簡(jiǎn)易數(shù)控直流電源設(shè)計(jì)探討工學(xué)論文

　　摘要：本設(shè)計(jì)以80C31單片機(jī)為核心，集成運(yùn)算放大器和DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換器構(gòu)成具有深度負(fù)反饋的輸出可控的直流穩(wěn)壓電源。由三端集成穩(wěn)壓器（7805、7815、7915）給各單元電路提供所需的工作電壓。本系統(tǒng)由單片機(jī)做控制，輸出電壓在（0～9.9V）之間變化，實(shí)現(xiàn)0.1V的步進(jìn)功能控制，輸出電壓采用LED共陰極數(shù)碼顯示。簡(jiǎn)易數(shù)控直流電源與傳統(tǒng)穩(wěn)壓電源相比具有操作方便、顯示穩(wěn)定度高、使用廣泛等特點(diǎn)。

　　關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)80C31數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0832三端集成穩(wěn)壓器

　　1數(shù)控直流電源的應(yīng)用及特點(diǎn)

　　本課題研究一種以單片機(jī)為核心的智能化高精度簡(jiǎn)易數(shù)控直流電源的設(shè)計(jì)。數(shù)控直流電源是一種常見的電子儀器也是電子技術(shù)常用的設(shè)備之一，廣泛應(yīng)用于電路，教學(xué)試驗(yàn)和科學(xué)研究等領(lǐng)域。以單片機(jī)系統(tǒng)為核心設(shè)計(jì)的新一代數(shù)控直流電源，它不但電路簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊，價(jià)格低廉，性能優(yōu)越，而且由于單片機(jī)具有計(jì)算和控制能力，利用它對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行各種計(jì)算，從而可排除和減少模擬電路引起的誤差，輸出電壓和限定電流采用輸入鍵盤方式，電源的外表美觀，操作使用方便，具有較高的使用價(jià)值，且兼?zhèn)潆p重過載保護(hù)及報(bào)警功能，特別適用于各種有較高精度要求的場(chǎng)合。

　　2硬件電路的設(shè)計(jì)

　　2.1數(shù)控直流電源的組成簡(jiǎn)易數(shù)控直流電源由穩(wěn)壓電源部分、數(shù)字顯示部分、輸出部分、數(shù)控部分、“+”“-”按鍵五部分組成。

　　2.2單元電路的設(shè)計(jì)

　　2.2.1輸出電路輸出電路是由三端固定輸出穩(wěn)壓器件7805、運(yùn)算放大器A和DAC電路所組成的輸出電路。在該電路中U23=5V，Uo=U23+U3，若DAC的輸出為－5V～＋4.9V，則UO=0～9.9V。該電路的穩(wěn)壓性能7805保證，步進(jìn)電壓由DAC輸入的數(shù)字量控制。這種電路輸出電壓的精度取決于7805輸出電壓的誤差；運(yùn)放的跟隨誤差以及DAC的積分非線性。步進(jìn)值的誤差直接與DAC的位數(shù)有關(guān)。

　　2.2.2數(shù)控部分?jǐn)?shù)控部分應(yīng)具備的功能有：輸出電壓可預(yù)置，且能以“步進(jìn)”或“掃描”的工作方式加（“+”）或減（“－”）。數(shù)控部分的輸出應(yīng)直接控制數(shù)碼電阻網(wǎng)絡(luò)各個(gè)開關(guān)。

　　微控制器（MCU）又稱單片機(jī)，數(shù)控部分為MCU電路。MCU的芯片品種繁多，芯片的選擇應(yīng)考慮價(jià)格，軟件成熟，滿足功能要求等因素，因此本設(shè)計(jì)選用80C31單片機(jī)。

　　兩位BCD碼撥盤開關(guān)將預(yù)置量輸入到MCU并口，兩位LED顯示電路由MCU串口送入數(shù)值（輸出電壓）。單獨(dú)設(shè)置的“+”“-”二個(gè)按鍵由并行口進(jìn)行檢測(cè)。DAC接收MCU數(shù)據(jù)總線傳送的數(shù)據(jù)，并據(jù)以確定輸出電壓。在軟件的控制下，MCU開機(jī)后先將預(yù)置值讀入，在送去顯示的同時(shí)，送入DAC，并產(chǎn)生相同的輸出電壓。然后不斷循環(huán)檢測(cè)“+”“-”兩鍵是否按下。若檢測(cè)到有鍵按下，將使顯示值和輸出電壓相應(yīng)增減0.1V。若檢測(cè)到按鍵時(shí)間超過0.5s，則認(rèn)為需連續(xù)增減，即處于“掃描”方式。

　　由于80C31片內(nèi)RAM僅有128B容量不夠所以要擴(kuò)展片外RAM，因此由80C31、74LS373和8KB容量的2764組成MCU最小系統(tǒng)。

　　2.2.3穩(wěn)壓電源從電路簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)考慮，本設(shè)計(jì)采用三端固定輸出集成穩(wěn)壓器。采用7805、7815、7915作為它們的輸出電壓分別為＋5V、＋15V、－15V，輸出電流為1.5A。

　　直流穩(wěn)壓電源采用橋式全波整流，單電容濾波，三端固定輸出集成穩(wěn)壓器件。輸出電路由7815提供+15V電壓，從而大大提高了電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率等指標(biāo)。

　　2.2.4顯示電路顯示電路由兩個(gè)數(shù)碼管和兩個(gè)74LS164組成。兩個(gè)數(shù)碼管分別組成顯示電路的十位、個(gè)位，由于兩個(gè)數(shù)碼管至少需要14根I/O線，為節(jié)約資源，采用串行輸入并行輸出的74LS164進(jìn)行驅(qū)動(dòng)輸出。單片機(jī)的兩個(gè)并行分別作為信號(hào)輸出口和時(shí)鐘控制信號(hào)。采用單片機(jī)的P3.2、P3.3作為控制加減的控制。該實(shí)現(xiàn)方式是通過80C31串行輸入，再并行輸出到74LS164，再經(jīng)過74LS164并行輸出到數(shù)碼顯示管。

　　顯示方式采用靜態(tài)顯示方式，80C31串以移位寄存器來驅(qū)動(dòng)兩位LED共陰極數(shù)碼顯示器，占用資源少，僅二根線。

　　3軟件設(shè)計(jì)

　　兩位BCD碼撥盤開關(guān)K3、K4，用以設(shè)置輸出電壓。K3、K4輸入的P1口由電阻網(wǎng)絡(luò)RN上拉。設(shè)置為低電平有效�！�+”“－”鍵由10K電阻上拉，低電平有效輸入至P3.2和P3.3口線。軟件采用查詢方式訪問這兩個(gè)鍵。

　　3.180C31資源分配

　　TXD、RXD以串口方式0輸出接移位寄存器/顯示器。

　　P3.2“+”鍵

　　P3.3“－”鍵

　　P0.0～P0.3預(yù)置數(shù)BCD碼輸入（低位—十分位）

　　P0.4～P0.7預(yù)置數(shù)BCD碼輸入（高位—個(gè)位）

　　FFFEHDAC地址

　　42HD輸出電壓數(shù)值寄存

　　41H40H顯示緩沖寄存，BCD碼。

　　3.2程序流程設(shè)計(jì)復(fù)位后首先進(jìn)行初始化工作，然后從BCD撥盤開關(guān)取輸出電壓預(yù)置值，經(jīng)取反和十—二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換后存入寄存器42H。預(yù)置值經(jīng)串口輸出送往顯示器。由于輸出電壓數(shù)值是以0.1V做為基本單位的（即5V為50），所以送往顯示的數(shù)值自動(dòng)在高位加入小數(shù)點(diǎn)。以后輸出電壓值經(jīng)標(biāo)度變換后送DAC，由輸出電壓形成對(duì)應(yīng)的輸出電壓。

　　程序?qū)�檢測(cè)有無鍵按下，若無鍵按下，則不斷地繼續(xù)檢測(cè)，直到有鍵按下。檢測(cè)到有鍵按下后，首先延時(shí)20ms進(jìn)行去抖處理，再判別是“+”還是“－”鍵若為“+”鍵，則42H中的數(shù)據(jù)加1，再判斷是否已加至100，若是則42H復(fù)0，否則將數(shù)據(jù)送去顯示和輸出。若判別為“－”鍵，則數(shù)據(jù)減1，再判斷是否已減至FFH，若是則42H賦值為99；否則將數(shù)據(jù)送去顯示和輸出。

　　只要點(diǎn)動(dòng)“+”“－”鍵的時(shí)間小于0.5s，則每次步進(jìn)增減0.1V。若一直按鍵，只要時(shí)間超過0.5s，則不停的步進(jìn)，直到松開按鍵為止。

　　4結(jié)論

　　本設(shè)計(jì)主要對(duì)簡(jiǎn)易數(shù)控直流電源電路進(jìn)行了簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)與闡述。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要由硬件部分和軟件兩部分組成，以單片機(jī)為核心，控制整個(gè)電路工作。數(shù)模轉(zhuǎn)換器和集成運(yùn)算放大器構(gòu)成的具有深度負(fù)反饋的數(shù)字式可控直流電源。

　　本設(shè)計(jì)還存在許多不足，不當(dāng)之處在所難免，望廣大讀者提出意見。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]蘇文平，何希才主編.電子技術(shù)實(shí)踐與制作教程.國(guó)防工業(yè)出版社.2002.

　　[2]邱寄帆，唐程山主編.數(shù)字電子技術(shù).人民郵電出版社.2002.

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