简易线性数控直流稳压电源的设计与实现.docx

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简易线性数控直流稳压电源的设计与实现

实验四、数控稳压直流电源设计报告

学科：

电子系统设计

学院：

信息工程学院

姓名：

张   军

学号：

K030941503

实验时间：

2011-11-02

1、数控直流稳压电源设计指标及设计

1.1设计技术指标

本设计是线性数控直流电源，设计要求如下：

1、电压变化范围+5%~-5%条件；

2、输出电压可调范围为0~10V；

1.2本课题研究方法和目标

数控电源的主要研究思路：

1、硬件部分

（1）单片机采用STC89C52最小系统方案，采用数码管和按键做人机界面，采用DA芯片作为主要的单片机系统。

（2）电压调整靠调整输入到DA的数字量来改变输出电压大小，再通过电压功率放大器将其放大，得到输出电压。

2、软件部分

（1）键盘输入程序用键盘扫描程序，将按键设置的电压交给D/A芯片产生输出电压。

（2）单片机通过A/D芯片读取当前输出电压值，通过显示程序，显示在数码管上。

2硬件电路详细设计

2.1单片机系统外围电路设计

在本次设计中，使用AT89C52单片机，其外围电路有复位电路、晶振电路、按键电路、数码管显示和D/A芯片接口电路。

以下是电路的详细设计。

2.1.1复位电路设计

单片机在启动的时候都需要复位，使单片机系统处于初始状态，然后开始工作。

89系列的单片机的RET引脚是复位信号的输入端，当系统处于正常工作状态，振荡器稳定，RET引脚上出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就进入数位状态，但是如果引脚RET出现持续的高电平，单片机就处于循环复位状态[9]。

复位通常有两种基本形式：

上电复位和手动复位。

本次设计采用上电复位。

电路图如图2-1所示。

图2-1复位电路

2.1.2时钟振荡电路设计

单片机的CPU实质上是一个复杂的同步时序电路，它的工作都是必须在时钟控制下进行的。

CPU工作发出的控制信号在时间上的相互关系就是CPU的时序问题[9]。

CPU的时序需要外部硬件电路来实现，既振荡器和时钟电路。

51单片机内部都有一个高增益反向放大器，用于构成振荡器，但是构成时钟，外部还需要加一些附加电路。

本次设计采用单片机外部加晶振构成振荡电路，如图4-2所示。

图2-2单片机振荡电路

该振荡电路时采用的单片机内部时钟方式，是直接在引脚XTAL1和XTAL2两端接晶振，就构成了稳定的自激振荡器，振荡器产生的脉冲信号直接送入内部时钟电路。

2.1.3键盘电路设计

本次设计为数控电源，所以需要键盘设置输出电压，按键电路设计简单，如图4-3所示。

图2-3按键电路

四个按键依次为电压+1V、+0.1V、-1V、-0.1V，与单片机的P2口连接。

2.1.4显示电路设计

89系列单片显示通常采用的是LED数码管显示或LCD显示，两个显示它们的接口方法是不同的。

一般LCD配置了专门的驱动电器74ls244，在进行信息显示时，只需要把信息写入驱动电器的存储器中即可。

而数码管显示一般需要的电流较大，数码管显示有两种方式：

静态显示和动态扫描显示，在一般应用中主要是采用动态扫描方式。

本次设计采用LED数码管动态扫描显示，电路图如下图2-4所示。

图2-4-1 74ls224总线驱动电路

图2-4-2数码管显示电路输出电压测量

本设计采用共阴数码管显示，数码管接在单片机的P1和P2口，所以单片机P1口需要加上拉电阻。

2.1.5单片机与DA接口电路设计

由于本次设计用DA转换输出，所以在设计的时候采用了DAC0808单片控制输出电压。

DAC0808与单片机接口电路如图2-5所示。

图2-5DAC0808与单片机接口电路

2.6总电路图的设计

如图2-6总电路图。

图2-6总电路图

该中电路图是在protus软件里完成的，在绘图时采用的是分模块设计，以便于理解和修改，各模块又使用网络标号连接，这样使得电路更加简明。

3、软件设计，详细叙述各个软件模块所实现的功能

3、1以下程序为初始化个变量，即把个变量的初始值赋值为零，所以运行程序时，给定电压为零，输出电压也为零。

;******************

;初始化变量

;******************

MAIN:

 MOV  R0,#30H

MOV  R7,#10H

MOV  P3,#00H

CLR  C

MOV  00H,C

LOOP:

 MOV  @R0,#00H

INC  R0

DJNZ  R7,LOOP

MOV  R1,#2FH

LOOP1:

 LCALL DISPLAY

LCALL SHUCHU;电压D/A转换输出

JNB  P1.0,WEIXUAN;进入位选状态

JNB  P1.2,JIA;进入加状态

JNB  P1.3,JIAN;进入减状态

AJMP  LOOP1

3、2位选程序是对输出赋值时，按位选后，74ls244进入三态模式，电压实测数码管输出保持原值。

;******************

;位选程序

;******************

WEIXUAN:

LCALL DISPLAY

JNB  P1.0,WEIXUAN;去抖动

INC  R1

MOV  A,R1

CJNE  A,#34H,LOP1

MOV  R1,#30H

LOP1:

 JNB  P1.1,DUANXUAN;进入段选状态

JNB  P1.0,WEIXUAN;进入位选状态

LCALL DISPLAY

JNB  P1.4,LOP2;进入确定状态

AJMP  LOP1

LOP2:

 JNB  P1.4,LOP2;去抖动

MOV  R1,#2FH

AJMP  LOOP1

3、3位选选到哪一位后，通过段选对那一段进行加一操作，按一下，加一，直到加到九，再按又变为为零。

;******************

;段选程序

;******************

DUANXUAN:

LCALL DISPLAY

JNB  P1.1,DUANXUAN;去抖动

MOV  A,R1

MOV  R0,A

MOV  A,@R0

INC  A

CJNE  A,#10,L1

MOV  A,#00H

L1:

  MOV  @R0,A

LCALL DISPLAY

AJMP  LOP1

;******************

3.4按确认键，可以进入三态模式，再按一下，可对设定电压十分位进行加5或减5操作，对应的输出值也相应的发生改变。

;******************

;加1程序

;******************

JIA:

  LCALL DISPLAY

JNB  P1.2,JIA;去抖动

MOV  A,30H

JZ   Y4

AJMP  MAIN

Y4:

  CLR  C

MOV  A,33H

ADD  A,#5

ACALL BIJIAO1

MOV  33H,A

MOV  C,00H

MOV  A,32H

ADDC  A,#00H

MOV  00H,C;存进位

ACALL BIJIAO1

MOV  32H,A

MOV  C,00H

MOV  A,31H

ADDC  A,#00H

MOV  00H,C;存进位

ACALL BIJIAO1

MOV  31H,A

MOV  A,#00H

ADDC  A,#00H

MOV  30H,A

Y3:

  AJMP  LOOP1

BIJIAO1:

CJNE  A,#0AH,Y1

MOV  A,#00H

SETB  C

MOV  00H,C

AJMP  Y2

Y1:

  CLR  C

Y2:

  RET

;******************

;减5程序

;******************

JIAN:

 LCALL DISPLAY

JNB  P1.3,JIAN;去抖动

MOV  A,30H

JNZ  Y7

MOV  A,31H

JNZ  Y7

MOV  A,32H

JNZ  Y7

MOV  A,33H

JNZ  Y7

MOV  30H,#01H

AJMP  LOOP1

Y7:

  CLR  C

MOV  A,33H

SUBB  A,#5

JZ   Y8

MOV  A,#05H

Y8:

  MOV  33H,A

MOV  A,32H

SUBB  A,#00H

ACALL BIJIAO2

MOV  32H,A

MOV  A,31H

SUBB  A,#00H

ACALL BIJIAO2

MOV  31H,A

MOV  A,30H

SUBB  A,#00H

MOV  30H,A

AJMP  LOOP1

BIJIAO2:

JNC  Y9

MOV  A,#09H

Y9:

  RET

3.5以下为DA转换子程序，单片机把设定好的电压值送到DA把数字量转换成模拟量通过电压功率放大器输出。

;******************

;电压D/A转换输出子程序

;******************

SHUCHU:

SETB  RS0

MOV  A,30H

JZ   Y5

MOV  A,#200

AJMP  Y6

Y5:

  MOV  A,30H

SWAP  A

ORL  A,31H

MOV  B,#20

MUL  AB

MOV  45H,A

MOV  A,32H

MOV  B,#2

MUL  AB

ADD  A,45H

MOV  45H,A

MOV  A,33H

MOV  B,#5

DIV  AB

ADD  A,45H

MOV  45H,A

Y6:

  MOV  DPTR,#TAB2

MOVC  A,@A+DPTR

MOV  P3,A

CLR  RS0

ACALL CLZ;调用电压测量值子程序

RET

3、6 以下为电压测量子程序，它完成功能主要是测量出输出电压值，存储在寄存器类，此值是送到显示模块显示的值。

;******************

;调用电压测量值子程序

;******************

CLZ:

  MOV  48H,A

MOV  R0,#34H

MOV  R6,#4

LOOP7:

 MOV  B,#10

MUL  AB

MOV  62H,A

MOV  A,B

MOV  @R0,A

ADD  A,62H

MOV  63H,A

MOV  A,@R0

ADDC  A,#00H

MOV  @R0,A

MOV  A,63H

INC  R0

DJNZ  R6,LOOP7

RET

3、7 以下为显示子程序，它完成功能主要是从单片机中取数，然后再送到数码管显示，先送段码，再送位码。

;******************

;显示子程序

;******************

DISPLAY:

MOV  A,#01H

MOV  R7,#8

MOV  R0,#30H

LOOP2:

 MOV  P2,A

MOV  10H,A

MOV  A,@R0

MOV  DPTR,#TAB1

MOVC  A,@A+DPTR

MOV  60H,A

MOV  A,R0

CJNE  A,#31H,M1

M3:

  MOV  A,60H

ANL  A,#7FH

MOV  60H,A

AJMP  M2

M1:

  CJNE  A,#34H,M2

AJMP  M3

M2:

  MOV  P0,60H

LCALL DS1MS

INC  R0

MOV  A,10H

RL   A

MOV  10H,A

DJNZ  R7,LOOP2

RET

3、8 以下是一个延时子程序，完成的主要功能是延时1ms。

;******************

;延时1ms子程序

;******************

DS1MS:

 MOV  TMOD,#01H

MOV  TH0,#0FCH

MOV  TL0,#18H

SETB  TR0

LOOP3:

 JBC  TF0,NOOP

SJMP  LOOP3

NOOP:

 CLR  TR0

RET

4、将hex文件下载仿真

4.1 将kell软件编写程序后产生的hex文件，将hex文件下载到单片机中，进行硬件仿真，下图为初始状态显示，如图4-1所示：

图4-1初始状态

4、2打开仿真器后，然后进行加操作，每次步进值为0.05V，如图4-2所示，上面的为电压设定，下面为输出显示，左边那个为电压表测得实际输出。

图4-2

图4-2

4.3  打开仿真器，点击位键选中该位，然后再点击段键，每点击一次该段加一，把电压设定为5.55V，如图4-3.1所示，然后点击确认键，改变74ls244的三态状态，显示如图

4-3.2所示：

图4-3.1

图4-3.2

4.4 以下是按键的综合使用，先设定电压为7V，然后用加键每次步进0.05V，调到7.5V，显示如图4—4所示：

图4-4