基于DAC0832的数模转换器的数控电源课程设计论文.docx

1、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，

2、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AVR RISC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)，

3、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CMOS 8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 Liquid Crystal Displa

4、y 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

5、。2. 硬件电路设计2.1 元器件的介绍2.1.1 AT89C51图2-1 AT89C51引脚图AT89C51单片机是美国Atmel公司生产低电压，高性能CMOS 8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

6、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DAC08321.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

7、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2-2 DAC0832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2-3 DAC0832引脚图DAC0832各引脚功能如下：DI0DI7：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

8、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，

9、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CLR P3.6 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05V。2.1.3 三端稳压芯片LM317LM317 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。

10、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2-4 LM317 引脚图LM317为有源元件，VI端接电源+12v，VO

11、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1.2537V之间。输出电压和R1，R2的关系为：图2-5 Lm317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2-6 LM317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：1.256.25V。2.1.4 数码管1. 数码管的

12、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（LED Segment Displays）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C

13、OM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12ms，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

14、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P1.0P1.7为数码管的段选端，P2.0P2.3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2.2.1 AT89C51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

15、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2-8 AT89C51时钟电路和复位电路2.2.2 DAC0832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2-9 DAC0832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。同时以上引脚均接一500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2VS2：档位2，按下使得系统输出电压为恒定的3VS3：档位3，按下使得系统输出电压为恒定的4VS4：档位4，