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淮 陰 工 學 院 專業方向綜合設計報告 課題名稱：數控直流電壓源的設計 姓名： 韓* 班級：電子1141學號：1141202112 起迄日期: 2017.12.18—2017.12.29 指導教師:專業方向綜合設計指導小組 一、設計目的 專業方向綜合設計是電子信息工程、電子科學與技術等專業的一項重要的實踐性教育環節，是學生在完成本專業所有課程學習后必須接受的一項結合本專業方向的、系統的、綜合的工程訓練。在教師指導下，運用工程的方法，通過一個較復雜課題的設計練習，可使學生通過綜合的系統設計，熟悉設計過程、設計要求、完成的工作內容和具體的設計方法，掌握必須提交的各項工程文件。 設計技能要求：培養學生理論聯系實際的設計思想，訓練學生綜合運用電路設計，結合生產實際分析和解決工程實際問題的能力，鞏固、加深和擴展有關電子設計類方面的知識。 通過專業方向綜合設計，應能加強學生如下能力的培養： (1)獨立工作能力和創新能力； (2)掌握一些小型電子系統的設計方法和制作過程的能力； (3)綜合運用專業及基礎知識，解決實際工程技術問題的能力； (4)查閱圖書資料、產品手冊和各種工具書的能力； (5)工程繪圖的能力； (6)編寫技術報告和編制技術資料的能力。 二、設計課題要求 1、輸出電壓：0V-+12V/DC可調，步進為0.1V，誤差的絕對值小于1%，且數碼顯示； 2、最大輸出電流：2A； 3、電壓調整率小于1%（輸出電壓變化范圍+3V~+12V，滿載）； 4、負載調整率小于1%（輸出電壓為+9V，負載電流變化范圍0.1A~1A）； 5、紋波電壓（峰-峰值）小于輸出電壓的0.5%（滿載時）。 6、主要單元電路和元器件參數計算、選擇； 7、畫出總體電路圖、系統設計框圖； 8、提交格式上符合要求、內容完整的設計報告。 三、設計方案 3.1總體設計思路 采用AT89C52系列單片機作為整機的控制單元,通過改變輸入數字量來改變輸出電壓值(A/D轉換后電壓值) ,經集成運放放大和射極輸出器輸出,間接地改變輸出電壓的大小。 3.2總體設計框圖 
圖1 系統方案設計 4.1電壓源電路設計 本系統采用兩種電源(主電源和輔助電源)供電,如圖2所示,電源變壓器帶有中心抽頭,220V的交流電壓經LM7815、LM7915得到大小相等、極性相反的±15V 直流電壓,+15V一路電壓經LM7805得到+5V電壓:其中+15V為主電源,作為射極輸出器的電源;±15V作為集成運放的電源;+5V作為單片機系統及顯示電路電源用。 圖2 電源電路 4.2單片機最小系統 時鐘電路產生單片機工作所需要的時鐘信號。單片機本身就是一個繁瑣的同步時序電路，確保同步運作方式的進行，電路在時鐘信號的命令下嚴格地遵守時序電路下開始工作。單片機內部有一個高增益的反相放大器，芯片的XTAL1端口是它的輸入端，XTAL2是它的輸出端。在芯片的外部，XTAL1與XTAL2在晶體管振蕩器和微調電容之間相連，這樣就構建成一個穩定的自激振蕩器。 晶體管振蕩器連接在XTAL1與XTAL2之間在單片機內部產生時鐘脈沖信號。時鐘信號對于單片機來說是不可缺少的一部分，它是單片機正常工作的基礎。單片機最小系統采用上電復位和按鍵復位兩種方式來實現單片機的復位操作。上電復位，顧名思義要接通電源，利用電源來對單片機進行復位操作。按鍵復位的前提是接通電源的前提下，在單片機工作期間，通過對按鍵的操作來是單片機實現復位功能。這兩部分雖然結構簡單，但卻是單片機不可或缺的重要組成部分。 圖3 最小系統電路圖 4.3按鍵控制電路 獨立式按鍵：獨立式按鍵中，每個按鍵就占用一條I/O線，每個按鍵電路都是相對獨立的。I/O端口通過按鍵與地相連，I/O端口有上拉電阻，沒有按下按鍵時，引腳端為高電平，按下按鍵時，引腳電平為低電平。I/O端口內部有上拉電阻時，外部可以不接上拉電阻。 控制電路主要由單片機組成，利用軟件程序來控制，將單片機的p1端口設置為按鍵開關輸入信號，當按鍵發生不同的變化時，單片機會通過程序控制顯示部分，使其顯示的數值在設定范圍內可加可減，并且加減的程度不一，可以實現輕松、快速、準確的達到預定電壓。當沒有按下鍵時，單片機的p1.0至p1.3是高電平。當按下鍵時，與按鍵相連的單片機端口會改變為低電平，其他的端口電平不變。所以，如果能檢查到I/O線的高低電平，就能判斷按下了哪個按鍵。 確定是哪個鍵按下后，還要知道該建的功能是怎樣的，就可以做出相應的處理。鍵盤各按鍵的功能分別是加鍵（+1V）、減鍵（-1V）、加鍵（+0.1V）、減鍵（-0.1V）。 由于本設計要求數控電源的輸出電壓調整范圍為0.0V～12V,步進值為0.1V，如果要實現從0.0V到12V的調整 ，就必須要重復操作很多次，因此僅使用加鍵或減鍵來實現數據的加0.1或減0.1將會很麻煩，為了減少按鍵的次數，可采用分檔輸入方式，即增加一個（+1）、（-1）鍵，在個位之間進行切換，這樣實現數據調整明顯要方便很多。 圖4 按鍵控制電路圖 4.3 基準電壓電路 圖5 基準電壓電路 4.4數/模轉換電路 由于數控電源輸出的是模擬信號，而單片機輸出的是數字信號，所以，必須要通過數/模轉換。 數/模轉換芯片很多，有電壓輸出和電流輸出，分辨率也有所不同，有8位，12位，16位等等，不同的分辨率，價格也有很大的差距，因數控電源輸出的精確度要求不是很高，如果在成本上考慮，使用8位的數/模轉換器DAC0832就可以做到。從單片機到數/模轉換器DAC0832的導線中連接的電阻起到一個始終保持高電平。 該設計是采用DAC0832對數據進行數模轉換，它的數據端口與單片機的P0口直接相連，單片機的WR端接數模轉換的WR1，讓DAC0832單緩沖下工作。DA的8腳接參考電壓(UREF),參考電壓電路如圖5所示。通過調節可調電阻調節輸出電壓為5.12V,所以在DAC的8腳輸出電壓的分辨率為5.12V/256=0.02V,也就是說DAC輸入數據端每增加1,電壓增加0.02V。由于本電源輸出電壓為0～12V,則最大輸入數據為120(對應的二進制為1111000),DAC輸出的值為2.4V,即輸入數據在0～1111000之間變化,DA輸出電壓在0～2.4V(實際為0～-2.4V)之間變化。 圖6 數/模轉換電路 4.4 數碼顯示電路 該電路的顯示部分又可分為電壓預制值顯示電路，系統設計的是數控電源，因此隨時都要知道電壓的輸出值，所以，顯示電路是少不了的，這里是用4位數碼管進行顯示。 數碼管動態顯示接口是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態驅動是將所有數碼管的8個顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個數碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通COM端電路的控制，所以只要將需要顯示的數碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數碼管就不會亮]。通過分時輪流控制各個數碼管的的COM端，就使各個數碼管輪流受控顯示，這就是動態驅動。在輪流顯示過程中，每位數碼管的點亮時間設置為5ms，由于人的視覺暫留現象及發光二極管的余輝效應，盡管實際上各位數碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩定的顯示數據，不會有閃爍感，動態顯示的效果和靜態顯示是一樣的，能夠節省大量的I/O端口，而且功耗更低。 圖7 數碼顯示電路 4.5 放大電路 DAC輸出的電壓經集成運放倒相放大后,輸出0～12V電壓。為了滿足輸出電壓的要求,應使集成運放的放大倍數為2.5倍,即Auf=-R7/Rv2=-2.5。實際使用時,通過調整RV2、RV1的阻值,來滿足放大倍數的要求。集成運放放大的電壓經Q0構成射極跟隨器放大,作為最終電壓輸出。 圖8 放大電路
4.6總電路 
圖9 數控直流電壓表總電路圖 本次數控直流電壓源設計主要采用51芯片作為控制器,P0口和DAC0832的數據口直接相連,DA的CS,WR2,XFER接地,DA的WR1接單片機P3.6，讓DA工作在單緩沖方式下。通過這次課程設計，我掌握了單片機的識別和測試；熟悉了Proteus和Keil軟件；了解了仿真的方法；掌握了電路設計的方法和技術，通過查詢資料，也了解了數控直流電壓源設計的原理。雖然在設計過程中，經常會遇到這樣那樣的情況，就是心里想老著這樣的接法可以行得通，但實際接上電路，總是實現不了，因此耗費在這上面的時間用去很多。 當然我做課程設計同時也是對課本知識的鞏固和加強，由于課本上的知識太多，平時課間的學習并不能很好的理解和運用各個元件的功能，而且考試內容有限，所以在這次課程設計過程中，我們了解了很多元件的功能，并且對于其在電路中的使用有了更多的認識。 課程設計誠然是一門實訓課，給我很多專業知識以及專業技能上的提升，通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。 六、參考文獻 1 林立，張俊亮.單片機原理及應用——基于Protues和KeilC.北京：電子工業出版社 2 康華光.電子技術基礎數字部分.北京：高等教育出版社 3 康華光.電子技術基礎模擬部分.北京高等教育出版社 4 付曉光.單片機原理與實用技術.北京：清華大學出版社
該項目的仿真工程+源碼下載地址：
http://www.zg4o1577.cn/bbs/dpj-104065-1.html
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