基于da转换器的数控直流电源的设计

基于da转换器的数控直流电源的设计内容摘要：

式。 本系统采用内部时钟方式，其电路图如图4所示。 图4 内部方式时钟产生电路单片机片内由一个反向放大器构成振荡器，可以由它产生时钟。 该反相放大器的输入端为引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。 这两个引脚外接石英晶体振荡器作为定时元件，内部反向放大器自激振荡，产生时钟。 C12，C13对频率有微调作用。 C12和C13值选择为30PF。 在实际连接中，为了减少寄生电容，更好地保证振荡器稳定，振荡器和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近。 键盘电路矩阵式键盘又称行列键盘，它是用N条I/O线作为行线，N条I/O线作为列线组成的键盘。 在这种行列式键盘结构能有效地提高单片机系统中I/O口的利用率。 在本设计中，利用键盘进行各个功能的选择，它是系统进行人机对话的重要部件。 由于系统需要的按键较多，因此采用了44矩阵式键盘。 此种键盘结构把检测线分为两组，一组为行线，一组为列线，按键放在行线和列线的交叉点上。 矩阵式的键盘的优点是需要的测试线的数量少，对于一个NN的矩阵键盘与主机连接只需要N+N条测试线。 44键盘电路的连线图如图5所示。 P1P1P1P17作为键盘的行线，而P10～P13设为列线。 采用查询式的扫描方式，来识别键盘上闭合键是哪个功能键。 本设计选用的是44的键盘控制，~，~；系统中键盘模块设计十三个按键0~增加、减少、确认。 当按下7时P13和P14导通，说明7已被按下。 按下相应的数字按键如：，按下“1”、“0”、“5”、“确认”；需要对电压进行微调时，需按下“增加”或者“减少”，当达到所需要的数值时，再按下“确认”输入的电压值就相应的增加或者减少。 图5 44键盘连线图 显示电路显示的方式很多主要分为两类：LED显示，LCD显示。 前者显示亮度高，制作成本低，适合做远距离显示，但是由于其耗电较大，所用端口随显示的数据位数增加而增加。 如果采用动态扫描方式显示，则占用CPU的时间，如果采用静态显示则需要加锁存器，耗费硬件制作时间，就该题目来说，需要设定电压显示，LCD显示更为清晰、直观，从上面诸多因素来看，采用LCD显示屏上完整显示出比较理想。 LCD最常用的就是1602液晶模块。 LCD1602可以再LCD显示屏上完整显示32个英文字符和日文等一些字符，适合显示英文文字信息较小的地方，可以清晰显示出同时还能显示英文名称和电压/电流单位，电压（三位数字：十位、个位、小数位），电流（三位数字：十位、个位、小数位）。 通过单片机编程控制第4脚RS数据/命令选择端（H/L)，第5脚R/W读/写选择端（H/L），第6脚E使能信号，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=H，E=H；输出：D0~D7=数据写数据：输入：RS=L，RW=L，D0~D7=数据，E=高脉冲；输出：无LCD1602型LCD显示模块具有体积小，功耗低，显示内容丰富等特点。 LCD1602可以显示2行16个字符，有8位数据总线D0~D7和RS、R/W和EN三个控制端口，工作电压为5V，并且具有字符对比度调节和背光功能。 综上所述，LCD1602满足本系统的需求。 LCD1602的接口信号说明如表2所示：表2 1602型LCD的接口信号说明编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2Data I/O2VDD电源正极10D3Data I/O3V0液晶显示偏压信号11D4Data I/O4RS数据/命令选择端（H/L）12D5Data I/O5R/W读写选择端（H/L）13D6Data I/O6E使能信号14D7Data I/O7D0Data I/O15BLA背光源正极8D1Data I/O16BLK背光源负极其显示部分引脚接口如图6所示：～图6 LCD显示电路原理图 D/A转换电路D/A转换器作为模拟量输出通道的常用的器件，将数字量转换为模拟量，选择DAC0832，它是8位芯片，可直接接到单片机的数据内含有一个8位输入数据寄存器，一个8位DAC寄存器和一个8位D/A转换器，数字量转换过程是将数字量存在输入数据寄存器，在接到转换命令时将输入数据寄存器的内容传输到DAC寄存器通过D/A转换器转换为模拟量，进行转换，转换时间为1us。 （1）DAC0832主要特性：① 分辨率为8位； ② 电流稳定时间1us； ③ 可单缓冲、双缓冲或直接数字输入； ④ 只需在满量程下调整其线性度； ⑤ 单一电源供电（+5V～+15V）； ⑥ 低功耗，200mW。 （2）.DAC0832工作方式输出模拟05伏电压，还需要在DAC0832后接一放大器选用OP01，这种放大器的主要特征是增益共模抑制比很高（一般为100dB），而其失调电压和失调电流、温漂以及噪声又很小，其广泛地应用于稳定积分、精密加法、比较、阈值电压检测、微弱信号精确放大等场合，是一种通用性极强的运算放大器。 DAC0832的转换关系如下式(1)所示： （1）式中 —基准电压；—输入的数字量； —输出的模拟电压量。 （3）DAC0832与AT89C52接口电路如图7所示：图7 DAC0832与AT89C52接口电路 放大电路放大电路的特点：功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的电路。 因此，要求同时输出较大的电压。 工作在接近极限状态。 一般直接驱动负载，带动负载能力强。 放大电路图如图8所示：图8 放大电路图第4章 数控直流电源的软件设计软件的设计应遵循结构化设计原则，在总体概况设计的基础上进行具体的详细设计、功能分解、模块划分、细化软件层次、优化软件结构，以达到模块功能的独立性，执行的高效性。 该系统的软件程序由主程序和数个子程序模块组成，其中子程序包括显示子程序、按键识别程序、D/A子程序。 主程序设计流程图如图9所示，负责与各子程序模块的接口和检查键盘功能。 程序运行后，开始检测是否有键按下，若有则进入设定按键功能。 液晶LCD1602直接显示CPU设定的数值，使CPU资源得到充分利用。 开始初始化键盘子程序D/A子程序显示子程序图9 主程序流程图 子程序设计 键盘子程序设计程序主要分为两个部分：一个部分不停地监测是否有按键按下，另一个部分查看哪一个键按下。 在初始状态下，4个列输出端口输出低电平，～，～。 如果没有按键按下，～；如果有按键按下，则被按下的键对应的行输入端口的电平就会被拉低，～，～。 ～，就转到查询程序SEE。 键盘子程序流程图如图10所示。 开始扫描键盘是否有键按下。 “+”键。 “”键。 根据按键更改输出电压值返回YYYNNN图10 键盘子程序流程图 LCD显示子程序设计液晶显示模块的显示器上的显示点与驱动控制芯片中的显示缓存RAM是一一对应的；驱动控制芯片当中共有65（8 Page x 8 bit+1）X 132个位的显示RAM 区。 而显示器的显示点阵大小为64X128点，所以实际上在液晶显示模块中有用的显示RAM 区为64 X 128个位；按byte为单位划分，共分为8个Page，每个Page为8行，而每一行为128个位（即128列）。 驱动控制芯片的显示RAM区每个byte的数据对应屏上的点的排列方式为：纵向排列，低位在上高位在下。 如要点亮LCD屏上的某一个点时，实际上就是对该点所对应的显示RAM区中的某一个位进行置1操作；所以就要确定该点所处的行地址、列地址。 从图中可以看出，LCD1602液晶显示模组的行地址实际上就是Page的信息，每一个Page应有8行；而列地址则表示该点的横坐标，在屏上为从左到右排列，Page中的一个Byte对应的是一列（8行，即8个点），达128列，根据这样的关系在程序中控制LCD显示屏的显示。 LCD显示子程序如图11所示。 开始送设置显示器第一行的初始地址写指令第一行是否全部显示写指令N送设置显示器第二行的初始地址N第二行是否全部显示Y返回Y地址加1地址减1图11 LCD显示子程序 D/A转换器子程序设计D/A转换器的流程图如图12所示，通过调用D/A转换器子程序对D/A转换器进行控制，控制D/A转换器使其按照要求来运作，将数字信号转换成模拟信号，输送给放大器进行放大。 开始返回送D/A转换器的数字量启动D/A转换完。 YN图12 D/A子程序流程图第5章 系统调试与分析数控直流电源的系统调试包括硬件调试和软件调试，而且两者是密不可分的。 我们设计好的硬件电路和软件程序，只有经过联合调试，才能验证其正确性；软硬件的配人情况以及是否达到设计任务的要求，也只有经过调试，才能发现问题并加以解决、完善，最终开发成实用产品。 硬件调试分单元电路调试和联机调试，单元电路试验在硬件电路设计时已经进行，这里的调试只是将其制成印刷电路板后试验电路是否正确，并排除一些加工工艺性错误（如错线、开路、短路等）。 这种调试可单独模拟进行，也可通过开发装置由软件配合进行。 硬件联机调试则必须在系统软件的配合下进行。 软件调试一般包括分块调试和联机调试两个阶段。 程序的分块调试一般在单片机开发装置上进行，可根据所调程序功能块的入口参量初值编制一个特殊的程序段，并连同被调程序功能块一起在开发装置上运行；也可配合对应硬件电路单独运行某程序功能块，然后检查是否正确，如果执行结果与预想的不一致，可以通过单步运行或设置断点的方法，查出原因并加以改正，直到运行结果正确为止。 这时该 程序功能块已调试完毕，可去掉附加程序段。 其它程序功能块可按此法进行调试。 程序联机调试就是将已调试好的各程序功能块按总体结构联成一个完整程序，在所研制的硬件电路上运行。 从而试验程序整体运行的完整性、正确性和与硬件电路的配合情况。 在联调中可能会有某些支路上的程序、功能块因受条件制约而得不到相应的输入参数，这时，调试人员应创造条件进行模拟调试。 在联调中如发现硬件问题也应及时修正，直到单片机系统的软件、硬件全部调试成功为止。 系统调试完成后，还要进行一段时间的试运行，从而检验系统的稳定性和抗干扰能力，验证系统功能是否达到设计要求，是否达到预期的效果。 proteus介绍本次毕业设计是用proteus来进行模拟仿真的。 Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。 它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。 它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。 虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。 Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。 是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持805HC1PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC3AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。 在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。 其功能特点：Proteus软件具有其它EDA工具软件（例：multisim）的功能。 这些功能是：（1）原理布图 （2）PCB自动或人工布线 （3）SPICE电路仿真 革命性的特点： （1）互动的电路仿真 ，用户甚至可以实时采用诸如RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。 （2）仿真处理器及其外围电路，可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流单片机。 还可以直接在基于原理图的虚拟原型。 以上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。 配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，Proteus建立了完备的电子设计开发环境。 proteus的智能原理图设计（ISIS） 丰富的器件库：超过27000种元器件，可方便地创建新元件；智能的器件搜索：通过模糊搜索可以快速定位所需要的器件；智能化的连线功能：自动连线功能使连接导线简单快捷，大大缩短绘图时间； 支持总线结构：使用总线器件和总线布线使电路设计简明清晰；可输出高质量图纸：通过个性化设置，可以生成印刷质量的BMP图纸，可以方便地供WORD、POWERPOINT等多种文档使用。 本次毕业设计是在proteus软件上画出所需要的元件然后进行连接，最后导入相应的程序进行模拟仿真。 数控直流电源硬件调试的问题及解决系统的调试过程是整个系统的设计开发过程中，最困难也是最麻烦的一个环节。 如何能够有效而且在最短的时间内完成整个系统的调。