1、數控直流電源的設計與實現一、實驗目的 了解數控技術和電源技術。 熟悉微機原理及其接口技術。 運用微機系統實現一個數控直流電源。二、實驗內容與要求基于80x86實驗箱平臺設計并制作數控直流電源。要求由鍵盤預置輸入直流電壓在09.9V之間的任意一個值，數控直流電源輸出，且輸出電壓與給定值偏差不大于0.1V。主要技術指標：（1）輸出電壓：范圍09.9V，紋波不大于10mV，電壓值由數碼管顯示；（2）具有“+”、“-”步進調整的功能，步進0.1V；（3）用自動掃描代替人工按鍵，實現輸出電壓變化（步進0.1V不變）。三、實驗報告要求設計目的和內容總體設計硬件設計：原理圖（接線圖）及簡要說明軟件設計框圖及

2、程序清單設計結果和體會（包括遇到的問題及解決的方法）四、總體設計采用8086處理機構成該系統的核心數控模塊，與基本接口實驗板相連，通過軟件編譯實現設計各種功能的實現，輸出部分也不再采用傳統的調整管方式，而是在D/A轉換后，經過穩定的功率放大電路得到。由于使用了微處理器，整個系統可編程實現，系統的靈活性大大增加。系統設計框圖如圖1所示。 圖1 方案三系統設計框圖為實現數控直流電源的各項功能，系統分為三個組成部分：鍵盤/顯示電路，數控模塊，穩壓輸出電路。下面介紹系統各部分的基本功能：（1）鍵盤/顯示電路：該電路的顯示部分又可分為電壓預制值顯示電路和電壓實際輸出值顯示電路。系統利用可編程并行接口82

3、55單元電路構成實驗板上4*4小鍵盤的接口和LED數碼管電路的接口，從而識別鍵碼同時顯示電壓預置值；在得到實際輸出值后，實驗板上提供了模數轉換ADC0809單元電路，轉化成數字量后傳遞給LED數碼管就可以顯示實際輸出值。（2）數控模塊：該部分主要由8086微處理器和數模轉換DAC0832單元電路組成。其中通過編寫匯編語言程序控制8086微處理器快速完成各功能所需的復雜運算，然后數模轉換電路DAC0832可將運算所得的數字量轉換為模擬量。（3）穩壓輸出電路：由于通過模數轉換電路輸出的電壓值大小有限制，通過使用運算放大器作前綴的功率放大電路，即可滿足系統所需電壓，又可大大減小紋波電壓。功率放大電路

4、通過外擴電路實現。五、硬件電路設計本課題的設計可通過實驗平臺上的一些功能模塊電路組成，由于各模塊電路內部已經連接，用戶在使用時只要設計模塊間電路的連接，因此，硬件電路的設計及實現相對簡單。完整系統的硬件連接如圖2所示。CS-55-IOWRST-IOR數據總線CS1CS-DA運放輸出電路輸出R2 500R1 1KRf 1KCS2CS-DIADDACS-ADDA CS0 CS1 CS2 CS3 CS4 CS5 CS6 CS7地址譯碼電路圖2 完整系統硬件連接圖實驗平臺上用到的一些功能模塊電路如下：地址譯碼電路：該單元通過三八譯碼器74LS138與可編程邏輯器件GAL20V8組成地址譯碼電路，產生C

5、S0CS7的地址片選口，為系統確定各芯片I/O地址提供了很大的方便?？删幊滩⑿薪涌?255單元電路：8255芯片是比較典型常用的并行接口芯片，可與實驗平臺上提供的4*4的鍵盤單元和LED數碼管顯示電路單元相連構成接口電路，實現對鍵盤和顯示電路的控制?；据斎胼敵鰡卧娐罚和ㄟ^74LS245以及74LS373組成基本的輸入單元電路，可以方便的通過數據線讀取或輸出數據。在系統中通過74LS245讀取了ADC0809的轉換完成信號EOC。計數器（分頻）電路單元：該單元電路由74LS393組成，對實驗板上提供12MHz的時鐘信號進行分頻，產生Q0Q7不同頻率的時鐘脈沖信號。在系統中選用Q2作ADC08

6、09的外部時鐘信號。從功能角度，該電路又可分為三個部分：鍵盤/顯示電路、數控部分、穩壓輸出電路。下面就分別對這三個部分進行具體分析。1鍵盤/顯示電路的實現和電路連接該電路又可分為兩個部分：電壓預制值顯示電路和電壓實際輸出值顯示電路。下面分別說明：（） 電壓預制值顯示電路8255的方式0主要用于同步傳輸數據的場合，課題選用方式0即可。端口C的高4位和低4位分別連接4*4鍵盤的行、列接口，由于為非編碼鍵盤，需采用行反轉法（也可采用行掃描法）判斷所按實驗平臺上的小鍵盤為何鍵，同時通過編程把鍵值轉換為相應的數碼管段碼，實現數碼管顯示預置值。具體的電路連接如圖3所示。 圖3 電壓預制顯示電路連接圖其中8

7、255片選地址CS0為280H283H，LED數碼管段碼輸出選通的地址為284H287H，數碼管位選信號輸出選通的地址為288H28BH。（2）電壓實際輸出值顯示電路要在數碼管上顯示實際電壓輸出值首先需要將輸出電壓轉化為數字量，即完成A/D轉換。實現A/D轉換的方法很多，常用的有逐次逼近法、雙積分法及電壓頻率轉換法。其中逐次逼近法具有轉換快、精度高、抗干擾差等特點。ADC0809就是一個逐次比較式的A/D轉換器。其分辨率為八位，模擬輸入電壓范圍為05V，對應轉化值為00H0FFH。有八個模擬輸入通道，可在程序控制下對任意通道進行A/D轉換。時鐘頻率10KHz1280KHz。每次只能對一路信號進

8、行轉換，其通道號由地址信號A、B、C譯碼后選定。片內有地址鎖存和譯碼器。轉換結果送入三態輸出鎖存器，當輸出允許信號OE有效時才輸出到數據總線上。另外，還有一個EOC信號，當轉換完成時，會發出轉換結束狀態信號，高電平有效，可以通過對該信號的檢測來查詢是否轉換完成。ADC0809引腳連接如圖4所示。 圖4 ADC0809引腳連接圖此連接中通道號來自地址總線，分別由讀寫控制信號來控制ST，ALE和OE等使能端。EOC信號送入74LS245總線控制器的輸入DI0口，在程序中對74LS245總線控制器的輸出口進行查詢式讀取EOC信號。本系統中ADC0809的輸入信號來自DAC0832輸出電壓，具體的電路

9、連接如圖5所示。 圖5 電壓實際輸出顯示電路連接圖其中由于ADC0809時鐘頻率范圍為10KHz1280KHz，計數器（分頻）電路單元中Q2產生的時鐘信號頻率675KHz，因此可以選擇Q2。DAC0832的片選地址為28CH28FH，ADC0809片選地址為298H29BH，74LS245總線控制器的片選地址為29CH29FH。2D/A數模轉換電路的使用及具體電路連接本系統的核心是數控技術，數控模塊關鍵的運算通過編程由8086微處理器完成，但系統的運算結果是八位數字量，必須經過數/模轉換器后才能輸出。采用雙緩沖的D/A轉換器DAC0832。 本系統采用了單緩沖方式。DAC0832的輸出是電流型

10、的，而系統需要電壓信號，可以通過運算放大器將其轉換為單極性或雙極性的輸出電壓。在單極性輸出中，對應數字量000FFH的模擬電壓V1的輸出范圍是0，輸出端口為VOUT1；單極性輸出電壓V1再經過運算放大器電平偏移、放大后，對應數字量000FFH的模擬電壓V2的輸出范圍是，即雙極性輸出，輸出端口為VOUT2。DAC0832引腳連接如圖6所示。3模擬信號放大電路的分析與設計由于DAC0832單極性輸出的電壓范圍為05V，系統要求輸出電壓范圍為09.9V，需通過運算放大電路實現。比例運算電路的輸出電壓與輸入電壓之間存在比例關系，從而可以實現信號的放大。對比例運算電路加以擴展或演變，可以得到求和、積分和

11、微分電路、對數和指數電路等。對輸入信號接法的不同，比例運算電路可以分為三種基本形式：反向輸入、同向輸入以及差分輸入比例電路。比例運算電路使用范圍廣泛，運放芯片種類也較多，有LM741、LM324、NE5532等。通過比較，系統選用集成運算放大器LM741構建同向輸入比例運算放大電路，放大兩倍即可。LM741的引腳及同相比例運放電路具體連接如圖7所示。 圖6 DAC0832引腳連接圖 圖7 LM741的引腳及同相比例運放電路連接圖 如圖7所示，同相比例運算放大倍數為： 根據設計要求：Auf =2，即可確定電路各參數：。系統選用，。 六、系統軟件設計開 始圖8 系統流程圖NYNYNYYYYNNNN

12、NYYYNNYY有按鍵否反轉法掃描鍵盤回到DOS步長0.1V的負向掃描描是F鍵步進0.1V步長0.1V的正向掃描步進0.1V輸出三角波重新開始程序是E鍵是D鍵是C鍵是B鍵是A鍵取平臺鍵盤按鍵值是ESC否PC鍵盤輸入有按鍵否反轉法掃描平臺鍵盤數碼管顯示左2位顯示預置值右2位顯示實際值算法子程序啟動模數、數模轉換鍵值9否鍵盤按鍵讀取鍵值9否鍵盤按鍵讀取顯示主菜單 系統軟件主要完成的功能分為以下幾部分：（1） 并行接口單元電路8255連接小鍵盤，識別按鍵、產生鍵碼并在數碼管上顯示；（2） 啟動DAC0832進行數模轉換，將預置電壓縮小1/2后單極輸出；（3） 將輸出電壓傳遞給模數轉換電路，啟動ADC

13、0809進行轉換，采樣得到結果并在數碼管上顯示；（4） 實現對整個系統的運行進行控制，完成系統步進、掃描、擴展輸出電壓等功能。系統軟件設計主要由主程序，菜單界面子程序，行反轉法鍵盤掃描子程序，鍵盤按鍵取值子程序，算法子程序，顯示子程序，“+”、“”步進子程序，“+”、“”掃描子程序和三角波電壓產生子程序組成，程序流程如圖8所示。下面將對所涉及到幾個重要子程序進行介紹。行反轉法鍵盤掃描子程序（TESTKEY）：該子程序通過行反轉法檢測實驗平臺鍵盤，取得鍵值。但該子程序不能判斷鍵盤被多次按下時的鍵值，只能得到最后一次按鍵的鍵值，而系統要求預置值為兩位數，因此還需再設計一個鍵盤按鍵取值子程序。鍵盤按

14、鍵取值子程序（KEYINPUT）：該子程序先調用一次鍵盤掃描子程序，但在取得鍵值后并非立即返回主程序，而是繼續掃描鍵盤，直到確定鍵盤掃描子程序已經掃描不到按鍵為止。這樣的作用是每調用一次鍵盤按鍵取值子程序就能取得一個鍵值，不會因為連續按鍵而將前面的鍵值覆蓋。該子程序流程如圖9所示。圖9 鍵盤按鍵取值子程序流程圖算法子程序（COUNT）：通過兩個鍵盤按鍵取值子程序（鍵值為09）取得系統預置值，高位為，低位為，暫不考慮小數。但輸入為十進制數，首先需轉化為十六進制數，轉換公式為： （4） 由于DAC0832輸入范圍為000FFH，輸出范圍為0+5V，即+5V對應的是數字量255（0FFH），每個數字

15、量表示的模擬量為5/256V。由此可得出預置電壓（）轉換的相應數字量DATA公式為：DATA= （5）經過DAC0832后就可得到范圍在05V內的電壓。再通過ADC0809轉換后，得到相應的十六進制的8位實際輸出電壓數字量，為了在數碼管上顯示實際輸出電壓，要采用相反的轉換分別得出十進制的實際輸出電壓高位、低位?！?”、“”掃描子程序（FSCAN/BSCAN）：該子程序只需循環調用相應的“+”、“”步進子程序（JIAY/JIANY），在每次調用結束后根據系統所需間隔時間增加一個中斷子程序或延時子程序（DELAY2）。以“+”掃描子程序為例，當鍵盤按鍵取值子程序返回的鍵值為0EH時，調用“+”掃描子程序。進入子程序后，循環調用鍵盤掃描子程序，如果返回的鍵值仍是0EH，則調用延時約為1秒的延時子程序、步長為0.1V的“+”步進子程序、算法子程序和顯示子程序，即可實現間隔約為1秒的“+”掃描功能；如果鍵盤掃描子程序返回的鍵值不是0EH，則返回主程序。該子程序流程和具體程序如圖10所示。圖10 “+”掃描子程序流程圖和具體程序參考“+”、“”掃描子程序即可得到三角波電壓產生子