毕业设计（论文）-大功率直流开关电源设计.doc

第1章 绪论电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性很强的工程技术，服务于各行各业。电力电子技术是电能的最佳应用技术之一。当今电源技术融合了电气、电子、系统集成、控制理论、材料等诸多学科领域。随着计算机和通讯技术发展而来的现代信息技术革命，给电力电子技术提供了广阔的发展前景，同时也给电源提出了更高的要求。随着数控电源在电子装置中的普遍使用，普通电源在工作时产生的误差，会影响整个系统的精确度。电源在使用时会造成很多不良后果，世界各国纷纷对电源产品提出了不同要求并制定了一系列的产品精度标准。只有满足产品标准，才能够进入市场。随着经济全球化的发展，满足国际标准的产品才能获得进出的通行证。数控电源是从80年代才真正的发展起来的，期间系统的电力电子理论开始建立。这些理论为其后来的发展提供了一个良好的基础。在以后的一段时间里，数控电源技术有了长足的发展。但其产品存在数控程度达不到要求、分辨率不高、功率密度比较低、可靠性较差的缺点。因此数控电源主要的发展方向，是针对上述缺点不断加以改善。单片机技术及电压转换模块的出现为精确数控电源的发展提供了有利的条件。新的变换技术和控制理论的不断发展，各种类型专用集成电路、数字信号处理器件的研制应用，到90年代，己出现了数控精度达到0.05v的数控电源，功率密度达到每立方英寸50w的数控电源。从组成上，数控电源可分成器件、主电路与控制等三部分。目前在电力电子器件方面，几乎都为旋纽开关调节电压，调节精度不高，而且经常跳变，使用麻烦数字化智能电源模块是针对传统智能电源模块的不足提出的，数字化能够减少生产过程中的不确定因素和人为参与的环节数，有效地解决电源模块中诸如可靠性、智能化和产品一致性等工程问题，极大地提高生产效率和产品的可维护性。电源采用数字控制，具有以下明显优点:1)易于采用先进的控制方法和智能控制策略，使电源模块的智能化程度更高，性能更完美。2)控制灵活，系统升级方便，甚至可以在线修改控制算法，而不必改动硬件线路。3)控制系统的可靠性提高，易于标准化，可以针对不同的系统(或不同型号的产品)，采用统一的控制板，而只是对控制软件做一些调整即可。4)系统维护方便，一旦出现故障，可以很方便地通过rs232接口或rs485接口或usb接口进行调试，故障查询，历史记录查询，故障诊断，软件修复，甚至控制参数的在线修改、调试;也可以通过modem远程操作。5)系统的一致性好，成本低，生产制造方便。由于控制软件不像模拟器件那样存在差异，所以，其一致性很好。由于采用软件控制，控制板的体积将大大减小，生产成本下降。6)易组成高可靠性的多模块逆变电源并联运行系统。为了得到高性能的并联运行逆变电源系统，每个并联运行的逆变电源单元模块都采用全数字化控制，易于在模块之间更好地进行均流控制和通讯或者在模块中实现复杂的均流控制算法(不需要通讯)，从而实现高可靠性、高冗余度的逆变电源并联运行系统。随着人们生活水平的不断提高,数字化控制无疑是人们追求的目标之一,它所给人带来的方便也是不可否定的,其中数控制直流稳压电源就是一个很好的典型例子,但人们对它的要求也越来越高,要为现代人工作、科研，生活、提供更好的，更方便的设施就需要从数字电子技术入手，一切向数字化，智能化方向发展.本文所介绍的简易直流稳压电源计与传统的稳压电源相比，具有操作方便，电压稳定度高的特点，其输出电压大小采用数字显示，主要用于要求电源精度比较高的设备，或科研实验电源使用，并且此设计，没有用到单片机，只用到了数字技术中的可逆计数器，d/a 转换器，译码显示等电路，具有控制精度高，制作比较容易等优点。1.1设计要求输出电压范围0-30v，步进值为0.1v电压调整率sv0.05%v；电流调整率si0.03%a； 纹波电压峰峰值=5ma； 输出电流 1a 具有过流保护和短路保护功能；用数字显示输出电压 1.2总体方案确定采用51系列单片机作为整机的控制单元，通过改变输入数字量来改变输出电压值，从而使输出功率管的基极电压发生变化，间接地改变输出电压的大小。为了能够使系统具备检测实际输出电压值的大小，可以经过adc0809进行模数转换，间接用单片机实时对电压进行采样，然后进行数据处理及显示。采用软件方法来解决数据的预置以及电流的步进控制，使系统硬件更加简洁，各类功能易于实现本系统以直流电源为核心，利用51系列单片机为主控制器，通过键盘来设置直流电源的输出电流，设置步进等级可达0.1v，并可由数码管显示实际输出电压值和电压设定值。利用单片机程控输出数字信号，经过d/a转换器（da0832）输出模拟量，再经过运算放大器隔离放大，控制输出功率管的基极，随着功率管基极电电流的变化而输出不同的电压。单片机系统还兼顾对恒压源进行实时监控，输出电压经过电流/电压转变后，通过a/d转换芯片，实时把模拟量转化为数据量，经单片机分析处理， 通过数据形式的反馈环节，使电压更加稳定，构成稳定的压控电压源。1.3单元电路设计此数控直流稳压电源共有六部分，输出电压的调节是通过“+”，“-”两键操作，步进电压精确到0.1v 控制可逆计数器分别作加，减计数，可逆计数器的二进制数字输出分两路运行：一路用于驱动数字显示电路，精确显示当前输出电压值；另一路进入数模转换电路（d/a 转换电路），数模转换电路将数字量按比例，转换成模拟电压，然后经过射极跟随器控制,调整输出级，输出稳定直流电压。为了实现上述几部分的正常工作，需要另制15v，和5v 的直流稳压电源，及一组未经稳压的12v17v 的直流电压。此下所讲的数控电源主要就是对此组电压进行控制，使输出05v 的稳定的可调直流电压。此原理方框图如下图1-1 所示。图1-1原理方框图第2章 系统硬件设计2.1 mcs51单片机主要应用特性mcs-51单片机是美国intel公司于1980年推出的产品,与mcs-48单片机相比，它的结构更先进，功能更强，在原来的基础上增加了更多的电路单元和指令,指令数达111条，mcs-51单片机可以算是相当成功的产品，一直到现在，mcs-51系列或其兼容的单片机仍是应用的主流产品，各高校及专业学校的培训教材仍用mcs-51单片机作为代表进行理论基础学习。我们也以这一代表性的机型进行系统的设计。mcs-51系列单片机主要包括8031、8051和8751等通用产品，其主要功能如下：8位cpu4kbytes 程序存储器(rom)128bytes的数据存储器(ram)32条i/o口线111条指令，大部分为单字节指令21个专用寄存器2个可编程定时/计数器5个中断源，2个优先级一个全双工串行通信口外部数据存储器寻址空间为64kb外部程序存储器寻址空间为64kb逻辑操作位寻址功能双列直插40pindip封装单一+5v电源供电mcs-51以其典型的结构和完善的总线专用寄存器的集中管理，众多的逻辑位操作功能及面向控制的丰富的指令系统，堪称为一代“名机”，为以后的其它单片机的发展奠定了基础。正因为其优越的性能和完善的结构，导致后来的许多厂商多沿用或参考了其体系结构，有许多世界大的电气商丰富和发展了mcs-51单片机，像philips、dallas、atmel等著名的半导体公司都推出了兼容mcs-51的单片机产品，就连我国的台湾winbond公司也发展了兼容mcs-51的单片机品种。近年来mcs-51获得了飞速的发展，mcs-51的发源公司intel由于忙于开发pc及高端微处理器而无精力继续发展自己的单片机，而由其它厂商将其发展，最典型的是philips和atmel公司，philips公司主要是改善其性能，在原来的基础上发展了高速i/o口，a/d转换器，pwm(脉宽调制)、wdt等增强功能，并在低电压、微功耗、扩展串行总线(i2c)和控制网络总线(can)等功能加以完善。atmel公司推出的at89cxx系列兼容mcs-51的单片机，完美地将flash(非易失闪存技术)eprom与80c51内核结合起来，仍采用mcs-51的总体结构和指令系统，flash的可反擦写程序存储器能有效地降低开发费用，并能使单片机作多次重复使用。8051是mcs-51系列单片机中的代表产品，它内部集成了功能强大的中央处理器，包含了硬件乘除法器、21个专用控制寄存器、4kb的程序存储器、128字节的数据存储器、4组8位的并行口、两个16位的可编程定时/计数器、一个全双工的串行口以及布尔处理器。mcs-51采用模块式结构，mcs-51系列中各种加强型单片机都是以8051为核心加上一定的新的功能部件后组成的，从而使它们完全兼容。表2-1为mcs-51系列单片机常用产品特性。表2-1 mcs-51系列单片机常用产品特性型号片内存储器i/o线定时器/计数器片外寻址空间（kb）程序数据程序数据80514k rom128322个16位646487514k eprom128322个16位64648031无128322个16位646480c514k rom128322个16位646487c514k eprom128322个16位646480c31无128322个16位646480524k rom256323个16位646487524k eprom256323个16位64648032无256323个16位6464mcs-51具有比较大的寻址空间，地址线宽达16条，即外部数据存储器和程序存储器的寻址范围达216=64kb，这作为单片机控制来说已是比较大的，这同时具备对i/o口的访问能力。此外，mcs-51采用模块化结构，可方便地增删一个模块就可使引脚和指令兼容的新产品，从而容易使产品形成系列化。由于mcs-51集成了几乎完善的8位中央处理单元，处理功能强，中央处理单元中集成了方便灵活的专用寄存器，硬件的加、减、乘、除法器和布尔处理机及各种逻辑运算和转移指令，这给应用提供了极大的便利。mcs-51的指令系统近乎完善，指令系统中包含了全面的数据传送指令、完善的算术和逻辑运算指令、方便的逻辑操作和控制指令、对于编程来说，是相当灵活和方便的。mcs-51单片机的工作频率为2-12mhz，当振荡频率为12mhz时，一个机器周期为1us,这个速度应该说是比较快的。mcs-51把微型计算机的主要部件都集成在一块芯片上，使得数据传送距离大大缩短，可靠性更高，运行速度更块。由于属于芯片化的微型计算机，各功能部件在芯片中的布局和结构达最优化，抗干扰能力加强，工作亦相对稳定。因此，在工业测控系统中，使用单片机是最理想的选择。单片机属于典型的嵌入式系统，所以它是低端控制系统最佳器件。鉴于mcs-51的以上特点，本文的设计就是基于mcs-51的8301型号单片机来设计的。2.2 系统面板设计及控制原理图2.2.1 面板设计运行控制系统面板如图2-1所示。+-输入显示警报图2-1 控制面板在图2-1中控制面板中设置了一个“+”一个“”控制区两个控制按键，两个发光二极管（分别是警报指示、运行指示）、三位数码显示管。2.2.2 系统控制原理图图2-2 系统控制原理图2.3 微型处理器8031单片机是intel公司生产的mcs-51系列单片机中的一种，除无片内rom外，其余特性与mcs-51单片机基本一样。2.3.1 8031性能特点8031的主要性能包括:（1）与mcs-51位控制器产品系列兼容。（2）宽工作电压范围，vcc可为2.7v6v。（3）全静态工作，可从0hz 至16hz。（4）1288位内部ram。（5）32条可编程i/o线。（6）两个16位定时器/计数器。（7）中断结构具有5个中断源和2个优先级。2.3.2 8031硬件结构及引脚功能8031的内部硬件结构如图2-3所示：图2-3 8031引脚图在图2-3中所示，8031单片机采用40引脚双列直插封装(dip)形式。采用方形封装工艺。由于受到引脚数目的限制，所以有一些引脚具有第二功能。在单片机的40条引脚中，有2条专用于主电源的引脚，2条外接晶体的引脚，4条控制和其它电源复用的引脚，32条输入/输出引脚。下面分别说明这些引脚的名称和功能。（1）主电源引脚vcc和gndvcc：芯片主电源，正常工作时接+5v电源。gnd：接电源地。（2）时钟振荡引脚xtal1和xtal2xtal1: 接外部晶体的一端。在单片内部，它是反相放大器的输入端，该放大器构成了片内振荡器。在测外部时钟电路时，对于hmos单片机，此引脚必须接地；对chmos单片机，此引脚作为驱动端。xtal2: 接外部晶体的另一端。在单片机内部,接至上述振荡器的反相放大器的输出端，振荡器的频率是晶体振荡频率。若采用外部时钟电路时，对于hmos单片机，该引脚输入外部时钟脉冲；对于chmos单片机，此引脚应悬空（3）控制信号引脚rst/vpd、ale/ 、和/vpp。ale/: 地址锁存使能输出/编程脉冲输入端。在扩展系统时，ale用于控制把p0口输出的低8位地址锁存起来，以实现低8位地址和数据的隔离，p0口作为数据地址复用口线。当访问单片机外部程序或数据存储器或外接i/o口时，ale输出脉冲的下降沿用低8位地址的锁存信号；即使不访问单片机外部程序或数据存储器或外接i/o口，ale端仍以晶振频率的1/6输出脉冲信号，因此可以作为外部时钟或外部定时信号使用。但应注意，此时不能访问单片机外部程序、数据存储器或外设i/o接口。: 片外程序存储器读选通信号。在cpu向片外程序存储器读取指令和常数时，每个机器周期两次低电平有效。但在此期间，每当访问外部数据存储器或i/o接口时无效出现。/vpp: 访问程序存储器控制信号/编程电源输入端。当端输入高电平时，单片机访问片内的程序存储器，在低4kb地址时，将自动转向执行外部程序存储器的程序。当ea输入低电平时，cpu仅访问片外程序存储器。在对8751eprom编程时，此引脚接+21v的编程电压vpp。rst/vpd: 复位/掉电保护信号输入端。单片机上电后，只要在该引脚上输入24个振荡周期2个机器周期0宽度以上的高电平就会使单片机复位；若在rst与vcc之间接一个10f的电容，则可实现单片机上电自动复位。rst/vpd具有复位功能，在主电源vcc掉电期间，该引脚可接上+5v的备用电源。当vcc掉到低于规定的电平，而vpd在其规定的电压范围内时，+5v就向片内ram 提供备用电源，以保持片内ram中的数据不丢失，复位后能继续正常运行。（4）输入/输出（i/o）引脚p0、p1、p2、p3（共32根）p0.0p0.7: p0口是一个8位双向i/o端口。在访问片外存储器时，它分时提供低8位地址和作8位双向数据总线。在eprom编程时，从p0口输入指令字节；在验证程序时，则输出指令字节(验证时要外接上拉电阻)。p0口能一吸收电流的方式驱动8个lsttl负载。p1.0p1.7: p1口是8位准双向i/o端口。在eprom编程和程序验证时，它输入低8位址。p1口能驱动4个lsttl负载。p2.0p2.7: p2口是8位准双向i/o端口。在cpu访问外部存储器时，它输出高8位地址。在对eprom编程和程序验证时，它输出高8位地址。p2口可驱动4个lsttl负载。p3.0p3.7: p3口是8位准双i/o端口。它是一个复用功能口。作为第一功能使用时，为普通i/o口，其功能和操作方法与p1口相同。作为第二功能使用时,各引脚的定义如表2-2所示。p3口的每一引脚均可独立定义第一功能的输入输出或第二功能。p3口能驱动4个lsttl负载。表2-2 各口线的第二功能定义口线引脚第二功能p3.010rxd（串行输入口）p3.111txd（串行输出口）p3.212（外部中断0）p3.313（外部中断1）p3.414t0（定时器0外部输入）p3.515t1（定时器1外部输入）p3.616（外部数据存储器写脉冲）p3.717（外部数据存储器读脉冲）2.4 系统扩展 8031数据存储器i/o接口程序存储器8031具有很强的扩展功能，允许扩展各种外围电路以补充片内资源不足，适应特定应用的需要，扩展内容包括数据存储器、程序存储器、i/o接口等扩展结构如图2-4所示：图2-4 8031系统扩展结构图2.4.1 i/o接口的扩展由于我们采集的数据量较多，因此cpu的i/o口线不够用，所以我们使用8255a来扩展i/o口，以满足系统的要求。8255a是intel公司生产的通用可编程并行i/o接口芯片。8031和8255a相连可为外设提供三个8位i/o端口，允许采用同步、异步和中断方式传送i/o数据。2.4.1.1 8255a内部结构和引脚功能（1）内部结构8255a内部由四部分电路组成。它们是a口、b口和c口，a组控制器和b控制器，数据缓冲器及读写控制逻辑，如图2-5所示。a口、b口和c口。a口、b口和c口均为8位i/o数据口，但结构上略有差别。a口由一个8位的数据输出缓冲/锁存器和一个8位的数据输入缓冲/锁存器组成。b口由一个8位的数据输出缓冲/锁存器和一个8位的数据输入缓冲器组成。三个端口都可以和外设相连，分别传送外设的输入/输出数据或控制信息。 a、b组控制电路。这是两组根据cpu的命令字控制8255工作方式的电路。a组控制a口及c口的高4位，b组控制b口及c口的低4位。数据总线缓冲器。它是一个8位的双向三态驱动器，用于与单片机的数据总线相连，传送数据或控制信息。读/写控制逻辑。这部分电路接收mcs-51送来的读/写命令和选口地址，用于控制对8255a的读/写。图2-5 8255a芯片的内部结构图（2）引脚功能8255a有40条引脚，采用双列直插式封装。如图2-6所示。图2-6 8255a引脚图数据总线（8条）：d0d7:三态双向数据总线，8255a与cpu数据传送的通道，当cpu 执行输入输出指令时，通过它实现8位数据的读/写操作，控制字和状态信息也通过数据总线传送。控制总线（6条）：reset: 复位信号，输入高电平有效。一般和单片机的复位相连，复位后，8255a所有内部寄存器清0，所有口都为输入方式。:片选信号线，当这个输入引脚为低电平时有效，表示芯片被选中，允许8255a与cpu进行通讯。:读信号线，当这个输入引脚为低电平时，允许8255a通过数据总线向cpu发送数据或状态字。:写入信号，当这个输入引脚为低电平时，允许cpu将数据或控制字写入8255a。a0、a1：地址输入线。当=0，芯片被选中时，这两位的4种组合00、01、10、11分别用于选择a、b、c口和控制寄存器。其组合如表2-3。表2-3 8255a控制信号功能表a1a2端口地址端口功能0000100 ha口读a口0001000 ha口写a口0010101hb口读b口0011001hb口写b口0100102hc口写c口0101002hc口读c口0111003h控制口写控制字1总线高阻并行i/o总线（24条）：这些总线用于和外设相连，分别与a、b、c口相对应，用于8255a和外设之间传送数据，共分三组：pa0pa7:端口a输入输出线，一个8位的数据输出锁存器/缓冲器，一个8位的数据输入锁存器。pb0pb7:端口b输入输出线，一个8位的i/o锁存器，一个8位的输入输出缓冲器。pc0pc7:端口c输入输出线，一个8位的数据输出锁存器/缓冲器，一个8位的数据输入缓冲器。电源线（2条）：vcc为5v电源线，允许变化10%；gnd为地线。2.4.1.2 8255a方式控制字8255a有两个控制字：方式控制字和c口单一置复位控制字。用户通过程序可以把这两个控制字送到8255a的控制寄存器（a1a011b），以设定8255a的工作方式和c口各位状态。这两个控制字以d7位状态作为标志。8255a各端口工作于什么方式和是输入还是输出方式，是由方式控制字决定的。方式控制字格式如图2-7所示。d7为控制字标志位，若d7=1,则本控制字为方式控制字，若d70，则本控制字为c口单一置复位控制字。d6d3为a组控制位。其中，d6和d5位a组方式选择位：若d6d500，则a组设定为方式0；若d6d501，则a组设定为方式1：若d6d51（为任意），则a组设定为方式2。d4为a口输入/输出控制位：若d40，则pa0pa7，用于输出数据；若d40，则pa0pa7用于输入数据。d3位c口高4位输入/输出控制位：若d30，则pc4pc7为输出数据方式；若d31，则pc4pc7为输入方式。图2-7 方式控制字d2d0为b组控制位，其作用和d6d3类似。其中，d2为方式选择位，若d20，则b组设定为方式0，若d21，则b组设定为方式1。d1为b口输入/输出控制位，d10，则pb0pb7用于输出数据，若d11，则pb0pb7用于输入数据。d0为c口低4位输入/输出控制位，若d00，则pc0pc3用于输出数据，若d01，则pc0pc3用于输入数据。如图2-8所示：图2-8 置位控制字2.4.1.3 8255a的工作方式8255a有三种工作方式：方式0（mode0）、方式1（mode1）和方式2(mode2)。正确的选用方式控制字，并把它通过程序送给8255a的控制字寄存器就可设定8255a的工作方式。方式0（基本输入/输出方式）：这种方式不需要任何选通信号。a口、b口及c口的两个4位口中的任何一个端口都可以被设定为输入或输出。输出锁存，输入不锁存。根据控制字d4、d3、d1、d0位的变化，方式0有16种不同的输入、输出组合方式。方式1（选通输入/输出方式）：这种方式下，a口、b口、c口分为两组。a组包括a口和c口的高4位，a口可由编程设定为输入口或输出口，c口的高四位则用来作为输入/输出操作的控制和同步信号；b组包括b口和c口的低4位，b口可由编程设定为输入口或输出口，c口的低四位则用来作为输入/输出操作的控制和同步信号。a口和b口的输入输出数据都被锁存。方式2（双向总线方式）：这种方式下，a口为8位双向总线口，c口的pc3pc7用来作为输入/输出操作的控制和同步信号；b口和c口的pc0pc2则可编程为方式0或方式1工作。2.4.1.4 8255a与cpu 8031的接口8255a与cpu 8031的接口连线如图2-9所示。图2-9 8255a与cpu8031的接线图8255a与单片机间有3组连线：d7d8根数据线依次与p0口的p0.7p0.0一一对应连接：、reset等3根控制线与单片机的同名引脚互连；片选端则与p2口相连；a1、a0两根地址线与单片机的两个i/o引脚连接。2.4.2 存储功能扩展由于我们需要保存一定的数据，而8031片内没有程序存储功能，因此，ea管脚总是接低电平。根据保存的数据量需要，我们选用了eprom 2764为外扩的数据存储器。2.4.2.1 锁存器74ls373的引脚及功能如图2-10所示，74ls373是带三态缓冲输出的8d锁存器，由于单片机的三总线结构中，数据线与地址线的低8位共用p0口，因此必须用地址锁存器将地址信号和数据信号区分开。74ls373的锁存控制端直接与单片机的锁存控制信号ale相连，在ale的下降沿锁存低8位地址。其中，d0d7为数据输入端；q0q7为数据输出端；oe为三态允许控制端（低电平有效）；le为锁存允许端。 图2-10 74ls373 引脚该片如何工作由功能表2-4决定，表中l为低电平、h为高电平、z为高阻抗（相当开路）x为任意电平，一般将oe接低电平，le接ale就能正常工作。表2-4 74ls373真值表lednqnlhhhlhllllllllhhhxxz2.4.2.2 2764 eprom紫外线擦除电可编程只读存储器eprom是国内用得较多的程序存储器。eprom芯片上有一个玻璃窗口，在紫外线照射下，存储器中的各位信息均变1，即处于擦除状态。擦除干净的eprom可以通过编程器将应用程序固化到芯片中。本次设计所选用的是2764 eprom。（1）2764的概述这是一种可以擦去重写的只读存储器。通常用紫外线对其窗口进行照射，即可把它所存储的内容擦去。之后，又可以对其重新进行编程，写入新的内容。一旦写入，其存储的内容可以长期（几十年）地保存，即使去掉电源电压，也不会影响它所存储的内容。图2-11为通用的eprom 2764的引脚图，它的容量为8 k8bit。8 k表示有81024个存储单元，8位表示每个单元存储数据的宽度是8位。前者确定了地址线的位数是12位（a0a12），后者确定了数据线的位数是8位（d0d7）。目前，除了串行存储器之外，一般情况下，我们使用的都是8位数据存储器。单一+5 v供电，工作电流为75 ma，维持电流为35 ma，读出时间最大为250 ns，dip28封装。2764vppa12a7a6a5a4a3a2a1a0d0d1d2gndvccpgmn.ca8a9a11oea10ced7d6d5d4d327648k eprom图2-11 2764引脚图（2）引脚功能其中，a0a12为地址线；d0d7为数据线； 为片选线；是读线；是编程输入；vpp为编程电源。 除了12条地址线和8条数据线之外， 为片选线，低电平有效。也就是说，只有当为低电平时，2764才被选中，否则，2764不工作。 （3）eprom 2764和锁存器74ls373与8031组成最小系统8031单片机扩展一片2764程序存储器电路如图2-12所示。 地址线。单片机扩展片外存储器时，地址是由p0和p2口提供的。图2-11中，2764的13条地址线（a0a12）中，低8位a0a7通过锁存器74ls373与p0口连接，高4位a8a12直接与p2口的p2.0p2.3连接，p2口本身有锁存功能。注意，锁存器的锁存使能端le必须和单片机的ale管脚相连。图2-12 8031扩展2764 eprom硬件接线图 数据线。2764的8位数据线直接与单片机的p0口相连。因此，p0口是一个分时复用的地址/数据线。 控制线。cpu执行2764中存放的程序指令时，取指阶段就是对2764行读操作。注意，cpu对eprom只能进行读操作，不能进行写操作。cpu对2764的读操作控制都是通过控制线实现的。2764控制线的连接有以下几条：直接p2.5。：接8031的读选通信号端。在访问片外程序存储器时，只要端出现负脉冲，即可从2764中读出程序。2.5 输入/输出接口系统设计输入/输出接口系统就是指人与计算机之间建立联系、交换信息的输入/输出设备接口，就是人机交互接口。这些输入/输出设备主要有键盘和显示器等。它们是系统中必不可少的输入、输出设备，是控制系统与操作人员之间交互的窗口。2.5.1 “+”, “-”键控制的可逆计数器的设计此部分电路主要用两按钮开关作为电压调整键，与可逆计数器的加计数cpu 时钟输入端和减计数cpd 时钟输入端相连，可逆计数器采用两片四位十进制同步加/减计数集成块74ls192 级联而成。74ls192 是双时钟，可预置数，异步复位，十进制（bcd 码）可逆计数器。与之功能相同的还有其它芯片，比较容易找到。由于输出电压从0v 到30v 可以调节，所以74ls192 两计数器总计数范围从00000 到11101（即030v）,而74ls192 本身为十进制可逆计数器，所以只需一块这样的芯片级联就可以达到目的，此芯片封装和工作模式表如下图2-13 所示。图2-13 芯片封装和工作模式表pl 是低电平有效的预置数允许端，pl=0 时，预置数输入端p0p3 上的数据被置入计数器。mr是高电平有效的复位端，mr=1 时，计数器被复位，所有输出端都为低电平。cpu 是加计数时钟，cpd 是减计数时钟，当cpu=cpd=1 时，计数器处于保持状态，不计数。当cpd=1，cpu 由0变为1时，计数器的计数值加1；当cpu=1，cpd 由0变1时，计数器的计数值减1。tcu 是进位输出端，当加计数器达到最大计数值时，即达到5时，tcu 在后半个时钟周期（cpu=0）内变成低电平，其他情况均为高电平。tcu 是借位输出端，当减计数器计到零时，tcd在时钟的后半个周期（cpd=0）内变成低电平，其他情况下均为高电平。为实现100 进制的计数可把第一块芯片的tcu，tcd 分别接后一级的cpu，cpd 就可以级联使用，这就达到了05 的计数。2.5.2 显示系统设计为了使操作人员及时掌握生产情况，在一般的微型计算机控制系统或者智能仪器当中，都配有显示程序。本次设计采用led数码显示。2.5.2.1 led数码管的结构及显示原理常用的显示器件有：显示和记录仪表，crt显示终端，led或者lcd显示器，大屏幕显示器。本次设计所采用的是led数码管。led数码管具有结构简单，体积小，功耗低，响应速度快，易于匹配，寿命长，可靠性高等优点。led数码管是由发光二极管组成，由于材料的不同，可以发出各种单色光线。发光二极管可以有多种组成形式，其中7段数码管应用最多，根据发光二极管内部的连接方式不同，又有共阴极或共阳极两种形式。如图2-14所示图2-14 led数码管结构2.5.2.2 74ls138结构及功能74ls138为3线到8线译码器，当一个选通端（g1）为高电平，另外2个选通端2a和2b为低电平时可以将地址端（a、b、c）的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。利用g1、2a和2b可以级联扩展成24线译码器引脚结构如图2-15所示。图2-15 74ls138引脚图其引脚功能为：a、b、c为译码地址输入端；g1为选通端；2a、2b为选通端（低电平有效）；y0y7为译码输出端（低电平有效）。2.5.2.3 74ls377结构及功能74ls377是一种8d触发器，它的e端是控制端、clk端是时钟端，当它的e端为低电平时只要在clk端产生一个正跳变，d1d7将被锁存到q0q7端输出，在其他情况下q0q7端的输出保持不变。其引脚图和功能表如图2-16所示。图2-16 74ls377引脚及功能2.5.3 显示电路显示电路接线图，如图2-17所示图2-17 显示电路原理图2.6d/a 转换电路2.6.1 dac0832 工作原理介绍数模转换电路，采用两块dac0832 集成块，它是一个8 位数/模转换电路，这里只使用高4 位数字量输入端。由于dac0832 不包含运算放大器，所以需要外接一个运算放大器相配，才构成完整的d/a 转换器，低位dac 输出模拟量经9：1 分流器分流后与高位dac 输出模拟量相加后送入运放，具体实现，由900和100的电阻相并联分流实现，运放将其转换成与数字端输入的数值成正比的模拟输出电压，运放采用具有调零的低噪声高速优质运放ne5534。具体封装图如下图2-18 所示。图2-18封装图dac0832 芯片主要功能引脚的名称和作用如下：d7d0：8 位二进制数据输入端；ile：输入锁存允许，高电平有效；cs：片选信号，低电平有效；wr1，wr2：写选通信号，低电平有效；xfer：转移控制信号，低电平有效；rf：内接反馈电阻，rf=15k；iout1，iout2：输出端，其中iout1 和运放反相输入相连，iout2 和运放同相输入端相连并接地端；vcc：电源电压，vcc 的范围为+5v+15v；vref：参考电压，范围在-10v+10v;gnd：接地端。2.6.2 dac0832 芯片的特点dac0832 最具特色是输入为双缓冲结构，数字信号在进入d/a 转换前，需经过两个独立控制的8 位锁存器传送。其优点是d/a 转换的同时，dac 寄存器中保留现有的数据，而在输入寄存器中可送入新的数据。系统中多个d/a 转换器内容可用一公共的选通信号选通输出。由于dac0832 输出级没有加集成运放，所以需外加ne5534 相配适用。ne5534 封装如下图2-19所示。图2-19 ne5534in-为反相输入端out 为输出端；balance 为平衡输入端,主要作用是,使内部电路的差动放大电路处于平衡状态；comp/bal 的作用为,通过调节外接电阻,以达到改善放大器的性能和输出电压;vcc-和vcc+为正负电源供；2.7调整输出的设计调整输出级采用运放作射极跟随器，使调整管的输出电压精确地与d/a 转换器输出电压保持一致。调整管采用大功率达林顿管，确保电路的输出电流值达到设计要求。数控电源各部分工作所需的15v 和5v 电源由固定集成稳压器7815、7915、和7805 提供，调整管所需输入电压，经简单整流，滤波即可得到，但要求能提供5a 的电流。输出电压的调整，主要是运用射极输出器发射极上所接的4.7k 电阻来完成的，此反馈电阻的主要作用是，把输出电压反馈到ne5534 的输入级的反向输入端，当同相输入in+和反向输入端in-有差别是，调整输出电压使之趋于稳定，从而达到调整输出电压的目的。2.8电路调试调节步骤如下：输入数字00000，短接re1、re、rf 调运放调零电位器rw，用数字万用表检测，使输出电压vo=01mv。输入数字11101，调整re1、re2、rf 使输出电压vo 达到预定的满量程30v。主要技术指标本文所设计数控直流电源的电压输出范围为030v，步进电压值为0.1v，输出纹波电压不大于10mv，输出电流为1a。2.9改进措施本电源输出电压大小尚受限制，在需要较高输出电压时，在不改变调节精度（即步进电压值）前提下，只要增加计数器的级联数和相应d/a 转换器的个数，扩大数显指示范围，配合选用高电压输出运放，就能轻易地满足要求。当需要正负对称输出电压时，只要另增一组电源，对d/a 转换器及调整输出电路稍作改动即可达到目的。2.10 电源除了220v的电源，我们还选择了lm7805三端稳压器产生一个5v的电源。其电路如图2-18所示。图2-18 +5v电源电路三端固定输出集成稳压器，它是一种串连调整式稳压器。它将全部电路集成在单块硅片上，整个集成稳压电路只有输入、输出和公共三个引出端，使用非常方便。典型的有78正电压输出系列，79负电压输出系列。当输入的电压vi、输出电流io或温度变化时，输出电压vo可保持不变；另外，当输出短路。可使输出电流io限制为一定值；若稳压器过热，则它就停止工作，以免稳压器遭到损坏。三端固定输出电压集成稳压器，因内部有过热、过流保护电路，因此它的性能优良、可靠性高。有因这种稳压器具有体积小、使用方便、价格低廉等优点，所以我们选用了这种芯片。本设计主要电源供给电路主程序单元清零设8255a工作方式清显示单元，指示灯设中断方式开中断启动计数单元清零计数单元加1送显示结束给定值参数输入完吗？设定了吗？运行输出完成？nnnnyyyy第3章 系统软件设计3.1主程序3.2 显示子程序流程图显示子程序显示缓冲区首地址指向最左边一位8255a口地址取出要显示的数据求待显示数据的显示码送显示码到82553位数显示完了吗？返回求下一个位选码修改显示缓冲地址ny中断服务程序读入键值存入给定单元送显示计算下一个显示单元保护显示地址求下一位给定值单元地址输入计数器加1返回3.3输入给定值中断服务程序第4章 结论为期一学期的毕业设计结束了，在这短短的几个月当中，我们不仅巩固了以前学到的专业知识，更重要的是我们学到了许多新知识，学会了设计一个系统的步骤、方法和设计思想，还学到了作为一个设计人员应该具备的素质。在毕业设计之初，我们首先拿到了毕业设计的题目30v简易直流稳压电源的设计，从中我们知道了这次设计的目的、要求以及要完成的