簡(jiǎn)易數(shù)控直流電源論文

1、簡(jiǎn)易數(shù)控直流電源【摘要】：本系統(tǒng)共由4個(gè)模塊組成，分別為+5V、+15V和-5V輸出穩(wěn)定直流電壓模塊，AD/DA轉(zhuǎn)換模塊、三角波輸出模塊和主要的顯示電路模塊組成。其中，+5V、+15V和-5V輸出穩(wěn)定直流電壓模塊，是由7805、7815和7915三端穩(wěn)壓管輸出穩(wěn)定的電壓信號(hào)。AD/DA轉(zhuǎn)換模塊主要是以AD7541作為數(shù)模轉(zhuǎn)換，把單片機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的輸出，由于AD7541輸出電流信號(hào)，通過(guò)LM358運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)后輸出到后級(jí)電路。同時(shí)，由于基準(zhǔn)電壓的輸入，使輸出到后級(jí)的電壓再經(jīng)過(guò)降壓送到AD0832上，最后反饋到單片機(jī)上參考和對(duì)比。三角波輸出模塊利用積分電路的原理先由U

2、A741輸出矩形波信號(hào)，再通過(guò)后級(jí)的調(diào)節(jié)輸出三角波信號(hào)。顯示電路模塊通過(guò)按鍵控制，由74LS47譯碼驅(qū)動(dòng)4位數(shù)碼管顯示，基本指標(biāo)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。 本系統(tǒng)電路可適用于許多生產(chǎn)和生活中的場(chǎng)合，例如用于平時(shí)的工作和學(xué)習(xí)中，幫助人們準(zhǔn)確測(cè)量電路的電壓值，直觀的顯示所測(cè)試的電壓數(shù)值?！娟P(guān)鍵詞】：直流穩(wěn)壓、AD/DA、三角波、74LS47、功率放大器LM386、高增益運(yùn)算放大器ua741運(yùn)放一、 硬件組成：系統(tǒng)由下述模塊組成：此系統(tǒng)電路的元件組成：二、各部分設(shè)計(jì)思路1、設(shè)計(jì)要求：本系統(tǒng)電路要求輸出電壓步進(jìn)值0.01V，紋波電壓不高于10mV，越小越好；輸出電壓可直接設(shè)置到09.9V或09.99V之間的任意一個(gè)值

3、，具有輸出電壓連續(xù)步進(jìn)功能，步進(jìn)0.1V。輸出電壓值以數(shù)字方式顯示，由“”、“”兩鍵分別控制輸出電壓步進(jìn)增減擴(kuò)展輸出電壓種類（比如三角波等）。所以用三端穩(wěn)壓管輸出穩(wěn)定的三種電壓值，隨后到AD7541進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換到V/I轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸出，經(jīng)過(guò)AD0832反饋會(huì)51單片機(jī)內(nèi)部參考和比對(duì)，輸出準(zhǔn)確的電壓值。最后由UA741構(gòu)成的積分電路來(lái)顯示三角波的信號(hào)幅度值。此系統(tǒng)電路的工作原理：本次所設(shè)計(jì)的數(shù)控直流電源與傳統(tǒng)穩(wěn)壓電源相比，具有操作方便，電壓穩(wěn)定度高的特點(diǎn)，其輸出電壓的大小采用數(shù)字顯示，整個(gè)系統(tǒng)包括：“+”, “-”鍵控制的設(shè)計(jì)，驅(qū)動(dòng)數(shù)顯電路，指示電源輸出電壓的大小值； D/A 轉(zhuǎn)換電路，D/A

4、轉(zhuǎn)換器將數(shù)字量按比例轉(zhuǎn)換成模擬電壓，然后A/D反饋會(huì)單片機(jī)調(diào)整輸出級(jí)輸出所需的穩(wěn)定電壓。為實(shí)現(xiàn)上述幾部分電路的正常工作，需要另制“+15v”“-15v”“+5v”的穩(wěn)壓直流電源。三、方案論證與比較： 方案一：設(shè)計(jì)開關(guān)電源用PWN調(diào)節(jié)脈沖寬度，功耗小，效率高，穩(wěn)壓范圍寬。在制作過(guò)程中發(fā)現(xiàn)占空比的線性變化使電流呈非線性變化，發(fā)現(xiàn)濾波電容對(duì)占空比很小的積分效果明顯，電壓非線性變化更顯著。達(dá)到穩(wěn)定的輸出，但數(shù)字來(lái)那個(gè)控制更明顯。方案二：D/A和運(yùn)放做電流源，D/A輸出電流值，經(jīng)運(yùn)放輸出穩(wěn)定電壓值，能有效縮短時(shí)間，提高輸出的精度。方案三：D/A和運(yùn)放做電流源，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，更加提高系統(tǒng)響應(yīng)

5、的時(shí)間和轉(zhuǎn)換的精度。方案比較：總結(jié)三種方案，論證出方案三能夠利用好資源，合理設(shè)計(jì)出符合題目要求的方案，而且通過(guò)閉環(huán)的i，準(zhǔn)確的輸出穩(wěn)定的電壓值，減小了紋波電壓。四、單元電路的設(shè)計(jì)1、 單片機(jī)：STC89C52具有低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。使用高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在線系統(tǒng)可編程Flash，使STC89C52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。 STC89C52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16

6、 位 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。2、 開關(guān)直流穩(wěn)壓電源：直流穩(wěn)壓電源部分通過(guò)開關(guān)電源獲得15V交流的電壓，經(jīng)過(guò)橋堆輸出直流電壓。本電路由三端穩(wěn)壓管7805,7815,7915組成的控制核心。由交流15V的變壓器降壓，并通過(guò)橋堆整流為直流電壓，最后通過(guò)電容濾波網(wǎng)絡(luò)后，傳送至三端穩(wěn)壓管的輸入端口，經(jīng)過(guò)處理后，輸出穩(wěn)定的+15V,+5V,-15V直流電壓。3、 D/A轉(zhuǎn)換電路：本電路由AD7541控制。采用D/A串行轉(zhuǎn)換芯片AD7541實(shí)現(xiàn)D/A換, AD7541是雙列直插式12位D/A轉(zhuǎn)換器。能完成數(shù)字量輸入到模擬量(電流)輸出的轉(zhuǎn)換。分辨率為12位

7、，轉(zhuǎn)換時(shí)間為1s，滿量程誤差為±1LSB，參考電壓為(+10-10)V，供電電源為(+5+15)V。4、 電流采樣電路：因?yàn)锳D7541能完成數(shù)字量輸入到模擬量(電流)輸出的轉(zhuǎn)換 ,并且進(jìn)行電流采樣。5、 電壓采樣電路：本電路以LM358為核心，控制由AD7541出的電壓值。因?yàn)長(zhǎng)M358 內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無(wú)關(guān)。 6、 A/D采樣反饋電路：本模塊利用AD0832把輸送到基準(zhǔn)電壓反饋到單片機(jī)上進(jìn)行參考和對(duì)比，使輸出的模擬和數(shù)字電壓保持一致。7、 電

8、壓顯示電路：本設(shè)計(jì)采用顯示4位數(shù)碼管3位電壓值。數(shù)碼管段碼由單片機(jī)到譯碼器74LS47輸出譯碼口提供，位選碼由單片機(jī)P0口提供。最重要的是提供了友好的人機(jī)界面.8、 按鍵電路本電路：由單片機(jī)控制S0S15矩陣鍵盤組成。其中前9位按鍵控制數(shù)字量的輸入，S10和S11控制“”、“”兩鍵分別控制輸出電壓步進(jìn)增減 。輸出電壓：范圍09.9V，步進(jìn)0.1V，紋波不大于10mV 。需要用到按鍵控制數(shù)值。由單片機(jī)P1口控制提供。9、 三角波：此模塊以UA741通用高增益運(yùn)算通用放大器, 雙列直插8腳或圓筒8腳封裝。工作電壓±22V,差分電壓±30V,輸入電壓±18V,允許功耗5

9、00mW。電路設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算五、電路設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算： 1、控制鍵盤：由于本電路按鍵數(shù)多于4個(gè)，采用方陣式掃描法就可達(dá)到節(jié)省I/O的目的，方陣式鍵盤的基本電路如圖所示，使用了8條I/O構(gòu)成一個(gè)4*4的鍵盤方陣，方陣中的每個(gè)交叉點(diǎn)可放一個(gè)按鍵，其中4條線為掃描線（輸出），另外4條線為信號(hào)返回線，讀按鍵信號(hào)的方法是采用分時(shí)的方式讀入，即一次讀入一行（4個(gè)開關(guān)）按鍵，未按按鍵時(shí)，掃描線輸出為高電平，即無(wú)效電平，當(dāng)有按鍵請(qǐng)求時(shí)則輸出低電平，即有效電平。2、電源電壓范圍寬：?jiǎn)坞娫?330V)；雙電源(±1.5 一±15V)，符合輸入的10V基準(zhǔn)電壓參數(shù)。AD7541考電壓為(+10-1

10、0)V，供電電源為(+5+15)V。從單片機(jī)P2和P3口到AD7541，12位的數(shù)據(jù)輸入端 ，模擬電流輸出端 IOUT1 和IOUT2輸出信號(hào)到運(yùn)算放大器。從LM358到RFeedBack反饋電流輸入。基準(zhǔn)電壓計(jì)算：分壓U*R2/R1+R2=Uref,-15*2/3=-10V在輸出端口串聯(lián)一個(gè)電阻，使其輸出電流值為500mA 。（計(jì)算：I=U/R，電壓值8.5V，R=20歐）(分壓U*R2/R1+R2=Uref,-15*2/3=-10V)當(dāng)數(shù)字量為0FFH=255時(shí)，Iout=255Vref/256Rfb,Uo=-Iout*Rfb=-255Vref/256,所以當(dāng)數(shù)字量0CDH=205，Vre

11、f=-10V,Uo=-205Vref/256=8v。六、主要技術(shù)指標(biāo)范圍09.9V，步0.1V，紋波不大于10mV；由“”、“”兩鍵分別控制輸出電壓步進(jìn)增減 。所以設(shè)計(jì)4X4按鍵來(lái)調(diào)節(jié)。而且輸出電流：500mA 。七、電路的調(diào)試和調(diào)整輸出：硬件調(diào)試：調(diào)整輸出級(jí)的模擬電壓，使調(diào)整管的輸出電壓精確地與D/A 轉(zhuǎn)換器輸出電壓保持一致。數(shù)控電源各部分工作所需的±15V 和5V 電源由固定集成穩(wěn)壓器7815、7915、和7805 提供，調(diào)整管所需輸入電壓，經(jīng)簡(jiǎn)單整流，濾波即可得到。輸出電壓的調(diào)整，主要是運(yùn)用LM358放大輸出來(lái)完成的，此采樣電阻的主要作用是，把輸出電壓反饋到單片機(jī)的輸入端，當(dāng)同

12、相輸入IN+和反向輸入端IN-有差別是，調(diào)整輸出電壓使之趨于穩(wěn)定，從而達(dá)到調(diào)整輸出電壓的目的。軟件調(diào)試：上電后，在矩陣按鍵上任意設(shè)定一個(gè)電壓值，測(cè)輸出端口的模擬電壓是否想一致。同時(shí)按下步進(jìn)+和-的按鍵，看是否有達(dá)到步進(jìn)0.01V。紋波電壓小于10MV，測(cè)量輸出電流有無(wú)達(dá)到500mA。調(diào)節(jié)步驟如下：1 輔助電源的安裝調(diào)試在安裝元件之前，尤其要注意電容遠(yuǎn)見的極性，注意三端穩(wěn)壓器的各端子的功能及電路的連接。另外，因?yàn)槎O管、電容都是對(duì)溫度比較靈敏的元件，在焊接時(shí)要格外小心。檢查正確無(wú)誤后，加入交流電源，測(cè)量各輸出端直流電壓值。2 可調(diào)穩(wěn)壓電源部分調(diào)試將電路連接好，在運(yùn)算放大器同相輸入端加入一010V

13、 的直流電壓，用示波器觀察輸出穩(wěn)壓電壓值的變化情況。八、軟件組成：本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要目的是為了實(shí)現(xiàn)D/A的電流采集后，再經(jīng)過(guò)A/D的轉(zhuǎn)換后，反饋到單片機(jī)上的電壓值進(jìn)行對(duì)比和參考，以便減小誤差，提高精度。軟件編程采用模塊化的編程方法，大體可分為：鍵盤掃描、按鍵解碼、D/A信號(hào)的轉(zhuǎn)換和A/D信號(hào)的反饋輸入，以及數(shù)碼管的顯示五大部分：其中，鍵盤掃描程序可直接調(diào)用現(xiàn)成模塊。其次，解碼主要通過(guò)MCU掃描到的按鍵的具體位置，自定義其相應(yīng)的功能，例如：在4*4按鍵矩陣中的第一個(gè)鍵為“一擋” ，就可在其子程序中執(zhí)行。軟件主流程圖：九、測(cè)試結(jié)果及其分析經(jīng)過(guò)測(cè)試分析，當(dāng)程序控制輸出到A/D上的12位端口時(shí)，輸入全0

14、時(shí)，輸出模擬信號(hào)也為0V，反之，則輸出10V的電壓值。而且任意設(shè)定一個(gè)值，模擬信號(hào)電壓基本保持穩(wěn)定，電壓在0到9.9V調(diào)節(jié)，輸出電流最大值為0.5A。本設(shè)計(jì)達(dá)到了題目的基本要求和發(fā)揮部分的一部分要求，在某些方面還需要改進(jìn)。十、結(jié)論本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了題目要求，體現(xiàn)了程控的思想，并以89C51芯片為核心部件，利用軟件編程實(shí)現(xiàn)了對(duì)鍵盤的識(shí)別、完成各種不同電壓信號(hào)的輸出，以保持模擬和數(shù)字電壓相一致。盡量做到線路簡(jiǎn)單，充分節(jié)省cpu的資源，以備擴(kuò)展，充分利用軟件編程彌補(bǔ)硬件的不足。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出

15、結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。另外在這次實(shí)驗(yàn)中我們遇到了不少的問題，最終一一解決了遇到的問題。在我們遇到不懂的問題時(shí)，利用網(wǎng)上和圖書館的資源，搜索查找得到需要的信息。和隊(duì)友之間相互討論，明白了團(tuán)隊(duì)合作的重要性。這次的制作也讓我們感受到，我們?cè)陔娮臃矫鎸W(xué)到的只是很小的一部分知識(shí)，我們需要更多的時(shí)間來(lái)自主學(xué)學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)，聯(lián)系各方面知識(shí)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的正常順利工作運(yùn)行。附錄：主電路原理圖：AD/DA原理圖：三角波原理圖：電源原理圖：參考文獻(xiàn)：數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì) 雛紅 人民郵政出版社 2008單片機(jī)原理與應(yīng)用 劉和平 電子工業(yè)出版社 2000 單片機(jī)高級(jí)語(yǔ)言 徐

16、愛均 電子工業(yè)出版社 2002程序部分：#include<reg52.h>#include <intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit P33=P33;sbit P32=P32;sbit P31=P31;sbit P30=P30;sbit P27=P27;sbit P26=P26;sbit P25=P25;sbit P24=P24;sbit P23=P23;sbit P22=P22;sbit P21=P21;sbit P20=P20;sbit CS=P36;sbit CLK=P3

17、4;sbit DO=P35;sbit DI=P35;sbit xsd=P37;uchar duan10=0x00,0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08,0x09; /段碼09 P00P03uchar wei4=0xe0,0xd0,0xb0,0x70; /位選 P04P07uchar dis4;uchar mm,dac=0,w=0;uint x,v,da;bit flag=0;float q,mm1,DATA,h;void delay(uint m)uchar s;while(m-)for(s=0;s<123;s+);void display(uc

18、har *p) / 數(shù)碼顯示uchar l;for(l=0;l<4;l+)/P0=(duandis*(p+i)+weii);/jisuan(duani,weii);P0=(duan*(p+l)+weil);if(l=2)xsd=0;elsexsd=1; delay(2);uchar cl_ADC0832()uchar i,ch;CS=0; /片選，DO為高阻態(tài)DO=0;_nop_();CLK=0;_nop_();DI=1;CLK=1;/第一個(gè)脈沖，起始位_nop_();CLK=0;_nop_(); DI=1; CLK=1;/第二個(gè)脈沖，DI=1表示雙通道單極性輸入_nop_();CLK=

19、0;_nop_();DI=0; /第三個(gè)脈沖，DI=1表示選擇通道1（CH2），DI=0時(shí)選擇通0（CH1）CLK=1; _nop_();DI=0; /DI轉(zhuǎn)為高阻態(tài)，失去輸入意義；DO=1; /DO脫離高阻態(tài)為輸出數(shù)據(jù)作準(zhǔn)備CLK=1; _nop_();CLK=0; /第一個(gè)下降沿，為去數(shù)準(zhǔn)備；_nop_(); /這里加一個(gè)脈沖AD才能正確讀出數(shù)據(jù)，不加的話讀出的數(shù)據(jù)少一位，且是錯(cuò)的。 for (i=0; i<8; i+) /讀取數(shù)據(jù) CLK=1; _nop_(); CLK=0; _nop_(); ch=(ch<<1)|DO;/在每個(gè)脈沖的下降沿DO輸出一位數(shù)據(jù)，最終ch為

20、8位二進(jìn)制數(shù) CS=1;/取消片選，一個(gè)轉(zhuǎn)換周期結(jié)束 return(ch);/把轉(zhuǎn)換結(jié)果返回void ad_data()/處理數(shù)據(jù)mm=cl_ADC0832();mm1=(5.0/255)*mm;da=(mm1*100)*2;if(da>v)x-; if(da<v)x+; void DA_data()ad_data();if(DATA>=0X0FFF)DATA=0X0FFF;if(DATA<=0X0000)DATA=0X0000;x=(uint)DATA;P33=(bit)(x<<15)&0x8000);P32=(bit)(x<<14)&

21、amp;0x8000);P31=(bit)(x<<13)&0x8000);P30=(bit)(x<<12)&0x8000);P27=(bit)(x<<11)&0x8000);P26=(bit)(x<<10)&0x8000);P25=(bit)(x<<9)&0x8000);P24=(bit)(x<<8)&0x8000);P23=(bit)(x<<7)&0x8000);P22=(bit)(x<<6)&0x8000);P21=(bit)(x&

22、lt;<5)&0x8000);P20=(bit)(x<<4)&0x8000);/P2=x&0x0ff0; /試試q=DATA*10.0/4096; /9.9975589375 4091*10=40910/4096q=q*100; /999.7558v=(uint)q); /999/if(uint)q)%10)>4)/v=v+10;dis2=v/100;dis1=v/10%10;dis0=v%10;void fanhui()h=(dis2*100)+(dis1*10)+dis0;DATA=h/100*4096/10;DA_data();void c

23、hushi()xsd=1; DA_data();display(dis);/*/* 按鍵掃描函數(shù) */* P1.0-P1.3為行線 P1.4-P1.7為列線*/* 返回值:(rcode) + (ccode)|范圍:0255*/*/uchar Keycan(void) uchar rcode,ccode; P1 = 0xF0; /發(fā)全0行掃描碼，列線輸入 if(P1&0xF0) != 0xF0) /若有鍵按下 delay(1);/延時(shí)去抖動(dòng) if(P1&0xF0) != 0xF0) rcode = 0xFE; /逐行掃描初值 while(rcode&0x10) != 0)

24、 P1 = rcode; /輸出行掃描碼 if(P1&0xF0) != 0xF0) /本行有鍵按下 ccode = (P1&0xF0)|0x0F; while(P1&0xF0) != 0xF0) ;/等待鍵釋放 return (rcode) + (ccode); /返回鍵編碼 else rcode = (rcode<<1)|0x01; /行掃描碼左移一位 return 0; /無(wú)鍵按下，返回值為0/*/* 按鍵掃描取值函數(shù) */* 入口參數(shù):Key|范圍:0255*/*/void KeyDeal(uchar Key)uchar K=16; if(Key!=0

25、) switch(Key) case 0x11: if(dac=4) dis2=0; if(dac=5) dis1=0; if(dac=6) dis0=0;fanhui(); break; case 0x21: if(dac=4) dis2=1; if(dac=5) dis1=1; if(dac=6) dis0=1;fanhui(); break; case 0x41: if(dac=4) dis2=2; if(dac=5) dis1=2; if(dac=6) dis0=2;fanhui(); break; case 0x81: if(dac=4) dis2=3; if(dac=5) dis1=3; if(dac=6) dis0=3;fanhui(); break; case 0x12: if(dac=4) dis2=4; if(dac=5) dis1=4; if(dac=6) dis0=4;fanhui(); break; case 0x22