1、單片機程控電壓源的硬件設計 摘 要 本設計以 at89s52 單片機為核心控制芯片，實現數控直流電源功能的方案。設計 采用 8 位精度的 da 轉換器 dac0832、三端可調穩壓器 lm350 和一個 ua741 運算放大 器構成穩壓源，實現了輸出電壓范圍為1.4v+9.9v，電壓步進 0.1v 的數控穩壓電 源，最大紋波只有 10mv，具有較高的精度與穩定性。另外該方案只采用了 5 個按鍵 實現輸出電壓的方便設定，具有設定值調整，微調（步進量 0.1） ，粗調（步進量 1） 三種調整功能，顯示部分我們采用了三位一體的數碼管來顯示輸出電壓值。我們自行 設計了12v 和 5v 電源為系統供電。

2、該電路的原理是通過 mcu 控制 da 的輸出電壓大 小，通過放大器放大，放大后的電壓作為 lm350 的參考電壓，真正的電壓還是由電壓 模塊 lm350 輸出。利用 5 個按鈕調整電壓、并且通過共陰極三位一體 led 顯示輸出的 電壓值。設計使用 3 三位一體數碼管，可以顯示三位數，一個小數位，比如可以顯示 5.90v，采用動態掃描驅動方式。與傳統的穩壓電源相比具有操作方便，電源穩定性 高以及其輸出電壓大小采用數碼顯示的特點。 關鍵詞：數控，步進，三端可調穩壓器 目 錄 目 錄.2 第 1 章 緒 論.3 第 2 章 數控電壓源的方案介紹.6 2.1 數控電壓源的方案論證.6 2.2 方案比

3、較.8 2.2.1 數控部分的比較 .8 2.2.2 輸出部分的比較 .8 2.2.3 顯示部分的比較 .8 第 3 章 數控電壓源的工作原理.9 3.1 整機電路框圖 .9 3.2 工作原理 .9 3.2.1 da 轉換電路工作原理.9 3.2.2 電壓調整電路工作原理 .10 3.2.3 數值計算 .11 第 4 章 單元電路工作原理.12 4.1 時鐘電路 .12 4.2 復位電路 .12 4.3 鍵盤接口電路 .13 4.3.1 鍵盤電路 .13 4.3.2 鍵盤電路工作原理 .14 4.4 顯示接口電路 .14 4.4.1 顯示電路原理 .14 4.4.2 led 顯示方式.15 4

4、.4.3 顯示電路原理圖 .16 4.5 d/a 轉換電路.16 4.6 電源電路 .16 4.6.1 穩壓器 78l12 和 79l12.17 4.6.2 電源電路原理圖 .17 4.7 所用主要芯片 .18 4.7.1 單片機 at89s52.18 4.7.2 芯片 dac0832.19 4.7.3 lm350 .20 4.7.4 集成運放 ua741.22 結 論.24 致 謝.25 附 錄.26 第 1 章 緒 論 1.1 研究背景及意義 數控直流電壓源是電子技術常用的設備之一，廣泛的應用于教學、科研等領域。 傳統的多功能數控直流電壓源功能簡單、難控制、可靠性低、干擾大、精度低且體積

5、大、復雜度高。普通數控直流電源品種很多，但均存在以下二個問題: 1)輸出電壓是 通過粗調(波段開關)及細調(電位器)來調節。這樣，當輸出電壓需要精確輸出，或需 要在一個小范圍內改變時(如 1.051.07v)，困難就較大。另外，隨著使用時間的增 加，波段開關及電位器難免接觸不良，對輸出會有影響。2)穩壓方式均是采用串聯型 穩壓電路，對過載進行限流或截流型保護，電路構成復雜，穩壓精度也不高。 在家用電器和其他各類電子設備中，通常都需要電壓穩定的直流電源供電。但在 實際生活中，都是由 220v 的交流電網供電。這就需要通過變壓、整流、濾波、穩壓 電路將交流電轉換成穩定的直流電。濾波器用于濾除整流輸

6、出電壓中的紋波，一般傳 統電路由濾波扼流圈和電容器組成，若由晶體管濾波器來替代，則可縮小直流電源的 體積，減輕其重量，且晶體管濾波直流電源不需直流穩壓器就能用作家用電器的電源， 這既降低了家用電器的成本，又縮小了其體積，使家用電器小型化。 傳統的數控直流電壓源通常采用電位器和波段開關來實現電壓的調節，并由電壓 表指示電壓值的大小。因此，電壓的調整精度不高，讀數欠直觀，電位器也易磨損， 而基于單片機控制的數控直流電源能較好地解決以上傳統穩壓電源的不足。 隨著科學技術的不斷發展，特別是計算機技術的突飛猛進，現代工業應用的工控 產品均需要有低紋波、寬調整范圍的高壓電源，特別是在一些高能物理領域，急需

7、電 腦或單片機控制的低紋波、寬調整范圍的電源。 1.2 國內外研究現狀 從上世紀九十年代末起，隨著對系統更高效率和更低功耗的需求，電信與數據通 訊設備的技術更新推動電源行業中直流/直流電源轉換器向更高靈活性和智能化方向 發展。在 80 年代的第一代分布式供電系統開始轉向到 20 世紀末更為先進的第四代分 布式供電結構以及中間母線結構，直流/直流電源行業正面臨著新的挑戰，即如何在 現有系統加入嵌入式電源智能系統和數字控制。 早在 90 年代中期，半導體生產商們就開發出了數控電壓源管理技術，而在當時， 這種方案的性價比與當時廣泛使用的模擬控制方案相比處于劣勢，因而無法被廣泛采 用。 由于板載電源管

8、理的更廣泛應用和行業能源節約和運行最優化的關注，電源行業 和半導體生產商們便開始共同開發這種名為“數控電壓源”的新產品。 現今隨著直流電源技術的飛躍發展，整流系統由以前的分立元件和集成電路控制 發展為微機控制，從而使直流電源智能化，具有遙測、遙信、遙控的三遙功能，基本 實現了直流電源的無人值守。 本次畢業設計設計的數控直流電源主要由單片機系統、鍵盤、數碼管顯示器、 d/a 轉換電路、穩壓電路等幾部分組成。單片機系統選用 89s52 型號單片機，采用獨 立式鍵盤及 lm350 作穩壓器件。 1.3 課題研究方法 隨著時代的發展，數字電子技術已經普及到我們生活、工作、科研等各個領域， 本文將介紹一

9、種數控直流電源，本電源由電源電路、顯示電路、控制電路、數模轉換 電路四部分組成。準確說就是電源電路提供各個芯片電源、數碼管、放大器所需電壓， 顯示電路用于顯示電源輸出電壓的大小，同時分析了數字技術和模擬技術相互轉換的 概念。與傳統的穩壓電源相比具有操作方便，電源穩定性高以及其輸出電壓大小采用 數碼顯示的特點。 數控電壓源是最常用的儀器設備，在科研及實驗中都是必不可少的。目前所使用 的直流可調電源中，幾乎都為旋紐開關調節電壓，調節精度不高，而且經常跳變，使 用麻煩。利用數控電壓源，可以達到每步 0.1v 的精度，輸出電壓范圍 1.4v 至 9.9v，電流可以達到 3a。針對以上問題，本課題設計了

10、一種以單片機為核心的數控 式高精度簡易直流電源的設計，該電源采用數字調節、閉環實時監控、輸出精度高， 特別適用于各種有較高精度要求的場合。其設計方法是由單片機通過 d/a，控制驅動 模塊輸出一個穩定電壓，同時穩壓方法采用三端可調穩壓管進行調整，輸出電壓通過 電阻反饋給運放，與設定值進行比較，若有偏差則調整輸出。工作過程中，單片機輸 出驅動 led 顯示，通過鍵盤可設置和調整電壓值。該電路具有設計簡單，應用廣泛， 精度較高等特點。 第 2 章 數控電壓源的方案介紹 2.1 數控電壓源的方案論證 目前數控電壓源已廣泛使用，要實現目標其方案比較多，主要有以下幾種方案： 2.1.1 方案一：采用單片機

11、的數控電壓源的設計 采用常用的 52 芯片作為控制器，p0 口和 dac0832 的數據口直接相連，da 的 和連接后接 p3.4，和接單片機的端，讓 da 工作在單緩沖方式csxfer 2 wr 1 wrwr 下。da 的 8 腳接參考電壓，da 的基準電壓接 5v 電源，所以在 dac 的 8 腳輸出電壓的 分辨率為 5v/256 約等于 0.02v，也就是說 da 輸入數據端每增加 1，電壓增加 0.02v。通過運放 lm324 將 da 的輸出電流轉化為電壓，再通過運放 ua741 將電壓反相 并放大。最后經 lm350 調整輸出電壓并穩壓。其硬件框圖如圖 2.1 所示： 圖 2.1

12、方案一硬件框圖 2.1.2 方案二：采用調整管的雙計數器的數控電壓源的設計 此方案采用傳統的調整管方案，主要特點在于使用一套雙計數器完成系統的控制 功能，其中二進制計數器的輸出經過 d/a 變換后去控制誤差放大的基準電壓，以控制 輸出步進。十進制計數器通過譯碼后數碼管顯示輸出電壓值，為了使系統工作正常， 必須保證雙十計數器同步工作。其硬件框圖如圖 2.2 所示： 圖 2.2 方案二硬件框圖 2.1.3 方案三：采用調整管的十進制計數器的數控電壓源的設計 此方案不同于方案之二處在于使用一套十進制計數器，一方面完成電壓的譯碼顯 示，另一方面其作為 eprom 的地址輸入，而由 eprom 的輸出經

13、 d/a 變換后控制誤差放 大的基準電壓來實現輸出步進，只使用了一套計數器，回避了方案二中必須保證雙計 數器同步的問題，但由于控制數據燒錄在 eprom 中，使系統設計靈活性降低。其硬件 框圖如圖 2.3 所示： 圖 2.3 方案三硬件框圖 整流濾 波電路 調整管過流保護 誤差放大 十進制 計數器 epromd/a轉換 電壓預置 步進加 步進減 譯碼顯示 輸出 2.2 方案比較 2.2.1 數控部分的比較 方案二、三中采用中、小規模器件實現系統的數控部分，使用的芯片很多，造成 控制電路內部接口信號繁瑣，中間相互關聯多，抗干擾能力差。在方案一中采用了 89s52 單片機完成整個數控部分的功能，同

14、時，89s52 作為一個智能化的可編程器件， 便于系統功能的擴展。 2.2.2 輸出部分的比較 方案二、三中采用線性調壓電源，以改變其基準電壓的方式使輸出步進增加或減 少，這不能不考慮整流濾波后的紋波對輸出的影響，而方案一中使用運算放大器放大 電壓，由于運算放大器具有很大的電源電壓抑制化，可以大大減少輸出端的紋波電壓。 2.2.3 顯示部分的比較 方案二、三中的顯示輸出是對電壓的量化值直接進行譯碼顯示輸出，顯示值為 d/a 變化輸入量，由于 d/a 變換與功率驅動電路引入的誤差，顯示值與電源實際輸出 值之間可能出現較大偏差，而方案一中采用三位一體的數碼管直接對電壓值進行顯示。 總之，方案一的優

15、點是具有精度高，使用方便，硬件電路簡單等特點，它使用了 單片機，使得進一步擴展功能較為方便；方案二、三的優點是電路結構簡單，其缺點 是使用比較復雜，精度沒有那么高。 考慮到各種因素，本設計采用方案一。 第 3 章 數控電壓源的工作原理 3.1 整機電路框圖 數控電壓源的電路框圖如圖 3.1 所示： 圖 3.1 數控電壓源電路框圖 3.2 工作原理 本設計介紹了以 89s52 單片機為控制單元，以數模轉換器 dac0832 輸出參考電壓， 以該參考電壓控制電壓轉換模塊 lm350 的輸出電壓大小的數控電壓源。通過改變送給 單片機的數字量而達到改變輸出電壓的方法。通過三端穩壓器 lm350 達到輸

16、出電壓的 穩定。 3.2.1 da 轉換電路工作原理 本設計是采用 dac0832 實現數據的數模轉換，其數據口與 p0 口直接相連，da 的 和連接后接 p3.4，和接單片機的端，讓 da 工作在單緩沖方式csxfer 2 wr 1 wrwr 下。da 的 8 腳接參考電壓，為簡化設計，在本次設計中的參考電壓用 5v 電壓，所以 在 dac 的 8 腳輸出電壓的分辨率為 5v/256=0.01950.02v，也就是說 da 輸入數據端 鍵 盤 數碼顯示 8952 單 片 機 電壓 預置 d/a轉換電壓調整 電源電路 輸出 每增加 1，電壓增加 0.02v。再在 da 的電壓輸出端接運放 lm

17、324，將 da 的輸出電流 轉換成電壓。改變 p0 口的數據便可改變 0832 的輸出電壓，如當 p000h 時， dac0832 的輸出電壓就應為 0v。其電路圖如圖 3.2 所示。 3.2 da 轉換電路 3.2.2 電壓調整電路工作原理 圖 3.3 電壓輸出電路圖 本設計的輸出電壓采用 lm350 三端調整穩壓器進行調整，先將 0832 的輸出電壓 用 ua741 進行反相放大，由于從 lm324 輸出的電壓是負電壓，所以 ua741 接成負反饋 放大電路，通過調節電位器可以調節運放的電壓放大倍數。ua741 的輸出端通過電阻 接到 lm350 的調整端，通過改變 ua741 的輸出電

18、壓可以控制 lm350 的輸出電壓，也就 是數控電壓源的最終輸出電壓值，其電壓輸出電路圖如圖 3.3 所示。由于 lm350 的輸 出電壓 vout=1.25v (1+r0/r13)，由電路圖知 r13 是個定值，而 r0 則是由 r12 和下 面的電路來確定的，可知 r0 是個變量，所以 lm350 的輸出電壓與 r0 是成線性關系變 化的。通過調節 vr2，即可調節 lm350 的輸出電壓。 3.2.3 數值計算 (1)輸出電壓最小值 vmin 的計算 由 lm350 的輸出電壓公式可知 vmin=1.25 (1+27/220)=1.4v (2)單片機送給 0832 數值的計算 在設計時，

19、要求單片機送給 0832 的數值為 00h 時，輸出端輸出的電壓為 1.4v， 及單片機送給 0832 的數值為 0ffh 時，輸出端輸出的電壓值為 9.9v，所以每當電壓 增加 0.1v 時，單片機送給 0832 的數值就要增加 3。所以在編程時，按一下步進按鍵， p0 口的數據便要變化 3。當電壓要增加 1v 時，按一下按鍵，p0 口的數據便要變化 30。所以可以通過調節電位器來改變運放的放大倍數，使單片機送給 0832 的數值增 加 3 時，輸出電壓就要增加 0.1v。 第 4 章 單元電路工作原理 4.1 時鐘電路 時鐘電路用于產生單片機工作所需要的時鐘信號，而時序所研究的是指令執行中

20、 各信號之間的相互關系。單片機本身就如一個復雜的同步時序電路，為了保證同步工 作方式的實現，電路應在唯一的時鐘信號控制下嚴格地按時序進行工作。 4.1.1 時鐘振蕩電路圖 時鐘振蕩電路圖如圖 4.1 所示： 4 圖 4.1 時鐘振蕩電路圖 4.1.2 時鐘信號的產生 單片機內部有一個高增益、反相放大器，其輸入端為芯片引腳 xtal1，其輸出端 為引腳 xtal2。而在芯片的外部，xtal1 和 xtal2 之間跨接晶體管振蕩器和微調電容， 從而構成一個穩定的自激振蕩器。 只要在單片機的 xtal1 和 xtal2 引腳外接晶體振蕩器就 構成了自激振蕩器并在單片機內部產生時鐘脈沖信號。電容 器

21、c8 和 c9 的作用是穩定頻率和快速起振，電容值在 530pf，典型值為 30pf。外部時鐘方式是把外部已有的時 鐘信號引入到單片機內。此方式常用于多片單片機同時工作， 以便于各單片機的同步。一般要求外部信號高電平的持續時 間大于 20s，且為頻率低于 12mhz 的方波。 4.2 復位電路 復位操作有兩種基本形式：一種是上電復位，另一種是按鍵復位。按鍵復位電路 圖如圖 4.2 所示。按 鍵復位具有上電復位功能外，若要復位，只要 按圖 4.2 中的 圖 4.2 復位電路 reset 鍵，電源 vcc 經電阻 r1、r2 分壓，在 reset 端產生一個復位高電平。上電復 位電路要求接通電源后

22、，通過外部電容充電來實現單片機自動復位操作。上電瞬間 reset 引腳獲得高電平，隨著電容的充電，rerst 引腳的高電平將逐漸下降。rerst 引腳的高電平只要能保持足夠的時間（2 個機器周期） ，單片機就可以進行復位操作。 單片機復位期間不產生 ale 和信號，即 ale=1 和=1。這表明單片機復位psenpsen 期間不會有任何取指操作。復位后：pc 值為 0000h，表明復位后程序從 0000h 開始執 行；sp 值為 07h 值，表明堆棧底部在 07h，需重新設置 sp 值；單片機在復位后，已 使 p0p3 口每一端線為“1” ，為這些端線用作輸入口做好了準備。 4.3 鍵盤接口電

23、路 4.3.1 鍵盤電路 鍵盤接口通常包括硬件和軟件兩部分。硬件是指鍵盤的結構及其主機的連接方式； 軟件是指對鍵盤操作的識別與分析，即鍵盤管理程序。 鍵盤一般是一組開關(按鍵)的集合。常用的按鍵有三種： 機械觸點式：利用金屬的彈性使按鍵復位。 導電像膠式：利用利用橡膠接彈性使按鍵復位。 柔性按鍵：外形及面板布局等可按整機要求設計，在價格、壽命、防潮、防銹等 方面顯示出較強的優越性。 鍵盤按其工作原理又可分為編碼式鍵盤和非編碼式鍵盤。這兩類鍵盤的主要區別 是識別鍵符及給出相應鍵碼的方法。 編碼鍵盤主要是用硬件來實現對鍵的識別； 非編碼鍵盤主要是由軟件來實現鍵盤的定義與識別。 非編碼式鍵盤接照與主

24、機連接方式的不同，可分獨立式鍵盤和矩陣式鍵盤。 (1)獨立式鍵盤：獨立式鍵盤中，每個按鍵占用一根 i/o 口線，每個按鍵電路相 對獨立。i/o 口通過按鍵與地相連，i/o 口有上拉電阻，無鍵按下時，引腳端為高電 平，有鍵按下時，引腳電平被拉低。i/o 口內部有上拉電阻時，外部可不接上拉電阻。 (2)矩陣式鍵盤：行列式鍵盤采用行列電路結構，當按鍵較多時所占用的口線相 對較少，鍵盤規模越大，其優點越明顯。所以，當按鍵數目大于 8 時，一般采用矩陣 式鍵盤結構。 4.3.2 鍵盤電路工作原理 （1）鍵盤電路原理圖如圖 4.3 所示： 圖 4.3 鍵盤電路原理圖 （2）鍵盤電路工作原理 如圖 4.3

25、所示，當無鍵按下時，單片機的 p1.0p1.3 及 p3.3 為高電平。當有鍵 按下時，單片機的相應口線通過按鍵與地相連被拉成低電平，其它口線電平狀態不變。 因此，通過檢測 i/o 口線的電平狀態，即可判斷鍵盤上哪個鍵被按下。 4.4 顯示接口電路 4.4.1 顯示電路原理 常所說的 led 顯示器由七個發光二極管組成， 因此也稱之為七段 led 顯示器，此外，顯示器中還 有一個圓點型發光二極管（在圖中以 dp 表示） ，用 于顯示小數點。通過七段發光二極管的不同組合， 可以顯示多種數字、字母或者其他符號。led 顯示 器中的發光二極管共有兩種連接方法。 共陽極接法 把發光二極管的陽極連在一起

26、構成公共陽極。使 用時公共陽極接+5v。這樣陰極端輸入低電平的段 發光二極管就導通點亮，而輸入高電平的則不點亮。 圖 4.4 七段 led 顯示 共陰極接法 把發光二極管的陰極連在一起構成公共陰極。使用時公共陰極接地，這樣陽極端 輸入高電平的段發光二極管就導通點亮，而輸入低電平的則不點亮。 本設計采用共陰極接法，如圖 4.4 所示。七段發光二極管，再加上一個小數點， 共計 8 段。因此提供給 led 顯示器的字型代碼正好一個字節。采用 led 顯示器。led 顯示器由七個發光二極管組成，本設計采用共陰級接法。顯示方式采用動態顯示方式。 原因在于：靜態顯示方式要求口線多，占用資源多，成本就高，而

27、動態顯示方式，電 路簡單、節省口線、成本低。 4.4.2 led 顯示方式 靜態顯示 所謂靜態顯示，是指顯示器顯示某一字符時，相 應段的發光二極管恒定地導通或截止。這種顯示方法 每一位都需要有一個 8 位輸出控口控制。靜態顯示時， 較小的驅動電流就可以得到較高的顯示亮度，所以可 由接口芯片直接驅動。并行輸出顯示位數越多需要 i/o 口越多。 圖 4.5 三位一體 led 外觀引腳 圖 動態顯示 本次設計用到的是六位動態顯示，動態顯示是一位一位地輪流點亮各位數碼管， 如圖 4.5 中所示，各位數碼管的段控線相應并聯在一起，由一個 8 位的 i/o 口控制， 但是 8 路驅動采用 74ls244

28、總線驅動器作為數碼管的驅動器，各位的位控線(即公共 陰極或陽極)由另外的 i/o 口線控制，同時也必須接有 74ls244 作為驅動器，在 74ls244 輸出端必須接有 500 限流電阻接到電源，這種電路的特點是節省 i/o 口線， 硬件電路相對靜態顯示方式簡單，但是也有其缺點如：顯示高度不如靜態顯示方式， 而且在顯示位數較多時，cpu 要依次掃描，占用 cpu 較多的時間。 在本次設計中，我們采用的是共陰極的三位一體的 led，其外觀引腳如圖 4.5 所 示，a、b、c 分別為三個數碼顯示的位控引腳，其顯示原理與單個 led 的顯示原理完 全相同，在此不再贅述。 4.4.3 顯示電路原理圖

29、 顯示電路原理圖如圖 4.6 所示： 圖 4.6 顯示電路原理圖 4.5 d/a 轉換電路 d/a 轉換電路主要由 at89s52（單片機） 、數碼轉換器 dac0832 及 lm324 運算放大 器等芯片組成。at89s52 的 p0 口作為數據端口與 dac0832 的 8 位數據線相連。本系統 中，因為 cpu 的工作任務是單一的，而且數據傳送的目的地址也是單一的，因此， dac0832 采用單緩沖的工作方式，該芯片的(低電平有效)、四cs 1 wrxfer 2 wr 個使能端均與地相接處于有效狀態，這個工作方式不需要給 dac0832 分配地址空間， cpu 的 p1 口的數據變化直接

30、反映到 dac0832 的輸出端。 4.6 電源電路 在本次設計中，由于要給運放 lm324 和 ua741 供電，所以要自制電源。在此次設 計中，我設計了一個可以輸出正負 12 伏的電源。主要以 7800 系列(輸出正電壓)和 7900 系列（輸出負電壓）做成電源電路。線性電源由 15v 變壓器經過全波整流，電 容整流濾波，通過三端穩壓管 7812、7912 穩壓為芯片 at89s52、dac0832、lm324、ua741、數碼管等提供電壓。 4.6.1 穩壓器 78l12 和 79l12 三端固定穩壓器，三端只有 3 個引出端子，具有應用時外接元件少，使用方便， 性能穩定，價格低廉的優點

31、，被廣泛應用。通常有 78l12（正電源）系列和 79l125（負電源）系列，其結構外觀如右圖 4.7 所示：它由輸出腳 out，輸入腳和 i v 接地腳 gnd 組成，它的書室穩壓輸出值為正負 12v，由它的內部結構可知，除增加了 一級啟動電路外，其余部分 圖 4.7 7812 引腳圖 與串聯穩壓電路完全一樣，其基準電壓源的穩定性更高，采取的電容必須是漏電流較 小的坦電容，或者是電解電容須是鉭電容的 10 倍，保護電路更完善。穩壓器輸入端 的電容用來進一步消除紋波，此外，輸出端的電容起到了頻率補償的作用，能防止自 激振蕩，從而使電路穩定工作。 4.6.2 電源電路原理圖 電源電路原理圖如圖

32、4.8 所示： 圖 4.8 電源電路原理圖 4.7 所用主要芯片 4.7.1 單片機 at89s52 （1）at89s52 單片機芯片引腳圖 at89s52 芯片引腳圖（如圖 4.9 所示）： （2）at89s52 單片機芯片的特點 at89s52 具有如下特點：40 個引腳， 8kbytesflash 片內程序存儲器，256bytes 的隨 機存取數據存儲器（ram） ，32 個外部雙向輸入/ 輸出（i/o）口，5 個中斷優先級 2 層中斷嵌套 中斷，2 個 16 位可編程定時計數器，2 個全雙工 串行通信口，看門狗（wdt）電路，片內時鐘振 蕩器。此外，at89s52 設計和配置了振蕩頻率

33、可為 0hz 并 圖 4.9 芯片 at89s52 引 腳圖 可通過軟件設置省電模式。空閑模式下，cpu 暫停工作，而 ram 定時計數器，串行口， 外中斷系統可繼續工作，掉電模式凍結振蕩器而保存 ram 的數據，停止芯片其它功能 直至外中斷 激活或硬件復位。同時該芯片還具有 pdip、tqfp 和 plcc 等三種封裝形 式，以適應不同產品的需求。 (3) 信號引腳的第二功能： 由于工藝及標準化等原因，芯片的引腳數目是有限制的，例如 mcs51 系列把芯 片引腳數目限定為 40 條，但單片機為實現其功能所需要的信號數目卻遠遠超過此數， 因此就出現了供需矛盾。 “復用”(即給一些信號引腳賦以雙

34、重功能)是解決此問題的 唯一可行的辦法。89s52 單片機的引腳的第二功能如表 4.1 所示： 表 4.1：p1口和 p3的第二功能 口線第二功能信號名稱 p3.0rxdrxd（串行數據接收） p3.1txdtxd（串行數據發送） p3.2 0 int（外部中斷 0 申請） 0 int p3.3 1 int（外部中斷 1 申請） 1 int p3.4t0t0（定時器 0 的計數輸入） p3.5t1t1（定時器 1 的計數輸入） p3.6wr（外部數據存儲器寫選通）wr p3.7rd（外部數據存儲器讀選通）rd p1.0t2t2（定時器/計數器 t2 的外部計數輸入） ，時鐘輸出 p1.1t2e

35、xt2ex（定時器/計數器 t2 的捕捉/重載觸發信號和方向控制） p1.5mosimosi（在系統編程用） p1.6misomiso（在系統編程用） p1.7scksck（在系統編程用） 4.7.2 芯片 dac0832 （1）dac0832 芯片引腳圖 dac0832 芯片引腳圖如圖 4.10 所示： （2）dac0832 芯片的特點 dac0832 是一種典型的 8 位轉換器，內部為 雙緩沖寄存器即輸入寄存器和 dac 寄存器，、 圖 4.10 芯片 0832 引腳圖 1 wr 、分別為該兩寄存器的寫信號輸出端，ile 為輸入鎖存使能端，高電平有效， 2 wr 為片選端，為傳輸控制端，它

36、和共同控制 dac 寄存器的工作狀態，其csxfer 2 wr 內部結構如圖 4.11 所示。dac0832 有兩個接地端 agnd（模擬電路接地端）和 dgnd（數字信號）接地端，一般情況下，這兩個地端均并聯接地。dac0832 的 d/a 轉 換電路為倒 t 型 r-2r 電阻網絡，故有 iout1 和 iout2 兩個電流輸出端，根據不同的 電路組成，該芯片可以有兩種輸出模式，一種為電流輸出模式，這種模式基準電壓加 在 vref 端，由 iout1，iout2 輸出的電流經運算放大器相加后輸出；另一種為電壓輸 出模式，這種模式基準電壓加在 iout1 和 iout2 之間，模擬電壓加從

37、vref 端輸出。 為了設計的方便，本電路選用電壓輸出模式，iout1 和 iout2 之間接一參考電壓， vref 輸出可控制電壓信號。它有三種工作方式：不帶緩沖工作方式，單緩沖工作方 式，雙緩沖工作方式。該電路采用單緩沖模式，在忡圖中=0，dac 寄存處 2 wrxfer 于直通狀態。又由于 ile=1，故只要在選中該片（=0）的地址時，寫入（=0）cswr 數字量，則該數字信號立即傳送到輸入寄存器，并直通至 dac 寄存器，經過短暫的建 立時間，即可以獲得相應的模擬電壓，一旦寫入操作結束，和立即變為高電 1 wrcs 平，則寫入的數據被輸入寄存器鎖存，直到再次寫入刷新。 圖 4.11 0

38、832 內部結構圖 4.7.3 lm350 （1）芯片介紹 lm350 是可調節 3端正電壓穩壓器，在輸出范圍為 1.2 伏到 33 伏時能夠提供超過 3 安的電流。此穩壓 器非常易于使用，只需要兩個外部電阻來設置輸出電壓。 此外還使用內部限流、熱判斷和安全工作區補償使之基本能防止燒斷保險絲。其外形 及引腳圖如圖 4.12 所示： 圖 4.12 lm350 外形及引腳圖 lm350 服務于多種應用場合，包括局部穩壓、卡上穩壓。該器件還可以用來制做 一種可編程的輸出穩壓器，或者，通過在調整點和輸出之間接一個電阻，lm350 可用 作一個精密穩流器。其內部結構圖如圖 4.13 所示： 圖 4.13

39、 lm350 內部結構圖 其主要特點如下： 輸出電流超過 3 安 輸出電壓在 1.2 伏和 33 伏之間可調節 內部熱過載保護 不隨溫度變化的內部短路電流限制 輸出晶體管安全工作區補償 對高壓應用孚空工作 標準 3 引腳晶體管封裝 避免置備多種電壓 （2）其基本電路工作原理 lm350 是三端浮動穩壓器。其基本電路工作原理如圖 4.14 所示。工作時，lm350 建立并保持輸出與調節端之間 1.25v 的標稱參考電壓，這一參考電壓由 r1 轉換成編 程電流，該恒定電流經 r2 到地。其穩壓輸出電壓由式 4.1 給出： 圖 4.15 lm350 基本電路工作原理圖 圖 4.14 基本電路工作原理

40、圖 （4.1） 因為調節端的電流在式中代表誤差項，所以 lm350 設計成控制 iadj小于 100 微 安并使這之保持恒定。為達到這一點，所有靜態工作電流都返回到輸出端。這樣就需 要最小負載電流表。如果負載電流小于最小值，輸出電壓會上升。 因為 lm350 是浮動穩壓器，所以只有電路兩端電壓差對性能是重要的，工作對地 呈高電壓也就成為可能。 （3）負載調整率 lm350 能提供極良好的負載調整率，但為實現最優性能需要注意幾點。編程電阻 （r1）應盡可能連接在與穩壓器靠近處，以使與參考電壓有效串聯線路壓降最小，避 免調整率變差。r2 接地端可以回到靠近負載接地端處，以提供遠程接地取樣并改進 提

41、高負載調整率。 4.7.4 集成運放 ua741 ua741 是一款集成運算放大器。集成運算放大器是一種高增益多級直接耦合放大 器，其內部結構框圖如圖 4.15 所示，其各部分的作用如下： 圖 4.15 運放組成框圖 （1）差動輸入級 使運放有盡可能高的輸入阻抗及共模抑制比。 （2）中間放大級 由多級直接耦合放大器組成，以獲得足夠高的電壓增益。 （3）輸出級 可使運放具有一定幅度的輸出電壓、輸出電流和盡可能小的輸出電阻。 在輸出過載時有自動保護作用以免損壞集成塊。輸出級一般為互補對稱推挽電路。 （4）偏置電路 為各級提供合適的靜態工作點。為使工作點穩定，一般采用恒流源偏 置電路。 在本設計中用

42、到的 ua741 共有兩個基本作用：放大電壓和反相作用。其引腳圖 如圖 4.16 所示。 圖 4.16 ua741 引腳圖 結 論 本次設計過程中，對紋波也沒有提出很嚴格要求，所以常用的穩壓集成電路就可 以滿足要求。在電路中采用了模擬器件和數字器件所以需要+5v、和12v 電源供電。 本設計輸出的電壓穩壓精度高，可以用在對直流電壓要求較高的設備上，或在科研實 驗室中當作實驗電源使用。 在本次設計的過程中，我發現很多的問題，給我的感覺就是很難，很不順手，看 似很簡單的電路，要動手把它給設計出來，是很難的一件事，主要原因是我們沒有經 常動手設計過電路以及在設計過程中用到的知識我學得不是很扎實，還有資料的查找 也是一大難題，這就要求我們在以后的學習和工作中，應該注意到這一點，更重要的 是我們要學會把從書本中學到的知識和實際的電路聯系起來，這不論是