基于单片机控制的数控电源装置Word下载.docx
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基于单片机控制的数控电源装置Word下载.docx
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第三种是采用微处理器如单片机,可方便的通过编程来满足控制要求,容易实现信号的处理,价格成本低,本装置选择用单片机来实现数控电源的设计。
二,设计的要求:
1:
输出电压的调整范围是:
0.0V~9.9V
2:
输出电压的调整方式为步进,每步即每按一下按键,电压有±
0.1V的变化。
3:
最大输出电流为100mA。
4:
电路具有过电流保护功能。
5:
用两位数码管来显示电压的调整过程和输出电压的大小。
三,硬件设计方框图如下
数码管显示电路
键盘电路
单片机电路
数字/模拟转换电路
模拟信号放大电路
负载
过流保护电路
如图所示,通过键盘把需要输出的电压用按键的方式,每步0.1V输入给单片机,由单片机驱动数码管显示电压调整的过程,待调整完成以后,把数码管显示的十进制数送数模转换电路DAC0832数据线上,执行D/A转换。
此时数码管显示的数据既是送到D/A转换的十进制数,即BCD码(00H~99H),又表示的是数控电源输出的电压值,输出电压范围是(0.0V~9.9V)。
经数模转换电路输出的模拟电压是很小的,通过外补偿运放LM301把模拟信号的电压放大,使输出电压大小与数码管显示的值相符,满足负载的实际要求。
再经过三极管的电流放大电路,提高了输出电流,降低了负载变化对输出电压的影响,使负载上的电压稳定。
为了防止当负载电阻变得很小,甚至当电源的输出端有短路的情况下,引起输出电流过大而危及电源的安全,在电路中加了一级电流保护回路。
当输出电流超出允许值时,过流保护起作用,关闭D/A转换电路,使输出电压为0,同时给出警告信号。
这就是这个调压装置整个工作过程的简述。
四,本装置用到的主要硬件简介:
单片机AT89S51
是ATMEL公司生产的,采用PDIP-40封装形式,内部有4KB的在系统可编程的FLASH程序存储器ROM,和256B的数据存储器RAM,外部均可扩展至64KB,内外部的程序存储器ROM是统一编址的,内部ROM地址从0000H开始到0FFFH,外部ROM地址接着从1000H开始直到0FFFFH止,ROM总共有64KB。
内外部数据存储器RAM是分开编址的,内部RAM的地址从0000H到00FFH,有256B,外部RAM地址从0000H到0FFFFH,有64KB。
CS
VCC
AT89S51单片机具有时钟静态工作方式,降低了本身的功耗,非常适合便携式仪器选用。
这种单片机的外部40个引脚和功能,以及应用的指令和时钟频率等均与INTEL公司的8051系列的单片机相同,在此不再缀诉。
WR1
ILE
120
219
318
417
516
615
714
813
912
1011
4
s
数字/模拟转换器DAC0832
AGND
XFER
WR2
是一种接口与MCS51系列的单片机完全
DI4
DI2
DI3
兼容匹配的,具有8位分辨率的数字/模拟
DI1
DI6
DI5
转换芯片,它的PDIP-20引脚排列如图所示
DI7
VR
DI0
IOUT2
RF
IOUT1
DGND
DI0—DI7是8位数据输入线,VR是接入基准电源,IOUT1和IOUT2用来输出模拟电流,RFB用来从输出端向芯片引入反馈信号。
CS为片选信号,WR1是输入锁存器写选通信号,ILE是输入锁存允许信号。
当CS和WR1为低电平,ILE为高电平时,输入锁存器的允许信号LE1有效,单片机传送的数据通过DI0-DI7数据线锁进输入锁存器。
XFER为数据传送控制信号输入线,WR2为DAC寄存器写选通信号输入线,当XFER和WR2同时有效时,DAC锁存器的允许信号LE2有效,输入锁存器内被锁存的数据又被锁存到DAC锁存器中,同时进入D/A转换器开始转换成模拟信号。
AGND是芯片的模拟电路接地点,DGND是芯片的数字电路接地点。
DACO832与单片机的连接方式有三种,下面分别介绍
(1)直通方式:
就是将CS,WR1,WR2,XFER信号引脚都直接接地,ILE引脚接高电平时,输入锁存器与DAC锁存器都处于直通方式。
8位数字量一旦送到DI0-DI7数据输入线上,立即进行D/A转换,不用选通,直接完成一次D/A转换。
这种方法简单,较少采用。
(2)单缓冲方式:
就是将WR2和XFER直接接地,使DAC锁存器处于直通状态,而输入锁存器处于受控状态。
只要数据通过输入锁存器,就能完成D/A转换,有一次选通过程。
(3)双缓冲方式:
输入锁存器和DAC锁存器均处于受控状态,此时单片机的数据送到8位数据线上时,经过两次选通才能完成D/A转换。
它的优点是数据接收和启动转换可同步进行。
可在D/A转换的同时,进行下一个数据的接收。
提高了转换速度。
本装置不强调工作速度,输出转换好的模拟电流既可,采用直通方式与单片机连接。
3:
运算放大器LM324
由4组相同的运算放大器构成,是一种高放大倍数的直接耦合,线性集成放大器。
每组运算器有二个输入端(同相输入端和反相输入端),一个输出端,使用时,作为反相比例放大器,可从反相端输入信号。
作为同相比例放大器,可从同相端输入信号。
作为差动比例放大器时,可从正反相两端同时输入信号。
LM324可用来放大直流信号。
本装置是利用LM324将DAC0832输出的模拟电流转换成模拟电压输出,具体见后面调试过程所述。
RG
RG
18
27
36
45
精密仪表运算放大器INA126
V+
-VIN
-
INA126的管脚如左图所示
V0
+VIN
REF
-V
INA126是低噪声差分信号采集精密仪表放大器,用于便携式仪表和数据采集系统
内部采用两个运算放大器设计。
INA126用在单电源时,其共模电压大小为1/2VCC,使用的传感器如果是电桥型的,中点电位在1/2VCC处。
当输入信号为0时,输出直流电压是1/2VCC。
在1和8两个RG之间接可调电阻,可以调整INA126的电压放大倍数。
其参数如下
a:
宽电源电压的供电范围:
(±
1.35V~±
18V)
b:
低失调电压:
最大250µ
A
c:
低失调漂移电压:
最大3µ
V/度
d:
低静态电流:
最大175µ
e:
低噪声:
最大380dB
f:
低输入偏置电流:
(+250nA~-250nA)
本装置采用可调电阻W2来调整INA126的电压放大倍数,使得当数控电源的输出电流为100mA时,使74LS14的输出电压发生翻转,输出低电平,单片机进入外中断0的中断服务程序。
显示译码驱动MC14495
MC14495能把十六进制数对应的BCD码,译成能在数码管上显示的七段字型码,驱动LED数码管发光显示的芯片。
6:
与门芯片CD4082BE
CD4082是4个输入端和1个输出端的与门电路,当4个输入端都是高电平时,输出是高电平,当有1个输入是低电平时,输出就是低电平。
电路中用CD4082输出的低电平使单片机进入外部中断1的中断服务程序。
7:
外补偿通用运算放大器LM301
LM301是单片通用的外补偿运算放大器,具有输入输出过载保护,失调电压调零,无阻塞现象,较小的输入电流,有保证的漂移特点。
电源电压最大可达±
18V,输入失调电压最大10µ
V,温度漂移电压最大30µ
V/度,输入失调电流最大70PA,输入偏置电流最大0.3µ
A。
本装置是利用LM301将LM324输出的模拟电压放大成与数码管上显示的数据相同。
电路中用到的其它元器件的型号规格见后面附录二
五,软件程序的设计
程序中用到外部中断0和外部中断1,外部中断0用来在数控电源的输出电流过大时,起保护作用。
关闭D/A转换,显示报警信息。
由于过流保护作用的重要性,它的中断优先等级设为高级。
外中断1用在4个按键的操作上,分别是数位选择键,增加键,减少键和D/A转换键。
开机时单片机初始化,两数码管均显示0,负载上没有电压,当按下键盘上任一键,就使单片机的程序进入外部中断1,在此中断服务程序中,先延时消除按键的抖动,再判断是否有键按下,无键按下就返回主程序,有键按下了,根据按下键的键号来产生相应的操作,执行完后返回主程序。
按K1键来判断要调整的数位,每按一次,数码管显示00和01不断的交替,00表示要调整的是十位,01表示要调整的是个位。
按K2键,使相应的数位加1,按K3键,使相应的数位减1,两数码管分别显示电压的调节的过程,用寄存器R3保存十位数值,用寄存器R5保存个位数值。
通过按K2和K3调出一个数据,当按下K4时,将R3和R5两寄存器中的数组成一个十进数送DAC0832,完成数模转换。
在程序中用寄存器R3和R5存数,有利于十进制数的两位分别调试和组合。
程序流程图见附录三
程序见附录四,
六,调试过程
见附录一图,单片机数控电源工作原理图,数控电源的输出电压为手动按键步进调整,每步0.1V,输出电压的范围是(0.0V~9.9V),共需99步来调整电压,BCD码为(00H~99H),其数字量为十六进制数(00H~63H),送到DAC0832的8位数据线上,数模转换的公式为:
255/5=D/A。
D是已知的数字量,模拟电压A=5×
D/255,最大输出模拟量电压A=5×
99/255,
算得A=1.94V,要求输出的电压是9.9V,则电压放大倍数为Av=9.9/1.94=5.1倍。
按键盘输入DAC0832数字量,测量LM324转换后的模拟输出电压,与理论上计算得出的输出电压数据比较列表如下。
表一:
DAC0832数字/模拟转换电路的测试结果表,
输
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