1、目 录摘要. IAbstract.II1 引言.11.1 课题研究的背景和意义11.2 本课题的研究内容11.3 本文的结构22 系统总体设计.32.1 系统的总体方案论证32.2 系统硬件电路的总体结构33 系统的各硬件电路设计.43.1 辅助电源部分.43.1.1 直流稳压电源的基本原理.43.1.2 稳压器简介.43.1.3 本系统辅助电源设计.53.2 单片机系统.63.3 D/A 接口电路. 83.3.1 D/A 转换器及其接口电路的一般特点 83.3.2 DAC0832 和 OP07 简介83.3.3 本系统 D/A 电路设计103.4 键盘显示电路.113.4.1 键盘电路设计1
2、13.4.2 显示电路设计. 133.5 电压调整输出电路.143.5.1 TL431 典型电路143.5.2 10V 分压电路153.5.3 加法运算电路153.5.4 LM317 的输出电压设计电路174 系统的软件设计194.1 系统主程序流程图.194.2 子程序流程图.205 系统测试及结果分析225.1 测试电路与测试方法.225.2 测试数据与结果分析.226 总结24致谢25参考文献26附录 1.27附录 2.29附录 3.32 摘 要直流稳压电源是最常用的仪器设备，也是电子仪器设备的一个重要组成部分，本文介绍了一种以 AT89S51 单片机为控制核心的数控直流稳压电源设计方案
3、，给出了数控直流稳压电源的硬件电路和软件系统。本稳压电源由单片机系统、键盘、显示、D/A 转换、辅助电源、电压输出调整等模块组成，实现了电压的可预置、可步进增减调整、输出电压信号可数字显示等功能。本系统具有精度高、显示直观、使用方便等特点。关键词：直流稳压电源；单片机；数控； D/AAbstractDC regulated power supply is the most commonly used instruments and equipment , also is a important part of electronic device. This paper presents the
4、 design of the digital control regulated power supply on basis of AT89S51. It included hardware structure and software system. There are some modules of this system, such as single-chip computer system , keyboard, display, D/A converters, auxiliary power supply, voltage output adjustment ect. These
5、functions are realized that the voltage can be pre-set, step changes in adjustment, figures show the output voltage signal ect. The system has the following features , such as high accuracy, intuitived showing , easy using ect.Keywords: DC regulated power supply; Single-chip computer system; numeric
6、al control; D/A11 引言1.1 课题研究的背景与意义电源设备是电子仪器的一个重要组成部分，在科研及实验中都是必不可少的,通常可分为直流电压源、直流电流源、交流电压源、交流电流源等。在实际的工作环境下，特别是在一些工业场所，电磁环境十分恶劣，常常有异常情况出现， 例如过电压、瞬态脉冲冲击波、强电磁辐射等，这些都有可能损坏电源，影响整个系统的工作 1。人们已经研制成了许多模拟电压源，这些电压源各有各的优点，例如成本低、简单、负载可以接地等。在自动控制仪表中，常要求按一定输入值输出相应精度电压，但是一般的电压源往往是固定的一种电压值，或有限的数档电压值，不便于通用。常见的直流稳压电源
7、,大都采用串联反馈式稳压原理,通过调整输出端取样电阻支路中的电位器来调整输出电压。由于电位器阻值变化的非线性和调整范围窄,使普通直流稳压电源难以实现输出电压的精确调整 2。目前所使用的直流可调电源中，几乎都为旋纽开关调节电压，调节精度不高，而且经常跳变，使用麻烦 3。有些电压源虽能实现数控但输出电压值往往比较小,且所设定的输出电压值是否准确不经测试无法知道等等。但是，随着微电子技术的发展，新器件的研制、生产周期日益缩短，电子技术中遇到的许多难题将通过寻求新器件的办法解决。各种各样的 D/A 转换器已可实用，便可以方便的对电压值进行数字控制，这样就可以便宜地实现数控直流稳压电源之类的电路。既可用
8、计算机也可由操作员进行调节。单片机相关的应用技术有了迅猛的发展，推出了众多功能各异、结构不同、供应状态不一的单片机供用户选择，如支持ISP（在线更新程序）功能的89S51芯片，低电压、高性能8位CMOS芯片AT89C52，以及具有内部集成D/A、A/D转换器的单片机C8051F02等等。将单片机数字控制技术, 有机地融入直流稳压电源的设计中, 设计出一款高性价比的多功能数字化通用直流稳压电源 4。该电路具有电压调整简便,读数直观,电压输出稳定,便于智能化管理的特点,有效地克服了传统电源的不足 5。随着现代电子技术和信息技术的快速发展，电源设备向数字化、高可靠、易调控等方向发展。目前,国内电子仪
9、器市场上的数控电压源品种繁多,功能各异,设计思路各不相同。1.2 本课题的研究内容本课题拟设计一种基于单片机的数控直流稳压电源。电源通过采集输出端的信号，传送到 MCS-51 单片机进行分析计算，然后输出控制信号到 D/A 转换器，控制电压调整电路，实现对数控直流稳压电源的输出电压的精确控制，输出电压范围为 0V 到 10V，输出电流为 1A。同时要求输出电压值由键盘控制步进增减，调节单位为 0.1V。设计电压调整方法和控制算法，应用程序。系统输入方便，数码管显示电压值等。自行设计数控直流稳压电源的硬件电路，并编制其控制软件。1.3 本文的结构第一章引言，介绍课题研究的背景与意义、研究内容。第
10、二章系统总体设计，介绍了一下本设计的系统的总体方案论证、系统硬件电路的总体结构。第三章系统的单元电路设计，讲解本设计中各单元电路的功能设计。第四章系统的软件设计，主要对本设计的软件设计流程做简要的介绍，并附有系统流程图。第五章系统的测试与结果分析，对系统的测试电路进行讲解，以及测试方法的设计，并将测试结果的数据进行了比较和分析。第六章结论，介绍了本设计实现的功能，以及还需改进的地方。32 系统总体设计2.1 系统的总体方案论证 6 电源输出电压的调整方式有连续调整和步进调整两种，前者适合采用模拟电路来实现，后者采用数字电路。由于设计要求电源输出电压的调整方式为步进方式，因此本设计选用数字电路实
11、现输出电压的控制。按工作原理，数字集成电路可以划分为标准逻辑器件、微处理器和可编程逻辑器件。标准逻辑器件是传统数字系统设计中使用的主要器件，但它的集成度较低，器件功能确定，使用它设计系统导致电路所使用的器件数量增多，且更改设计困难。微处理器和可编程逻辑器件都可以克服上述缺点。可编程逻辑器件工作速度快，但实现信号处理比较麻烦；微处理器的工作速度比可编程逻辑器件要慢，但容易实现信号处理。同时，由于数控电源属于低速工作系统，所以较适合选用微处理器来实现输出电压的控制。AT89S51 单片机在一块芯片上集成了计算机的主要功能部件，且它的指令系统又是按照工业控制的要求设计，因此本设计采用该芯片实现数控电
12、源输出电压的步进调整。2.2 系统硬件电路的总体结构 数控直流稳压电源的设计原理图如图 2-1 所示。它包括键盘电路、显示电路、单片机电路、D/A 转换、辅助电源、电压输出调整。220V89S51单片机DAC0832键盘输入电压输出调整电路电压输出LED 显示自制辅助电源-15V +5V+15V至各单元电路基准电压图 2-1 设计原理图3 系统的各硬件电路设计3.1 辅助电源部分 3.1.1 直流稳压电源的基本原理 7 直流电源电路一般有电源变压器、整流滤波电路及稳压电源电路所组成。框图如图3-1 所示。RLU0U2 U3U1AC220V变压器整流电路滤波电路稳压电路U图 3-1 稳压电源基本
13、组成框图电源变压器的作用是将 220V 的交流电压变成整流电路所需要的电压 U1。整流电路的作用是将交流电压 U1 变换成脉动的直流 U2，它主要有半波整流、全波整流方式，可以有整流二极管构成整流桥堆来执行，常见的整流二极管有1N4007、1N5148 等，桥堆有 RS210 等。滤波电路的作用是将脉动直流 U2 滤除纹波，变成纹波小 U3，常见的电路有 RC 滤波、LC 滤波、型滤波等，常用的选 RC 滤波电路。3.1.2 稳压器简介 7 国内外各厂家生产的三端（电压输入端、电压输出端、公共接地端）固定式正压稳压器均命名为 78 系列，该系列稳压器有过流、过热和调整管安全工作区保护，以防过载
14、而损坏。同时 78 后面的数字代表稳压器的正电压数值（一般有05V、06V、08V、09V、10V、12V、15V、18V、24V 共 9 种输出电压） ，各厂家在 78 前面冠以不同的英文字母代号。78 系列稳压器最大输出电流有 100mA 、500 mA 、1.5 A三种，以插入 78 和电压数值之间的字母来表示。插入 L 表示 100mA 、M 表示 500 mA 、不插入字母表示 1.5 A。三端固定式负压稳压器均命名为 79 系列，79 前、后的字母、数字意义与 78 系列完全相同。三端稳压器（78、79 系列）管脚序号如图 3-2 所示。5图 3-2 三端稳压器（78、79 系列）
15、管脚序号由 LM78XX 和 LM79XX 构成的正负输出线性稳压电源电路图如图 3-3 所示。图 3-3 LM7805 和 LM7905 构成的5V 线性稳压电源电路图3.1.3 本系统辅助电源设计 8 单片机和芯片 DAC0832 工作时需要电源供电，+5V 是它们工作时的配电，同时也在键盘电路中使数据输入线能通过上拉电阻被连成高电平。而+15V，-15V 为电路板中所使用芯片 OP07 和 LM358 的驱动电源，同时+15 V 电压又为 TL431 电路和 LM317 电路中的输入电压。因此稳压电源，不仅能提供一定的电压，还有一定的负载能力。电路中先使用二极管进行桥式整流，再经 0.3
16、3F 的电容滤波后使用 LM78、LM79 系列芯片，实现稳压输出各种电压值。为使输出纹波减少干扰，电路中加入 0.1F 滤波电容，可以有效的去除干扰，提高输出质量。辅助电源原理图如图 3-4 所示。图 3-4 辅助电源原理图3.2 单片机系统 单片机又称作单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是将一个计算机系统集成到一个芯片上。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它具有体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利的条件。现在单片机是百花齐放，百家争鸣的时期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机，从 8 位、16 位到 32 位等等，应有尽有，有与主流 C51 系列兼
17、容的，也有不兼容的，但它们各具特色，互成互补，为单片机的应用提供了广阔的天地。单片机拥有体积小、重量轻、价格便宜、功耗低、运算速度快、控制功能强、控制灵活、抗干扰能力强、电源电压范围宽等优点。目前，单片机渗透到我们生活的各个领域。导弹的导航装置，飞机上仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的智能 IC 卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录象机、摄象机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。虽然单片机的品种繁多，各具特色，但仍以 80C51 为核心的单片机占主流，兼容其结构和指令系统的有 PHILIPS 公司的产品，ATM
18、EL 公司的产品和中国台湾的 Winbond系列单片机。因此以 80C51 为核心的单片机占据了半壁江山。ATMEL89 系列单片机是以8031 为核心构成的，且它和 8051 系列单片机是兼容的。这个系列对于以 8051 为基础的系统来说，是十分容易进行构造和取代的。 89 系列单片机对于一般用户来说，存在以下很明显的优点：（1）内部含 Flash 存储器7（2）和 80C51 插座兼容（3）静态时钟方式（4）错误编程亦无废品产生（5）可反复进行系统试验AT89S51 是一个低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 4k Bytes ISP(In-system programmable
19、)的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序存储器。具有如下特点：40个引脚，4k Bytes Flash 片内程序存储器，128 bytes 的随机存取数据存储器（RAM ） ，32个外部双向输入/输出（I/O）口，5 个中断优先级 2 层中断嵌套中断，2 个 16 位可编程定时计数器,2 个全双工串行通信口，看门狗（WDT ）电路，片内时钟振荡器。器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 MCS-51 指令系统及 80C51 引脚结构，芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 ISP Flash 存储单元，功能强大的微型计算机的 AT89S51 可为许多嵌入式控
20、制应用系统提供高性价比的解决方案。图 3-5 AT89S51此外，AT89S51 设计和配置了振荡频率可为 0Hz 并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU 暂停工作，而 RAM 定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，电方式仍保存 RAM 中的内容，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有 PDIP、TQFP 和 PLCC 等三种封装形式，以适应不同产品的需求。如图 3-6 所示是单片机系统的中心部分。像其他单片机系统一样，单片机是完成该系统功能的核心控制部分，所以设计这个部分是基础必须的。如图左上角由晶振和微调电容构成了内部振荡方式，由于单片机内部有一个高增益反相放
21、大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉冲，其中晶振值为 12MHz。向下一部分的电容和电阻构成了单片机的上电自动复位电路，在加电瞬间，电容相当于短路，从而在 RST 端出现一定时间的高电平，只要高电平维持适当长时间，就可以使 MCS-51 单片机有效复位。另外单片机芯片的 20 脚接地，40 脚接5V 的正电源。图 3-6 单片机系统中心电路3.3 D/A 接口电路 3.3.1 D/A 转换器及其接口电路的一般特点 9 数/模转换器是一种将数字信号转换成模拟信号的器件，为计算机系统的数字信号和模拟环境的连续信号之间提供了一种接口。数/模转换器的输出由数字输入和参考源 Vref组
22、合来控制的。大多数常用的数/模转换器的数字输入是二进制或 BCD 码形成的，输出是电流或是电压，而多数是电流。因而。在多数电路中，数/模转换器的输出需要用运算放大器组成的电流-电压转换器将电流输出转换成电压输出。3.3.2 DAC0832 和 OP07 简介 （1）DAC0832 9DAC0832 芯片是由美国国家半导体公司研发的具有两个输入数据寄存器的 8 位电流输出型 DAC，和 MCS-51 单片机可以直接相接。芯片内有一个 8 位输入寄存器，一个 8位 D/A 转换器，形成两级缓冲结构。这样可以使 DAC 转换输出前一个数据的同时，将下一个数据传送到 8 位输入寄存器，以提高模/数转换
23、的速度。它的主要特性如下：分辨率为 8 位，逻辑电平与 TTL 兼容，参考电压为-10V+10V，9单电源电压 Vcc 的范围为+5V+15V，电流建立时间为 1us，采用 CMOS 工艺，低功耗约 20mW，直通、单缓冲及双缓冲三种工作方式，20 脚双列直插式封装。DAC0832 的内部逻辑结构框图和引脚图如图 3-7 所示。DAC0832 是 DAC08 系列产品中的一种，此系列中其它产品有 DAC0831 等，它们都是 8 位 DAC，完全可以相互代换。图 3-7 DAC0832 的内部逻辑结构框图和引脚图DAC0832 各引脚的功能如下：D0D7：数字信号输入端；ILE：输入寄存器允许
24、，高电平有效；CS：片选信号，低电平有效；WR1：写信号 1，低电平有效；XFER：传送控制信号，低电平有效；WR2：写信号 2，低电平有效；IOUT1、I OUT2：DAC 电流输出端；Rfb：集成在片内的外接运放的反馈电阻；Vref：基准电压（-10V+10V）；Vcc：电源电压（+5V+15V）；AGND：模拟地；NGND：数字地，可与 AGND 接在一起使用。（2）OP07 10OP07 是高精度低失调电压的精密运放集成电路，用于微弱信号的放大，如果使用双电源，能达到最好的放大效果。它的主要特性如下：低的输入噪声电压幅度0.35 VP-P (0.1Hz 10Hz)，极低的输入失调电压1
25、0 V，极低的输入失调电压温漂0.2 V/ ，具有长期的稳定性0.2 V/MO，低的输入偏置电流 1nA，高的共模抑制比126dB，宽的共模输入电压范围14V，宽的电源电压范围 3V 22V，可替代 725、108A、741、AD510 等电路。OP07 的引脚图资料如图 3-8 所示：图 3-8 OP07 的引脚图3.3.3 本系统 D/A 电路设计 6 按照数据的输入模式，数字/模拟转换器有并行输入模式和串行输入模式，前者如DAC0832，后者如 DAC7611。因考虑器件的购买方便和价格，这里采用 DAC0832。由于所设计的数控电源只需要一路输出，为简化电路组装和程序设计，DAC083
26、2 的硬件电路采用如图 3-9 所示的单缓冲方式接口电路。DAC0832 的基准电压 Vref 有一个具有良好的11热稳定性能的三端可调分流基准源 TL431 提供，电压为 10V。DAC0832 的输出连接OP07 运算放大器，采用差动输出形式，输出电压为-10 V 0V。图 3-9 DAC0832 的硬件电路3.4 键盘显示电路 3.4.1 键盘电路设计 11 按键根据结构原理可分为两类，一类是触点式开关按键，如机械式开关、导电橡胶式开关等；另一类是无触点式开关按键，如电器式按键、磁感应按键等。在单片机系统中，除了复位按键有专门的复位电路及专一的复位功能外，其他按键都是以开关状态来设置控制
27、功能或输入数据的。当所设置的功能键或数字键按下时，计算机应用系统完成按键所设定的功能，按键信息输入是与软件结构密切相关的过程。对于一组键或一个键盘，总有一个接口电路与 CPU 相连。CPU 可采用查询或中断方式了解有无键输入，如果有键按下则检查是哪个键按下，并将该键号送入累加器 ACC，然后通过跳转指令转入执行该键的功能程序，执行完后再返回主程序。一个完善的键盘控制程序应具备以下功能：（1）检测有无按键按下，并采取硬件或软件措施，消除因键盘按键机械触点抖动产生的影响。（2）有可靠的逻辑处理办法。每次只处理一个按键，其间任何按键的操作对系统不产生影响，且无论一次按键时间有多长，系统仅执行一次按键
28、功能程序。（3）准确输出按键值（或键号），以满足跳转指令要求。单片机系统中，当使用按键较多时，通常采用矩阵式键盘。该键盘有行线和列线组成，按键位于行、列线的交叉点上，其结构如图 3-10 所示。由图可知，一个 44 的行、列结构可以构成一个含有 16 个按键的键盘。15141311109128765401231 2 303210+5V图 3-10 矩阵式键盘的结构矩阵式键盘中，行线和列线分别连接到按键开关的两端，行线通过上拉电阻接到+5V上。当无键按下时，行线处于高电平状态；有键按下时，行线、列线将导通，此时，行线电平将由与此行线相连的列线电平决定。按键的位置由行号和列号唯一确定，因此可分别对
29、行号和列号进行二进制编码，然后将两个编码合为一个字节，高 4 位为行号，低4 位为列号。如图 3-11 所示为本设计中的键盘部分。13图 3-11 键盘原理图3.4.2 显示电路设计 7 LED 显示器是由发光二极管构成的显示器件。数字 LED 显示器利用 7 个发光二极管显示数字，通常称为七段 LED 显示器或者数码管。另外，数码管中还有一个圆点型发光二极管，用于显示小数点。结构如图 3-12 所示。图 3-12 LED 显示器内部结构LED 显示器有共阳极接法和共阴级接法。共阳极接法中发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极。使用时，公共阳极接+5V 电压。在阴极端输入低电平，二极管就导通发光
30、。共阴极接法中发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极。使用时，公共阴极接地，在阳极端输入高电平，二极管就导通发光。LED 导通电压在 1.5V 左右，工作电流每段约为 10mA，直接接在+5V 电平上会使数码管过亮而导致损坏，需接一个 100300 的限流电阻。本设计中选用一个 4 位七段 LED 动态显示器，电路图如图 3-13 所示。一共占用 12个 I/O 口，即 P2.0-2.7 和 P3.0-3.4。同一时刻，如果各位位选线都处于选通状态，4 位LED 将显示相同的字符。采用扫描显示方式，即在某一时刻，只让某一位的位选线处于选通状态，而其他各位的位选线处于截止状态，同时，段选线上输出对
31、应显示位的字符字形码。 图 3-13 LED 显示原理图3.5 电压调整输出电路 本设计中的电压调整输出电路共有四部分电路：TL431 典型电路，10V 分压电路，加法运算电路，LM317 的输出电压设计电路。3.5.1 TL431 典型电路 TL431 的简介 12：TL431 是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准源。它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置到从 Vref（ 2.5V）到 36V 范围内的任何值。图 3-14 为该器件的相应资料。从左到右分别为该器件的符号，外形图，内部示意图。其 3 个引脚分别为：阴极（CATHODE）、阳极（ANODE ）和参考端（REF）。图 3-1
32、4 TL431 器件15TL431 作为一个高性价比的常用分流式电压基准，有很广泛的用途。图 3-15 为TL431 的两种接法，图(1)是 TL431 的典型接法，输出一个固定电压值，计算公式是：Vout = (R1+R2)*2.5/R2，同时 R3 的数值应该满足 1mA (Vcc-Vout)/R3 500mA。当 R1取值为 0 的时候，R2 可以省略，这时候电路变成图(2)的形式，TL431 在这里相当于一个2.5V 稳压管。图 3-15 TL431 的两种接法本设计中的 TL431 典型电路如图 3-16 所示。该电路的作用是将 15V 电压变成 10V电压，接着分别输入 DAC08
33、32 的参考源 Vref 端和分压电路的输入端。图 3-16 TL431 原理图3.5.2 10V 分压电路 10V 分压电路图如图 3-17 所示。该电路的作用是将 10V 电压经过电阻的分压作用输出 1.25V 的电压，作为加法电路的一路输入值。LM358 在这里作为电压跟随器，隔离作用。图 3-17 10V 分压原理图3.5.3 加法运算电路 LM358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单源供电的使用运算放大器的场合。它的特性如下所示：图 3-18
34、LM358反相加法电路如图 3-19 所示。由图有 fii321其中 ，所以有 若 R1=R2=R3=Rf=R1Rvii2i3Rvifof)(321vRviiifo则有 。该电路便于调节，因为同相端接地，反相端是“虚地” 。)(4iifo17图 3-19 反相加法电路本设计中的加法运算电路如图 3-20 所示。该电路的两输入电压分别为 OP07 的输出电压值-10V0V 和 1.25V 的固定输入电压值。利用 LM358 最终输出的电压范围为-1.25V8.75V，并输入到 LM317 的调节端。图 3-20 加法运算原理图3.5.4 LM317 的输出电压设计电路 LM317 工作原理 7：
35、LM317 为三端可调式稳压器，能在输出电压为 1.2537V 的范围内连续可调，外接元件只需一个固定电阻和一个电位器。其芯片有过流、过热和安全工作区保护。最大输出电流为 1.5A。使用时要注意功耗问题，注意散热问题。 LM317 有三个引脚：一个输入一个输出一个电压调节。输入引脚输入正电压，输出引脚接负载， 电压调节引脚一个引脚接电阻(200 左右)在输出引脚，另一个接可调电阻(几 K)接于地。输入和输出引脚对地要接滤波电容。LM317 标准应用电路图如图 3-21 所示。图 3-21 LM317 标准应用电路图本设计中的 LM317 的输出电压设计电路如图 3-22 所示。该电路的调节电压
36、范围为-1.25V8.75V，最终输出电压范围为 0V10V。加入一定的负载后，可以测出其对应的电流值，可以达到 1A。图 3-22 LM317 的输出电压设计原理图194 系统的软件设计 13由于系统选用的主控制器是单片机，单片机软件主要包括电压的可预置、D/A 转换、步进加减、键盘扫描、LED 显示等程序。为了提高代码的执行效率，软件设计采用 C51语言编写，程序灵活、易于修改、可移植性强，在 Windows XP 操作平台下，用 Keil 软件编译通过，再下载到单片机中。系统的软件研制是本课题的一项主要任务。在系统软件设计中，电压调整方法和控制算法设计是其重要组成部分，正确的计数和数值的
37、优化计算是实现系统精准度和性能的前提，而控制算法是系统实现智能化的灵魂。4.1 系统主程序流程图 各个功能语言模块使用单独的子程序，并由主程序控制各个子程序的顺序执行，程序思路清晰，语言易懂。程序流程图如图 4-1 所示。判断是否有键按下开始读入键值减 0.1V加 0.1V 清除 确认输出电压值系统初始化扫描 P0 口消 抖显示电压值否图 4-1 程序流程图4.2 子程序流程图 在设计中，因为 LED 接口直接接在单片机的 I/O 口，没有足够的驱动力，显示不是很亮，因此使用一个中断使显示增亮。中断子程序流程图如图 4-2 所示：中断入口中断返回系统处理显 示21图 4-2 中断子程序框图在设
38、计键盘输入程序时有以下几个关键点需要注意：（1）判断键盘上是否有键闭合：采用程序控制方式、定时控制方式对键盘进行扫描。（2）去除键的机械抖动：其方法是得知键盘上有键闭合后延迟一段时间，再判别键盘的状态，若仍有键闭合，则认为键盘上有一个键处于稳定的闭合期，否则认为是键的抖动或者干扰。（3）确定闭合键的物理位置：采取逐条 I/O 端口线查询方式确定被按键的物理位置；（4）获取闭合键的编号：在得到闭合键的物理位置后，根据给定的按键编号规律，计算出闭合键的键值。（5）确保 CPU 对键的一次闭合仅作一次处理：为实现这一功能，可以采用等待闭合键释放以后再处理的方法。键盘子程序流程图如图 4-3 所示。否
39、开始是否有键按下延时 10ms 左右有键按下调用按键扫描子程序按键散转,处理程序返回图 4-3 键盘子程序框图5 系统测试及结果分析5.1 测试电路与测试方法 此电路的测试很简单、方便，LED 直接显示电压值 U，同时采用数字万用表的电压档测试输出电压，共测试三处电压值，即 OP07 输出值 U1、加法电路输出值 U2、LM317的 2 脚输出值 U3。其测试电路如图 5-1 所示。键盘LCD 显示 UOP07 输出口加法电路中 LM358 输出口LM317 电路中 2 脚输出口U1 U3U2图 5-1 测试电路测试方法：（1）利用软件仿真：记录 LED 显示的数据，并测试三处所输出的电压值，
40、多组测试，用电压表测量数据并表格记录。（2）运行实物电路：先设电压初值，再按“+”或“”实现电压的增减，并记录LED 显示值，采用数字万用表的电压档（量程 20V）测试三处电压输出数据，记录数据10 组。235.2 测试数据与结果分析 （1） 软件仿真数据记录表 5-1 软件仿真的测试数据序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10给定电压( V) 0.5 1.5 2.5 3.5 4.5 5.5 6.5 7.5 8.5 9.5显示电压 U(V) 0.5 1.5 2.5 3.5 4.5 5.5 6.5 7.5 8.5 9.5输出 U1(V) -0.51 -1.52 -2.50 -3.51 -
41、4.49 -5.50 -6.47 -7.48 -8.46 -9.48输出 U2(V) -0.73 0.28 1.26 2.27 3.25 4.26 5.23 6.24 7.22 8.24输出 U3(V) 0.52 1.53 2.51 3.52 4.50 5.51 6.48 7.49 8.47 9.49U-U3 (V) -0.02 -0.03 -0.01 -0.02 0.00 -0.01 0.02 0.01 0.03 0.01U1+U3 (V) 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01测试结果分析：由表 5-1 可知，给定的电压和 LED
42、 显示的电压值一样；LED 显示的电压值与 LM317 的 2 脚输出值 U3 相差的范围为-0.03 V 0.03 V，同时 4.5V 以下相差值都为负值，以上大部分为正值；OP07 输出值 U1 与 LM317 的 2 脚输出值 U3 都相差 0.01 V。结果存在着一定的误差，但总的看来，该电压源有较好的精度特性。（2）实物电路数据记录设定电压 5.0V，测得步进减加 0.5V 后电压数据如表 5-2 和表 5-3 所示。表 5-2 步进“减”电压数据一序 号 1 2 3 4 5给定电压( V) 9.5 8.5 7.5 6.5 5.5显示电压 U(V) 9.5 8.5 7.5 6.5 5
43、.5输出 U1(V) -9.59 -8.56 -7.57 -6.55 -5.57输出 U2(V) 8.23 7.22 6.25 5.23 4.27输出 U3(V) 9.48 8.47 7.49 6.48 5.51U-U3 (V) 0.02 0.03 0.01 0.02 -0.01U1+U3 (V) -0.11 -0.09 -0.08 -0.07 -0.06表 5-3 步进“加”电压数据二序 号 6 7 8 9 10给定电压( V) 0.5 1.5 2.5 3.5 4.5显示电压 U(V) 0.5 1.5 2.5 3.5 4.5输出 U1(V) -0.51 -1.53 -2.52 -3.55 -
44、4.53输出 U2(V) -0.69 0.30 1.27 2.28 3.25输出 U3(V) 0.54 1.55 2.52 3.53 4.50U-U3 (V) -0.04 -0.05 -0.02 -0.03 0.00U1+U3 (V) 0.03 0.02 0.00 -0.02 -0.03测试结果分析：由表 5-2 可知，由给定的电压和 LED 显示的电压值一样；LED 显示的电压值与 LM317 的 2 脚输出值 U3 相差的范围为 -0.01 V 0.03 V；OP07 输出值 U1 与LM317 的 2 脚输出值 U3 的相差值随着电压的降低相差越小，但总体都在 0.05V 以上。由表 5
45、-3 可知，LED 显示的电压值与 LM317 的 2 脚输出值 U3 相差的范围为-0.05 V 0.00 V；OP07 输出值 U1 与 LM317 的 2 脚输出值 U3 的相差值范围为-0.03V 0.03 V。整体分析上可知：实物电路所得出的结果，其产生的误差比软件仿真的所得的误差较大。6 总结本系统以单片机 AT89S51 为核心控制器件，控制 LED 显示，D/A 转换，键盘输入和电压输出调整等各个部分。数控直流稳压源可以输出 0 到 10V 的恒定电压，具有输出准确，输出稳定等特点。在系统设计过程中，功率器件和控制器件电源隔离，对大功率器件进行了较好的散热处理。充分利用 14 个按键，可实现电压值的选定、步进加减电压调整、清除、确认，并在 LED 上显示预设值。由于时间的关系，该系统还有很多值得改进的地方还未完善：电源部分加入过载自动保护电路，可以防止负载过大时的系统过载；采用更高位数的 DA 可以对恒压源电路进行更加精确的检测和控制；LED 的驱动电路增加显示亮度。本次设计时间从开始选题算起，已经花费近五个月的时间去分析论证、设计制作和调试，终于成功完成了设计任务。调试后的各项功能，已具有可实用性，基本达到了设计任务目标要求。设计中遇到的许多实际问题是以前不曾想到的，也出现过许多看似无法解的难题，但是通过我的不懈努力和老师同学的支持，最终克服
