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1.3课题研究方法

流电源用的仪器设备,在科研及实验中都是必不可少的。

针对以上问题,我们设计了一套以单片机为核心的智能化直流电源。

该电源采用薄膜轻触键盘,可对输出电压及报警阈值以快慢两种方式进行设置,输出由单片机通过D/A,控制驱动模块输出一个稳定电压。

同时稳压方法采用单片机闭环控制,单片机通过A/D采样输出电压,与设定值进行比较,若有偏差则调整输出,越限则输出报警信号并截流。

工作过程中,稳压电源的工作状态（输出电压、电流等各种工作状态）均由单片机输出驱动LED显示,多种显示模式间,由键盘控制进行动态逻辑切换。

课题研究一种以单片机为核心的智能化高精度简易直流电源的设计,该电源采用数字调节、闭环实时监控、输出精度高,且兼备双重过载保护及报警功能,特别适用于各种有较高精度要求的场合。

第二章系统设计原理

2.1技术指标及设计要求

2.1.1技术指标

（1）输出电压：

范围0～＋9.9V，步进0.1V；

（2）输出电流：

500mA；

　　（3）输出电压值由数码管显示；

　　（4）由“＋”、“－”两键分别控制输出电压步进增减；

　　（5）扩展输出电压种类（比如三角波等）。

2.1.2要求

1画出总体设计框图，以说明电路由哪些相对独立的功能模块组成，标出各个模块之间互相联系，并以文字对原理作辅助说明。

2、设计各个功能模块的电路图，加上原理说明。

3选择合适的元器件，在面板上接线验证、调试各个功能模块的电路，在接线验证时设计、选择合适的输入信号和输出方式，在充分电路正确性同时，输入信号和输出方式要便于电路的测试和故障排除。

4在验证各个功能模块基础上，对整个电路的元器件和布线，进行合理布局，进行整个数字钟电路的接线调试。

◆编程语言：

C语言；

◆计算机打印实习课程设计报告一份；

◆设计时间：

16-18周

◆实物制作；

2.2设计思路与方案论证

2.2.1设计思路

方案一采用实时芯片ICL7107

ICL7107是一块应用非常广泛的集成电路。

它包含3 

1/2位数字A/D转换器，可直接驱动LED数码管，内部设有参考电压、独立模拟开关、逻辑控制、显示驱动、自动调零功能，制作时，数字显示用的数码管为共阳性，1K可调电阻最好选用多圈电阻，分压电阻选用误差较小的金属膜电阻。

能够实现所要达到的技术指标。

方案二采用单片机编程技术

经软件设计指定的I/O口（P1.0-P1.3）送出逻辑电平，控制数码管显示，根据数字电压表的设计要求与原理以及特性，本系统采用单片机AT89C52串口输出的形式来设计电路，使功能及效果更完美。

方案三采用EDA技术

采用EDA作为主控制器控制外围电路进行电压，时钟控制、键盘和LED控制。

此方案逻辑电路复杂，且灵活性较低，不利于各种功能的扩展，在对电路进行检测比较困难；

2.2.2方案论证

1我们从分析电路可以知道三个方案在理论上都是可行的。

2在测量精确程度方面：

方案二电路设计较好，通过编程控制电压测量的比较精确，而且在后期的调试和维护方面也就相对容易一些。

但是在制作方面比较困难些了。

3在电路可靠性方面：

因为方案二比方案一三电路简单，根据电路的原则方案二应该是比较可靠的。

，所以方案二比较好。

比较以上三种方案的优缺点，方案二简洁、灵活、可扩展性好、精确度高，能完全达到设计要求，故采用第二种方案。

2.3原理框图分析

数控直流电源的工作主要框图如图2.3.1所示：

从键盘电路获得按键信息，经过软件协调驱动硬件电路工作，由单片机生成相应操作代码并输出到数模转换器再通过单片机传送给显示电路，从而显示出从键盘处获得的信息。

在整个过程中，由时钟电路提供单片机保持稳定工作的工作时钟；

数模转换器则将单片机输出的数字量转换成模拟量，满足模拟控制的需要；

而复位电路包括上电复位和按键复位两种功能，其中按键是从键盘电路得到的，而此数控电压源的核心部分是AT89S52和DAC0832。

数控电压源的核心的AT89S52单片机，其内部有8KB的ROM，无须外扩程序储存器。

系统配备3位LED显示，AT89S52的P0口通过DAC0832来将单片机输入的数字量转换成模拟量，再通过单片机将所转换的模拟量输出给3位LED显示。

P3口的P3.0—P3.3作为独立式键盘的扫描口。

由于采用共阴极数码管，因此P2口输出底电平时选中相应的位，而P1口输出高电平时点亮相应的段。

第三章单元硬件电路

3.1数模转换电路

此电路由一片DAC08320832、两块运算放大器LM350和OP07组成。

DAC0832是一个具有两个输入数据寄存器的8位DAC。

目前生产的DAC芯片分为两类，一类芯片内部设置有数据寄存器，不需要外加电路就可以直接与微型计算机接口；

另一类芯片内部没有数据寄存器，输出信号随数据输入线的状态变化而变化，因此不能直接与微型计算机接口，必须通过并行接口与微型计算机接口。

DAC0832内部具有两级数据寄存器，完成8位电流D/A转换，故不需要外加电路。

DAC0832是电流输出型，示波器上显示波形，通常需要电压信号，电流信号到电压信号的转换可以由运算放大器LM358实现，用两片运算放大器可以实现双极性输出。

图3.1数模转换电路

3.1.18位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1-1和图1-2分别为DAC0832的引脚图和内部结构图。

其主要参数如下：

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?

/span>

-10）V，供电电源为（+5～+15）V，逻辑电平

输入与TTL兼容。

从图1-1中可见，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。

1-1中，当ILE为高电平，片选信号/CS和写信号/WR1为低电平时，输入寄

图3.2DAC0832引脚图

存器控制信号为1，这种情况下，输入寄存器的输出随输入而变化。

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而变化，此后，当/WR2由低电平变高时，控制信号变为低电平，于是将输入寄存器的信息锁存到DAC寄存器中。

3.2电源电路

整元件类型可分为电子管稳压电路、三极管稳压电路、可控硅稳压电路，集成稳压电路等；

根据调整元件与向载连接方法，可分为并联型和串联型；

根据调整元件工作状态不同，可分为线性和开关稳压电路。

该设计中采用了线性工作状态的线性集成稳压电源。

我们知道直流稳压电源一般由电源变压器、整流滤波电路及稳压电路所组成，设计框图4.2所示：

3.3复位电路

单片机的复位都是靠外部电路实现的，在时钟电路工作后，只要在RESET引脚上出现高电平时，单片机便实现状态复位。

MCS—52单片机通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式：

（一）上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现，这样，只要电VCC的上升时间不超过1ms，就可以实现

上电自动复位。

（二）按键手动复位有电平方式和脉

冲方式两种，其电平复位是通过使复

位端通过VCC电源与电阻接通来实现

的，而脉冲复位则是利用了RC微分电

路产生的正脉冲来实现的。

本设计选

用上电与按键均有效的复位电路，它

不仅在上电时可以自动复位，

而且在单片机运行期间，利用按键也可以完成复位操作，如图3.2所示

单片机的RST引脚是复位信号的输入端，此时上电/按键瞬间RESET引脚获得高电平，随着电容的充电，RERST引脚的高电平只要能保持在2个机器周期以上，单片机就可以完成复位操作。

3.3时钟振荡电路

在MCS—52芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2，在芯片的外部通过两个引脚跨接晶体振荡器和微调电容，形成反馈电路，就过够成了一个稳定的自激振荡器。

单片机的时钟信号通常有两种方式产生：

一是内部振荡方式;

二是外部时钟方式。

在此设计过程中我采用了内部振荡方式，如图4.4所示：

初使用晶体振荡器外，如对时钟频率要求高，还可以用电感或陶瓷振荡器代替。

电路中的电容值无严格要求，但电容取值对振荡频率输出的稳定性、大小、振荡电路起振速度有少许影响，C1和C2的取值一般为30pF左右，而晶体振荡频率范围通常是1.2---12MHz，振荡频率高，则系统的时钟频率也高，单片机运行速度也就快，同时也对印制电路板的工艺要求也高了。

3.4键盘、接口电路

键盘、显示是单片机应用系统不可缺少的输入和输出设备，是实现人机对话的纽带。

键盘/显示器接口的设计，它应满足

（1）功能技术要求；

（2）可靠性高。

但系统不同要求就不同，接口设计也就不同。

对一个键盘/显示器接口设计应从整个系统出发，综合考虑软、硬件特点。

在应用系统设计中，一般都是把键盘和显示器放在一起考虑的，下面主要论证几种实用的键盘、显示器接口电路的方案。

（1）键盘﹑显示接口电路

独立式按键：

直接用I/O线构成的单个按键电路，每个独立式按键单独占用一根I/O口线，每根I/O口线上的按键工作状态，独立式按键电路配置灵活，软件结构简单，但每个按键必须占用一根I/O口线。

在按键数量较多时，I/O口线浪费较大。

故在按键较小时，采用此电路如图4.5.1示

图3.5独立式键盘

行列式键盘：

用I/O口线组成行，按键设计在行列的交点上。

因此，在按键数量较多时，可以节省I/O口线。

键盘接口电路如图4.5所示

图3.6行列式键盘

第四章程序设计

4.1软件编程

　　软件流程如图3所示，程序采用C语言编写。

用仿真机进行功能调试，实现全部功能，然后把程序写入AT89C51芯片，固化成功后，便可进行独立运行。

图4.1程序流程图

4.2程序运行原理

在本电路中由于CPU的工作任务是单一的，因此，源程序的工作过程为：

系统上电复位后，默认输出9伏电压，然后扫描K1,K2键，当K1或K2键有按下时，程序跳转到相应的按键子程序，经按键子程序处理后再套调用相应显示子程序，完成显示与输出操作后返回主程序，继续扫描此两键。

第5章电路的测试及调试

5.1硬件调试

由于单片机外围接口电路可借鉴的资料十分丰富，因此在电路设计时，如果能清楚了解参考资料的设计意图、设计要点，应该说原理上的错误一般不会出现。

因此，系统的硬件调试主要是排除、检查电路板上的焊接和连线所出现的问题。

由于硬件电路变化很多，不同类型的电路可能出现的问题也不一样，没有固定程序可搬用，所以在软件方面出现问题比在硬件上出现问题多。

硬件调试的主要任务是排除硬件故障，可能存在焊接上虚焊等，用万用表逐步按照电路原理图检查印制电路板中所有器件的各引脚，尤其是电源的连接是否正确；

检查数据总线、地址总线和控制总线是否有短路等故障，顺序是否正确；

检查各开关按键是否能正常开关，是否连接正确；

各限流电阻是否短路等。

为了保护芯片，应先对各IC座（尤其是电源端）电位进行检查，确定其无误后再插入芯片检查，通电转入进行软件调试。

5.2软件调试

软件调试的任务是利用ISIS开发工具进行在线仿真调试，发现和纠正程序错误，同时也能发现硬件故障。

程序的调试应一个模块一个模块地进行，我们首先单独调试各功能子程序，检验程序是否能够实现预期的功能，接口电路的控制是否正常等；

最后逐步将各子程序连接起来总调。

联调需要注意的是，各程序模块间能否正确传递参数，特别要注意各子程序的现场保护与恢复。

调试的基本步骤如下：

（1）、修改显示缓冲区内容，屏蔽拆字程序，调试动态扫描显示功能。

例如将DISP0~DISP5单元置为“012345”，应能在LED上从左到右显示“012345”。

若显示不正确，可在中断子程序相应位置设置断点调试检查。

然后修改计时缓冲区内容，调用拆字程序，调试显示模块。

（2）运行主程序调试计时模块，不按下任何键，检查是否能从由000开始正确测量，不能正确测量则应在定时器中断服务子程序中设置断点，检查HOUR、MIN、SEC单元是否随断点运行而变化。

然后屏蔽缓冲区初始化部分，用仿真器修改计时缓冲区内容，运行主程序（不按下任何键），检验能否正确进位。

（3）调试键盘扫描模块，先用延时5ms子程序代替显示子程序延时消抖，在求取键号后设置断点，中断后观察A累加器中的键号是否正确；

然后恢复用显示子程序延时消抖，检验与显示模块能否正确连接。

（4）调试时间设置模块。

首先屏蔽COMB子程序，单独调试键盘设置模块，观察显示缓冲区DISP0~DISP5单元的内容是否随键入的键号改变，以及键号能否在LED上显示。

然后屏蔽子程序，单独调试合字模块，分别将R1设置为时间设置缓冲区的首地址，修改显示缓冲区内容，程序运行后查看电压设置缓冲区HOUR、MIN、SEC单元内容是否正确。

（5）运行主程序联调，检查能否用键盘修改当前测量值，能否正确测量。

5.3脱机运行

软硬件调试成功之后，可以将程序下载到89c52中，接上电源脱机运行。

既然软硬件都已调试成功，脱机运行似乎肯定成功，然而事实往往并非如此，仍有可能出现以下故障：

（1）系统不工作。

其原因主要有晶振不起振（晶振损坏、晶振电路不正常导致晶振信号太弱等），或脚没有接高电平（接地或悬空）等。

（2）系统工作时好时坏。

这主要是由干扰引起的。

由于本系统没有传感输入通道和控制输出通道，干扰源相对较少且简单，因此，在电源、总线处对地接滤波电容一般可以解决问题。

第五章结论

很荣幸这个学期我们实习中开设本次设计课程，这一次的设计对于我们组

来说是一种考验。

为我们以后能设计出更多更好的数字电子产品打下了坚实的基

础；

也使我体会到了团队合作精神；

更重要的是大大提高了我们在设计方面的信

心。

现代社会是一个电子盛行的社会。

随着现代电子设计技术的不断发展，对

于我们新一代的电子设计人才来说是一种挑战，也是一种机遇，相信会更加

发我们的斗志！

在这次课程设计有许多不尽人意的地方。

比如：

数模转换电路不能进行精确确转换、按键没有防抖电路等。

有不少不足的地方还请了老师批评指正。

我会更

加努力，不断完善自己，争取把我所设计的电路达到老师的要求。

在这次课程设计中,我学到了在课本上学习不到的东西。

因本次设计中我

主要负责写文档，使我更熟练的数控电压源的原理与工作过程，同时提高了获得有用资料的能力；

更认识到了理论知识的重要性，本次设计是我们团队合作的结果，因为大家的紧密合作才有了现在的作品，因此我们在以后的学习生活中应更加注重了这方面的锻炼。

通过这次课程设计使我从中受益匪浅，我认识到了自己的以前许多的不足。

我懂得了设计一个实用的实物，并不是自己想象中的那样简单，同时明白了要想把理论和实际结合起来，还是有一定距离的。

参考文献

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哈尔滨工业大学出版社。

12、刘守义，单片机应用技术[M]，西安：

西安电子科技大学出版社。

附录1

整机电路图

附录2

程序清单：