)準功能5：1、與MCS-51單片機產(chǎn)品兼容；2、8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器；3、1000次擦寫周期；4、全靜態(tài)操作：0Hz33Hz；5、三級加密程序存儲器；6、32個可編程I/O口線；7、三個16位定時器/計數(shù)器；8、八個中斷源；9、全雙工UART串行通道；10、低功耗空閑和掉電模式；11、掉電后中斷可喚醒；12、看門狗定時器；13、雙數(shù)據(jù)指針；14、掉電標(biāo)識符。另外，AT89S52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件

19、可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止6。其引腳結(jié)構(gòu) AT89S52引腳結(jié)構(gòu) 2.3 矩陣式鍵盤掃描原理鍵盤是由假設(shè)干按鍵所組成的開關(guān)矩陣，它是微型計算機最常用的輸入設(shè)備，用戶可以通過鍵盤向計算機輸入指令，地址和數(shù)據(jù)。通常單片機系統(tǒng)采用非編碼鍵盤。非編碼鍵盤通過軟件來識別鍵盤上的閉合鍵，它具有結(jié)構(gòu)簡單、使用靈活等特點，因此被廣泛應(yīng)用于單片機系統(tǒng)7。組成鍵盤的按鍵有觸點式和非觸點式兩種，單片機中的按鍵一般由機械觸點構(gòu)成。按鍵的讀取容易引起誤操作，抖

20、動時間的長短由按鍵的機械特性決定，一般為510ms,為了使CPU能正確讀出口線的狀態(tài)，對于每一次按鍵只做一次響應(yīng)，這就必須考慮如何去抖動。常用的去抖動方法有兩種：硬件法和軟件法，單片機通常采用軟件法去抖動7。由于鍵盤的觸點在閉合和斷開的時候會產(chǎn)生抖動，這時觸點的邏輯電平是不穩(wěn)定的，如不采取妥善處理的話，將引起按鍵命令錯誤或重復(fù)執(zhí)行，在這里采用軟件延時的方法來避開抖動，延時時間10ms.44矩陣式鍵盤如圖2.3的按鍵識別方法：行掃描法又稱逐行掃描查詢法，是一種常用的按鍵識別方法，其過程如下：為判斷鍵盤是否有鍵按下，將全部列線置為低電平，全部行線置為高電平，然后讀行線的狀態(tài)7。只要有一行的電平為低

21、電平，那么說明鍵盤中有按鍵按下。然后依次將行線置為低電平，即在置某根行線為低電平時，其它行線為高電平。在確定某根行線位置為低電平后逐行檢測各列的電平狀態(tài)。假設(shè)某列線為低電平，那么該列線與置低電平的行線相交叉處的按鍵就是閉合鍵。 44矩陣式鍵盤2.4 數(shù)碼管動態(tài)顯示原理如圖2.4, 共陰LED 數(shù)碼管由7只發(fā)光二極管共陰連接并按8字形結(jié)構(gòu)排列而成。這樣，我們將這些二極管的正極接上下不同的電位，把所有的負極接地，當(dāng)正極為高電位時相應(yīng)的二極管就會導(dǎo)通而發(fā)光，從而使數(shù)碼管呈現(xiàn)不同的字符。共陽LED數(shù)碼管，即選通位接高電平，a,b,c,d,e,f,g,h端接高或低電平，如想讓數(shù)碼管顯示“0，就必須使g，

22、h和選通位為高電平，其他引腳均為低電平7。在設(shè)計電路時，可將數(shù)碼管這幾個引腳分別接到單片機的引腳上，還要加上限流電阻，這樣就可由程序控制數(shù)碼管的工作情況了。所謂數(shù)碼管動態(tài)顯示，就是逐位地輪流點亮各位數(shù)碼管掃描。對于每一位數(shù)碼管而言，每隔一段時間點亮一次。數(shù)碼管的點亮既與點亮的導(dǎo)通電流有關(guān)，也與點亮?xí)r間和間隔時間的比例有關(guān)。調(diào)整電流和時間參數(shù)，可實現(xiàn)亮度較高，較為穩(wěn)定的顯示，同時可減小工作電流。此次設(shè)計中用4位共陽數(shù)碼管作為顯示輸出電壓值，采用多路復(fù)用顯示，這是指對于每個顯示只驅(qū)動1/4時間。因為只要在20HZ50HZ之間循環(huán)所有顯示，由于人眼存在視覺殘留，在這樣的顯示方式下，數(shù)碼管看起來是同時

23、點亮的7。 LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖2.5 DAC0832及24C01使用介紹DAC0832是以CMOS工藝制造的8位D/A轉(zhuǎn)換芯片，它的分辨率為8位，即從1/255到1。其特點：8位并行、中速(建立時間1us)、電流型、價格低廉、接口簡單，在單片機控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用8。圖2.5所示是它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。 DAC0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)從圖2.5中可見，DAC0832由兩個存放器和一個8位D/A轉(zhuǎn)換器組成，它的引腳功能如下：1、Vcc：芯片電源電壓, +5V+15V；2、VREF：參考電壓, -10V+10V ；3、RFB：反應(yīng)電阻引出端, 此端可接運算放大器輸出端；4、AGND/DGND：模擬信號地/

24、數(shù)字信號地；5、DI7 DI0：數(shù)字量輸入信號；6、ILE：輸入鎖存允許信號, 高電平有效；7、CS：片選信號, 低電平有效；8、WR1：寫信號1，低電平有效；9、WR2：寫信號2，低電平有效；10、XFER：轉(zhuǎn)移控制信號，低電平有效；11、IOUT1、IOUT2：電流輸出引腳。DAC0832屬電流輸出型，兩輸出電流之和是常數(shù)。當(dāng)要得到與輸入數(shù)字成正比的電壓，可把此兩引腳輸出的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓形式。 DAC0832的工作方式有三種：1、直通方式：/LE1和/LE2均為1，外來數(shù)據(jù)直接通過兩級鎖存器到達D/A轉(zhuǎn)換器。2、單緩沖方式：一個存放器工作于直通狀態(tài)，一個工作于受控鎖存器狀態(tài)。3、雙緩沖

25、方式：兩個存放器均工作于受控鎖存器狀態(tài)。 在此設(shè)計中，考慮到所需轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)量不大，DAC0832采用直通方式的硬件接法。它的引腳結(jié)構(gòu)如圖2.6所示： DAC0832引腳結(jié)構(gòu)24C01 是一個1K位串行CMOS E2PROM， 內(nèi)部含有128個8 位字節(jié)，CATALYST9。 24C01引腳結(jié)構(gòu)管腳功能：A0、A1、A2：器件地址選擇，SDA：串行數(shù)據(jù)/地址，SCL：串行時鐘，WP：寫保護，VCC/VSS：電源/地。所示： 器件地址 3數(shù)字式可調(diào)穩(wěn)壓電源硬件電路設(shè)計本系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計主要圍著AT89S52單片機作為整機的控制單元用PROTEL 99SE設(shè)計軟件來布線的，其中還用到了模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片

26、DAC0832、外部存儲芯片24C01、放大器芯片LM324、44矩陣式鍵盤、數(shù)碼管等其他器件?？傮w框圖考慮到各個元件的電氣特性，例如元器件之間的干擾問題，接地問題，布線問題等，本系統(tǒng)將硬件電路設(shè)計分為數(shù)字局部和模擬局部。穩(wěn)壓電源數(shù)字局部電路即單片機外圍接口電路主要包括：DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、EEPROM接口電路、鍵盤接口電路、揚聲器接口電路、復(fù)位電路、晶振電路及數(shù)碼管顯示局部電路。3.1.1 單片機外圍接口電路1、單片機外圍接口總電路。單片機AT89S52與外圍器件的接口總電路如圖3.1所示，為了將各局部電路介紹的更加清楚，下面就單片機外圍接口電路作一個扼要介紹。 AT89S52與外圍

27、器件的接口總電路如圖3.2所示，AT89S52的P0、P2.5P2.7接數(shù)碼管輸出顯示局部電路，其中P0口用來輸出字段碼；P2.5P2.7用來輸出數(shù)碼管選通位信號；P2.0、P2.2分別接外部存儲芯片24C01的數(shù)據(jù)線SDA和時鐘線SCL；P2.3接揚聲器電路，為執(zhí)行內(nèi)部程序指令，EA/VPP必須接VCC. AT89S52局部接口電路一如圖3.3所示，AT89S52的P1口與數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片DAC0832相連接，用來輸出數(shù)字量信號；RST為復(fù)位腳，用來輸入復(fù)位信號，同時它還與P1.5P1.7一起用作ISP下載端口；P3口用做鍵盤信號輸入端口，XTAL1、XTAL2接晶振電路10。 AT89S52局

28、部接口電路二2、單片機外圍電路接口電路具體介紹。下面對單片機與其它外圍器件的接口電路作一一介紹。1數(shù)碼轉(zhuǎn)換芯片DAC0832與單片機AT89S52接口電路。此設(shè)計中利用模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片DAC0832將鍵盤輸入數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量電流，以實現(xiàn)數(shù)控功能。DAC0832是一種電流型芯片，在前文第2章2.5節(jié)簡單介紹了它的工作原理，數(shù)字式可調(diào)穩(wěn)壓電源的設(shè)計中，采用了該芯片的直通工作方式即CS、WR1、IOUT2、AGND、WR2、XFER接地；ILE、VREF接5V電源，它的數(shù)據(jù)輸入口D0D7分別與單片機的P1.0-P1.7相連，從IOUT1引腳輸出模擬量電流接同相比例放大電路。如圖3.4。 DAC0832

29、與AT89S52接口電路2存儲芯片24C01與單片機AT89S52接口電路。存儲芯片24C01是AT24C系列E2PROM，它支持I2C總線數(shù)據(jù)傳送規(guī)那么。數(shù)字式可調(diào)穩(wěn)壓電源設(shè)計中利用它存儲電壓輸出值，實現(xiàn)掉電保存當(dāng)前電壓值的功能。其硬件接法如下列圖3.5所示，引腳1、2、3、4、7接地；8腳接5V；5腳與6腳分別接單片機的P2.0、P2.2的同時接5.1K上拉電阻后再接5V因連接總線的器件的輸出端必須是集電極或漏極開路，以具備線“與功能。 24C01硬件接法344矩陣鍵盤接口電路。在本設(shè)計課題中利用44矩陣鍵盤來實現(xiàn)電壓輸入值的設(shè)定、步進、按鍵存儲、復(fù)位、確定等功能以實現(xiàn)數(shù)控，其硬件連接圖如

30、圖3.6，實現(xiàn)功能如表3.1。 44矩陣鍵盤電路 表3.1 44矩陣鍵盤功能表鍵盤號 功能功能描述鍵盤號 功能 功能描述S13數(shù)字鍵S91數(shù)字鍵S27數(shù)字鍵S105數(shù)字鍵S3確定確定鍵S119數(shù)字鍵S4復(fù)位復(fù)位鍵S12S52數(shù)字鍵S130數(shù)字鍵S66數(shù)字鍵S144數(shù)字鍵S7設(shè)定設(shè)定鍵S158數(shù)字鍵S8存儲存儲鍵S16 4揚聲器電路、AT89S52單片機復(fù)位電路及外部晶振電路。揚聲器電路如圖3.7，利用它實現(xiàn)輸出電壓值提醒。單片機AT89S52 的P2.3腳通過限流電阻R2及PNP管與蜂鳴器相連，當(dāng)單片機引腳P2.3輸出低電平時，PNP導(dǎo)通，蜂鳴器發(fā)出聲音。復(fù)位電路如圖3.8，晶振工作時，RST

31、腳持續(xù)2 個機器周期高電平將使單片機復(fù)位，當(dāng)鍵盤S0按下時通過電阻R1將電平拉高，同時R1,C4還起到濾波作用，去鍵盤抖動。晶振電路如圖3.8，X1:振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。X2:振蕩器反相放大器的輸出端。 圖3.7 揚聲器電路 圖3.8 復(fù)位及晶振電路 5數(shù)碼管顯示局部電路。本設(shè)計中顯示局部采用四位共陽數(shù)碼管，8550PNP三極管作驅(qū)動，如圖3.9所示，I 、II、III 、IV是選通位，當(dāng)B8低電平，B9、B10、B11為高電平時，I位由于三極管的導(dǎo)通而被拉至電源5V端，第一個數(shù)碼管選通，其他三個沒有被選通。其中100歐的電阻為限流電阻，1K電阻為上拉電阻，將選通位電平

32、拉高。因根據(jù)設(shè)計要求，只需要三位數(shù)碼管即可實現(xiàn)在輸出電壓值范圍內(nèi)的顯示，在設(shè)計中用到低三位數(shù)碼管，單片機引腳與四位共陽數(shù)碼管腳的對應(yīng)關(guān)系如表3.2。 AT89S52引腳與四位數(shù)碼管腳對應(yīng)表 AT89S52四位數(shù)碼管AT89S52四位數(shù)碼管 ac f g b I e II d III h IV 圖3.9 數(shù)碼管顯示電路 數(shù)字局部電路PCB設(shè)計本系統(tǒng)中，數(shù)字局部電路PCB采用Protel 99se 軟件進行設(shè)計，其設(shè)計步驟是: 1、畫電路原理圖；2、電路元件封裝；3、生成報表ERC表、網(wǎng)絡(luò)表、元件列表；4、創(chuàng)立一個PCB工程文件，將網(wǎng)絡(luò)表導(dǎo)入該工程；5、自動布局，自動布線后通過手工調(diào)整布線完成整個

33、PCB幅員的設(shè)計11。系統(tǒng)設(shè)計中，數(shù)字局部電路PCB如圖3.10所示。圖3.10數(shù)字局部電路PCB圖3.2 穩(wěn)壓電源模擬局部電路穩(wěn)壓電源模擬局部電路主要包括電源局部電路，由運放LM324、達林頓管TIP127等構(gòu)成的輸出電壓控制單元電路。這一局部采用普通萬能板來完成，主要是由于模擬局部電路的可變性大，隨時都有可能更改電路。另外，模擬局部電路屬于高壓局部，穩(wěn)壓管和達林頓管發(fā)熱量比擬大，要帶散熱片；同時須將它與5V低壓工作的數(shù)字局部電路分開，這樣可有效地防止元件的損壞，這也是系統(tǒng)為什么將電路設(shè)計分為數(shù)字局部和模擬局部的原因。3.2.1 電源局部電路在系統(tǒng)設(shè)計中考慮到單片機及其他器件的電源供電問題，

34、采用一個變壓器將220V交流電降壓再經(jīng)電橋整流，獲得25V左右的平穩(wěn)電壓，然后用穩(wěn)壓管78L24、78L12、78L05進行三次穩(wěn)壓，分別獲得24V、12V和5V的穩(wěn)定電壓，24V提供的是運算放大器LM324和達林頓管TIP127的工作電壓，5V是AT89S52單片機和DAC0832的工作電壓。圖3.11所示，圖中電容起濾波作用。在硬件電路的實際設(shè)計中，由于電源工作時的發(fā)熱量比擬大，因此對穩(wěn)壓管要外加散熱片。 圖3.11 電源供電局部電路3.2.2 輸出電壓控制單元電路系統(tǒng)中，矩陣鍵盤輸入數(shù)字信號經(jīng)AT89S52處理后輸出給DAC0832,數(shù)字信號經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換后輸出的是電流量，因此必須將電流量

35、接電阻后接反應(yīng)放大電路以實現(xiàn)穩(wěn)壓輸出。本設(shè)計的模擬局部利用了LM324作為放大器，采用二級放大電路，第一級為同相比例放大電路，第二級為閉環(huán)反應(yīng)放大電路。下面就將二級放大電路做詳細的介紹。1、 同相比例放大電路原理。同相比例運算放大電路12如圖3.12所示，根據(jù)集成運放的虛短和虛斷2個重要概可得式3.1、3.2，又由式3.1、3.2、3.3可推出式3.4，式3.4即為同相比例放大器增益的計算公式。U+=U- (3.1)UI=U+ (3.2)U-/Uo=R/(R+Rf) (3.3)Uo(1Rf/R)UI (3.4)Uo=Ri(1+Rf/R1) (3.5)圖3.12 同相比例運算電路在本系統(tǒng)設(shè)計中，

36、需要數(shù)模轉(zhuǎn)換輸出一個電壓范圍為010V的基準電壓Ur，即數(shù)模轉(zhuǎn)換輸出的電壓值，由于DA轉(zhuǎn)換芯片DAC0832輸出的是電流信號，將它作用在電阻R上變成電壓，然后用同相比例放大器放大電壓到010V作為基準電壓，同相比例放大器滿足式3.5，其中i是DAC0832的IO1腳輸出的電流，R1為同相端的接地電阻，Rf為反應(yīng)電阻，Rf選用5k的微調(diào)電阻，R1選用100的電阻，R選用1K，將各值代入式3.5，這時同相比例放大器的最大放大系數(shù)為： A51，滿足輸出基準電壓Ur的要求，如圖3.13所示。圖3.13 第一級放大電路2、 反應(yīng)穩(wěn)壓放大電路。如圖3.14所示： 反應(yīng)穩(wěn)壓放大電路圖中DA端是單片機數(shù)模轉(zhuǎn)換

37、得到的基準電壓Ur，這里采用運放構(gòu)成積分器對R2和R3進行采樣，采樣電壓U1和基準電壓Ur進行比擬，比擬其差值進行放大得到Uo，通過Uo控制處于放大區(qū)Q1的Uce,又由式3.6可知，進而控制輸出電壓Vo13。分析積分器，它滿足式3.7，由運放的虛短與虛斷可得式3.8，將式3.8代入式3.7整理可得式3.9。在很短的時間內(nèi)，U1保持不變，即Ur-U1=C (C是常數(shù)) ，這時有式3.10，由式3.10可知在短時間內(nèi)，Uo隨時間成線性變化，它的斜率與C1、R1有關(guān)這里選C1為0.1uf、R1為10k。U r-U1越大，即輸出端的電壓波動越大，那么，Uo增大得越快，于是Uce就越大，由式3.6可知

38、Vo馬上降下來，從而到達穩(wěn)壓的目的。設(shè)計中選擇R2、R3的分壓比為：，采樣電阻不能取太大，這里選擇R2300，R3500，分壓比為：。Vo25v-Uce (3.6)Uo=(1/C1*R1)(U2-U1)dt+U2 (3.7)U2Ur ()Uo=(1/C1*R1)(Ur-U1)dt+Ur ) Uo=(Ur-U1)*t/(C1*R1)+Ur )本設(shè)計實際用到的數(shù)字式可調(diào)穩(wěn)壓電源模擬局部輸出電壓控制單元電路如圖3.15所示，其中用電位器R3和微調(diào)電阻Rf作為校準電壓值硬件補償；用達林管TIP127作為調(diào)整管，由于其工作時發(fā)熱量較大，須外加散熱裝置。 輸出電壓控制單元電路4 數(shù)字式可調(diào)穩(wěn)壓電源軟件設(shè)計

39、本系統(tǒng)軟件設(shè)計要實現(xiàn)的功能是：鍵盤對單片機輸入數(shù)據(jù)，單片機對獲得的數(shù)據(jù)進行處理，處理后的數(shù)據(jù)送位共陽數(shù)碼管，再送到8位數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片DAC0832,以實現(xiàn)數(shù)字量對電壓的控制。系統(tǒng)中的主程序主要完成鍵盤掃描、判斷、處理和數(shù)碼顯示。而電壓值輸出顯示和輸出音響提示在中斷處理程序中完成。圖4.1為主程序流程圖， 程序一開始對硬件進行初始化，例如系統(tǒng)對AT89S52單片機端口進行定義；對定時器0，定時器1置初值及開中斷等。然后進入鍵盤判斷處理程序，首先通過鍵盤掃描判斷是否有鍵盤按下：按下，進入鍵盤效勞程序，否那么繼續(xù)讀鍵盤狀態(tài)。初始化硬件有鍵按下？鍵盤效勞程序主程序流程：是否圖4.1 系統(tǒng)主程序流程圖根據(jù)

40、本文前一章表3.144矩陣鍵盤功能表，軟件設(shè)計局部中鍵盤實現(xiàn)的功能如下：1、按“設(shè)定鍵開始設(shè)定電壓，超過024V視為無效操作，十位、個位、十分位循環(huán)輸入，設(shè)定完十分位后LED數(shù)碼開始閃動，按“確認鍵確認，音響提示，電壓輸出。2、在正常情況下，按“儲存鍵，當(dāng)前數(shù)碼開始閃動，提示準備存入當(dāng)前數(shù)值到EEPROM中保存，再按數(shù)字鍵，音響提示，表示存到該鍵中。3、在正常情況下，按數(shù)字鍵，讀取該鍵存儲數(shù)值，閃動，按“確認鍵確認，音響提示，電壓輸出。4、按“鍵進行減0.1V微調(diào)，按“鍵進行加0.1V微調(diào)。去抖動，確有按鍵按下判斷鍵值讀EEPROM送DA寫EEPROM設(shè)定數(shù)值置位設(shè)定標(biāo)志位，清顯示清所有標(biāo)志位

41、開音響，送數(shù)值至DA加減數(shù)值送DA置位存儲標(biāo)志位死循環(huán)，看門狗復(fù)位是數(shù)字鍵嗎？是設(shè)定鍵嗎？是確認鍵嗎？是嗎？有鍵按下嗎？是存儲鍵嗎？是復(fù)位鍵嗎？鍵盤效勞程序：注：所有未加標(biāo)注的判斷框均是下行為“否，側(cè)向為“是是否是存儲鍵按了？設(shè)定鍵按了？ 因此，鍵盤效勞程序根據(jù)鍵盤的不同輸入，通過鍵值散轉(zhuǎn)方式轉(zhuǎn)入相應(yīng)的處理程序，執(zhí)行。例如：假設(shè)用戶按下S4復(fù)位鍵，鍵盤效勞程序通過鍵值散轉(zhuǎn)方式進入看門狗復(fù)位程序，輸出為“0,返回初始狀態(tài)，等待下一次按鍵，圖4.2鍵盤效勞程序。 圖4.2 鍵盤效勞程序4.2 系統(tǒng)程序介紹C語言在單片機的應(yīng)用中，由于其邏輯性強，可讀性好，比匯編語言靈活，簡練，目前越來越多的人從普遍

42、使用匯編語言到逐漸使用C語言開發(fā)，市場上幾種常見的單片機均有其C 語言開發(fā)環(huán)境。因此，在本系統(tǒng)中，考慮到匯編語言的這些缺點，采用了C語言作為軟件設(shè)計語言。在本文前面各章節(jié)介紹了系統(tǒng)原理圖及硬件設(shè)計的根底上，進行軟件局部的設(shè)計。系統(tǒng)編程分為主程序和鍵盤處理程序兩個局部，每個局部由假設(shè)干模塊組成，下面就如何通過C語言編程實現(xiàn)數(shù)控調(diào)壓作簡要的說明。1、 輸入、控制、轉(zhuǎn)換顯示模塊的編程。系統(tǒng)采用44矩陣鍵盤作為輸入模塊，因此在編程中必須通過掃描鍵盤的行和列，讀出其值，然后通過AT89S52單片機控制鍵盤值散轉(zhuǎn)，給各個鍵盤編寫相應(yīng)的處理程序?qū)崿F(xiàn)其相應(yīng)的功能，在此過程中用AT89S52單片機/定時器TR0

43、作為中斷處理顯示，用定時器TR1作為中斷處理提醒，開音響。1初始化硬件。例如對P3口作為鍵盤輸入口的定義：#define key_point P3；對標(biāo)志位的定義：static bit select=0，即在開始還沒按下“設(shè)定鍵時，標(biāo)志位select為“0；在主程序中，初始化局部程序如下：void main(void) speaker=1; /蜂鳴器不響 WDTRST=0x1E; WDTRST=0xE1; /初始化看門狗 TMOD=0x11; /初始化定時器 TH0=(65536-5000)/256; /T0置初值 TL0=(65536-5000)%256; TH1=(65536-50000)

44、/256;/T1置初值 TL1=(65536-50000)%256; EA=1;/開總中斷 ET0=1;/開T0中斷 ET1=1;/開T1中斷 TR0=1;/啟動T0TR1=0; /關(guān)閉T1 DA=0; /初始化DA轉(zhuǎn)化當(dāng)中用到了看門狗定時器WDT、定時器0和定時器1。為了激活WDT，用戶必須向WDTRST存放器地址為0A6H的SFR依次寫入01EH和0E1H。當(dāng)WDT激活后，用戶必須一定時間內(nèi)周期性地向WDTRST寫入01EH和0E1H喂狗來防止WDT溢出。因為當(dāng)計數(shù)到達8191(1FFFH)時，13 位計數(shù)器將會溢出，這將會復(fù)位器件。定時器0計時滿5毫秒時產(chǎn)生定時中斷，進入中斷處理顯示子程

45、序；同理定時器1計時滿50毫秒產(chǎn)生定時中斷，進入相應(yīng)的中斷處理程序。定時器0中斷處理程序如下：void disp(void) interrupt 1TH0=(65536-5000)/256;/對T0重置初值 TL0=(65536-5000)%256; dispbuf0=num1;/數(shù)碼值送顯示緩沖區(qū) dispbuf1=num2; dispbuf2=num3; ledwork();/顯示函數(shù)顯然，進入中斷處理程序時，須對定時器0重置初值，然后數(shù)碼值送輸出顯示緩沖區(qū)，最后通過顯示程序局部將數(shù)碼轉(zhuǎn)換成數(shù)碼代碼輸出顯示。2單片機執(zhí)行控制功能，判斷鍵盤值，轉(zhuǎn)入鍵盤處理程序。其中判斷有鍵按下后須緊跟著延時

46、程序，以去掉鍵盤的機械抖動，鍵盤延時時間約10毫秒：void delay10ms(void) /延時程序 unsigned char i,j;for(i=10;i0;i-) for(j=248;j0;j-);具體的鍵盤判斷處理程序在這里就不做一一介紹了，詳情可以參考附錄程序清單。3輸出顯示并將數(shù)字量送DA。數(shù)碼的輸出顯示局部程序主要圍繞著十位、個位、十分位何時選通，送數(shù)字代碼顯示來進行編程程序可參考附錄程序清單。將數(shù)字量送DA顯示是通過按“確定鍵來最終實現(xiàn)的，其“確定局部程序如下：case 0x7b: select=0; /確定鍵 read_bit=0; if(num13) if(num1!=

47、2|num25) temp=num1; num=temp*100; temp=num2; num+=temp*10; temp=num3; num+=temp; temp=num; DA=buchang(temp);/整體數(shù)碼值送DA speaker=0; fengmin=1;cancel();break; 其中DA=buchang(temp)指令即數(shù)字量送DA。 2、 存儲模塊編程。在本系統(tǒng)中實現(xiàn)一個存儲電壓值，掉電永久保存的功能，需要一個外部存儲芯片24C01，因此在編程中運用到了I2C總線技術(shù)。I2C總線是一種用于IC(Integrated Circuit)器件之間連接的二進制總線。它通

48、過SDA串行數(shù)據(jù)線及SCL串行時鐘線在連至總線的器件之間傳送信息，并根據(jù)地址識別每個器件。如圖4.2所示，SCL為高電平時,SDA由高電平向低電平跳變,開始傳送數(shù)據(jù)；SCL為高電平時,SDA由低電平向高電平跳變,結(jié)束傳送數(shù)據(jù)。SDA 線上的數(shù)據(jù)必須在時鐘的高電平周期保持穩(wěn)定數(shù)據(jù)線的高或低電平狀態(tài)數(shù)據(jù)有效，只有在SCL 線的時鐘信號是低電平時才能改變14,見圖4.3。系統(tǒng)先通過發(fā)送開始信號開始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送，然后傳送寫從地址信號，最后從外部存儲器地址讀數(shù)據(jù)到單片機或?qū)憯?shù)據(jù)到外部存儲器。系統(tǒng)對SCL時鐘的編程如下：void clock() /I2C總線時鐘 unsigned char i=0; scl=1; someno