数控电压源

数控电压源 班级:电子3071 姓名:曹智 学号:13 课题:数控电压源 数控电压源 一、 技术指标及要求: 1(运用所学的数字电子知识，和模拟电子知识进行电路。 2(设计出的直流电源要求输出精度高，步进电压在1V左右，并且调整方便。 3、使用通用器件 4、要求输出电压在0-10V 5、工作电压:2-6V(典型5V) 6、工作电流:20mA(5V时)15mA(3V时) 7、稳压输出值:0-10V 8、步进电压值:1V 9、输出纹波电压:?10mV 10、输出电流:1.5A 二、硬件系统设计 2.1总体设计 总框图 LED数码管 D/A转换器 LM324 显示 AT89C51 单片机 ULN2008 图 2-1 系统硬件框图 班级:电子3071 姓名:曹智 学号:13 课题:数控电压源 电路组成及工作原理: 图 2-2 系统硬件原理图 2.2单元电路及元器件说明 AT89C51单片机 AT89C51单片机是一种低功耗/低电压、高性能的8位单片机，有4KB可编程可擦除只读存储器(FPEROM)，该器件与工业的MCS-51相兼容。内部除CPU外，还包括128字节RAM，4个8位并行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，片内集成4K字节可改变程序Flash存储器，具有低功耗，速度快，程序擦写方便等优点，满足本系统设计需要。 班级:电子3071 姓名:曹智 学号:13 课题:数控电压源 图 2-3 AT89C51引脚图 VCC:供电电压 GND:接地 P0口:P0口为一个8位双向I/O口，P0口可接收8个TTL门电流。 P1口:P1口为一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器可接收输出4个TTL门电流 P2口:P2口为一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收输出4个TTL门电流， P2口输出地址的高八位 P3口:P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示: P3.0 RXD(串行输入口) P3.1 TXD(串行输出口) P3.2 /INT0(外部中断0) P3.3 /INT1(外部中断1) P3.4 T0(定时器0外部输入) P3.5 T1(定时器1外部输入) P3.6 /WR(外部数据存储器写选通) P3.7 /RD(外部数据存储器读选通) P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号 RST:复位，当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间 ALE/PROG:当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。ALE只有在执行MOVX，MOVC指令时才起作用 /PSEN:外部程序存储器的读选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个 班级:电子3071 姓名:曹智 学号:13 课题:数控电压源 机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现 /EA/VPP:当/EA保持低电平时，不管是否有内部程序存储器,只访问外部程序存储器(0000H-FFFFH);当/EA端保持高电平时，先访问内部程序存储器,当PC值超过0FFFH时,自动转向访问外部存储器。 XTAL1:反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入 XTAL2:来自反向振荡器的输出。 D/A转换器DAC0832 DAC0832是双列直插式8位D/A转换器，能完成数字量输入到模拟量(电流)输出的转换。 图2-4 DAC0832引脚图 其主要如下:分辨率为8位，转换时间为1μs，满量程误差为?1LSB，参考电压为(+10,-10)V，供电电源为(+5,+15)V。 特点:在DAC0832中有两级锁存器，第一级锁存器称为输入寄存器，它的允许锁存信号为ILE，第二级锁存器称为DAC寄存器，它的锁存信号也称为通道控制信号 /XFER。 当ILE为高电平，片选信号/CS 和写信号/WR1为低电平时，输入寄存器控制信号为高电平，这种情况下，输入寄存器的输出随输入变化。此后，当 /WR1由低电平变高时，控制信号成为低电平，此时，数据被锁存到输入寄存器中，这样输入寄存器的输出端不再随外部数据DB的变化而变化。 对第二级锁存来说，传送控制信号/XFER和写信号/WR2同时为低电平时，二级锁存控制信号为高电平，8位的DAC寄存器的输出随输入变化，当/WR2由低电平变高时，控制信号变为低电平，将输入寄存器的信息锁存到DAC寄存器中。 图中其余各引脚的功能说明如下: 班级:电子3071 姓名:曹智 学号:13 课题:数控电压源 ?:片选信号，低电平有效。 CS ? ILE:输入寄存器有效，高电平有效。 ?:写信号1，低电平有效;:第2写信号(输入)，低电平有效。 WR1WR2 ?:传送控制信号，低电平有效，用来控制WR2。 XFER ?,:8位的数据输入端，为最高位。 DIDIDI077 ?:DAC电流输出端1;:DAC电流输出端2。 IIOUT1OUT2 ?:反馈电阻引出端，DAC0832内部已经有反馈电阻，所以RFB端可以Rfb 直接接到外部运算放大器的输出端，这样相当于将一个反馈电阻接在运算放大器的输出端和输入端之间。 ?:基准电压，VREF范围为-10,+10V。 VREF ?:电源电压，范围为+5,15V。 VCC ?AGND:模拟量地，即模拟电路接地端;DGND:数字量地。 LM324运算放大器 LM324是四运放集成电路。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左图所示的符号来示，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， Vi+(+)为同相输入端。 图2-5(a) LM324结构图 图 2-5 (b) LM324引脚图 由于LM324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。当去掉运放的反馈电阻时,或者 班级:电子3071 姓名:曹智 学号:13 课题:数控电压源 说反馈电阻趋于无穷大时(即开环状态),理论上认为运放的开环放大倍数也为无穷大，此时运放便形成一个电压比较器，其输出如不是高电平(V+)，就是低电平(V-或接地)。当正输入端电压高于负输入端电压时，运放输出低电平。 功率放大模块ULN2008 功率放大模块ULN2008用于电路功率的放大，其前一级和后一级的电压几乎保持不变，既电压增益接近1，但其电流增益却很大，输出电流可达到2-3A。它的内部结构是达林顿的，专门用来驱动继电器的芯片，甚至在芯片内部做了一个小线圈反电动势的二极管。ULN2008的输入端允许通过IC的电流200mA，饱和压降VCE约为输入电压的2%左右。用户输出口的外接负载可根据以上参数估算。采用集电极开路输出，输出电流大，故可以直接驱动继电器或固体继电器(SSR)等外接控制器件，也可直接驱动低压灯泡。 ULN2008是高耐压、大电流达林顿阵列，由七个硅NPN达林顿管组成。该电路的特点如下所示: ?ULN2008的每个达林顿管都串联一个2.7K的基极电阻，在5V的工作电压下 它能与TTL和CMOS电路直接相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲 器来处理的数据。 ?ULN2008工作电压高，工作电流大，灌电流可达500mA，并且能够在关态时 承受50V的电压，输出还可以在高负载电流并行运行。 ?ULN2008采用DIP-16或SOP-16塑料封装。 图2-6 ULN2008引脚图 键盘扫描模块 班级:电子3071 姓名:曹智 学号:13 课题:数控电压源 数码管显示电路 三、软件系统设计 3.1主程序图 开始 系统初始化 键盘扫描 N 有键按下, 返回 Y 逐行扫描， 按P口值查键号 调用DA转换子程序 图 3,1 主程序流程图 3.2 部分程序流程图 班级:电子3071 姓名:曹智 学号:13 课题:数控电压源 主程序 系统初始化 有键按下, Y 键盘处理子程序 BJF=1, Y N 步进加子程序 步进减子程序 根据TABF的值查得数字量B 传输子程序，送出B， 进行D/A转换 显示子程序 图 3-2部分程序流程图 本程序设定KEY1为电压+，当按住KEY1键不松开时，输出电压以0.1V连续步进，直至KEY1键松开。当以一定的时间间隔点动KEY1键时，输出电压也为点动步进。KEY2为电压-，与KEY1功能基本相同;同时输出电压的值显示在2个数码管上。通过这种人机交换互设置，可以方便对电压源输出进行控制。 班级:电子3071 姓名:曹智 学号:13 课题:数控电压源 源程序的工作过程是:系统初始化后，默认输出0V电压，此时，2个数码管显示0.0V;然后扫描KEY1，KEY2键，当KEY1或KEY2有键按下时，程序跳转至相应的按键处理子程序;经过按键处理子程序处理后，置相应的标志位，并处理相应的寄存器的值;再回到主程序中，依据不同的标志位送出相应的数字量给DAC0832，并把相应的数据送入显示缓冲区，最后显示电源输出的电压值;程序继续扫描KEY1，KEY2键，再循环执行前面的步骤。 在编程过程中R1，R2分别存放2个数码管上显示的数字;寄存器内存储待转换的数字量B，BJF为增减标志位。 3.3 软件的设计主要完成三方面的功能: (1)KEY1,KEY2键分别控制电压的增大与减小 (2)把设置的电压送到DA，主要是对DA的操作。 (3)中断显示，把设置的电压显示到LED数码管上。 五、设计总结 这次课程设计经过两周半的时间，经过多方面的学习与动手，我终于完成了这次数控电压源的设计，虽然没有完全达到设计要求，但从心底里说，还是高兴的，毕竟这次凭自己能力做出来的，高兴之余不得不深思呀～ 在本次设计的过程中，我发现很多的问题，虽然以前还做过这样的设计但这次设计真的让我长进了很多，其中电流源恒定电流的产生是本设计系统的最主要部分。因输出电流的范围、误差大小以及纹波电流等要求都必须通过本部分电路来实现，所以在实验过程中需要反复调试，以达到最佳状态。经过认真选择、测量，恒流产生电路由运算放大器组成的开环电路实现。利用三极管放大区平坦的输出特性即可得到恒流输出。由于三极管放大区的线性特性，使得电流源具有较好的稳定性。输出电流的标定由恒流源电路参考电压和大线径康铜丝的阻值决定。利用单片机作为核心控制器，控制键盘、LCD、D,A，通过键盘设置“+”“一”步进调整功能，用D,A转换模块可以控制最小步进，故用单片机可以很容易控制本设计电流源工作,总体来说感觉效果比较好，有好多的东西，只有我们去试着做了，才能真正的掌握，只学习理论有些东西是很难理解的，更谈不上掌握。 从这次的课程设计中，我真真正正的意识到，在以后的学习中，要理论联系实际，把我们所学的理论知识用到实际当中，程序只有在经常的写与读的过程中才能提高，这就是我在这次课程设计中的最大收获同时也要感谢同学与老师的帮助，我的成功离不开他们。 班级:电子3071 姓名:曹智 学号:13 课题:数控电压源 六、参考文献 1.王远.模拟电子技术. 北京:机械工业出版社，1994 2.伍时和.数字电子技术基础.北京:清华大学出版社，2009 3.藏春华.电子线路设计与应用.北京:高等教育出版社，2004 4.康华光.模拟电子技术基础(第五版).北京:高等教育出版社，2005 班级:电子3071 姓名:曹智 学号:13 课题:数控电压源