电气自动化专业毕业论文--基于单片机的简易数控直流电压源的设计

电气自动化专业毕业论文--基于单片机的简易数控直流电压源的设计内容摘要：

， CPU 要依次扫描，占用 CPU 较多的时间。 在本次设计中，我们采用的是共阴极的三位一体的 LED，其外观引脚如图 所示， A、 B、 C 分别为三个数码显示的位控引脚，其显示原理与单个 LED 的显示原理完全相同，在此不再赘述。 显示电路原理图 显示电路原理图如图 所示： 图 显示电路原理图 D/A 转换电路 D/A 转换电路主要由 AT89S52（单片机）、数码转换器 DAC0832 及 LM324 运算放大器等芯片组成。 AT89S52 的 P0 口作为数据端口与 DAC0832 的 8 位数据线相连。 本系统中，因为 CPU 的工作任务是单一的，而且数据传送的目的地址也是单一的，因此， DAC0832 采用单缓冲的工作方式，该芯片的 低电平有效 、四 个使能端均与地相接处于有效状态，这个工作方式不需要给 DAC0832 分配地址空间， CPU 的 P1 口的数据变化直接反映到 DAC0832 的输出端。 电源电路 在本次设计中，由于要给运放 LM324 和 UA741 供电，所以要自制电源。 在此次设计中，我设计了一个可以输出正负 12 伏的电源。 主要以 7800 系列 输出正电压 和 7900 系列（输出负电压）做成电源电路。 线性电源由 15V 变压器经过全波整流，电容整流滤波，通过三端稳压管 781 7912 稳压为芯片 AT89S5DAC083 LM32 UA74数码管等提 供电压。 稳压器 78L12 和 79L12 三端固定稳压器，三端只有 3 个引出端子，具有应用时外接元件少，使用方便，性能稳定，价格低廉的优点，被广泛应用。 通常有 78L12（正电源）系列和79L125（负电源）系列，其结构外观如右图 所示：它由输出脚 OUT，输入脚和接地脚 GND 组成，它的书室稳压输出值为正负 12V，由它的内部结构可知，除增加了一级启动电路外，其余部分 图 7812 引脚图 与串联稳压电路完全一样，其基准电压源的稳定性更高，采取的电容必须是漏电流较小的坦电容，或者是电解电容须是钽电容的 10 倍，保护电路更完善。 稳压器输入端的电容用来进一步消除纹波，此外，输出端的电容起到了频率补偿的作用，能防止自激振荡，从而使电路稳定工作。 电源电路原理图 电源电路原理图如图 所示： 图 电源电路原理图 所用主要芯片 单片机 AT89S52 （ 1） AT89S52 单片机芯片引脚图 AT89S52 芯片引脚图（如图 所示）： （ 2） AT89S52 单片机芯片的特点 AT89S52具有如下特点： 40个引脚， 8kBytesFlash片内程序存储器， 256bytes的随机存取数据存储器（ RAM）， 32 个外部双向输入 /输出（ I/O）口， 5 个中断优先级 2 层中断嵌套中断， 2 个 16 位可编程定时计数器， 2 个全双工串行通信口，看门狗（ WDT）电路，片内时钟振荡器。 此外， AT89S52 设计和配置了振荡频率可为 0Hz 并可通过软件设置省电模式。 空闲模式下， CPU 暂停工作，而 RAM 定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存 RAM 的数据，停止芯片其它功能直至外中断 激活或硬件复位。 同时该芯片还具有 PDIP、TQFP 和 PLCC 等三种封装形式，以适应不同产品的需求。 ” 即给一些信号引脚赋以双重功能 是解决此问题的唯一可行的办法。 89S52 单片机的引脚的第二功能如表 所示： 表 ： P1 口和 P3 的第二功能 口线 第二功能 信号名称 RXD RXD（串行数据接收） TXD TXD（串行数据发送） （外部中断 0 申请） （外部中断 1 申请） T0 T0（定时器 0 的计数输入） T1 T1（定时器 1 的计数输入） （外部数据存储器写选通） （外部数据存储器读选通） T2 T2（定时器 /计数器 T2 的外部计数输入），时钟输出 T2EX T2EX（定时器 /计数器 T2 的捕捉 /重载触发信号和方向控制） MOSI MOSI（在系统编程用） MISO MISO（在系统编程用） SCK SCK（在系统编程用） 芯片 DAC0832 （ 1） DAC0832 芯片引脚图 DAC0832 芯片引脚图如图 所示： （ 2） DAC0832 芯片的特点 DAC0832 是一种典型的 8 位转换器，内部为 双缓冲寄存器即输入寄存器和 DAC 寄存器，、 图 芯片 0832 引脚图 、分别为该两寄存器的写信号输出端， ILE 为输入锁存使能端，高电平有效，为片选端，为传输控制端，它和共同控制 DAC 寄存器的工作状态，其内部结构如图 所示。 DAC0832 有两个接地端 AGND（模拟电路接地端）和 DGND（数字信号）接地端，一般情况下，这两个地端均并联接地。 DAC0832 的 D/A 转换电路为倒 T 型 R2R 电阻网络，故有 Iout1 和 Iout2 两个电流输出端，根据不同的电路组成，该芯片可以有两种输出模式，一种为电流输出模式，这种模式基准电压加在 VREF 端，由 Iout1， Iout2 输出的电流经运算放大器相加后输出；另一种为电压输出模式，这种模式基准电压加在 Iout1 和 Iout2 之间，模拟电压加从 VREF端输出。 为了设计的方便，选用电压输出模式 Iout1 和 Iout2 之间接一参考电压，VREF 输出可控制电压信号。 它有三种工作方式：不带缓冲工作方式，单缓冲工作方式，双缓冲工作方式。 该电路采用单缓冲模式， 0， DAC 寄存处于直通状态。 又由于 ILE 1，故只要在选中该片（ 0）的地址时，写入（ 0）数字量，则该数字信号立即传送到输入寄存器，并直通至 DAC 寄存器，经过短暂的建立时 间，即可以获得相应的模拟电压，一旦写入操作结束，和立即变为高电平，则写入的数据被输入寄存器锁存，直到再次写入刷新。 图 0832 内部结构图 LM350 （ 1）芯片介绍 LM350 是可调节 3－端正电压稳压器，在输出范围为 伏到 33 伏时能够提供超过 3 安的电流。 此稳压器非常易于使用，只需要两个外部电阻来设置输出电压。 此外还使用内部限流、热判断和安全工作区补偿使之基本能防止烧断保险丝。 其外形及引脚图如图 所示： 图 LM350 外形及引脚图 LM350 服务于多种应用场合，包括 局部稳压、卡上稳压。 该器件还可以用来制做一种可编程的输出稳压器，或者，通过在调整点和输出之间接一个电阻，LM350 可用作一个精密稳流器。 其内部结构图如图 所示： 图 LM350 内部结构图 其主要特点如下： ① 输出电流超过 3 安 ② 输出电压在 伏和 33 伏之间可调节 ③ 内部热过载保护 ④ 不随温度变化的内部短路电流限制 ⑤ 输出晶体管安全工作区补偿 ⑥ 对高压应用孚空工作 ⑦ 标准 3 引脚晶体管封装 ⑧ 避免置备多种电压 （ 2）其基本电路工作原理 LM350 是三端浮动稳压器。 其基本电路工作 原理如图 所示。 工作时，LM350 建立并保持输出与调节端之间 的标称参考电压，这一参考电压由 R1转换成编程电流，该恒定电流经 R2 到地。 其稳压输出电压由式 给出： 图 LM350 基本电路工作原理图 图 基本电路工作原理图 （ ） 因为调节端的电流在式中代表误差项，所以 LM350设计成控制 IAdj小于 100微安并使这之保持恒定。 为达到这一点，所有静态工作电流都返回到输出端。 这样就需要最小负载电流表。 如果负载电流小于最小值，输出电压会上升。 因为 LM350 是浮动稳压器，所以只有电路两端电压差对性能是重要的，工作对地呈高电压也就成为可能。 （ 3）负载调整率 LM350 能提供极良好的负载调整率，但为实现最优性能需要注意几点。 编程电阻（ R1）应尽可能连接在与稳压器靠近处，以使与参考电压有效串联线路压降最小，避免调整率变差。 R2 接地端可以回到靠近负载接地端处，以提供远程接地取样并改进提高负载调整率。 集成运放 UA741 UA741 是一款集成运算放大器。 集成运算放大器是一种高增益多级直接耦合放大器，其内部结构框图如图 所示，其各部分的作用如下： 图 运放组成框图 （ 1）差动输入级 使运放有尽可能高的输入阻抗及共模抑制比。 （ 2）中间放大级 由多级直接耦合放大器组成，以获得足够高的电压增益。 （ 3）输出级 可使运放具有一定幅度的输出电压、输出电流和尽可能小的输出电阻。 在输出过载时有自动保护作用以免损坏集成块。 输出级一般为互补对称推挽电路。 （ 4）偏置电路 为各级提供合适的静态工作点。 为使工作点稳定，一般采用恒流源偏置电路。 在本设计中用到的 UA741 共有两个基本作用：放大电压和反相作用。 其引脚图如图 所示。 图 UA741 引 脚图 第 5 章 数控电压源的软件系统 主程序 主程序流程框图如图 所示： 主程序的源程序见附录 2。 图 主程序流程图 子程序 外中断 1 子程序 外中断 1 子程序流程框图如图 所示 : 外中断 1 子程序的源程序见附录 3。 图 外中断 1 子程序流程图 显示子程序 显示子程序流程框图如图 所示： 显示子程序的源程序见附录 4。 图 显示子程序流程图 键扫子程序 键扫子程序流程框图如图 所示： 键扫子程序的源程序见附录 4。 图 键扫子程序流程图 第 6 章 电路的调试 硬件的调试 硬件的调试过程 电路调试过程中遇到的问题和解决办法： 1 .电路线路比较多，容易出现短路现象，数码显示由于短路出现显示不正常显示，整理线路后能够正常显示。 2 .制作和测试－ 12V 电源时，由于没有认真参考整流管的接法和 7912 的芯片资料，出现一次整流电容爆裂。 3 .数码显示出现问题，检查电路发现 P2 口没有加上拉电阻，数码显示的亮度不够，加上上拉电阻能正常显示。 4 .稳压管 7812 的输出端输出电压，检查电路，发现输出端需 要增加一个电容，增加后问题得到解决。 5 .由于数码管显示的电压不是从 LM350 输出的实际电压值，所以显示的电压与实际的电压值有一点的差距，为了减少误差，且从前面的电压调整电路可知输出电压与电阻是成线性关系的，所以首先必须调节输出电压的线性关系。 线性关系主要是这样调节的： ① 首先输入 的电压，调节电位器，使输出也为 的电压； ② 通过键盘设置，使输入为 的电压，反复调节电位器。