數(shù)控直流電壓源的設(shè)計

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1、數(shù)控直流電壓源的設(shè)計摘要:本系統(tǒng)以直流電壓源源為核心，AT89C52單片機為主控制器，通過鍵盤來設(shè)置直流電源的輸出電壓，具有步進功能，能夠現(xiàn)實實際輸出的電壓值。本設(shè)計分四個模塊:單片機控制及顯示模塊、數(shù)模（D/A）轉(zhuǎn)換模塊、恒壓源模塊、輸出顯示模塊。以單片機控制模塊為核心，對輸入信號進行轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸出；恒流源模塊將D/A轉(zhuǎn)換來的電壓模擬量通過恒壓電路轉(zhuǎn)換成恒壓。該系統(tǒng)具有可靠性好，精度高等優(yōu)點。關(guān)鍵詞:數(shù)控電壓源AT89C52DAC0832恒流源目前所使用的直流可調(diào)電源中,大多為旋鈕開關(guān)調(diào)節(jié)電壓,調(diào)節(jié)精度不高,而

2、且經(jīng)常跳變,使用麻煩。利用本數(shù)控電源,可以達到每步0.1V的精度,輸出電壓范圍0～9.9V,電流保持500mA,且數(shù)碼顯示直觀1.總體設(shè)計方案1.1總體設(shè)計思路方案一:計數(shù)器每次由脈沖觸發(fā)跳一，也即實現(xiàn)步進0.1，欲實現(xiàn)步進0.1，就需要按一下鍵產(chǎn)生一個脈沖。由于電容的容值不一，充電時間常數(shù)不等，故可利用電容充電時間不相等，又按鍵有一定的時間，大約為0.2s，但這個時間對電容充電時間常數(shù)來說,以經(jīng)足夠了，本設(shè)計就是基于這一點來實現(xiàn)按一下鍵產(chǎn)生一個脈沖的。按鍵時，電源對五個R、C充電，由于按鍵的時間0.1s相對于充電

3、時間常數(shù)0.1—0.5s，足可使電容一端呈現(xiàn)依次高電平，同時這五個高電平存在時間差，從而產(chǎn)生五個脈沖，使計數(shù)器跳變一，利用視覺效應(yīng)，實現(xiàn)步進為0.1。其方框圖如圖：按鍵產(chǎn)生+、-脈沖BCD碼計數(shù)器譯碼顯示可調(diào)穩(wěn)壓輸出D/AC電源+15V-15V+5V圖1：計數(shù)器脈沖觸發(fā)方案二：采用AT89C52系列單片機作為整機的控制單元,通過改變輸入數(shù)字量來改變輸出電壓值(A/D轉(zhuǎn)換后電壓值),經(jīng)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。圖2：總體設(shè)計框圖經(jīng)過方案論證和比較后,最終確定的系統(tǒng)框圖如上方案二圖所示,主

4、要由主電源、輔助電源、D/A轉(zhuǎn)換、集成運放、射極輸出器、單片機最小系統(tǒng)、顯示及按鍵等組成。2.硬件單元電路的設(shè)計2.1電壓源電路的設(shè)計基本設(shè)計思想是對單片機輸出的電壓(D/A轉(zhuǎn)換后)進行放大,經(jīng)射極跟隨器(功率放大,減小輸出內(nèi)阻提高帶負載的能力)輸出數(shù)控可調(diào)電壓。圖數(shù)控電壓源硬件電路圖芯片介紹:圖3：硬件單元電路電路介紹:采用52芯片作為控制器,P1和DAC0832的數(shù)據(jù)口直接相連,DA的CS,WR1,WR2,XFER接地,讓DA工作在直通方式下。DA的8腳接參考電壓(UREF),參考電壓電路如圖3所示。LM336

5、集成電路是精密的5V穩(wěn)壓器,其工作相當(dāng)于一個低溫度系數(shù)的、動態(tài)電阻為12Ω的5V齊納二極管,其中的微調(diào)端(G)可以使基準(zhǔn)電壓和溫度系數(shù)得到微調(diào)。通過調(diào)節(jié)可調(diào)電阻調(diào)節(jié)LM336的輸出電壓為5112,所以在DAC的8腳輸出電壓的分辨率為5112V/256=0102V,也就是說DAC輸入數(shù)據(jù)端每增加1,電壓增加0102V。由于本電源輸出電壓為0～9.9V,則最大輸入數(shù)據(jù)為120(對應(yīng)的二進制為1001.1001),DAC輸出的值為9.9V,即輸入數(shù)據(jù)在0～1001.1001之間變化,DA輸出電壓在0～2.4V(實際為0～

6、-2.4V)之間變化。DAC輸出的電壓經(jīng)集成運放倒相放大后,輸出0～9.9V電壓。為了滿足輸出電壓的要求,應(yīng)使集成運放的放大倍數(shù)為215倍,即Auf=-R6/R5=-2.5。實際使用時,通過調(diào)整R6的阻值,來滿足放大倍數(shù)的要求。集成運放放大的電壓經(jīng)Q4構(gòu)成射極跟隨器放大,作為最終電壓輸出。AT89C52是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓,高性能CMOS8位單片機,片內(nèi)含4kB的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器(EPROM)和128B的隨機數(shù)據(jù)存儲器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn),兼容標(biāo)準(zhǔn)M

7、CS251指令系統(tǒng),內(nèi)置通用8位中央處理器(CPU)和FLASH存儲單元[1]。DAC0832是采用CMOS工藝、具有8位分辨能力的D/A轉(zhuǎn)換器。它有三種工作方式:不帶緩沖工作方式、單緩沖工作方式、雙緩沖工作方式,可直接與AT89C51相連。DAC0832內(nèi)部采用倒T型電阻網(wǎng)絡(luò),芯片中無運算放大器,使用時需外接運放,輸出是模擬電流Io1、和Io2。芯片中已設(shè)置反饋電阻Rf,使用時將Rf輸出端接運算放大器的輸出端即可。本電路采用不帶緩沖工作方式,UREF為D/A轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓。圖4：基準(zhǔn)電壓電路2.2顯示和按鍵電路

8、設(shè)計采用四位LED數(shù)碼管動態(tài)顯示輸出電壓的大小。此電路原理簡單,電路連接方便,可用單片機直接驅(qū)動圖5：顯示和按鍵電路本系統(tǒng)用兩只按鍵KEY2、KEY3來實現(xiàn)“+”、“-”步進控制,用一只按鍵KEY1實現(xiàn)電路復(fù)位清零。2.3主電源和輔助電源的設(shè)計本系統(tǒng)采用兩種電源(主電源和輔助電源)供電,如圖所示,電源變壓器帶有中心抽頭,經(jīng)LM7815、M7915得到大小相等