数控直流电源毕业设计

1、武汉职业技术学院毕业设计论文毕业论文设计数控直流电源电信13305班 张欢目录1 引言22 硬件系统设计32.1 功能要求32.2 方案论证32.3 系统硬件电路的设计42.3.1 系统核心单片机部分42.3.2 数模转换器DAC0832的介绍及应用72.3.3 1602液晶显示模块介绍及应用112.3.4 运算放大器OP07的作用132.3.5 供电电源电路设计142.3.6 数控及显示部分电路图153 软件系统的设计主程序流程图153.1 部分程序流程图163.2 软件设计主要完成的功能173.3 部分程序清单174 总结19参 考 文 献20数控直流电压源的设计【摘要】:目前所使用的直流

2、可调电源中，几乎都为旋钮开关调节电压，调节精度不高，而且经常跳变，使用麻烦。数控电压源具有操作方便，电压稳定度高的特点。本文以AT89C52为控制芯片，通过按键输入，以数模转换器DAC0832将数字量转换成模拟量，输出参考电压，通过运放OP07将DAC0832输出的模拟电压值放大。此设计输出电压范围为0-9.9v，可以达到每步0.1V的精度，电流可以达到500mA，并可由LCD1602液晶显示输出电压值。该电路硬件具有设计简单，应用广泛，精度较高，使用方便等特点。【关键词】：AT89C52 D/A转换器 数控电源1 引言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，服于各行各业。电力电

3、子技术是电能的最佳应用技术之一。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。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，数字化能够少生产过程中的不确定因素和人为

4、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。2 硬件系统设计2.1 功能要求设计一个数字控制电压源，利用键盘来控制，要求输出电压为0V-12V，步进0.1V或1V，并将输出电压显示出来。2.2 方案

5、论证本设计采用AT89C52为控制单元，与数模转换器DAC0832数据接口相连，并使DAC工作在单缓冲方式下。DAC的8脚接参考电压，参考电压为5V。所以在DAC的输出电压的分辨率为5V/256=0.02V，也就是说DAC输入数据端每增加1，电压增加0.02V。DAC的电压输出端接放大器OP07的输入端，放大器的放大倍数为5。所以，当AT89C52输出数据增加1的时候，最终输出电压增加0.1V，当调节电压的时候，可以以每次0.1V的梯度增加或者降低电压。本电路设计四个按键，KEY1、KEY2KEY3和KEY4，KEY1KEY3为电压加，KEY2 KEY4为电压减；KEY1每次加0.1V， KE

6、Y2每次减0.1V， KEY3每次加1V， KEY4每次减1V。主电路的原理是通过AT89C52控制DAC的输出电流大小，然后将电流转电压，通过放大器放大，进而输出的。2.3 系统硬件电路的设计系统硬件电路图如图 2-1所示：单片机AT89C52电压控制单元 1602液晶显示显示部分 按键电路 图 2-1 系统硬件电路图2.3.1 系统核心单片机部分 单片机概述：单片机因将其主要组成部分集成在一个芯片上而得名，具体说就是把中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、中断系统、定时器/计数器以及I/O口电路等主要微型机部件，集成在一块芯片上。虽然单片机只是一个芯片，但从组成和功能上看，

7、它已经具有了计算机系统的属性，为此称它单片微型计算机SCMC，简称单片机。(1)MCS-51单片机简介MCS-51是一个单片机系列产品，具有多种芯片型号。按资源配置数量，MCS-51系列分为51和52两个子系列，其中51子系列是基本型，而52子系列则是增强型，以芯片型号的最末位数字的“1”和“2”作标志。52作为增强型子系列，由于资源数量的增加，使其芯片的功能也有所增强。例如片内ROM容量从4KB增加到8KB，片内RAM单元数从128字节增加到256字节，定时器/计数器的数目从2个增加到3个，中断源从5个增加到6个等。AT89系列单片机是ATMEL公司生产的。这是当前最新的一种电擦写8位单片机

8、，与MCS-51系列完全兼容，有超强的加密功能，可完全替代87C51/52和8751/52。它物美价廉，深受用户欢迎。 (2)AT89C52是一种低功耗、具有4KB在线可编程Flash存储器的单片机。它与通用的80C51系列单片机的指令系统和引脚兼容。它将通用CPU和在线可编程Flash集成在一个芯片上，形成了功能强大、使用灵活和具有较高性价比的微控制器。(3)AT89C52具有下列主要性能：.4KB可改编程序Flash存储器（可经受1，000次的写入/擦除周期）.全静态工作：0Hz24MHz；.32条可编程I/O线；.2个16位可编程定时器；.中断系统具有6个中断源、5个中 断矢量、2个中断

9、优先级； .串行口是一个全双工的串行通信口。.低功耗节电模式；.片内时钟振荡器频率：033M；.具有片内看门狗定时器；.具有断电状态下的中断恢复模式。 (4)主电源引脚1)Vcc 电源端2)GND 接地端(5)接晶体引脚XTAL1和XTAL21)XTAL1 接外部晶体的一个引脚。在单片机内部，它是构成片内振荡器的反相放大器的输入端。当采用外部振荡器时，该引脚接收振荡器的信号，既把此信号直接接到内部时钟发生器的输入端。2)XTAL2 接外部晶体的另一个引脚。在单片机内部，它是上述振荡器的反相放大器的输出端。采用外部振荡器时，此引脚应悬浮不连接。 图 2-2 晶振图(6)控制或与其它电源复用引脚R

10、ST、ALE/PROG、PSEN和EA/Vpp1)RES 复位输入端。 当振荡器运行时，在该引脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。2) ALE/PROG 当访问外部存储器时， ALE（地址锁存允许）的输出用于锁存地址的低位字节。即使不访问外部存储器，ALE端仍以不变的频率（此频率为振荡器频率的1/6）周期性地出现正脉冲信号。因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时目的。然而要注意的是：每当访问外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。在对Flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。3) PSEN 程序存储允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号。当AT89C5

11、2/LV51由外部程序存储器取指令（或常数）时，每个机器周期两次PSEN有效（既输出2个脉冲）。但在此期间内，每当访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号将不出现。4) EA/Vpp 外部访问允许端。要使CPU只访问外部程序存储器，则EA端必须保持低电平（接到GND端）。当EA端保持高电平（接Vcc端）时，CPU则执行内部程序存储器中的程序。 (7)输入/输出引脚 P0.0 P0.7、P10.P1.7、P2.0 P2.7 和P3.0P3.71)P0端口（P0.0 P0.7） P0是一个8位漏极开路型双向I/O端口。作为输出口用时，每位能以吸收电流的方式驱动8个TTL输入，对端口写1时，又

12、可作高阻抗输入端用。2)P1端口（P1.0 P1.7） P1是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P1的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。在对Flash编程和程序验证时，P1接收低8位地址。3)P2端口 （P2.0P2.7） P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P2的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口4)P3端口（P3.0P3.7） P3 是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P2的输出缓冲器可驱动

13、（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。在AT89C52中，P3端口还用于一些专门功能，这些兼用功能见表2-1 P3口兼用功能：表 2-1 P3口兼用功能 端口引脚 兼 用 功 能 P3.0RXD （串行输入口） P3.1TXD （串行输出口） P3.2/INT0 （外部中断0） P3.3/INT1 （外部中断1） P3.4T0 （ 定时器0的外部输入） P3.5T1 （定时器1的外部输入） P3.6/WR （外部数据存储器写选通） P3.7/RD （外部数据存储器读选通） 2.3.2 数模转换器DAC0832的介绍及应用DAC

14、0832是一个8位乘法型D/A转换芯片，除具有一般的D/A转换特性外，其内部采用双缓冲寄存器，能很方便地用于多个D/A转换器同时工作的场合，且在精度允许的情况下，又可作为12位D/A转换器使用。它可以与12位D/A转换器DAC1230互换，引脚也是兼容的。另外，该器件可以作四象限乘法器使用；虽然是电流开关，也可以利用电压开关方式工作。其主要特性参数如下：·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；·单一电源供电；·低功耗，200mV。芯片为20引脚，双列直插式封装。其引脚图如图22: （a） 管脚分布图 （b） 运算

15、放大器图2-3 DAC0832引脚图(1)各引脚说明如下： 1) ：8位数字信号输入端，与单片机的数据总线相连，用于接收单片机送来的待转换的数字量。2)：片选信号（输入），低电平有效。同ILE组合选通WR1。3)ILE ：数据所存允许信号（输入），高电平有效。与CS组合选通WR1。4)：第1写信号（输入），低电平有效，用来将输入数据送到锁存器中。该信号与ILE信号共同控制输入寄存器是数据直通方式还是数据锁存方式：当ILE=1和=0时，为输入寄存器直通方式；当ILE=1和=1时，为输入寄存器锁存方式。5)：数据传送控制信号（输入），低电平有效，它将选通。6)：第2写信号（输入），低电平有效。该信

16、号与信号合在一起控制DAC寄存器是数据直通方式还是数据锁存方式：当 =0和=0时，为DAC寄存器直通方式；当 =1和=0时，为DAC寄存器锁存方式。7)：电流输出“1”，它是D/A寄存器中为“1”的各位权电流汇集输出端。当D/A寄存器中全为“1”时，输出电流是最大；当D/A寄存器中全为“0”时，输出电流为0。8)：电流输出2，它是D/A寄存器中为“0”的各位权电流汇集输出端。当D/A寄存器中各位全为“0”时，输出电流最大；反之电流为0，即满足- =常数或+ =常数 DAC转换器的特性之一是： + =常数9)：反馈电阻端。即运算放大器的反馈电阻端，电阻（15k）已固化在芯片中。因为DAC 083

17、2是电流输出型D/A转换器，为得到电压的转换输出，使用时需在两个电流输出端接运算放大器，即为运算放大器的反馈电阻。10)：基准电压输入引脚，是外加高精度电压源，与芯片内的电阻网络相连接，该电压可正可负，范围为-10V+10V。对于四象限乘法型D/A转换的应用，它也是模拟输入端。11)：数字电源端。可以在+5V+15V范围内选用，用+15V工作最佳。12)DGND：数字地。13)AGND：模拟地。(2)应用特性：1)DAC0832是微处理器兼容型D/A转换器，可以充分利用微处理器的控制能力实现对D/A转换的控制。2)内部无参考电压源；须外接参考电压源。4)DAC0832为电流输出型D/A转换器，

18、要获得模拟电压输出时需要外加转换电路。(3)DAC0832内部结构芯片内的D/A转换电路是一个R-2R (4)DAC0832与单片机的接口方法单缓冲器方式接口如图2-3所示为单缓冲方式接口： P08031CPU P2.7 WRILEDI7DI0 VCCDAC0832CSXEFRWR1 DGND WR2 DI7DI0 19 +5V 20 1 17 2 10 18 图2-4 DAC0832与单片机单缓冲方式口此时，让ILE接+5V，两级数据寄存器的写信号WR1、WR2都与单片机的WR端相连接。当地址线选择好DAC0832后，只要输出WR控制信号，DAC0832就能完成数字量的输入锁存和D/A转换输

19、出。 (5)DAC0832的输出方式在采用单级性模拟电压环境下，由于DAC0832是8位的D/A转换器，由转换器原理可得输出电压与输入数字量的关系为： = -B（256）， -式中256为一常数B=，2.3.3 1602液晶显示模块介绍及应用3）引脚描述引脚名称方向说明1Vss-电源地（0V）2Vdd-电源电压（+5V）3Vo-LCD驱动电压（可调，一般为0.8V）4RSIRS=0，选择指令寄存器；RS=1，选择数据寄存器5R/WIR/W=0写操作；R/W=1读操作6EI写操作时，信号下降沿有效；读操作时，高电平有效7DB0I/O8位总线模式为数据口0，4位总线模式下D0D3脚断开8DB1I/

20、O8位总线模式为数据口1，4位总线模式下D0D3脚断开9DB2I/O8位总线模式为数据口2，4位总线模式下D0D3脚断开10DB3I/O8位总线模式为数据口3，4位总线模式下D0D3脚断开11DB4I/O8位总线模式为数据口4，4位总线模式下D0D3脚断开12DB5I/O8位总线模式为数据口5，4位总线模式下D0D3脚断开13DB6I/O8位总线模式为数据口6，4位总线模式下D0D3脚断开14DB7I/O8位总线模式为数据口7，4位总线模式下D0D3脚断开15LED+-背光电源正（+5V）16LED-背光电源地（0V）注：15、16 背光引脚可以根据需要调整为15=LED- ；16=LED+序

21、号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式00000001I/DS4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址01BF计数器地址10写数到CGRAM或DDRAM）10要写的数据内容11从CGRAM或DDRAM读数11读出的数据内容2.3.4 运算放大器OP07的作用管脚图OP07芯片引脚功能说明： 1和8为偏置平衡(调零端)，2为反向输入端，3为正向输入

22、端，4接地，5空脚 6为输出，7接电源+ 图1 输入失调电压调 图2 调整精度放大器(1) 第一级运算放大器的作用第 22 页 共 22 页第一级运算放大器的输入端与DAC0832的电流输出端相连，构成单极性模拟电压输出方式。在单极性方式下，输出的电压值只与DAC的参考电压值及DAC输入的数字量B有关。GND+15V-15V50R1423647U3RfbIout1IoutVout1图 3 第一级运放电路DAC的反馈电阻与运放输出1脚之间接一可变电阻，用于在输入数字量为0时调节第一级运放的输出为0，即调零。(2)第二级运算放大器的作用第二级运算放大器为反相放大器，它的作用是将前级输出的电压值放大

23、5倍并且反相。5.1kR4347211U21KR171KR2GNDVout1· 6out2+15v-15v· 图 4 第二级运放电路2.3.5 供电电源电路设计本设计需要15V以及+5V的电压，其供给电压电路如图所示： 图25 供电电源电路2.3.6 数控及显示部分电路图图26 数控及显示部分电路图开始3 软件系统的设计 主程序流程图系统初始化键盘扫描有键按下？N使num值改变,执行相应程序 调用DA转换子程序3.1 部分程序流程图如图3-1所示为部分程序流程图：主程序系统初始化 有键按下？N Y Y键盘处理子程序 Key2=0Key1=0 Y Y步进加子程序步进减子程序

24、将num值通过P1口送DAC进行D/A转换显示子程序 图 3-1部分程序流程图对软件流程做一下说明：本程序设定KEY1为电压加0.1V，当按下KEY1键时，输出电压以0.1V步进。KEY2为电压减，与KEY1功能基本相同，KEY3, KEY4电压每次加减1V；同时输出电压的值显示在1602液晶上。通过这种人机交换互设置，可以方便对电压源输出进行控制。源程序的工作过程是：系统初始化后，默认输出0V电压，此时，液晶显示00.0V；然后扫描KEY1，KEY2，KEY3，KEY4键，当有键按下时，程序跳转至相应的按键处理子程序；依据不同的数字量给DAC0832，并把相应的数据送入显示缓冲区，最后显示电

25、源输出的电压值；程序继续扫描KEY1，KEY2，KEY3，KEY4键，循环执行前面的步骤。3.2 软件的设计主要完成三方面的功能：(1)KEY1,KEY3和KEY2，KEY4键分别控制电压的增大与减小(2)把设置的电压送到DA，主要是对DA的操作。(3)通过电路转换，将电压显示在1602液晶上。3.3 部分程序清单#include<reg52.h> #define uint unsigned int #define uchar char uchar num1,num; sbit rs=P20; sbit en=P21; sbit wr=P36; sbit cs=P37; sbit

26、key1=P24; sbit key2=P25; sbit key3=P26; sbit key4=P27;void write_com(uchar com) rs=0; en=0; P0=com; delay(5); en=1; delay(5); en=0; void write_date(uchar date) rs=1; en=0; P0=date; en=1; delay(5); en=0; void write_xianshi() uchar bai,shi,ge; bai=num1/100; shi=num1%100/10; ge=num1%10; write_com(0x80+

27、0x40+8); write_date(0x3a); write_com(0x80+0x40+9); write_date(0x30+bai); write_date(0x30+shi); write_date(0x2e); write_date(0x30+ge); void init() P1=0; P0=0; cs=0; wr=0; num1=0; en=0; write_com(0x38); write_com(0x0c); write_com(0x06); write_com(0x01); write_com(0x80); for(num=0;num<16;num+) write

28、_date(table1num); delay(5); write_com(0x80+0x41)； for(num=0;num<14;num+) write_date(table2num); delay(5); void keyscan() if(key1=0) delay(10);if(key1=0) num1+; P1=num1; if(num1=0xff) num1=0; while(!key1); if(key2=0) delay(10);if(key2=0) num1-; P1=num1; if(num1=0) num1=0xff; while(!key2); if(key3=0) delay(10);if(key3