基于DAC0832的数模转换器的数控电源课程设计论文.docx

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基于DAC0832的数模转换器的数控电源课程设计论文

前言

电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性很强的工程技术，服务于各行各业。

当今电源技术融合了电气、电子、系统集成、控制理论、材料等诸多学科领域。

数字化智能电源模块是针对传统智能电源模块的不足提出的数字化，能够减少生产过程中的不确定因素和人为参与的环节数，有效地解决电源模块中诸如可靠性、智能化和产品一致性等工程问题，极提高生产效率和产品的可维护性

本次设计的基于DAC0832数模转换器的数控电源可以人为的随意调节输出电压的大小，使用方便、简单。

1.方案选择

本次设计的主要容是通过单片机向DAC0832数模转换器发送不同的数字量，根据数字量的不同，输出不同幅值的模拟电压，从而实现了系统输出电圧幅值的数字控制。

1.1单片机的选择

本次设计中单片机是整个系统的CPU，起到了控制、调节的作用，现有AT89C51和ATMEGA16两种单片机可供选择，以下对这两种单片机进行分析、比较。

方案一：

采用ATMEGA16单片机

ATMEGA16是基于增强的AVRRISC结构的低功耗8位CMOS微控制器，具有丰富的片资源，包含16K字节的系统可编程Flash（具有同时读写的能力，即RWW），512字节EEPROM，1K字节SRAM，32个通用I/O口线，32个通用工作寄存器，支持片调试与编程，三个具有比较模式的灵活的定时器/计数器（T/C），片/外中断。

功能全面，但价格比较昂贵。

方案二：

采用AT89C51单片机

AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器，的低电压、高性能CMOS8位微处理器，包含128字节部RAM，32个I/O口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口。

本次设计需要单片机将数字量发送给数模转换器，并且控制显示模块的显示。

而ATMEGA16的使用较为复杂，价格昂贵，且很多功能在本次设计中得不到应用。

故采用AT89C51即可满足要求，并且价格便宜，使用方便、简单。

1.2显示器的选择

方案一：

采用LCD液晶显示器显示

LCD液晶显示器是LiquidCrystalDisplay的简称，LCD的构造是在两片平行的玻璃基板当中放置液晶盒，下基板玻璃上设置TFT（薄膜晶体管），上基板玻璃上设置彩色滤光片，通过TFT上的信号与电压改变来控制液晶分子的转动方向，从而达到控制每个像素点偏振光出射与否而达到显示目的。

方案二：

采用LED数码管显示

LED是一种能够将电能转化为光能的半导体，与传统的白炽灯和节能灯不同，采用电场发光。

而数码管则是由多个LED发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，通过控制每个发光二极管的亮灭情况，让其显示不同的数字和字母，但显示的容有限，一般只用来显示数字。

本次设计使用显示模块显示系统的输出电压，只要求显示数字，故采用LED数码管显示即可满足要求。

2.硬件电路设计

2.1元器件的介绍

2.1.1AT89C51

图2-1AT89C51引脚图

AT89C51单片机是美国Atmel公司生产低电压，高性能CMOS8位单片机。

如图2-1所示为AT89C51引脚图，

其各引脚功能如下所示：

Vcc（40引脚）：

接+5V电源。

Vss（20引脚）：

接地。

XTAL1（19引脚）：

片振荡器反相放大器

和时钟发生器电路的输入端。

XTAL2（18引脚）：

片震荡器反相

放大器的输出端。

RST：

复位引脚，高电平有效。

EA：

外部程序存储器访问允许控制端。

ALE：

低8位地址锁存允许信号端。

PSEN：

读外部程序存储器的选通信号端。

P0口：

8位，漏极开路的双向I/O口。

P1口：

8位，准双向I/O口，具有部上拉电阻。

P2口：

8位，准双向I/O口，具有部上拉电阻。

P3口：

8位，准双向I/O口，具有部上拉电阻。

本次设计使用的均为I/O口的基本功能，其中P0口使用的是分时复用功能。

P0口接DAC0832数模转换器，P1口接数码管段选，P2.0-P2.3接数码管位选，P2.4-P2.7，P3.0，P3.1接6个控制按键。

2.1.2数模转换器DAC0832

1.DAC0832基本介绍

DAC0832是8分辨率的D/A转换集成芯片。

与微处理器完全兼容。

本DA芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到广泛的应用。

D/A转换器由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路与转换控制电路构成。

图2-2DAC0832的部结构图

2.DAC0832引脚功能说明

DAC0832的引脚图如图2-3所示。

图2-3DAC0832引脚图

DAC0832各引脚功能如下：

DI0~DI7：

数据输入线，TLL电平。

ILE：

数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效。

CS：

片选信号输入线，低电平有效。

WR1：

为输入寄存器的写选通信号。

XFER：

数据传送控制信号输入线，低电平有效。

WR2：

为DAC寄存器写选通输入线。

Iout1:

电流输出线。

当输入全为1时Iout1最大。

Iout2:

电流输出线。

其值与Iout1之和为一常数。

Rfb:

反馈信号输入线,芯片部有反馈电阻.

Vcc:

电源输入线  （+5v~+15v）

Vref:

基准电压输入线  （-10v~+10v）

AGND:

模拟地,摸拟信号和基准电源的参考地.

DGND:

数字地,两种地线在基准电源处共地比较好.

3.DAC0832使用说明

DAC0832与单片机连接时，常采用单缓冲方式或双缓冲方式的单极性输出。

本次设计采用单缓冲方式，即DAC0832部的两个数据缓冲器有一个处于直通的方式，另一个处于受AT89C51控制的锁存方式。

并且本次设计只使用一路模拟量输出。

设计接口电路时，P0口接DAC0832的数据输入端，P3.6口接DAC0832的WR1端。

DAC0832的WR2和XFER端接地，故DAC0832的“8位DAC寄存器”工作于直通方式。

“8位输入寄存器”受WR1端控制。

因此，AT89C51单片机执行指令CLRP3.6即可使DAC0832接都到AT89C51单片机发送出来的数字量。

DAC0832输出电压和输入数字量B之间的关系为：

本次设计采用-5V为DAC0832的基准电压，故DAC0823的输出电压围为0~5V。

2.1.3三端稳压芯片LM317

LM317是美国国家半导体公司的三端可调正稳压器集成电路。

输出电压围是1.25V至37V，负载电流最大为1.5A。

它的使用非常简单，仅需两个外接电阻来设置输出电压。

此外它的线性调整率和负载调整率也比标准的固定稳压器好。

LM317置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。

通常LM317不需要外接电容，除非输入滤波电容到LM317输入端的连线超过6英寸（约15厘米）。

使用输出电容能改变瞬态响应。

调整端使用滤波电容能得到比标准三端稳压器高的多的纹波抑制比。

LM317能够有许多特殊的用法。

比如把调整端悬浮到一个较高的电压上，可以用来调节高达数百伏的电压，只要输入输出压差不超过LM117/LM317的极限就行。

当然还要避免输出端短路。

还可以把调整端接到一个可编程电压上，实现可编程的电源输出。

LM317的引脚图如图2-4所示

图2-4LM317引脚图

LM317为有源元件，VI端接电源+12v，VO端为稳压芯片的输出端，ADJ常接一个滑动变阻器再接地。

如图2-5所示，为常用的LM317接线图

通常R2为一个可调电阻，调节R2的阻值即可使得2引脚的输出电压在1.25~37V之间。

输出电压和R1，R2的关系为：

图2-5Lm317常用接线图

本次设计没有采用图2-5所示的连接图，而是采用了图2-6的连接方式。

图2-6LM317的连接图

本次设计中，将DAC0832的输出电压经过LM358后接在LM317的ADJ引脚上，使得输出电压稳定，且带负载能力增强。

设2引脚的输出电压为，ADJ端的输入电压为，则两者之间的关系为：

故本次设计的输出电压值的围为：

1.25~6.25V。

2.1.4数码管

1.数码管的介绍

数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。

led数码管（LEDSegmentDisplays）是由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。

led数码管常用段数一般为7段有的另加一个小数点。

通过控制八个发光二极管的亮灭情况来控制显示的字符，一般只用来显示数字和部分字符。

数码管的显示方式分为动态显示和静态显示两种，由于静态显示比较耗费单片机的I/O资源，故本次设计采用数码管的动态显示方式。

2.数码管的动态显示

动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到一样的字形码，但究竟是哪个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。

通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。

在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为1～2ms，由于人的视觉暂留现象与发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。

本次设计数码管的动态连接图2-7所示，其中P1.0~P1.7为数码管的段选端，P2.0~P2.3为数码管的位选端。

图2-7数码管的动态连接图

2.2硬件电路图的设计

2.2.1AT89C51的时钟电路和复位电路

AT89C51的时钟源由XTAL1和XTAL2引脚所连接的晶体振荡器提供，此外XTAL1和XTAL2在连接完晶体振荡器后每一个引脚接一个电容接地，电容的容值与晶体振荡器的大小有关。

本次设计采用12M晶体振荡器，采用22PF电容。

AT89C51的复位方法一般有上电自动复位和外部按键手动复位，单片机在时钟电路工作以后,在RESET端持续给出2个机器周期的高电平时就可以完成复位操作。

例如使用晶振频率为12MHz时，则复位信号持续时间应不小于2us。

本设计采用的是外部手动按键复位电路。

如图2-8为AT89C51的时钟电路和复位电路。

图2-8AT89C51时钟电路和复位电路

2.2.2DAC0832的外围电路

如图2-9所示，DAC0832的外围电路图，本次设计采用-5V的参考电压，并且在IOUT1和IOUT2间接上了LM358将输出的电流量转化为电压量。

本次设计中采用单缓冲模式，故将WR2端接地。

图2-9DAC0832外围电路图

2.2.3独立式按键与AT89C51的连接

1.连接电路图

本次设计共使用了6个独立按键来控制系统的输出电压。

该6个按键分别连接AT89C51单片机的P2.4，P2.5，P2.6，P2.7，P3.0，P3.1。

同时以上引脚均接一500Ω的上拉电阻，以保证在没有按键按下的情况下端口的输入为高电平。

图2-10独立按键的连接电路图

2.按键功能描述

本次设计基于DAC0832数模转换器的数控电源在实际使用时就说通过以下6个按键来进行控制的，各个按键的功能描述如下：

S1：

档位1，按下使得系统输出电压为恒定的2V

S2：

档位2，按下使得系统输出电压为恒定的3V

S3：

档位3，按下使得系统输出电压为恒定的4V

S4：

档位4，