基于stc89c52rc单片机的数控直流稳压电源设计

基于stc89c52rc单片机的数控直流稳压电源设计内容摘要：

片机的时钟周期为 1/12uS，指令周期为 1uS。 晶体振荡器的频率越高，振荡频率就越高。 图 32 振荡电路 因为 MCS51 系列单片机采用高电平复位方式，高电平复位脉冲 RST 引脚输入到内部施密特触发器整形后，送 CPU 内部复位电路。 CPU 在每一个机器周期的 S5P2 相采样施密特触发器的输出端，若为高电平，则强迫机器进入复位状态。 为了保证 CPU 内部各个单元电路可靠复位， RST 引脚复位脉冲高电平维持时间必 须大于等于 2 个机器周期（即 24个振荡周期），因此可以使用 RC 分立元件或微处理器监控芯片构成 MCS51 单片机的外部复位电路。 复位电路如图 33所示。 图 33 复位电路 从图 33复位电路可看出，按下复位按键 K20 时，电容 C3通过 R1放电，当电容放电结束后， RST 引脚电位由 R R2 分压比决定。 由于 R2R1,因此 RST 引脚为高电平，CPU 进入复位状态。 松开复位按键后，电容 C3 充电， RST 引脚电位下降，使 CPU 脱离复位状态。 R1 的作用在于限制复位按钮瞬间电容 C3的放电电流，避免产生火花，以保护按钮 的触点。 单片机的复位都是靠外部电路实现的，在时钟电路工作后，只要在单片机的 RST 引脚上出现 24个时钟振荡脉冲以上的高电平，单片机便实现初始化状态复位。 为了保证应用系统可靠地复位，在设计复位电路时，通常使 RST 保持高电平。 只要 RST 保持高电平，则单片机就循环复位。 10 控制子系统 键盘 控制 子系统 如图 34 所示。 本设计中，采用独立按键 K1K9 对单片机核心芯片 STC89C52RC 进行输入控制。 各按键分别一端接地，一端接单片机引脚。 实现功能：按键 K1K9 为对应的数字 09， K00 表示位选择键（十位 或各位） ,K11 是确定键。 选择电压后，按确定键，便可输出所需的电压。 图 34 键盘控制电路图 按键的具体意义如 表 所示 ： 表 按键说明 00 1 2 3 位选择 4 5 6 确认 7 8 9 D/A 转换模块 DAC0832 引脚图如 35 所示 11 图 35 D/A 转换 DAC0832 引脚 CS: 片选信号 , 低电平有效 ILE: 输入锁存允许信号 , 高电平有效 WR1: 写信号 1(低电平有效 ) WR2: 写信号 2(低电平有效 ),这个信号结合 XFER，输入锁存器将 8位数据传输到 DAC寄存器 IOUT1：模拟电流输出端 1。 当输入数字为：全” 1”时 , 输出电流最大，约为255VREF/256REB 全” 0”时 , 输出电流为 0 IOUT2：模拟电流输出端 2， IOUT1 + I OUT2 = 常数 RFB：反馈电阻引出端 , 此端可接运算放大器输出端 VREF：参考电压 , 10V～ +10V Vcc ：芯片电源 电压 , +5V～ +15V AGND：模拟信号地 DGND：数字信号地 DI7 DI0：数字量输入信号， 其中 : DI0 为最低位， DI7 为最高位 图 36 D/A 转换部分 12 系统设置 D/A 转换接口，采用 8位模数转换器 DAC0832。 其电 路如图 36所示。 D/A转换部分的输出电压作为稳压输出电路的参考电压。 稳压输出电路的输出与参考电压成比例。 8位字长的 D/A 转换器具有 256 种状态。 其时序图如图 37所示。 图 37 DAC0832 数模转换时序图 Clk 为时钟端， Data 为输入数据， LOAD 为输入控制信号。 每路电压输出值的计算：Vs=REF 2Data/256,REF为参考电压， data为输入 8位的比特数据；设计用的 REF为 5V。 运放 LM324 LM324 是四运放集成电路，它采用 14 脚双列直插塑料封装，它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。 每一组运算放大器可用图 38 所示的符号来表示，它有 5 个引出脚，其中“ +”、“ ”为两个信号输入端，“ V+”、“ V”为正、负电源端，“ Vo”为输出端。 两个信号输入端中， Vi（ ）为反相输入端，表示运放输出端 Vo 的信号与该输入端的相位相反； Vi+（ +）为同相输入端，表示运放 输出端 Vo 的信号与该输入端的相位相同。 LM324的引脚排列见图 39。 图 38 LM324 同向输入与反向输入 图 39 LM324 引脚图 13 由于 LM324 四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点，因此被广泛应用在各种电路中。 稳压数次 此部分是将经过 D/A 转换后的初始电压转换成设备所需要的特定电压。 从 DAC0832 的 IOUT2 引脚输出电压作为稳压输出电路的参考电压。 稳压电路输出的电压大小与 DAC0832 的 IOUT2 输出参考电压成比例。 稳压输出电路采用的是串联式反馈稳压电路（如图 310），在电路中， U5A— LM324 为比较放大器， U5B— LM324 为运算放大器， D/A 转换电路的输出电压 OUT2 接到 U5A —LM324 的同向（ LM324 的第 2 脚）， U5A— LM324 运放的输出端（ LM324 的第 5 脚）输出的电压一边送到运放 U6A — LM324 的同向端（ LM324 的第 1 脚），一边反馈回 DAC0832的 RFE1 基准电压。 其中 DAC0832 的基准电压 VREF 来源是通过调节 LM7812 基准源，控制器 STC89C52RC 的 P1 口和 DAC0832 的数据口直接相连， DA 的第 8 脚接参考电压，通过调节变位器 R5 作为 U6A — LM324 反馈电路中的反馈电阻。 经运放比较放大后，在经过U6ALM324 的电压放大与调整，使得 输出的电压与 LCD1602 显示的电压保持一致。 图 310 串联式反馈稳压电路 A/D 转换模块 ADC0832 是具有多路转换开关的 8位串行 I/O AD 转换器，转换速度较高，正常情况下， ADC0832 与单片机的接口为 4 条数据线，分别是 /CS /CLK、 DO、 DI，但由于 DO、 DI在通信时并不是同时使用，并且与单片机的接口是双向的，在、 CS变低后的前三个时钟周期内 DI端被检测， DO 端呈高阻态，数据转换开始后， DI 线被禁止，直到下一次转换开始，所以在 I/O 口资源紧张时可以将 DO、 DI 并联在一根数据线上使用。 ADC0832 引脚图如 311所示 14 图 311 A/D 转换 ADC0832 引脚 芯片接口说明：  CS 片选使能，低电平芯片使能。  CH0 模拟输入通道 0，或作为 IN+/使用。  CH1 模拟输入通道 1，或作为 IN+/使用。  GND 芯片参考 0电位（地）。  DI 数据信号输入，选择通道控制。  DO 数据信号输出，转换数据输出。  CLK 芯片时钟输入。  VCC/REF 电源输入及参考电压输入（复用）。 STC89C52RC 的 P1 口有八位精度高的高速 A/D 转换器，可做按键扫描，电压 、电流取样检测等。 当 ADCO832 未工作时其 CS输入应为高电平，此时芯片禁用， CLK 和 D0/DI的电平可任意。 当要进行 A/D 转换时，须先讲 CS 使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。 此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端 CLK 输入时钟脉冲， DO/DI 端则使用 DI 端输入通道功能选择的数据信号，在第一个时钟脉冲的下沉之前 DI 端必须是高电平，表示启始信号，在第二、三个脉冲下沉之前 DI 端应输入 2位数据用于选择通道功能。 图 312 闭环反馈电路 15 ADC0832 是一个 8 为的逐次逼近型 ADC，它 与一个两通的模拟器连接，能对来自端口的两路单端输入电压经行采样，其中单端电压输入以 0V（ GND）为基准，对 ADC 的说明：以输入电压为准，如果输入电压大于设定的电压值，则减少 DA 输出电压以为数值，在采样 回为比较，如此循环，则直到输入电压等于设定的电压值或者接近设定的电压值（有时不可能完全相同），同理，如果输入电压小于设定的电压，则增大 DA 输出电压一位数值，再采样回为比较如此循环直到输入的电压等于设定电压值或者接近电压值，这样就能达到 图 312 闭环反馈电路 的目的。  电压采样是在输出回路中并联两个可调电阻，调节 使 R4/（ R4+R5） =1/5，则从两个电阻之间采样电压为 （ U0 为电源输出电压）与系统 DA 转换 5U，对应，然后通过运算放大器 LM324 连接成的电压跟随器，对采样的电压输入到模数转换 ADC0832 转换成数字信号，输入到单片机系统进行处理。  电流采样为了提高系统控制的灵敏度，采用一级运算放大器对采样电压进行放大，再送到 ADC0832 进行 ADC 转换，最后数据由单片机系统进行相应处理，而且该芯片是采用串行数据传送方式，硬件电路简单，在输出回路中串联一个采样电阻，从采样电阻得到一个反馈电压，由运算放大器 LM324 组成的差分比例运算电路，经运放过来的电压通过 ADC 转换送给单片机处理，从而实现压控稳流。 显示模块 考虑设计要求来说，需要设定电压显示，又与实际电压比较再显示，采用最常用 1602液晶模块， LCD1602 可以在 LCD 显示屏上完全显示 32 个英文字符和日文等一些字符，适合显示英文文字信息量较小的地方，可以清晰显示出同时可能显示英文名称和 V/A单位。 通过单片机编程控制第 4脚 RS 数据 /命令选择段（ H/L），第 5脚 R/W 读写选择端（ H/L），第 6 脚 E使能端，从而实现显示效果，它的显示运行原理如下：  读状态输 入： RS=L, RW=H, E=H，输出： D0~D7=状态字  写指令输入： RS=L, RW=L， D0~D7=指令码， E=高脉冲；输出：无  读数据输入： RS=H, RW=L， D0~D7=数据， E=高脉冲；输出：无 LCD1602 主要管脚介绍 显示模块为本设计的重点模块，用于实时显示输出电压值。 这里采用 1602 液晶显示屏，其主要参数为：显示容量（ 16*2 个字符），芯片工作电压（ ），工作电流（ ），模块最佳工作电压（ ）。 LCD1602 共有 16 个引脚，各管脚的功能表 所示： 16 表 LCD1602 管脚功能介绍表 引脚图 符号 状态 功能 1 VSS 电源地 2 Vdd 电源 +5V 3 V0/VEE 对比度控制端 4 RS 输入 寄存器选择 5 R/W 输入 读、写操作 6 E 输入 使能信号 7 DB0 三态 数据总线（ LSB） 8 DB1 三态 数据总线 9 DB2 三态 数据总线 10 DB3 三态 数据总线 11 DB4 三态 数据总线 12 DB5 三态 数据总线 13 DB6 三态 数据总线 14 DB7 三态 数据总线（ MSB） 15 LEDA 输入 背光 +5V 16 LEDK 输入 背光地 LCD1602 的一般初始化过程 1．延时 15mS 2．写指令 38H 3．写指令 08H：显示关闭 4．写指令 01H：显示清屏 5．写指令 06H：显示光标移动设置 6．写指令 0CH：显示开及光标设置 LCD1602 与单片机连接图 单片机与液晶显示模块之间的连接如图 313 图 313 LCD1602 与单片机连接图 17 数据线 DB0DB7 连接单片机的 P0 口； RS、 R/W， E， 3条控制线分别接单片机的 、 口。 电阻 R3用来设置背光的亮度。 电源模块 利用三端稳压器 780 7812 产生所需的电源电压以供集成芯片和单片机使用。 如图 314 所示为系统电源供电 模块图。 变压器产生 15V 左右的交流电，电源的输入端电源由 15V 变压器的线圈提供，经过整流桥 D整流后经电容 C1 滤成平稳的 12V 作为三端稳压器 LM7812 的输入电源，输出端经过电容 C3滤波后就可得到平稳的幅值为 12V 的直流电。 产生的 12V 直流电压给 LM324 的正电源端供电。 LM7805 的输入电源直接由 LM7812产生的 12V 直流电提供，其输出电压也是通过电容 C C8进行滤波。 输出的 5V 电压作为单片机的供电电源。 图 316 中 D1， D2 是保护二极管，发光二极管为 LM7805 正常工作指示信号。 利用三端稳压器 7905产生 5V的电压作为 DAC0832的基准电压和 LM324的负电源端电压。 图 314 电源模块图 18 第四章 系统软件部分 系统主程序设计流程 及说明 首先对系统进行初始化，读取预存储的电压值，本次设计中预存储电压值为 10。