簡(jiǎn)易數控直流電源設計探討工學(xué)論文

　　摘要：本設計以80C31單片機為核心，集成運算放大器和DAC0832數模轉換器構成具有深度負反饋的輸出可控的直流穩壓電源。由三端集成穩壓器（7805、7815、7915）給各單元電路提供所需的工作電壓。本系統由單片機做控制，輸出電壓在（0～9.9V）之間變化，實(shí)現0.1V的步進(jìn)功能控制，輸出電壓采用LED共陰極數碼顯示。簡(jiǎn)易數控直流電源與傳統穩壓電源相比具有操作方便、顯示穩定度高、使用廣泛等特點(diǎn)。

　　關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C80C31數模轉換器DAC0832三端集成穩壓器

　　1數控直流電源的應用及特點(diǎn)

　　本課題研究一種以單片機為核心的智能化高精度簡(jiǎn)易數控直流電源的設計。數控直流電源是一種常見(jiàn)的電子儀器也是電子技術(shù)常用的設備之一，廣泛應用于電路，教學(xué)試驗和科學(xué)研究等領(lǐng)域。以單片機系統為核心設計的新一代數控直流電源，它不但電路簡(jiǎn)單，結構緊湊，價(jià)格低廉，性能優(yōu)越，而且由于單片機具有計算和控制能力，利用它對數據進(jìn)行各種計算，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(pán)方式，電源的外表美觀(guān)，操作使用方便，具有較高的使用價(jià)值，且兼備雙重過(guò)載保護及報警功能，特別適用于各種有較高精度要求的場(chǎng)合。

　　2硬件電路的設計

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

　　2.2單元電路的設計

　　2.2.1輸出電路輸出電路是由三端固定輸出穩壓器件7805、運算放大器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。該電路的穩壓性能7805保證，步進(jìn)電壓由DAC輸入的數字量控制。這種電路輸出電壓的精度取決于7805輸出電壓的誤差；運放的跟隨誤差以及DAC的積分非線(xiàn)性。步進(jìn)值的誤差直接與DAC的位數有關(guān)。

　　2.2.2數控部分數控部分應具備的功能有：輸出電壓可預置，且能以“步進(jìn)”或“掃描”的工作方式加（“+”）或減（“－”）。數控部分的輸出應直接控制數碼電阻網(wǎng)絡(luò )各個(gè)開(kāi)關(guān)。

　　微控制器（MCU）又稱(chēng)單片機，數控部分為MCU電路。MCU的芯片品種繁多，芯片的選擇應考慮價(jià)格，軟件成熟，滿(mǎn)足功能要求等因素，因此本設計選用80C31單片機。

　　兩位BCD碼撥盤(pán)開(kāi)關(guān)將預置量輸入到MCU并口，兩位LED顯示電路由MCU串口送入數值（輸出電壓）。單獨設置的“+”“-”二個(gè)按鍵由并行口進(jìn)行檢測。DAC接收MCU數據總線(xiàn)傳送的數據，并據以確定輸出電壓。在軟件的控制下，MCU開(kāi)機后先將預置值讀入，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“+”“-”兩鍵是否按下。若檢測到有鍵按下，將使顯示值和輸出電壓相應增減0.1V。若檢測到按鍵時(shí)間超過(guò)0.5s，則認為需連續增減，即處于“掃描”方式。

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

　　2.2.3穩壓電源從電路簡(jiǎn)單、經(jīng)濟考慮，本設計采用三端固定輸出集成穩壓器。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壓器件。輸出電路由7815提供+15V電壓，從而大大提高了電壓調整率和負載調整率等指標。

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

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

　　3軟件設計

　　兩位BCD碼撥盤(pán)開(kāi)關(guān)K3、K4，用以設置輸出電壓。K3、K4輸入的P1口由電阻網(wǎng)絡(luò )RN上拉。設置為低電平有效�！�+”“－”鍵由10K電阻上拉，低電平有效輸入至P3.2和P3.3口線(xiàn)。軟件采用查詢(xún)方式訪(fǎng)問(wèn)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預置數BCD碼輸入（低位—十分位）

　　P0.4～P0.7預置數BCD碼輸入（高位—個(gè)位）

　　FFFEHDAC地址

　　42HD輸出電壓數值寄存

　　41H40H顯示緩沖寄存，BCD碼。

　　3.2程序流程設計復位后首先進(jìn)行初始化工作，然后從BCD撥盤(pán)開(kāi)關(guān)取輸出電壓預置值，經(jīng)取反和十—二進(jìn)制數轉換后存入寄存器42H。預置值經(jīng)串口輸出送往顯示器。由于輸出電壓數值是以0.1V做為基本單位的（即5V為50），所以送往顯示的數值自動(dòng)在高位加入小數點(diǎn)。以后輸出電壓值經(jīng)標度變換后送DAC，由輸出電壓形成對應的輸出電壓。

　　程序將檢測有無(wú)鍵按下，若無(wú)鍵按下，則不斷地繼續檢測，直到有鍵按下。檢測到有鍵按下后，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中的數據加1，再判斷是否已加至100，若是則42H復0，否則將數據送去顯示和輸出。若判別為“－”鍵，則數據減1，再判斷是否已減至FFH，若是則42H賦值為99；否則將數據送去顯示和輸出。

　　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(guò)0.5s，則不停的步進(jìn)，直到松開(kāi)按鍵為止。

　　4結論

　　本設計主要對簡(jiǎn)易數控直流電源電路進(jìn)行了簡(jiǎn)單的設計與闡述。本設計系統主要由硬件部分和軟件兩部分組成，以單片機為核心，控制整個(gè)電路工作。數模轉換器和集成運算放大器構成的具有深度負反饋的數字式可控直流電源。

　　本設計還存在許多不足，不當之處在所難免，望廣大讀者提出意見(jiàn)。

　　參考文獻：

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

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

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