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数控直流电压源的设计 摘要:本系统以直流电压源源为核心，AT89C52单片机为主控制器，通过键盘来设置直流电源的输出电压，具有步进功能，能够现实实际输出的电压值。本设计分四个模块:单片机控制及显示模块、数模（D/A）转换模块、恒压源模块、输出显示模块。以单片机控制模块为核心，对输入信号进行转换成数字量输出；恒流源模块将D/A转换来的电压模拟量通过恒压电路转换成恒压。该系统具有可靠性好，精度高等优点。 关键词:数控电压源 AT89C52 DAC0832 恒流源 目前所使用的直流可调电源中,大多为旋钮开关调节电压,调节精度不高,而且经常跳变,使用麻烦。利用本数控电源,可以达到每步0.1V的精度,输出电压范围0～9.9V,电流保持500mA,且数码显示直观 1.总体设计方案 1.1总体设计思路 方案一:计数器每次由脉冲触发跳一，也即实现步进0.1，欲实现步进0.1，就需要按一下键产生一个脉冲。由于电容的容值不一，充电时间常数不等，故可利用电容充电时间不相等，又按键有一定的时间，大约为0.2s，但这个时间对电容充电时间常数来说,以经足够了，本设计就是基于这一点来实现按一下键产生一个脉冲的。按键时，电源对五个R、C充电，由于按键的时间0.1s相对于充电时间常数0.1—0.5s，足可使电容一端呈现依次高电平，同时这五个高电平存在时间差，从而产生五个脉冲，使计数器跳变一，利用视觉效应，实现步进为0.1。其方框图如图： 图1：计数器脉冲触发 方案二：采用AT89C52系列单片机作为整机的控制单元,通过改变输入数字量来改变输出电压值(A/D转换后电压值) ,经集成运放放大和射极输出器输出,间接地改变输出电压的大小。 图2：总体设计框图 经过方案论证和比较后,最终确定的系统框图如上方案二图所示,主要由主电源、辅助电源、D/A转换、集成运放、射极输出器、单片机最小系统、显示及按键等组成。 2.硬件单元电路的设计 2.1电压源电路的设计 基本设计思想是对单片机输出的电压(D/A转换后) 进行放大,经射极跟随器(功率放大,减小输出内阻提高带负载的能力)输出数控可调电压。 图数控电压源硬件电路图 芯片介绍: 图3：硬件单元电路 电路介绍:采用52芯片作为控制器,P1和DAC0832的数据口直接相连,DA的CS,WR1,WR2,XFER接地,让DA工作在直通方式下。DA的8脚接参考电压(UREF),参考电压电路如图3所示。LM336集成电路是精密的5V稳压器,其工作相当于一个低温度系数的、动态电阻为12Ω的5V齐纳二极管,其中的微调端(G)可以使基准电压和温度系数得到微调。通过调节可调电阻调节LM336的输出电压为5112,所以在DAC的8脚输出电压的分辨率为5112V/256=0102V,也就是说DAC输入数据端每增加1,电压增加0102V。由于本电源输出电压为0～9.9V,则最大输入数据为120(对应的二进制为1001.1001),DAC输出的值为9.9V,即输入数据在0～1001.1001之间变化,DA输出电压在0～2.4V(实际为0～-2.4V)之间变化。DAC输出的电压经集成运放倒相放大后,输出0～9.9V电压。为了满足输出电压的要求,应使集成运放的放大倍数为215倍,即Auf=-R6/R5=-2.5。实际使用时,通过调整R6的阻值,来满足放大倍数的要求。集成运放放大的电压经Q4构成射极跟随器放大,作为最终电压输出。 AT89C52是美国ATMEL公司生产的低电压,高性能CMOS 8位单片机,片内含4kB的可反复擦写的只读程序存储器(EPROM)和128B的随机数据存储器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准MCS251指令系统,内置通用8位中央处理器(CPU)和FLASH 存储单元[1]。 DAC0832 是采用CMOS 工艺、具有8位分辨能力的D/A转换器。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,可直接与AT89C51 相连。DAC0832 内部采用倒T型电阻网络,芯片中无运算放大器,使用时需外接运放,输出是模拟电流Io1、和Io2。芯片中已设置反馈电阻Rf ,使用时将Rf 输出端接运算放大器的输出端即可。本电路采用不带缓冲工作方式,UREF为D/A转换器的基准电压。 图4：基准电压电路 2.2显示和按键电路设计 采用四位L ED 数码管动态显示输出电压的大小。此电路原理简单,电路连接方便,可用单片机直接驱动 图5：显示和按键电路 本系统用两只按键KEY2、KEY3来实现“+”、“-”步进控制,用一只按键KEY1实现电路复位清零。 2.3主电源和辅助电源的设计 本系统采用两种电源(主电源和辅助电源)供电,如图所示,电源变压器带有中心抽头,经LM7815、M7