1、 四川信息职业技术学院毕业设计说明书 (论文)第 1 页 共 43 页摘 要 .22.1 直流电压源的方案论证 .42.1.1 方案一 .42.1.2 方案二 .52.2 方案比较 .63.1 单片机的选择 .73.1.1 时钟电路和复位电路 .103.2 DA 转换模块的介绍 .113.2.1 D/A 转换电路 .133.3 显示电路 .133.4 控制电路 .143.5 电源电路 .15第四章 软件设计 .174.1 主程序模块 .174.2 显示程序模块 .184.3 D/A 转换程序模块 .224.4 控制程序模块 .24第 5 章 系统的仿真与调试 .285.2 protenus 软
2、件的仿真 .285.3 调试与运行 .29结 论 .30参考文献 .31附录 1 电路原理图 .32附录 2 源程序 .33附录 3 元件明细表 .1四川信息职业技术学院毕业设计说明书 (论文)第 2 页 共 43 页摘 要本设计以单片机为核心控制芯片，设计了一个简易直流电压源功能的方案。为了实现输出精确的电压，本设计采用数模转换器、变位器和运算放大器等元器件构成稳压电源，实现了输出一定范围内的电压，而且电压在一定范围内可调整，具有较高的精度和稳定性，该设计采用了独立式按键，实现输出电压的方便设定，具有设定值的微调（步进量 0.1V） ，粗调（步进量 1V）两种调整功能，为了更详细的显示出电压
3、调整，本设计显示部分采用了液晶显示器来显示输出电压值，用直接方式与单片机连接，与传统的直流电压源相比操作简单，电压精度高以及其输出电压的大小由字符和数字准确显示的特点，让人直观、易懂、不会太单调，而且本设计自行设计了电源为系统供电。关键词：单片机、直流电压源、液晶显示四川信息职业技术学院毕业设计说明书 (论文)第 3 页 共 43 页第一章 绪 论随着时代的发展，数字电子技术已经普及到我们生活、工作、科研等各领域，本文将介绍一种简易的直流电压源，本设计由电源电路、显示电路、控制电路、数模转换电路四部分组成。电压源是最常用的仪器设备，在科研以及试验中都是必不可少的。目前所使用的直流可调电源中，大
4、多数直流电压源几乎都为旋组开关调节、电压调节精度不高且体积大、功能简单、难控制、可靠性低、干扰大、复杂度高、而且经常跳变，使用麻烦，如果电压值在一个很小的范围内时，调节的难度就较大，对输出就有很大的影响。利用直流电压源，可达到每步 0.1V 的精度，输出电压范围+0V 至+13.9V，针对以上问题，本设计设计了一种以单片机为核心的高精度直流电压源设计，该电压源采用数字调节、输出精度高，特别适用于各种有较高精度要求的场合，其设计方法是由通过 DA，控制驱动模块输出，同时采用变位器进行调整，输出电压通过电阻给运放，与设定值进行比较，如有偏差则调整输出。工作工程中，单片机输出驱动 LCD 显示。通过
5、独立式按键可设置和调整电压值。准确的说是电源电压提供各个芯片电源、LCD、放大器所需电压，显示电路用于显示电源输出电压的大小，同时分析了数字技术和模拟技术相互转换的概念。采用的是直接访问方式，与传统的稳压电源相比具有操作方便，电源精度性高以及可以更加直观的显示输出电压值,而传统的数控直流电压源通常采用电位器和波段开关来实现电压调整，并由电压表指示电压值的大小。因此，电压的调整精度不够高，读数欠直观，电位器也易磨损，而本设计较好地解决以上传统稳压电源的不足，该设计具有设计简单、操作简单、直观、应用广泛、精度较高等特点。四川信息职业技术学院毕业设计说明书 (论文)第 4 页 共 43 页第二章 方
6、 案 论 证2.1 直流电压源的方案论证目前直流电压源已广泛适用，可以运用我们所学的单片机、数模电来实现目标其方案比较多，主要有以下几种方案。2.1.1 方案一采用常用的单片机芯片作为控制器，单片机的接口和数模转换器的数据口直接相连，数模转换器输出的是电流形式的模拟量，因此需要通过两级运算放大器将电流装换为电压，以使输出电压。其硬件框图如图 2.1 所示：控制电路显示电路单片机最小系统电源电压D/A 转换换DA 转换电压调整电压调整输出图 2.1 方案一硬件框图四川信息职业技术学院毕业设计说明书 (论文)第 5 页 共 43 页2.1.2 方案二此方案适用的是一套十进制计数器，一方面完成电压的
7、译码显示，一方面其作为 EPROM 的地址输入，而由 EPROM 的输出经过 DA 变换后控制误差放大的基准电压来实现输出步进，十进制数器通过起码后数码管显示输出电压值为了使系统工作正常，本方案只使用了一套计数器，回避了保证双计数器的问题，但由于控制数据烧录在 EPROM 中，使系统设计灵活性降低，其硬件框图如图2.3 所示：整流滤波电路 调整管 过流保护误差放大输出十进制计数器电压预置步进减步进加译码显示EPROM D/A 转换图 2.2 方案二硬件框图四川信息职业技术学院毕业设计说明书 (论文)第 6 页 共 43 页2.2 方案比较方案二中使用的芯片很多，造成控制电路内部接口信号繁琐，中
8、间相互关联多，抗干扰能力差，还采用线性调压电源，以改变其基准电压的方式使输出步进增加或减少，这不能不考虑整流滤波后的纹波对输出的影响，在方案一中采用了单片机完成核心功能，单片机作为一个智能可编程器件，更于系统功能的扩展，同时，方案一中使用的运算放大器放大电压，由于运算放大器具有很大的电源电压抑制化，可以大大减少输出端的纹波电压。总之，方案一的优点是具有精度高，是由方便，硬件电路简单等特点，它使用了单片机，使得进一步扩展功能较为方便；方案二的优点是电路结构简单，其缺点是使用比较复杂，精度不够高。考虑到各种因素，本设计采用方案一四川信息职业技术学院毕业设计说明书 (论文)第 7 页 共 43 页第
9、三章 硬件电路设计本设计由电源电路、显示电路、数模转换电路、控制电路等几部分组成，选用的单片机以及它的最小系统来实现硬件电路的核心部分，数模转换器以及集成运算放大器来实现电路的转换部分，电源由三端稳压器经过整流、滤波给电路的各部分供电，由液晶显示构成显示电路，控制电路由独立式按键构成，下面简单的分别进行各电路及芯片的介绍。3.1 单片机的选择单片机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。单片机微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。通常单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器、存储器和 I/O 接口电路等。因此单片机只需要和适当的软
10、件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。单片机应用面广、使用数量大，带来的直接好处就是成本的降低。目前世界各大公司为了提高竞争力，在提高单片机性能的同时，十分注意降低其产品的价格。下面大致介绍一下单片机的主要应用领域和特点。目前我国生产很多型号的单片机，在此我们采用型号为 AT89C51 的单片机。因为 AT89C51 是一个低电压，高性能 CMOS8 位单片机，片内含 8kbytes 的可反复擦写的 Flash 只读程序存储器和 128bytes 的随机存取数据存储器（ RAM） ，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，片内置通用 8 位中央处理器和 Flash
11、存储单元，内置功能强大的微型计算机的 AT89C52 提供了高性 价 比 的 解 决 方 案 。AT89C51 是一个低功耗高性能单片机，40 个引脚，32 个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含 2 个外中断口，2 个 16 位可编程定时计数器,2 个全双工串行通信口，AT89C51 可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其四川信息职业技术学院毕业设计说明书 (论文)第 8 页 共 43 页将通用的微处理器和 Flash 存储器结合在一起，特别是可反复擦写的 Flash 存储器可有效地降低开发成本。单片机 AT89C51 的引脚图如图 3.1 所示图 3.1 单片机引脚图主要功能特
12、性：AT89C51 单片机的管脚功能：VCC： 供 电 电 压 。GND： 接 地 。P0口 ： P0口 为 一 个 8位 漏 级 开 路 双 向 I/O 口 ， 被 定 义 为 高 阻 输 入 。 P0能够 用 于 外 部 程 序 数 据 存 储 器 ， 它 可 以 被 定 义 为 数 据 /地 址 的 第 八 位 。 在兼容 MCS-51 指令系统 4k 可反复擦写（1000 次）Flash ROM32 个双向 I/O 口 可编程 UARL 通道两个 16 位可编程定时/计数器 全静态操作 0-24MHz1 个串行中断 128x8bit 内部 RAM两个外部中断源 共 6 个中断源可直接驱
13、动 LED 3 级加密位低功耗空闲和掉电模式 软件设置睡眠和唤醒功能四川信息职业技术学院毕业设计说明书 (论文)第 9 页 共 43 页FIASH 编 程 时 ， P0 口 作 为 原 码 输 入 口 ， 当 FIASH 进 行 校 验 时 ， P0输 出 原 码 ，此 时 P0外 部 必 须 被 拉 高 。P1口 ： P1口 是 一 个 内 部 提 供 上 拉 电 阻 的 8位 双 向 I/O 口 ， 可 用 作 输 入 ，P1口 被 外 部 下 拉 为 低 电 平 时 ， 将 输 出 电 流 ， 这 是 由 于 内 部 上 拉 的 缘 故 。 在FLASH 编 程 和 校 验 时 ， P1
14、口 作 为 第 八 位 地 址 接 收 。P2口 ： P2口 为 一 个 内 部 上 拉 电 阻 的 8位 双 向 I/O 口 ， 可 作 为 输 入 。 并 因此 作 为 输 入 时 ， P2口 的 管 脚 被 外 部 拉 低 ， 将 输 出 电 流 。 这 是 由 于 内 部 上 拉 的缘 故 。 P2口 可 用 于 外 部 程 序 存 储 器 或 16位 地 址 外 部 数 据 存 储 器 进 行 存 取 ，P2口 在 FLASH 编 程 和 校 验 时 接 收 高 八 位 地 址 信 号 和 控 制 信 号 。P3口 ： P3口 是 8个 带 内 部 上 拉 电 阻 的 双 向 I/O
15、 口 ， 作 为 输 入 ， 由 于 外 部下 拉 为 低 电 平 ， P3口 将 输 出 电 流 （ ILL） 这 是 由 于 上 拉 的 缘 故 。P3口 也 可 作 为 AT89C51的 一 些 特 殊 功 能 口 ， 如 下 表 所 示 ：P3口 管 脚 备 选 功 能P3.0 RXD（ 串 行 输 入 口 ）P3.1 TXD（ 串 行 输 出 口 ）P3.2 /INT0（ 外 部 中 断 0）P3.3 /INT1（ 外 部 中 断 1）P3.4 T0（ 记 时 器 0外 部 输 入 ）P3.5 T1（ 记 时 器 1外 部 输 入 ）P3.6 /WR（ 外 部 数 据 存 储 器 写
16、 选 通 ）P3.7 /RD（ 外 部 数 据 存 储 器 读 选 通 ）P3口 同 时 为 闪 烁 编 程 和 编 程 校 验 接 收 一 些 控 制 信 号 。RST： 复 位 输 入 。 当 振 荡 器 复 位 器 件 时 ， 要 保 持 RST 脚 两 个 机 器 周 期 的高 电 平 时 间 。ALE： 系 统 扩 展 时 ， PO 口 是 8位 数 据 线 和 低 8位 地 址 线 复 用 引 脚 ， 用 于 把PO 口 输 出 的 低 8位 地 址 锁 存 起 来 ， 以 实 现 低 8位 数 据 和 地 址 的 隔 离 ， 由 于 引脚 以 晶 振 1/6固 定 频 率 输 出
17、 正 脉 冲 ， 因 此 它 可 作 为 外 部 时 钟 和 外 部 定 时 脉 冲使 用 。四川信息职业技术学院毕业设计说明书 (论文)第 10 页 共 43 页/PSEN： 为 低 电 平 时 。 可 实 现 对 外 部 ROM 单 元 的 读 操 作 。/EA/VPP： 当 /EA 保 持 低 电 平 时 ， 对 ROM 的 读 操 作 限 定 在 外 部 程 序 存 储器 ， 当 /EA 端 保 持 高 电 平 时 ， 对 ROM 的 读 操 作 是 从 内 部 程 序 存 储 器 开 始 的 。在 FLASH 编 程 期 间 ， 此 引 脚 也 用 于 施 加 12V 编 程 电 源
18、 （ VPP） 。XTAL1： 反 向 振 荡 放 大 器 的 输 入 及 内 部 时 钟 工 作 电 路 的 输 入 。XTAL2：来自反向振荡器的输出。3.1.1 时钟电路和复位电路时钟电路：单片机的时钟信号用来提供单片机内各种微操作的时间基准，时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号。单片机的时钟信号用来提供单片机片内各种微操作的时间基准，时钟信号通常用两种电路形式得到:内部振荡和外部振荡。本系统设计采用内部振荡方式。复位电路：为确保两点间温度控制系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分，复位电路的第一功能是上电复位。一般电路正常工作需要供电电源为5V5%，即 4.755.25V。RST 端的外部复位电路有两种操作方式：上电自动复位和按键手动复位。按键手动复位有电平方式和脉冲方式两种，本系统设计采用上电复位，上电复位是直接将 RST 端通过电阻接高电平来实现单片机的复位如图 3.3 所示。图3.3 复位、时钟电路
