标题: 单片机数控直流电压源综合设计报告与仿真+程序等资料下载 [打印本页]
作者: izhineng    时间: 2018-1-9 03:01
标题: 单片机数控直流电压源综合设计报告与仿真+程序等资料下载

淮 阴 工 学 院

专业方向综合设计报告

课题名称：数控直流电压源的设计
姓名：         韩*
班级：电子1141学号：1141202112
起迄日期:   2017.12.18—2017.12.29
指导教师:专业方向综合设计指导小组

一、设计目的

专业方向综合设计是电子信息工程、电子科学与技术等专业的一项重要的实践性教育环节，是学生在完成本专业所有课程学习后必须接受的一项结合本专业方向的、系统的、综合的工程训练。在教师指导下，运用工程的方法，通过一个较复杂课题的设计练习，可使学生通过综合的系统设计，熟悉设计过程、设计要求、完成的工作内容和具体的设计方法，掌握必须提交的各项工程文件。

设计技能要求：培养学生理论联系实际的设计思想，训练学生综合运用电路设计，结合生产实际分析和解决工程实际问题的能力，巩固、加深和扩展有关电子设计类方面的知识。

通过专业方向综合设计，应能加强学生如下能力的培养：

(1)独立工作能力和创新能力；

(2)掌握一些小型电子系统的设计方法和制作过程的能力；

(3)综合运用专业及基础知识，解决实际工程技术问题的能力；

(4)查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力；

(5)工程绘图的能力；

(6)编写技术报告和编制技术资料的能力。

二、设计课题要求

1、输出电压：0V-+12V/DC可调，步进为0.1V，误差的绝对值小于1%，且数码显示；

2、最大输出电流：2A；

3、电压调整率小于1%（输出电压变化范围+3V~+12V，满载）；

4、负载调整率小于1%（输出电压为+9V，负载电流变化范围0.1A~1A）；

5、纹波电压（峰-峰值）小于输出电压的0.5%（满载时）。

6、主要单元电路和元器件参数计算、选择；

7、画出总体电路图、系统设计框图；

8、提交格式上符合要求、内容完整的设计报告。

三、设计方案

3.1总体设计思路

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。

3.2总体设计框图

图1 系统方案设计

4.1电压源电路设计

本系统采用两种电源(主电源和辅助电源)供电,如图2所示,电源变压器带有中心抽头,220V的交流电压经LM7815、LM7915得到大小相等、极性相反的±15V 直流电压,+15V一路电压经LM7805得到+5V电压:其中+15V为主电源,作为射极输出器的电源;±15V作为集成运放的电源;+5V作为单片机系统及显示电路电源用。

图2 电源电路

4.2单片机最小系统

时钟电路产生单片机工作所需要的时钟信号。单片机本身就是一个繁琐的同步时序电路，确保同步运作方式的进行，电路在时钟信号的命令下严格地遵守时序电路下开始工作。单片机内部有一个高增益的反相放大器，芯片的XTAL1端口是它的输入端，XTAL2是它的输出端。在芯片的外部，XTAL1与XTAL2在晶体管振荡器和微调电容之间相连，这样就构建成一个稳定的自激振荡器。

晶体管振荡器连接在XTAL1与XTAL2之间在单片机内部产生时钟脉冲信号。时钟信号对于单片机来说是不可缺少的一部分，它是单片机正常工作的基础。单片机最小系统采用上电复位和按键复位两种方式来实现单片机的复位操作。上电复位，顾名思义要接通电源，利用电源来对单片机进行复位操作。按键复位的前提是接通电源的前提下，在单片机工作期间，通过对按键的操作来是单片机实现复位功能。这两部分虽然结构简单，但却是单片机不可或缺的重要组成部分。            

图3  最小系统电路图
4.3按键控制电路
独立式按键：独立式按键中，每个按键就占用一条I/O线，每个按键电路都是相对独立的。I/O端口通过按键与地相连，I/O端口有上拉电阻，没有按下按键时，引脚端为高电平，按下按键时，引脚电平为低电平。I/O端口内部有上拉电阻时，外部可以不接上拉电阻。
控制电路主要由单片机组成，利用软件程序来控制，将单片机的p1端口设置为按键开关输入信号，当按键发生不同的变化时，单片机会通过程序控制显示部分，使其显示的数值在设定范围内可加可减，并且加减的程度不一，可以实现轻松、快速、准确的达到预定电压。当没有按下键时，单片机的p1.0至p1.3是高电平。当按下键时，与按键相连的单片机端口会改变为低电平，其他的端口电平不变。所以，如果能检查到I/O线的高低电平，就能判断按下了哪个按键。
确定是哪个键按下后，还要知道该建的功能是怎样的，就可以做出相应的处理。键盘各按键的功能分别是加键（+1V）、减键（-1V）、加键（+0.1V）、减键（-0.1V）。
由于本设计要求数控电源的输出电压调整范围为0.0V～12V,步进值为0.1V，如果要实现从0.0V到12V的调整 ，就必须要重复操作很多次，因此仅使用加键或减键来实现数据的加0.1或减0.1将会很麻烦，为了减少按键的次数，可采用分档输入方式，即增加一个（+1）、（-1）键，在个位之间进行切换，这样实现数据调整明显要方便很多。
图4 按键控制电路图
4.3 基准电压电路
图5 基准电压电路
4.4数/模转换电路
由于数控电源输出的是模拟信号，而单片机输出的是数字信号，所以，必须要通过数/模转换。
数/模转换芯片很多，有电压输出和电流输出，分辨率也有所不同，有8位，12位，16位等等，不同的分辨率，价格也有很大的差距，因数控电源输出的精确度要求不是很高，如果在成本上考虑，使用8位的数/模转换器DAC0832就可以做到。从单片机到数/模转换器DAC0832的导线中连接的电阻起到一个始终保持高电平。
该设计是采用DAC0832对数据进行数模转换，它的数据端口与单片机的P0口直接相连，单片机的WR端接数模转换的WR1，让DAC0832单缓冲下工作。DA的8脚接参考电压(UREF),参考电压电路如图5所示。通过调节可调电阻调节输出电压为5.12V,所以在DAC的8脚输出电压的分辨率为5.12V/256=0.02V,也就是说DAC输入数据端每增加1,电压增加0.02V。由于本电源输出电压为0～12V,则最大输入数据为120(对应的二进制为1111000),DAC输出的值为2.4V,即输入数据在0～1111000之间变化,DA输出电压在0～2.4V(实际为0～-2.4V)之间变化。
图6 数/模转换电路
4.4  数码显示电路
该电路的显示部分又可分为电压预制值显示电路，系统设计的是数控电源，因此随时都要知道电压的输出值，所以，显示电路是少不了的，这里是用4位数码管进行显示。
数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，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相同的字形码，但究竟是那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设置为5ms，由于人的视觉暂留现象及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。
图7 数码显示电路
4.5  放大电路

DAC输出的电压经集成运放倒相放大后,输出0～12V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2.5倍,即Auf=-R7/Rv2=-2.5。实际使用时,通过调整RV2、RV1的阻值,来满足放大倍数的要求。集成运放放大的电压经Q0构成射极跟随器放大,作为最终电压输出。

图8 放大电路

4.6总电路

图9 数控直流电压表总电路图

本次数控直流电压源设计主要采用51芯片作为控制器,P0口和DAC0832的数据口直接相连,DA的CS,WR2,XFER接地,DA的WR1接单片机P3.6，让DA工作在单缓冲方式下。通过这次课程设计，我掌握了单片机的识别和测试；熟悉了Proteus和Keil软件；了解了仿真的方法；掌握了电路设计的方法和技术，通过查询资料，也了解了数控直流电压源设计的原理。虽然在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。

当然我做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。

课程设计诚然是一门实训课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

六、参考文献

1  林立，张俊亮.单片机原理及应用——基于Protues和KeilC.北京：电子工业出版社

2  康华光.电子技术基础数字部分.北京：高等教育出版社

3  康华光.电子技术基础模拟部分.北京高等教育出版社

4  付晓光.单片机原理与实用技术.北京：清华大学出版社



该项目的仿真工程+源码下载地址：
http://www.51hei.com/bbs/dpj-104065-1.html







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