基于DAC0832的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的數(shù)控電源課程設(shè)計(jì)論文

1、. . . . 目錄前言11. 方案選擇21.1 單片機(jī)的選擇21.2 顯示器的選擇32. 硬件電路設(shè)計(jì)32.1 元器件的介紹32.1.1 AT89C5132.1.2 數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC083242.1.3 三端穩(wěn)壓芯片LM31762.1.4 數(shù)碼管72.2 硬件電路圖的設(shè)計(jì)92.2.1 AT89C51的時(shí)鐘電路和復(fù)位電路92.2.2 DAC0832的外圍電路92.2.3 獨(dú)立式按鍵與AT89C51的連接102.3 整個(gè)系統(tǒng)的原理圖113. 軟件程序設(shè)計(jì)123.1 主程序的設(shè)計(jì)123.2 按鍵子程序的設(shè)計(jì)123.3 顯示子程序的設(shè)計(jì)144.結(jié)論155.心得體會(huì)16參考文獻(xiàn)17前言電源技術(shù)尤其是數(shù)

2、控電源技術(shù)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的工程技術(shù)，服務(wù)于各行各業(yè)。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。數(shù)字化智能電源模塊是針對(duì)傳統(tǒng)智能電源模塊的不足提出的數(shù)字化，能夠減少生產(chǎn)過(guò)程中的不確定因素和人為參與的環(huán)節(jié)數(shù)，有效地解決電源模塊中諸如可靠性、智能化和產(chǎn)品一致性等工程問(wèn)題，極提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的可維護(hù)性本次設(shè)計(jì)的基于DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換器的數(shù)控電源可以人為的隨意調(diào)節(jié)輸出電壓的大小，使用方便、簡(jiǎn)單。1. 方案選擇本次設(shè)計(jì)的主要容是通過(guò)單片機(jī)向DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換器發(fā)送不同的數(shù)字量，根據(jù)數(shù)字量的不同，輸出不同幅值的模擬電壓，從而實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)輸出電圧幅值的數(shù)字控制。1.1 單

3、片機(jī)的選擇本次設(shè)計(jì)中單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的CPU，起到了控制、調(diào)節(jié)的作用，現(xiàn)有AT89C51和ATMEGA16兩種單片機(jī)可供選擇，以下對(duì)這兩種單片機(jī)進(jìn)行分析、比較。方案一：采用ATMEGA16單片機(jī)ATMEGA16是基于增強(qiáng)的AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8 位CMOS微控制器，具有豐富的片資源，包含16K字節(jié)的系統(tǒng)可編程Flash(具有同時(shí)讀寫的能力，即RWW)，512 字節(jié)EEPROM，1K 字節(jié)SRAM，32 個(gè)通用I/O 口線，32 個(gè)通用工作寄存器，支持片調(diào)試與編程，三個(gè)具有比較模式的靈活的定時(shí)器/ 計(jì)數(shù)器(T/C)，片/外中斷。功能全面，但價(jià)格比較昂貴。方案二：采用AT89C51單片機(jī)A

4、T89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲(chǔ)器，的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，包含128字節(jié)部RAM，32 個(gè)I/O 口線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口。本次設(shè)計(jì)需要單片機(jī)將數(shù)字量發(fā)送給數(shù)模轉(zhuǎn)換器，并且控制顯示模塊的顯示。而ATMEGA16的使用較為復(fù)雜，價(jià)格昂貴，且很多功能在本次設(shè)計(jì)中得不到應(yīng)用。故采用AT89C51即可滿足要求，并且價(jià)格便宜，使用方便、簡(jiǎn)單。1.2 顯示器的選擇方案一：采用LCD液晶顯示器顯示LCD 液晶顯示器是 Liquid Crystal Display 的簡(jiǎn)稱，LCD 的構(gòu)造是在兩片平行的玻璃基板當(dāng)中放置液晶盒，下基板玻

5、璃上設(shè)置TFT（薄膜晶體管），上基板玻璃上設(shè)置彩色濾光片，通過(guò)TFT上的信號(hào)與電壓改變來(lái)控制液晶分子的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，從而達(dá)到控制每個(gè)像素點(diǎn)偏振光出射與否而達(dá)到顯示目的。方案二：采用LED數(shù)碼管顯示LED是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為光能的半導(dǎo)體，與傳統(tǒng)的白熾燈和節(jié)能燈不同，采用電場(chǎng)發(fā)光。而數(shù)碼管則是由多個(gè)LED發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，通過(guò)控制每個(gè)發(fā)光二極管的亮滅情況，讓其顯示不同的數(shù)字和字母，但顯示的容有限，一般只用來(lái)顯示數(shù)字。本次設(shè)計(jì)使用顯示模塊顯示系統(tǒng)的輸出電壓，只要求顯示數(shù)字，故采用LED數(shù)碼管顯示即可滿足要求。2. 硬件電路設(shè)計(jì)2.1 元器件的介紹2.1.1 AT89C51圖2-

6、1 AT89C51引腳圖AT89C51單片機(jī)是美國(guó)Atmel公司生產(chǎn)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)。如圖2-1所示為AT89C51引腳圖，其各引腳功能如下所示：Vcc(40引腳)： 接+5V電源。Vss(20引腳)： 接地。XTAL1(19引腳)： 片振蕩器反相放大器和時(shí)鐘發(fā)生器電路的輸入端。XTAL2(18引腳)： 片震蕩器反相放大器的輸出端。RST： 復(fù)位引腳，高電平有效。EA： 外部程序存儲(chǔ)器訪問(wèn)允許控制端。ALE： 低8位地址鎖存允許信號(hào)端。PSEN：讀外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)端。 P0口：8位，漏極開(kāi)路的雙向I/O口。P1口：8位，準(zhǔn)雙向I/O口，具有部上拉電阻。P2口：8位，準(zhǔn)

7、雙向I/O口，具有部上拉電阻。P3口：8位，準(zhǔn)雙向I/O口，具有部上拉電阻。本次設(shè)計(jì)使用的均為I/O口的基本功能，其中P0口使用的是分時(shí)復(fù)用功能。P0口接DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換器，P1口接數(shù)碼管段選，P2.0-P2.3接數(shù)碼管位選，P2.4-P2.7，P3.0，P3.1接6個(gè)控制按鍵。2.1.2 數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC08321.DAC0832基本介紹DAC0832是8分辨率的D/A轉(zhuǎn)換集成芯片。與微處理器完全兼容。本DA芯片以其價(jià)格低廉、接口簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點(diǎn)，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。D/A轉(zhuǎn)換器由8位輸入鎖存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉(zhuǎn)換電路與轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成。 圖2-2

8、DAC0832的部結(jié)構(gòu)圖2.DAC0832引腳功能說(shuō)明DAC0832的引腳圖如圖2-3所示。 圖2-3 DAC0832引腳圖DAC0832各引腳功能如下：DI0DI7：數(shù)據(jù)輸入線，TLL電平。 ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號(hào)輸入線，高電平有效。 CS：片選信號(hào)輸入線，低電平有效。 WR1：為輸入寄存器的寫選通信號(hào)。 XFER：數(shù)據(jù)傳送控制信號(hào)輸入線，低電平有效。 WR2：為DAC寄存器寫選通輸入線。 Iout1:電流輸出線。當(dāng)輸入全為1時(shí)Iout1最大。 Iout2: 電流輸出線。其值與Iout1之和為一常數(shù)。 Rfb:反饋信號(hào)輸入線,芯片部有反饋電阻. Vcc:電源輸入線  

9、;(+5v+15v) Vref:基準(zhǔn)電壓輸入線  (-10v+10v) AGND:模擬地,摸擬信號(hào)和基準(zhǔn)電源的參考地. DGND:數(shù)字地,兩種地線在基準(zhǔn)電源處共地比較好. 3.DAC0832使用說(shuō)明DAC0832與單片機(jī)連接時(shí)，常采用單緩沖方式或雙緩沖方式的單極性輸出。本次設(shè)計(jì)采用單緩沖方式，即DAC0832部的兩個(gè)數(shù)據(jù)緩沖器有一個(gè)處于直通的方式，另一個(gè)處于受AT89C51控制的鎖存方式。并且本次設(shè)計(jì)只使用一路模擬量輸出。設(shè)計(jì)接口電路時(shí)，P0口接DAC0832的數(shù)據(jù)輸入端，P3.6口接DAC0832的WR1端。DAC0832的WR2和XFER端接地，故DAC0832的“8位

10、DAC寄存器”工作于直通方式?！?位輸入寄存器”受WR1端控制。因此，AT89C51單片機(jī)執(zhí)行指令CLR P3.6 即可使DAC0832接都到AT89C51單片機(jī)發(fā)送出來(lái)的數(shù)字量。DAC0832輸出電壓和輸入數(shù)字量B之間的關(guān)系為：本次設(shè)計(jì)采用-5V為DAC0832的基準(zhǔn)電壓，故DAC0823的輸出電壓圍為05V。2.1.3 三端穩(wěn)壓芯片LM317LM317 是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司的三端可調(diào)正穩(wěn)壓器集成電路。輸出電壓圍是 1.25V 至 37V，負(fù)載電流最大為 1.5A。它的使用非常簡(jiǎn)單，僅需兩個(gè)外接電阻來(lái)設(shè)置輸出電壓。此外它的線性調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率也比標(biāo)準(zhǔn)的固定穩(wěn)壓器好。LM317 置有過(guò)載保護(hù)

11、、安全區(qū)保護(hù)等多種保護(hù)電路。通常LM317 不需要外接電容，除非輸入濾波電容到 LM317 輸入端的連線超過(guò) 6 英寸（約 15 厘米）。使用輸出電容能改變瞬態(tài)響應(yīng)。調(diào)整端使用濾波電容能得到比標(biāo)準(zhǔn)三端穩(wěn)壓器高的多的紋波抑制比。LM317 能夠有許多特殊的用法。比如把調(diào)整端懸浮到一個(gè)較高的電壓上，可以用來(lái)調(diào)節(jié)高達(dá)數(shù)百伏的電壓，只要輸入輸出壓差不超過(guò) LM117/LM317 的極限就行。當(dāng)然還要避免輸出端短路。還可以把調(diào)整端接到一個(gè)可編程電壓上，實(shí)現(xiàn)可編程的電源輸出。LM317的引腳圖如圖2-4所示圖2-4 LM317 引腳圖LM317為有源元件，VI端接電源+12v，VO端為穩(wěn)壓芯片的輸出端，A

12、DJ常接一個(gè)滑動(dòng)變阻器再接地。如圖2-5所示，為常用的LM317接線圖通常R2為一個(gè)可調(diào)電阻，調(diào)節(jié)R2的阻值即可使得2引腳的輸出電壓在1.2537V之間。輸出電壓和R1，R2的關(guān)系為：圖2-5 Lm317常用接線圖本次設(shè)計(jì)沒(méi)有采用圖2-5所示的連接圖，而是采用了圖2-6的連接方式。圖2-6 LM317的連接圖本次設(shè)計(jì)中，將DAC0832的輸出電壓經(jīng)過(guò)LM358后接在LM317的ADJ引腳上，使得輸出電壓穩(wěn)定，且?guī)ж?fù)載能力增強(qiáng)。設(shè)2引腳的輸出電壓為，ADJ端的輸入電壓為，則兩者之間的關(guān)系為：故本次設(shè)計(jì)的輸出電壓值的圍為：1.256.25V。2.1.4 數(shù)碼管1. 數(shù)碼管的介紹數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)

13、光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。led數(shù)碼管（LED Segment Displays）是由多個(gè)發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在部連接完成，只需引出它們的各個(gè)筆劃，公共電極。led數(shù)碼管常用段數(shù)一般為7段有的另加一個(gè)小數(shù)點(diǎn)。通過(guò)控制八個(gè)發(fā)光二極管的亮滅情況來(lái)控制顯示的字符，一般只用來(lái)顯示數(shù)字和部分字符。數(shù)碼管的顯示方式分為動(dòng)態(tài)顯示和靜態(tài)顯示兩種，由于靜態(tài)顯示比較耗費(fèi)單片機(jī)的I/O資源，故本次設(shè)計(jì)采用數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示方式。2. 數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極C

14、OM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到一樣的字形碼，但究竟是哪個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開(kāi)，該位就顯示出字形，沒(méi)有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過(guò)程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為12ms，由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象與發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大

15、量的I/O端口，而且功耗更低。本次設(shè)計(jì)數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)連接圖2-7所示，其中P1.0P1.7為數(shù)碼管的段選端，P2.0P2.3為數(shù)碼管的位選端。圖2-7 數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)連接圖2.2 硬件電路圖的設(shè)計(jì)2.2.1 AT89C51的時(shí)鐘電路和復(fù)位電路AT89C51的時(shí)鐘源由XTAL1和XTAL2引腳所連接的晶體振蕩器提供，此外XTAL1和XTAL2在連接完晶體振蕩器后每一個(gè)引腳接一個(gè)電容接地，電容的容值與晶體振蕩器的大小有關(guān)。本次設(shè)計(jì)采用12M晶體振蕩器，采用22PF電容。AT89C51的復(fù)位方法一般有上電自動(dòng)復(fù)位和外部按鍵手動(dòng)復(fù)位，單片機(jī)在時(shí)鐘電路工作以后, 在RESET端持續(xù)給出2個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)

16、就可以完成復(fù)位操作。例如使用晶振頻率為12MHz時(shí)，則復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間應(yīng)不小于2us。本設(shè)計(jì)采用的是外部手動(dòng)按鍵復(fù)位電路。如圖2-8為AT89C51的時(shí)鐘電路和復(fù)位電路。圖2-8 AT89C51時(shí)鐘電路和復(fù)位電路2.2.2 DAC0832的外圍電路如圖2-9所示，DAC0832的外圍電路圖，本次設(shè)計(jì)采用-5V的參考電壓，并且在IOUT1和IOUT2間接上了LM358將輸出的電流量轉(zhuǎn)化為電壓量。本次設(shè)計(jì)中采用單緩沖模式，故將 WR2端接地。圖2-9 DAC0832外圍電路圖2.2.3 獨(dú)立式按鍵與AT89C51的連接1. 連接電路圖本次設(shè)計(jì)共使用了6個(gè)獨(dú)立按鍵來(lái)控制系統(tǒng)的輸出電壓。該6個(gè)按鍵分別

17、連接AT89C51單片機(jī)的P2.4，P2.5，P2.6，P2.7，P3.0，P3.1。同時(shí)以上引腳均接一500的上拉電阻，以保證在沒(méi)有按鍵按下的情況下端口的輸入為高電平。圖2-10 獨(dú)立按鍵的連接電路圖2.按鍵功能描述本次設(shè)計(jì)基于DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換器的數(shù)控電源在實(shí)際使用時(shí)就說(shuō)通過(guò)以下6個(gè)按鍵來(lái)進(jìn)行控制的，各個(gè)按鍵的功能描述如下：S1：檔位1，按下使得系統(tǒng)輸出電壓為恒定的2VS2：檔位2，按下使得系統(tǒng)輸出電壓為恒定的3VS3：檔位3，按下使得系統(tǒng)輸出電壓為恒定的4VS4：檔位4，按下使得系統(tǒng)輸出電壓為恒定的5VS5：輸出幅值增加鍵，按下一次使得輸出電壓幅值增加0.1V，增至最大值后停止。S6

18、：輸出幅值減少鍵，按下一次使得輸出電壓幅值減少0.1V，減至最下值后停止。2.3 整個(gè)系統(tǒng)的原理圖3. 軟件程序設(shè)計(jì)3.1 主程序的設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的主程序流程圖如圖3-1所示：圖3-1 主程序流程圖其中，DAC0832的初始化為設(shè)定單片機(jī)的輸出數(shù)字量為00H，即使得系統(tǒng)初始時(shí)輸出的電壓為最下值1.25V。數(shù)碼管的初始化為，定義個(gè)、十、百、千位段碼的存放地址，并且顯示初始時(shí)系統(tǒng)的輸出電壓。3.2 按鍵子程序的設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)共有6個(gè)按鍵，分別對(duì)應(yīng)6個(gè)按鍵子程序。（其中DISPLAY為顯示子程序）按鍵S1的子程序：S1: MOV A, #26H MOV P0, A ；輸出數(shù)字量使得系統(tǒng)輸出為2VSETB

19、 P3.6LCALL DISPLAY按鍵S2的子程序：S2: MOV A, #5BH MOV P0, A ；輸出數(shù)字量使得系統(tǒng)輸出為3VSETB P3.6LCALL DISPLAY按鍵S3的子程序：S3: MOV A, #8EH MOV P0, A ；輸出數(shù)字量使得系統(tǒng)輸出為4VSETB P3.6LCALL DISPLAY按鍵S4的子程序：S4: MOV A, #C1H MOV P0, A ；輸出數(shù)字量使得系統(tǒng)輸出為5VSETB P3.6LCALL DISPLAY按鍵S5的子程序： S5： CJNE A，#7FH，LOOP1 ；判斷系統(tǒng)是否輸出為最大值 LCALL DISPLAYLOOP1： ADD A，#05H LCAL