...35/39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。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，電源穩定性高以與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ABSTRACTThedesigniswiththeMCUAT89S52forthecorecontrolchip,whichcarryouttheprojectthatthefunctionofthenumbercontrolsthedirectcurrentpowersupply.DesignedwiththeprecisionofeightDAconverterDAC0832,three-adjustableregulatorsLM350andaUA741OperationalAmplifiersconstituteRegulatorssource,theoutputvoltagerangeof+1.4V~+9.9V,0.1VvoltagestepNCRegulatorsPower,ithaswithhighprecisionandstabilityandonlyhavethebiggestrippleof10mV.Meanwhile,theprogramusedonlyfivekeystoachievetheconvenienceoftheoutputvoltagesetting,withsettingvalueadjustments.Ithasthreekindsofadjustfunction,whichcancarryoutmicro-adjustment(Steppingvolume0.1)andthecoarseadjustment(Steppingvolume1).Theshowpartwehaveadoptedathree-dimensionaldigitalpipetoshowtheoutputvoltagevalue.Andwedesignedthe12Vand5Vpowersupplysystemforelectricity.TheprincipleofthatelectriccircuitwasthattheoutputvoltagesizewhichpassestheMCUtocontrolDA,passingtheamplifieramplification,andthevoltageisthereferencevoltageoftheLM350.AndtherealvoltageisstilltheLM350outputsarefromthevoltagemoldpiece.Makinguseoffivebuttonstoadjustmentvoltages,andpassthetotalcathodeChristianTrinityLEDtodisplaytheoutput'svoltage.InthisdesignIused3piececodetubes,whichcanshowthreepositionnumbers,oneofthemisafractionposition.forexample,itcanshowa5.90Vs.InthisdesignIadoptthescantodrivewayisdynamicstatesweep.Withtraditionalsteadypresspowersupplytocomparetohaveanoperationconvenience,thepowersupplystabilityhighcharacteristics,itsexportationelectricvoltagesizeadoptionfiguresshow.Keywords:NumericalControl,Stepping,Three-adjustableregulators目錄第1章緒論11.1研究背景與意義 11.2國外研究狀況 11.3課題研究方法 2第2章數控電壓源的總體方案介紹32.1數控電壓源的方案論證 32.1.1方案一：采用單片機的數控電壓源的設計 32.1.2方案二：采用調整管的雙計數器的數控電壓源的設計 32.1.3方案三：采用調整管的十進制計數器的數控電壓源的設計 42.2數控電壓源的方案比較 52.2.1數控部分的比較 52.2.2輸出部分的比較 52.2.3顯示部分的比較 5第3章數控電壓源的工作原理63.2工作原理 63.2.1DA轉換電路工作原理 63.2.2電壓調整電路工作原理 73.2.3數值計算 8第4章單元電路工作原理94.1時鐘電路 94.1.1時鐘振蕩電路圖 94.1.2時鐘信號的產生 94.2復位電路94.3鍵盤接口電路 104.3.1鍵盤電路 104.3.2鍵盤電路工作原理 104.4顯示接口電路 114.4.1顯示電路原理 114.4.2LED顯示方式 124.4.3顯示電路原理圖 124.5DA轉換電路 134.6電源電路 134.6.1穩壓器78L12和79L12 134.6.2電源電路原理圖 144.7所用主要芯片 144.7.1單片機AT89S52 144.7.2芯片ADC0832 154.7.3LM350 174.7.4運放UA741 18第5章數控電壓源的軟件系統205.1主程序 205.2子程序 215.2.1中斷子程序 215.2.2顯示子程序 225.2.3鍵掃子程序 23第6章電路的調試246.1硬件的調試 246.1.1硬件調試過程 246.1.2電路數據的測試 256.2軟件的調試 26第7章數控電壓源的使用說明27結論28參考文獻 29致30附錄1器件清單附錄2源程序清單32（1）主程序的源程序清單 32（2）外中斷1子程序的源程序清單 35（3）顯示子程序的源程序清單 36（4）鍵掃子程序的源程序清單 37（5）延時與啟動0832子程序的源程序清單38第1章緒論1.1研究背景與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)與細調(電位器)來調節。這樣，當輸出電壓需要精確輸出，或需要在一個小圍改變時(如1.05～1.07V)，困難就較大。另外，隨著使用時間的增加，波段開關與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、寬調整圍的高壓電源，特別是在一些高能物理領域，急需電腦或單片機控制的低紋波、寬調整圍的電源。1.2國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與中間母線結構，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?，F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，采用獨立式鍵盤與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與到我們生活、工作、科研等各個領域，本文將介紹一種數控直流電源，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，電源穩定性高以與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，在科研與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?？傊?，方案一的優點是具有精度高，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?？紤]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\o"8051單片機"\o"8051單片機"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達到輸出電壓的穩定。3.2.1DA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輸入數據端每增加1，電壓增加0.02V。再在DA的電壓輸出端接運放LM324，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P0＝00H時，DAC0832的輸出電壓就應為0V。其電路圖如圖3.2所示。圖3.2DA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，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，與單片機送給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部產生時鐘脈沖信號。電容器C8和C9的作用是穩定頻率和快速起振，電容值在5－30pF，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。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20μs，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，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P0～P3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與其主機的連接方式；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：外形與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與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所示，當無鍵按下時，單片機的P1.0～P1.3與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。=1\*GB3①共陽極接法把發光二極管的陽極連在一起構成公共陽極。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=2\*GB3②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，而動態顯示方式，電路簡單、節省口線、成本低。4.4.2LED顯示方式=1\*GB3①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=2\*GB3②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500Ω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的顯示原理完全一樣，在此不再贅述。4.4.3顯示電路原理圖顯示電路原理圖如圖4.6所示：圖4.6顯示電路原理圖4.5D/A轉換電路D/A轉換電路主要由AT89S52（單片機）、數碼轉換器DAC0832與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，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，輸入腳和接地腳GND組成，它的書室穩壓輸出值為正負12V，由它的部結構可知，除增加了一級啟動電路外，其余部分圖4.77812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，片時鐘振蕩器。此外，AT89S52設計和配置了振蕩頻率可為0Hz并圖4.9芯片AT89S52引腳圖可通過軟件設置省電模式?？臻e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：由于工藝與標準化等原因，芯片的引腳數目是有限制的，例如MCS—51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?！皬陀谩?即給一些信號引腳賦以雙重功能)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（外部中斷0申請）P3.3（外部中斷1申請）P3.4T0T0（定時器0的計數輸入）P3.5T1T1（定時器1的計數輸入）P3.6（外部數據存儲器寫選通）P3.7（外部數據存儲器讀選通）P1.0T2T2（定時器/計數器T2的外部計數輸入），時鐘輸出P1.1T2EXT2EX（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，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、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，為片選端，為傳輸控制端，它和共同控制DAC寄存器的工作狀態，其部結構如圖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）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4.110832部結構圖4.7.3LM350（1）芯片介紹LM350是可調節3－端正電壓穩壓器，在輸出圍為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。其外形與引腳圖如圖4.12所示：圖4.12LM350外形與引腳圖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。其部結構圖如圖4.13所示：圖4.13LM350部結構圖其主要特點如下：=1\*GB3①輸出電流超過3安②輸出電壓在1.2伏和33伏之間可調節③部熱過載保護④不隨溫度變化的部短路電流限制⑤輸出晶體管安全工作區補償⑥對高壓應用孚空工作⑦標準3引腳晶體管封裝⑧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4.15LM350基本電路工作原理圖圖4.14基本電路工作原理圖（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高負載調整率。4.7.4集成運放UA741UA741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與共模抑制比。（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4.16UA741引腳圖第5章數控電壓源的軟件系統5.1主程序主程序流程框圖如圖5.1所示：主程序的源程序見附錄2。圖5.1主程序流程圖5.2子程序5.2.1外中斷1子程序外中斷1子程序流程框圖如圖5.2所示:外中斷1子程序的源程序見附錄3。圖5.2外中斷1子程序流程圖5.2.2顯示子程序顯示子程序流程框圖如圖5.3所示：顯示子程序的源程序見附錄4。圖5.3顯示子程序流程圖5.2.3鍵掃子程序鍵掃子程序流程框圖如圖5.4所示：鍵掃子程序的源程序見附錄4。圖5.4鍵掃子程序流程圖第6章電路的調試6.1硬件的調試6.1.1硬件的調試過程電路調試過程中遇到的問題和解決辦法：(1).電路線路比較多，容易出現短路現象，數碼顯示由于短路出現顯示不正常顯示，整理線路后能夠正常顯示。(2).制作和測試－12V電源時，由于沒有認真參考整流管的接法和7912的芯片資料，出現一次整流電容爆裂。(3).數碼顯示出現問題，檢查電路發現P2口沒有加上拉電阻，數碼顯示的亮度不夠，加上上拉電阻能正常顯示。(4).穩壓管7812的輸出端輸出電壓，檢查電路，發現輸出端需要增加一個電容，增加后問題得到解決。(5).由于數碼管顯示的電壓不是從LM350輸出的實際電壓值，所以顯示的電壓與實際的電壓值有一點的差距，為了減少誤差，且從前面的電壓調整電路可知輸出電壓與電阻是成線性關系的，所以首先必須調節輸出電壓的線性關系。線性關系主要是這樣調節的：①首先輸入1.5V的電壓，調節電位器，使輸出也為1.5V的電壓；②通過鍵盤設置，使輸入為3.5V的電壓，反復調節電位器，使輸出為3.50.1V的電壓；③通過鍵盤設置，使輸入為5.5V的電壓，反復調節電位器，使輸出為5.50.1V的電壓；④通過鍵盤設置，使輸入為7.5V的電壓，反復調節電位器，使輸出為7.50.1V的電壓；⑤通過鍵盤設置，使輸入為9.5V的電壓，反復調節電位器，使輸出為9.50.1V的電壓。通過調節輸入輸出電壓的線性關系，確定電位器的阻值。調好了線性關系后，電位器使固定下來了，在以后的操作中不能改變電位器的阻值。隨著電位器阻值的確定，運算放大器的放大倍數也就確定下來了。6.1.2電路數據的測試(1).電壓輸出圍的測試主要測試儀器：數字萬用表①設計要求的圍通過程序電壓極值先設最低值，再設最高值用數字萬用表測量相應的輸出電壓重復測試三次具體測試數據如表6.1：表6.1電壓輸出圍測試數據次數第一次第二次第三次極值Vmin(1.4V)Vmax(9.9V)VminVmaxVminVmax設定值實測值1.409.891.4059.9051.3979.89試驗誤差00.010.0050.0050.0020.01②誤差分析從上表的數據看出，實際輸出的電壓最低值達不到要求的0V，主要原因是在設計電路原理的時候考慮到條件不足，0832的基準電壓只能是+5V，如果能使0832的基準電壓能夠是-5V，則可以達到要求。最低值誤差＝（0.01＋0.005＋0.003）/3=0.006V=6mV最高值誤差＝（0.01＋0.005＋0）/3=0.005V=5mV總體分析：由以上數據分析可知，在兩端點處，系統最大誤差為6mV，完全達到題目設計要求。(2).步進控制測試：主要測試儀器：數字萬用表①在規定的圍，先設定一個初始值（若不設定，則系統默認為1.4V）。然后通過功能鍵在初始值的基礎上進行先步進控制，然后再步減。測試五組數據如表6.2:表6.2步進控制測試數據次數第一次第二次第三次第四次第五次初始值1.5V3.0V5.0V7.5V9.5V步進0.1V1.493.095.17.619.61步減0.1V1.402.994.97.419.41步進誤差0.010.0100.010.01步減誤差00.0100.010.01②誤差分析分析上表，在中間段誤差較小，兩端誤差變大，這一方面與電源部分影響有關另外受運放比較精度與0832的基準電壓和0832的量化誤差的影響可通過調節電位器對數模輸出補償來減小誤差?？傮w來說基本上達到設計要求。6.2軟件調試(1).主程序的調試在調試主程序時，由于沒有調啟動0832的程序，DA轉換不能正常進行，調用后能正常進行DA轉換。(2).顯示子程序的調試在調試顯示子程序時，由于調用的延時時間不夠，數字在數碼管上顯示不穩定，出現閃爍現象，且閃爍頻率不一致，通過多次調試，改變延時時間，最終數字能穩穩地顯示在數碼管上。(3).中斷子程序的調試在調試中斷子程序時，開始我采用的是電平觸發方式，但達不到要求，按下調整按鍵沒有松開，中斷程序一直在執行，也就是說中斷程序不只執行一次，改為脈沖觸發方式后，能達到理想的效果。第7章數控電壓源的使用說明此數控電壓源輸出電壓值在1.4V～＋9.9V之間。A鍵用于電源步進加或調整加0.1V；B鍵用于電源步進減或調整減0.1V，每按一次分別加或減0.1V；C、D鍵用于調整電壓的整數位，C鍵用于調整電壓加1V，D鍵用于調整電壓加1V，每按一次分別加或減1V。E鍵用于設置電源的設置狀態和輸出狀態。使用該多功能數控電壓源操作簡單。當上電時，電源會輸出設置的1.4V電源，按E鍵就進入設置狀態，可以設置電壓，若在此時再按一次按下A鍵，電壓加0.1V，按B鍵電壓減0.1V，按C鍵電壓加1V，按D鍵電壓減1V，若設置完成，可按E鍵跳出電壓設置狀態，即可輸出設置的電壓值。在輸出狀態也可按A、B鍵，使電壓步進0.1V。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與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，這不論是對我們以后的就業還是學習，都會起到很大的促進和幫助。不過本次設計中仍有不足之處，其中主要的不足之處沒有達到0V的設計要求。其主要原因是設計條件不夠，使得0832的基準電壓只能為+5V，所以其只能輸出負電壓。而且LM350的輸出端比輸入端高也至少1.25V的電壓，所以在本次設計中不能達到0V的電壓，但如果在0832的其準電壓上再加上一個-5V的基準電壓便可達到輸出0V的要求。同時，通過本次畢業設計，鞏固了我們學習過的專業知識，也使我們把理論與實踐從真正意義上相結合了起來；考驗了我們借助互聯網絡搜集、查閱相關文獻資料，和組織材料的綜合能力；從中可以自我測驗，認識到自己哪方面有欠缺、不足，以便于在日后的工作中得以改進、提高；通過使用電路CAD軟件Protel99se，也讓我們了解到計算機輔助設計(CAD)的智能化，有利于提高工作效率。參考文獻[1]廣弟等.單片機基礎.：航空航天大學，2001.[2]何立民.MCS-51系列單片機應用系統設計.：航空航天大學，2003.[3]光飛.51系列單片機設計實例.：航空航天大學，2003.[4]陵山，國平，子華.C語言程序設計.：大學，2003.[5]馬忠梅，凱.單片機的C語言應用程序設計.：航空航天大學，2003.[6]何立明.單片機程序設計.：電子工業，2003.[7]維成.單片機原理與應用與C51程序設計.:清華大學，2003.[8]2003年全國大學生電子設計競賽匯編.：電子工業，2003.致首先，我要感大學電子信息工程學院所有老師，是他們孜孜不倦的教誨我，使我具備了良好的基礎知識，并掌握了學習的方法，才能夠有今天的這個課題的論文。在本次畢業設計中，由于開始的時候電路和工作原理與一些問題不是清楚，在朱老師的一步步的查漏補缺的指導下，才查明原因，然后修改PCB板才做出現在的實物。在此特別感我們的指導老師——朱麗老師給予的耐心的指導，也非常感學院的創新實驗室為我們提供良好的實驗場地與實驗設備，給我們的設計有了很大的幫助，同時感同組成員對我的大力支持與信任，也一并感寢室兄弟們對我的支持！我還要感我的父母、家人和朋友，我的成績和他們的支持和鼓勵是分不開的，他們的關心和鼓勵永遠都是我前進和成長的動力。最后，向所有關心、幫助過我的老師、同學、朋友和家人表示最誠摯的意！學生簽名日期：2010/05/30附錄附錄1：元器件清單表1元器件清單名稱規格數量封裝電解電容2200μF2個RB.2/.4F22μF3個RB.2/.4F470μF2個RB.2/.4F電容0.1μF3個RB-1.5_B30pF2個RAD-0.2A電阻4.7K5個AXIAL0.427Ω1個AXIAL-0.35K2個AXIAL-0.3220Ω1個AXIAL-0.30.2K2個AXIAL0.41K1個AXIAL0.4排阻5.1k2個SIP-9電位器20k1個WR1插針AC220VIN1個SIP2DC5VIN1個SIP2DC15VIN1個SIP3晶振12MHz1個XTAL2穩壓管78L121個TO220AMC7912T1個TO220A單片機AT89S521塊DIP40整流堆BRIDGE11個TO-72AD轉換芯片DAC08321塊DIP20二極管LED2個LED-0數碼管LED_31個LED_03運放LM3241個DIP-14UA7411個DIP8調整管LM3501個TO220L三極管NPN3個TO-92A變壓器TRANSCT1個TRAN-5附錄2：源程序清單(1)主程序的源程序清單:#include<reg52.h>#include<absacc.h>#include<math.h>#include<stdio.h>#defineucharunsignedchar#defineDAC0832XBYTE[0XEFFF]ucharbiaozhi;floatvol;sbitCS=P3^4;sbite=P1^6;sbitf=P1^5;sbitg=P1^4;sbith=P3^3;ucharled[3];uchart=0;voidput_on_leds();//顯示輸出函數charcodeledm[]={0x3F,/*0*/ 0x06,/*1*/ 0x5B,/*2*/0x4F,/*3*/ 0x66,/*4*/ 0x6D,/*5*/ 0x7D,/*6*/ 0x07,/*7*/ 0x7F,/*8*/ 0x6F,/*9*/0x80,/*.*/};/**********************************主函數********************************函數原型：main();*功能:調整電壓,調用put_on_leds()函數顯示電壓***********************************************************************/voidmain(void){ucharkeyzhiii;biaozhi=0;//次數初始化EA=1;//開總中斷EX1=1;//開外部中斷1IT1=1;//設置外部中斷1為脈沖觸發方式vol=1.4;//輸出5伏電壓 adata();//啟動0832 put_on_leds();//調顯示函數 delay(100);//調延時函數while(1){keyzhiii=key();//調鍵掃switch(keyzhiii)//按鍵功能控制{ case0://沒鍵按下,等待 {put_on_leds();//調顯示函數delay(10);}break;//調延時函數 case1://A鍵按下處理程序{t=t+3;//P0口數據加3if(vol==9.9)vol=1.4; elsevol=vol+0.1; //輸出電壓增加0.1Vadata();}break; case2://B鍵按下處理程序{t=t-3;//P0口數據減3if(vol==1.4)vol=9.9;elsevol=vol-0.1;//B鍵按下-0.1V adata();}break; case4://C鍵按下處理程序{if(biaozhi==0)break;//若不在調整狀態,不能加1 else {t=t+30;//P0口數據增加30vol=vol+1;//C鍵按下+1Vadata();}}break; case8://D鍵按下處理程序 {if(biaozhi==0)break;//若不在調整狀態,不能減1else{t=t-30;//P0口數據減少30vol=vol-1;//D鍵按下-1Vadata();}}break; } put_on_leds();//調顯示函數delay(10);//調延時}}(2)外中斷1子程序的源程序清單:/**********************************************************************函數原型：service_int1()interrupt2using2;*功能:記錄調整鍵按下的次數,啟動0832************************************************************************/voidservice_int1()interrupt2using2//中斷模塊{biaozhi++;//調整鍵按鍵次數加1if(biaozhi%2==0) biaozhi=0;//標志位置1 else{adata();} //標志位為0,啟動0832}(3)顯示子程序的源程序清單:/*************************************************************************函數原型：put_on_leds();*功能:顯示輸出函數.************************************************************************/voidput_on_leds(){uchari;intk;k=vol*100;//電壓值*100led[0]=k%10;//取電壓值小數