基于單片機(jī)的直流可調(diào)電源的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、<p>　　題    目： 基于單片機(jī)的直流可調(diào)電源的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展,直流電源應(yīng)用非常廣泛,其好壞直接影響著電氣設(shè)備或控制系統(tǒng)的工作性能,目前,市場(chǎng)上各直流電源的基本環(huán)節(jié)大致相同，主要都包括交流電源、交流變壓器(有時(shí)可以不用)、整流電路、濾波穩(wěn)壓電路等

2、。因此對(duì)穩(wěn)壓直流電源的工作原理的理解非常必要。</p><p>　　本文運(yùn)用了將單片機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用于開關(guān)穩(wěn)壓電源的方法和原理，提出的開關(guān)電源可調(diào)穩(wěn)壓輸出的觀點(diǎn)。認(rèn)為可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源的數(shù)控調(diào)節(jié)，并通過(guò)分析穩(wěn)壓工作原理、電壓調(diào)節(jié)方法、AD芯片和單片機(jī)的工作原理，使輸出電壓下實(shí)現(xiàn)了0V~18V步進(jìn)調(diào)節(jié)并具有“+”、“-”步進(jìn)調(diào)節(jié)，最小步進(jìn)為0.05V。經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)的電源電壓進(jìn)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換和單片機(jī)處理，用相應(yīng)的顯示設(shè)備直觀的

3、顯示出來(lái)，最終得出了直流開關(guān)電源在單片機(jī)的控制下能夠輸出穩(wěn)定的、可調(diào)的直流電壓的結(jié)論。</p><p>　　該可調(diào)穩(wěn)壓電源不僅具有開關(guān)電源體積小，損耗低，效率高的優(yōu)點(diǎn)，還具有線性電源輸出電壓紋波小，輸出特性好的優(yōu)點(diǎn)。并且引入單片機(jī)控制，使其在功能上具有一定智能化，能夠滿足一般低限度場(chǎng)合的供電需要。具有一定的的研究意義及實(shí)用價(jià)值。</p><p>　　關(guān)鍵字: 穩(wěn)壓電源，單片機(jī)，AD芯片&l

4、t;/p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the rapid development of electronic technology, the DC power supply is widely used, its quality directly affects the electrical device or contro

5、l the working performance of the system, at present, the market of the direct current power supply the basic link of roughly the same, mainly includes the AC power, the AC transformer ( sometimes can not), a rectificatio

6、n circuit, a filtering voltage stabilizing circuit. So the regulated DC power supply, the working principle of the understanding is</p><p>　　This paper discusses the application of the single chip microcompu

7、ter control system applied in switching power supply method and principle, put forward switching power supply adjustable voltage regulator output point of view. That can realize switching power supply control regulation,

8、 and through the analysis of the working principle of voltage, voltage regulation method, A / D chip and the principle, so that the output voltage to achieve 0.1 ~ 15V step regulator. Finally draw the conclusion th</p

9、><p>　　The adjustable regulated power supply not only has the switching power supply has the advantages of small volume, low loss, also has the advantages of small output ripple voltage of linear power supply,

10、output characteristics of good advantages. And the introduction of SCM control, its function has certain intelligence, can satisfy the general low limit the power needs of occasions. Has certain research value and practi

11、cal significance.</p><p>　　Keywords:  Regulated Power Supply  SCM  A/D Chip</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘 要2</b></p><p>　　Abs

12、tract3</p><p><b>　　目錄4</b></p><p><b>　　第1章  緒論6</b></p><p>　　1.1 穩(wěn)壓電源的發(fā)展和現(xiàn)狀6</p><p>　　1.1.1 線性穩(wěn)壓電源6</p><p>　　1.1.2 開關(guān)穩(wěn)壓電源

13、7</p><p>　　1.2 穩(wěn)壓電源的應(yīng)用7</p><p>　　第2章  電源設(shè)計(jì)方案論證9</p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)方案的分析9</p><p>　　2.1.1方案一采用分立元件9</p><p>　　2.1.2方案二采用單片機(jī)為控制核心10</p><p>

14、;　　2.2  方案選擇11</p><p>　　第3章  電源系統(tǒng)硬件介紹12</p><p>　　3.1  AT89S52單片機(jī)的介紹12</p><p>　　3.1.1主要性能13</p><p>　　3.1.2功能引腳說(shuō)明13</p><p>　　3.1.3 控制或與其他

15、電源復(fù)用引腳RST，ALE,VPP13</p><p>　　3.1.4 輸入/輸出引腳14</p><p>　　3.1.5 AT89S52內(nèi)部電路框圖15</p><p>　　3.2  數(shù)碼管顯示16</p><p>　　3.2.1  數(shù)碼管結(jié)構(gòu)及原理16</p><p>　　3.2.2

16、 數(shù)碼管顯示方式18</p><p>　　3.3  TLC1543AD轉(zhuǎn)換芯片19</p><p>　　3.3.1 TLC1543芯片的工作時(shí)序20</p><p>　　3.3.2   TLC1543的軟硬設(shè)計(jì)要點(diǎn)21</p><p>　　3.3.3  TLC1543芯片的應(yīng)用22&

17、lt;/p><p>　　3.4 TIP41芯片22</p><p>　　3.5 DAC0832轉(zhuǎn)換芯片23</p><p>　　3.5.1 DAC0832引腳功能說(shuō)明23</p><p>　　3.5.2 D/A轉(zhuǎn)換原理25</p><p>　　3.5.3 D/A轉(zhuǎn)換器性能參數(shù)28</p><

18、;p>　　3.5.4 DAC0832的工作方式29</p><p>　　第4章  電源硬件電路設(shè)計(jì)30</p><p>　　4.1硬件電路的總體結(jié)構(gòu)30</p><p>　　4.2主機(jī)電路設(shè)計(jì)31</p><p>　　4.3  系統(tǒng)電源模塊硬件電路設(shè)計(jì)32</p><p>　　4.3

19、.1 系統(tǒng)供電模塊電路設(shè)計(jì)32</p><p>　　4.3.2電壓調(diào)整模塊34</p><p>　　4.4 D／A轉(zhuǎn)換模塊35</p><p>　　4.5 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路36</p><p>　　4.6 鍵盤電路設(shè)計(jì)37</p><p>　　4.7數(shù)碼管顯示電路38</p>&

20、lt;p>　　4.7.1 74LS373芯片38</p><p>　　4.7.2 74ls138芯片39</p><p>　　4.8串行通信接口電路40</p><p>　　4.9復(fù)位電路41</p><p>　　4.10 時(shí)鐘電路42</p><p>　　4.11 硬件電路PCB圖42</p&

21、gt;<p>　　4.12硬件扛干擾措施43</p><p>　　第5章  電路軟件設(shè)計(jì)44</p><p>　　第6章 電路板的焊接及調(diào)試45</p><p>　　6.1電路板的焊接45</p><p>　　6.2電路板的調(diào)試45</p><p><b>　　結(jié)

22、論47</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)48</b></p><p><b>　　致 謝49</b></p><p>　　附錄一 系統(tǒng)原理圖50</p><p>　　附錄2 程序源代碼51</p><p><b>　　第1章

23、60;緒論</b></p><p>　　隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展,直流電源應(yīng)用非常廣泛,其好壞直接影響著電氣設(shè)備或控制系統(tǒng)的工作性能。直流穩(wěn)壓電源是電子技術(shù)常用的設(shè)備之一，廣泛的應(yīng)用于教學(xué)、科研等領(lǐng)域。傳統(tǒng)的多功能直流穩(wěn)壓電源功能簡(jiǎn)單、難控制、可靠性低、干擾大、精度低且體積大、復(fù)雜度高、效率低。而基于單片機(jī)控制的直流穩(wěn)壓電源能較好地解決以上傳統(tǒng)穩(wěn)壓電源的不足。</p><p>

24、;　　1.1 穩(wěn)壓電源的發(fā)展和現(xiàn)狀</p><p>　　隨著電子技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)如何提高電源的轉(zhuǎn)換效率，增強(qiáng)對(duì)電網(wǎng)的適應(yīng)性，縮小體積，減輕重量進(jìn)入了深入的研究。開關(guān)電源應(yīng)運(yùn)而生。七十年代，便應(yīng)用于電視機(jī)的接收，現(xiàn)在已經(jīng)廣泛用于彩電，錄像機(jī)，計(jì)算機(jī)，通訊設(shè)備，醫(yī)療器械，氣象等行業(yè)。</p><p>　　其中電源是電子設(shè)備的心臟部分，其質(zhì)量的好壞直接影響著電子設(shè)備的可靠性與穩(wěn)定性，而且電子設(shè)

25、備的故障60%來(lái)自電源，因此作為電子設(shè)備的基礎(chǔ)元件，電源受到越來(lái)越多的重視?，F(xiàn)代電子設(shè)備使用的電源大致有線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源兩大類。</p><p>　　1.1.1 線性穩(wěn)壓電源</p><p>　　所謂線性穩(wěn)壓電源，是指在穩(wěn)壓電源電路中的調(diào)整管是工作在線性放大區(qū)。將220V、50Hz的工頻電壓經(jīng)過(guò)線性變壓器降壓以后，經(jīng)過(guò)整流、濾波和穩(wěn)壓，輸出一個(gè)直流電壓。線性穩(wěn)壓源的優(yōu)點(diǎn)是：電源穩(wěn)

26、定度及負(fù)載穩(wěn)定度較高；輸出紋波電壓??；瞬態(tài)響應(yīng)速度快；線路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于維修；沒(méi)有開關(guān)干擾。缺點(diǎn)是：功耗大、效率低，其效率一般只有35~60%；體積大、質(zhì)量重、不能微小型化；必須有較大容量的濾波電容。其中，交換效率低下是線性穩(wěn)壓電源的重要缺點(diǎn)，造成了資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。在這種背景下，開關(guān)穩(wěn)壓電源應(yīng)運(yùn)而生。</p><p>　　任何電子設(shè)備均需直流電源來(lái)供給電路工作。特別是采用電網(wǎng)供電的電子產(chǎn)品。為了適應(yīng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)和

27、電路的工作狀態(tài)變化，更需要具備適應(yīng)這種變化的直流穩(wěn)壓電源。</p><p>　　1.1.2 開關(guān)穩(wěn)壓電源</p><p>　　穩(wěn)壓電源的調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，主要優(yōu)越性是交換效率可高達(dá)70~95%。開關(guān)穩(wěn)壓電源的優(yōu)越性還體現(xiàn)在：功耗小、效率高。晶體管在激勵(lì)信號(hào)的激勵(lì)下，交替的工作在導(dǎo)通-截止的開關(guān)狀態(tài)，轉(zhuǎn)換速度很快，頻率一般為50kHz左右。開關(guān)晶體管的功耗很小，電源的效率可以大幅度的提高

28、，達(dá)到80%以上。體積小、重量輕。開關(guān)穩(wěn)壓電源里沒(méi)有采用笨重的工頻變壓器。調(diào)整管上的耗散功率大幅度降低以后，省去了較大的散熱片。</p><p>　　而且穩(wěn)壓范圍寬。開關(guān)電源的輸出電壓是由激勵(lì)信號(hào)的占空比來(lái)調(diào)節(jié)的，輸入信號(hào)電壓的變化可以通過(guò)調(diào)頻或調(diào)寬來(lái)控制，在工頻電網(wǎng)電壓變化較大時(shí)，它仍能保證有效的穩(wěn)定輸出電壓。</p><p>　　開關(guān)穩(wěn)壓電源實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓的方法也較多，可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的要求

29、，靈活的選用各種類型的開關(guān)穩(wěn)壓電源。電路形式靈活多樣。</p><p>　　穩(wěn)壓電源的主要問(wèn)題是電路比較復(fù)雜。輸出紋波電壓較高，瞬態(tài)響應(yīng)差，并且存在較為嚴(yán)重的開關(guān)干擾。當(dāng)今，開關(guān)穩(wěn)壓電源的進(jìn)一步推廣應(yīng)用的困難是它的制作技術(shù)難度大，維修麻煩和成本較高。</p><p>　　穩(wěn)壓電源的效率是與開關(guān)管的變換速度成正比的。開關(guān)穩(wěn)壓電源中采用了開關(guān)變壓器，使之由一組輸入，得到極性，大小各不相同的多組

30、輸出。要進(jìn)一步提高效率，必須提高電源的工作頻率。但是，當(dāng)頻率提高以后，對(duì)整個(gè)電路元器件的要求，有了進(jìn)一步的提高。這是需要解決的第二個(gè)問(wèn)題。</p><p>　　工作在線性狀態(tài)的穩(wěn)壓電源，具有穩(wěn)壓和濾波的雙重作用，因而串聯(lián)線性穩(wěn)壓電源不產(chǎn)生開關(guān)干擾，且紋波電壓輸出較小。但是，在開關(guān)穩(wěn)壓電源中的開關(guān)管工作在開關(guān)狀態(tài)，其交變電壓和輸出電流會(huì)通過(guò)電路中的元器件產(chǎn)生較強(qiáng)的尖峰干擾和諧振干擾。這些干擾會(huì)進(jìn)入市電電網(wǎng)，影響鄰近

31、的電子設(shè)備的正常工作?？朔@一缺點(diǎn)，進(jìn)一步提高它的使用范圍，是要解決的第三個(gè)問(wèn)題。</p><p>　　直流穩(wěn)壓電源是常用的電子設(shè)備，它能保證在電網(wǎng)電壓波動(dòng)或負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，輸出穩(wěn)定的電壓。一個(gè)低紋波、高精度的穩(wěn)壓源在儀器儀表、工業(yè)控制及測(cè)量領(lǐng)域中有著重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。本設(shè)計(jì)給出的穩(wěn)壓電源的輸出電壓范圍為0～18V，額定工作電流為0.5A，并具有"+"、"-"步進(jìn)電壓調(diào)節(jié)

32、功能，其最小步進(jìn)為0.05V。此外，還可用數(shù)碼管顯示器顯示其輸出電壓值。</p><p>　　1.2 穩(wěn)壓電源的應(yīng)用</p><p>　　直流穩(wěn)壓電源已廣泛地應(yīng)用于許多工業(yè)領(lǐng)域中。在工業(yè)生產(chǎn)中(如電焊、電鍍或直流電機(jī)的調(diào)速等)，需要用到大量的電壓可調(diào)的直流電源，他們一般都要求有可以方便的調(diào)節(jié)電壓輸出的直流供電電源。目前，由于開關(guān)電源效率高，小型化等優(yōu)點(diǎn)，傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電源、晶閘管穩(wěn)壓電源逐

33、步被直流開關(guān)穩(wěn)壓電源所取代。開關(guān)電源主要的控制方式是采用脈寬調(diào)制集成電路輸出PWM 脈沖控制電壓的輸出，采用模擬PID調(diào)節(jié)器進(jìn)行脈寬調(diào)制，這種控制方式，存在一定的誤差和延滯性，而且電路比較復(fù)雜。本文設(shè)計(jì)了一種以高性能單片機(jī)為控制核心的輸出電壓大范圍連續(xù)可調(diào)的功率開關(guān)電源，由單片機(jī)和電源電壓調(diào)制電路產(chǎn)生PWM脈寬，對(duì)開關(guān)電源的主電路執(zhí)行數(shù)字控制，電路簡(jiǎn)單，功能強(qiáng)大。因此本次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)學(xué)生在校所學(xué)的專業(yè)知識(shí)的運(yùn)用有很大的意義，不僅會(huì)加強(qiáng)我們

34、的動(dòng)手能力也是一次實(shí)踐，為以后走入社會(huì)奠定基礎(chǔ)。</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)強(qiáng)調(diào)能力培養(yǎng)為主，在獨(dú)立完成設(shè)計(jì)任務(wù)的同時(shí)，還要注意其他幾方面能力的培養(yǎng)與提高，如獨(dú)立工作能力與創(chuàng)造力；綜合運(yùn)用專業(yè)及基礎(chǔ)知識(shí)的能力，解決實(shí)際工程技術(shù)問(wèn)題的能力；查閱圖書資料、產(chǎn)品手冊(cè)和各種工具書的能力；工程繪圖的能力；書寫技術(shù)報(bào)告和編制技術(shù)資料的能力。研究方法方面為日后的畢業(yè)設(shè)計(jì)乃至畢業(yè)后的工作奠定良好的基礎(chǔ)。  

35、0;                 </p><p>　　本次設(shè)計(jì)主要適用于自動(dòng)化、電氣工程及其自動(dòng)化、測(cè)控與儀器等專業(yè)，要求學(xué)生們具備數(shù)字電路、模擬電路、電路基礎(chǔ)、自動(dòng)控制、電力電子、 C語(yǔ)言、電氣控制相關(guān)課程的知識(shí)，并具備一些基本的實(shí)踐操作

36、水平，為以后的就業(yè)打好一定的基礎(chǔ)。</p><p>　　第2章  電源設(shè)計(jì)方案論證</p><p>　　電源有線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)電源，兩者有優(yōu)、缺點(diǎn)。前者穩(wěn)定度高、輸出電壓連續(xù)可調(diào)、輸出紋波?。蝗秉c(diǎn)是功耗大、效率低，為了解決散熱問(wèn)題須加散熱片，增加了電源體積和重量。另外抗干擾能力較差。其原因是調(diào)整管工作在線性放大區(qū)，管子集電極電流和管壓降都很大，耗散功率=·很大。后者是

37、利用晶體管工作在飽和導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，管耗很小。開關(guān)電源指調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)。因此開關(guān)電源效率高，小型化等優(yōu)優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)方案的分析</p><p>　　可調(diào)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)可以通過(guò)幾種方法實(shí)現(xiàn)，根據(jù)具體的設(shè)計(jì)要求，通過(guò)比較論證來(lái)確定我們到底要用哪個(gè)方案。</p><p>　　2.1.1方案一采用分立元件</p><p&

38、gt;　　采用模擬的分立元件，通過(guò)電源變壓器、整流濾波電路以及穩(wěn)壓電路，電網(wǎng)供給的交流電壓u1（220V，50Hz）經(jīng)電源變壓器降壓后，得到符合電路需要的交流電壓u2，在經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓電路。實(shí)現(xiàn)線性穩(wěn)壓電源穩(wěn)定輸出正、負(fù)5V、15V等并能通過(guò)變阻器可調(diào)輸出0～18電壓，但由于模擬分立元件的分散性較大，各電阻電容之間的影響很大，因此所設(shè)計(jì)的指標(biāo)不高，而且使用的器件較多，連接復(fù)雜，體積較大，供耗也大，效率低等。給焊接帶來(lái)了麻煩，同時(shí)焊點(diǎn)和線路較多

39、，使成品的穩(wěn)定性和精度也受到影響。其方案的結(jié)構(gòu)框圖如2.1所示：</p><p>　　圖2.1直 流 電 源 基 本 組 成 框 圖</p><p>　　2.1.2方案二采用單片機(jī)為控制核心</p><p>　　以一穩(wěn)壓電源為基礎(chǔ)，以高性能單片機(jī)系統(tǒng)為控制核心，以穩(wěn)壓驅(qū)動(dòng)放大電路、過(guò)流檢測(cè)電路為外圍的硬件系統(tǒng)，在檢測(cè)與控制軟件的支持下實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓輸出的數(shù)字控制，通過(guò)對(duì)

40、穩(wěn)壓電源輸出的電流、電壓進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣與給定數(shù)據(jù)比較，從而調(diào)整和控制穩(wěn)壓電源的工作狀態(tài)及監(jiān)測(cè)開關(guān)電路的。采用單片機(jī)作為控制器的簡(jiǎn)易數(shù)控直流電源設(shè)計(jì)方案，本方案由運(yùn)放組成的串聯(lián)型穩(wěn)壓電源。既可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的電壓輸出，而且輸出電壓連續(xù)步進(jìn)可調(diào)，滿足設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　設(shè)計(jì)原理，直流穩(wěn)壓電源由電源變壓器T、整流、濾波和穩(wěn)壓電路四部分組成。電網(wǎng)供給的交流電壓u1（220V，50Hz）經(jīng)電源變壓器降壓后，得到符合電路

41、需要的交流電壓u2，然后由整流電路變換成方向不變、大小隨時(shí)間變化的脈動(dòng)電壓u3，再用濾波器濾去其交流分量，就可得到比較平直的直流電壓uI。但這樣的直流輸出電壓，還會(huì)隨交流電網(wǎng)電壓的波動(dòng)或負(fù)載的變動(dòng)而變化。在對(duì)直流供電要求較高的場(chǎng)合，還需要使用穩(wěn)壓電路，以保證輸出直流電壓更加穩(wěn)定。</p><p>　　如圖2.2所示。設(shè)計(jì)方案采用單片機(jī)作為控制器完成數(shù)控部分、鍵盤、顯示器接口控制。輸出部分采用D/A0832與運(yùn)算放

42、大器UA714以及A/DTLC1543，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)壓電源的連續(xù)步進(jìn)可調(diào)。輸出電壓波形由單片機(jī)的輸出數(shù)據(jù)控制，不僅可以輸出直流電平，而且只要預(yù)先生成波形的量化數(shù)據(jù)，就可以產(chǎn)生多種波形輸出。利用軟件和硬件結(jié)合的方法來(lái)設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電源，其精度和穩(wěn)定性都有所提高。其結(jié)構(gòu)框圖如下所示： </p><p>　　圖2.2 可調(diào)電源結(jié)構(gòu)框圖</p><p><b>　　2.2  方案選擇&

43、lt;/b></p><p>　　以上兩種方案均可以達(dá)到輸出穩(wěn)壓電源的要求。方案一是利用純硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能的，穩(wěn)定度高、輸出電壓連續(xù)可調(diào)、輸出紋波小；但是功耗大、效率低，為了解決散熱問(wèn)題須加散熱片，增加了電源體積和重量。另外抗干擾能力較差。其原因是調(diào)整管工作在線性放大區(qū)，管子集電極電流和管壓降都很大，耗散功率=·很大。方案二是以單片機(jī)核心控制器件，采用軟硬件結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)的。而方案二基于單片機(jī)控制的直

44、流穩(wěn)壓電源能較好地解決以上傳統(tǒng)穩(wěn)壓電源的不足。本電源采用全集成電路設(shè)計(jì)制成，具有短路過(guò)載自動(dòng)保護(hù)功能。精度高，連續(xù)可調(diào)，利用晶體管工作在飽和導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，管耗很小。開關(guān)電源指調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)。因此開關(guān)電源效率高，小型化等優(yōu)優(yōu)點(diǎn)。可用于多路實(shí)驗(yàn)用電。</p><p>　　因此，我們采取方案二，通過(guò)單片機(jī)來(lái)控制直流穩(wěn)壓電源的輸出。</p><p>　　第3章  電源系統(tǒng)硬件介

45、紹</p><p>　　本系統(tǒng)由電源模塊、調(diào)壓模塊、D／A轉(zhuǎn)換模塊、顯示與鍵盤模塊組成，下面將介紹電源系統(tǒng)的主要相關(guān)硬件，其中主要有單片機(jī)AT89s52、數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片、數(shù)碼管顯示器件等。</p><p>　　3.1  AT89S52單片機(jī)的介紹</p><p>　　AT89S52單片機(jī)為ATMEL所生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8

46、K在系統(tǒng)可編程Flsah存儲(chǔ)器，使用高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O 線，看門狗定時(shí)器，2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16 位定時(shí)器/

47、計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。R8 位微控制器8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程。如下圖所示：</p><p>　　圖3.1 單片機(jī)結(jié)構(gòu)圖&

48、lt;/p><p><b>　　3.1.1主要性能</b></p><p>　　1.內(nèi)部程序存儲(chǔ)器：4KB</p><p>　　2.外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：128B</p><p>　　3.外部程序存儲(chǔ)器：可擴(kuò)展到64KB</p><p>　　4.輸入/輸出口線：32跟（4個(gè)端口，每個(gè)端口8跟）</p&

49、gt;<p>　　5.定時(shí)/計(jì)數(shù)器：2個(gè)16位可編程的定時(shí)計(jì)數(shù)器。</p><p>　　6.串行口：全雙工，2跟</p><p>　　7.寄存器區(qū)：在內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的128B中劃出一部分作為寄存器區(qū)，分為四個(gè)區(qū)，每個(gè)區(qū)8個(gè)通用寄存器。</p><p>　　8.中斷源：5個(gè)中斷源，2個(gè)優(yōu)先級(jí)別</p><p>　　9.堆棧：最深1

50、28B</p><p>　　10.布爾處理機(jī)：即位處理器，對(duì)某些單元的某位做單獨(dú)處理。</p><p>　　11.指令系統(tǒng)（系統(tǒng)時(shí)鐘為12MHz時(shí)）：大部分指令執(zhí)行時(shí)間為1us；少部分執(zhí)行指令時(shí)間為2us；只有乘、除指令的執(zhí)行時(shí)間為4us。</p><p>　　3.1.2功能引腳說(shuō)明</p><p>　　引腳結(jié)構(gòu)有雙列只差封裝（DIP）方式和

51、方形封裝方式。下面分別敘述這些引腳的功能。</p><p><b>　　1.主電源引腳</b></p><p>　　VCC：電源端 </p><p><b>　　GND：接地端</b></p><p>　　2.外接晶體引腳XTAL1和XTAL2</p><p>　　XTA

52、L1：晶體振蕩器接入的一個(gè)引腳。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，此引腳接地。</p><p>　　XTAL2：晶體振蕩接入的另一個(gè)引腳。采用外部振蕩器時(shí)，此引腳作為外部振蕩信號(hào)的輸入端。</p><p>　　3.1.3 控制或與其他電源復(fù)用引腳RST，ALE,VPP</p><p>　　RST：撫慰輸H入端。當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在該引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。&l

53、t;/p><p>　　ALE：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）的輸出用于鎖存的地址的低位字節(jié)。即使不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器，ALE端仍以不變的頻率（此頻率為振蕩器頻率的1/6）周期性地出現(xiàn)正脈沖信號(hào)。因此，它可用作對(duì)外輸出的時(shí)鐘，或用于定時(shí)目的。然而注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。在對(duì)FLASH存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖。</p><p>　　如果需要

54、的話，通過(guò)對(duì)專用寄存器(SFR)區(qū)中的8EH單元的DO位置數(shù)，可禁止ALE操作。該位置數(shù)后，只有在執(zhí)行一條MOVX或MOVC指令期間，ALE才會(huì)被激活。另外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，該設(shè)定禁止ALE位無(wú)效。</p><p>　　程序儲(chǔ)存允許：程序儲(chǔ)存允許輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。當(dāng)80C51由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或常數(shù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效（即輸出2個(gè)脈沖).但在此期間內(nèi)，

55、每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的信號(hào)將不出現(xiàn)。</p><p>　　CPP：外部訪問(wèn)允許端。要是CPU只訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000H-FFFFH），則VPP端必須保持低電平（接地）。然而要注意的是，如果保密位LB1被編程，復(fù)位時(shí)在內(nèi)部會(huì)鎖存VPP端的狀態(tài)。當(dāng)VPP端保持高電平（接Vcc端）時(shí)，CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的程序。在FLASH存儲(chǔ)器編程期間，該引腳也用于施加12V的編程允許電源Vpp。

56、</p><p>　　3.1.4 輸入/輸出引腳</p><p>　　P0端口：P0是一個(gè)8位漏極開路型雙向I/O接口，作為輸出口用時(shí)，每位能以吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL輸入，在對(duì)端口寫1時(shí)，又可作高阻抗輸入端用。</p><p>　　在訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，它是分時(shí)多路轉(zhuǎn)換的地址（低8位）/數(shù)據(jù)總線，在訪問(wèn)期間激活了內(nèi)部的上拉電阻。在FLASH編程時(shí)，P0

57、端口接收指令字節(jié)；而在校驗(yàn)程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)。驗(yàn)證時(shí)，要求外接上拉電阻。 </p><p>　　P1端口：P1是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P2的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流方式）4個(gè)輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部上拉電阻，哪些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流。在對(duì)FLASH編程和程序校驗(yàn)時(shí)，P1接收低8位地址。 </p><p>　　P2端口：P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電

58、阻的8位雙向I/O端口。P2的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流方式）4個(gè)TTL輸入。對(duì)端口寫1時(shí)，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這是可用作輸入口。P2作輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻，哪些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流。</p><p>　　在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器和16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行MOVX@DPTR指令）時(shí)，P2送出高8位地址。在訪問(wèn)8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行MOVX@RI指令

59、）時(shí)，P2口引腳上的內(nèi)容（就是專用寄存器（SFR）區(qū)中P2寄存器的內(nèi)容），在整個(gè)訪問(wèn)期間不會(huì)改變。</p><p>　　在對(duì)FLASH編程和程序檢驗(yàn)期間，P2也接受高位地址和一些控制信號(hào)。</p><p>　　P3端口：P3是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P3的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流方式）4個(gè)TTL輸入。對(duì)端口寫1時(shí)，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位，這是可用作輸入口

60、。P3作輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流。在89C51中，P3端口還用于一些復(fù)位功能。</p><p>　　3.1.5 AT89S52內(nèi)部電路框圖</p><p>　　圖3.2 AT89s52內(nèi)部電路框圖</p><p>　　3.2  數(shù)碼管顯示</p><p>　　單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中使用的顯

61、示器主要有發(fā)光二極管顯示器，簡(jiǎn)稱LED；液晶顯示器，簡(jiǎn)稱LCD。前者價(jià)廉，配置靈活，與單片機(jī)接口方便；后者可進(jìn)行圖形顯示，但接口復(fù)雜，成本較高。結(jié)合本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)顯示設(shè)備采用四位數(shù)碼管來(lái)顯示輸出電壓。</p><p>　　3.2.1  數(shù)碼管結(jié)構(gòu)及原理</p><p>　　單片機(jī)中使用7段LED構(gòu)成字形“8”，另外，還與一個(gè)小數(shù)點(diǎn)發(fā)光二極管用以顯示數(shù)字、符號(hào)及小數(shù)點(diǎn)。這種

62、顯示器有共陰極和共陽(yáng)極兩種，如圖3.3所示。發(fā)光二極管的陽(yáng)極連在一起稱為共陽(yáng)極顯示器，陰極連在一起的稱為共陰極顯示器。一位顯示器由八個(gè)發(fā)光二極管組成，其中，7個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成字形“8”的各個(gè)筆劃（段）a-g,另一個(gè)小數(shù)點(diǎn)為dp發(fā)光二極管。當(dāng)在某段發(fā)光二極管施加一定的正向電壓是，該段筆劃即點(diǎn)亮；不加電壓則該段二極管不亮。為了保護(hù)各段LED不被損壞，需要外加限流電阻.</p><p><b>　　圖3.3

63、 數(shù)碼管</b></p><p>　　如果要顯示某個(gè)字形，則應(yīng)使此字形的相應(yīng)段點(diǎn)亮，也即送一個(gè)不同的電平組合代表的數(shù)據(jù)來(lái)控制LED的顯示字形，此數(shù)據(jù)稱為字符的段碼。數(shù)據(jù)字位數(shù)與LED段碼的關(guān)系如表所示。</p><p>　　表3-1 數(shù)碼管各段與輸出口各位的對(duì)應(yīng)關(guān)系</p><p>　　如使用共陽(yáng)極數(shù)碼管，數(shù)據(jù)為0表示對(duì)應(yīng)字段亮，數(shù)據(jù)為1表示對(duì)應(yīng)字段暗；

64、如使用共陰極數(shù)碼管，數(shù)據(jù)為0表示對(duì)應(yīng)字段暗，數(shù)據(jù)為1表示對(duì)應(yīng)字段亮。如要顯示“0”，共陽(yáng)極數(shù)碼管的字型編碼應(yīng)為：11000000B（即C0H）；共陰極數(shù)碼管的字型編碼應(yīng)為：00111111B（3FH）。依次類推，可求得數(shù)碼管字型編碼如表2-4所示。</p><p><b>　　表3-2</b></p><p>　　共陰和共陽(yáng)結(jié)構(gòu)的LED顯示器各筆劃段名和安排位置是相同

65、的。當(dāng)二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的筆劃段發(fā)亮，由發(fā)亮的筆劃段組合而顯示的各種字符。8個(gè)筆劃段hgfedcba對(duì)應(yīng)于一個(gè)字節(jié)（8位）的D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,于是用8位二進(jìn)制碼就可以表示欲顯示字符的字形代碼。例如，對(duì)于共陰LED顯示器，當(dāng)公共陰極接地（為零電平），而陽(yáng)極hgfedcba各段為0111011時(shí)，顯示器顯示"P"字符，即對(duì)于共陰極LED顯示器，“P”字符的字形碼是73H。</p>

66、<p>　　3.2.2  數(shù)碼管顯示方式</p><p>　　點(diǎn)亮LED顯示器有兩種方式：一是靜態(tài)顯示；二是動(dòng)態(tài)顯示。在本次設(shè)計(jì)中，采用的是靜態(tài)顯示。</p><p>　　所謂靜態(tài)顯示，就是每一個(gè)顯示器都要占用單獨(dú)的具有鎖存功能的I/O接口用于筆劃段字形代碼。這樣單片機(jī)只要把要顯示的字形代碼發(fā)送到接口電路，就不用管它了，直到要顯示新的數(shù)據(jù)時(shí)，再發(fā)送新的字形碼，因此，

67、使用這種方法單片機(jī)中CPU的開銷小。</p><p>　　這種電路的優(yōu)點(diǎn)在于：在同一時(shí)間可以顯示不同的字符；但缺點(diǎn)就是占用端口資源較多。從下圖可以看出，每位LED顯示器需要單獨(dú)占用8根端口線，因此，在數(shù)據(jù)較多的時(shí)候，往往不采用這種設(shè)計(jì)，而是采用動(dòng)態(tài)顯示方式。</p><p>　　圖3.4  動(dòng)態(tài)顯示圖</p><p>　　所謂動(dòng)態(tài)顯示，就是將要顯示的多位L

68、ED顯示器采用一個(gè)8位的段選端口，然后采用動(dòng)態(tài)掃描一位一位地輪流點(diǎn)亮各位顯示器。下圖為4位LED顯示器動(dòng)態(tài)顯示電路。</p><p>　　在此電路中，單片機(jī)的P0口用于控制4位LED的段選碼：P1口的P1.0~~P1.3用于控制4位LED位選碼。</p><p>　　由于所有的段選碼連在一起，所以同一瞬間只能顯示同一種字符。但如果要顯示不同字符，則要借助位選碼來(lái)控制。（如果LED為共陰則P

69、2.0~~P2.3輸出為高電平，如果LED為共陽(yáng)則P1.0~~P1.3輸出為低電平。）</p><p>　　例如，現(xiàn)在要顯示5678四個(gè)數(shù)字，則首先應(yīng)該將“5”的顯示代碼（共陰LED顯示器的顯示代碼為6DH，共陽(yáng)LED顯示器的顯示代碼為92H）由P1.0送出，然后P2.0~~P2.3輸出相應(yīng)位碼（LED為共陰則P2.0~~P2.3輸出1000，） LED為共陰則P2.0~~P2.3輸出0111）時(shí)，則可以看到在數(shù)

70、碼管1上顯示的數(shù)字為“5”。再將顯示的數(shù)字“5”延時(shí)5~10ms，以造成視覺(jué)暫留效果；同時(shí)代碼由P1.0送出。</p><p>　　用同樣的方法將其余3個(gè)數(shù)字“678”送數(shù)碼管2，3，4顯示，于是最后則可以在4位LED顯示器上看到“5678”四個(gè)數(shù)字。為了使顯示效果更加穩(wěn)定，可以使每個(gè)數(shù)碼管顯示的數(shù)字不斷的重復(fù)，但其中重復(fù)頻率達(dá)到了一定的程度的時(shí)候，加之人眼睛本身的視覺(jué)暫留效果的作用，便可以看到相當(dāng)穩(wěn)定的“567

71、8”四個(gè)數(shù)字。</p><p>　　3.3  TLC1543AD轉(zhuǎn)換芯片</p><p>　　TLC1543美國(guó)TI司生產(chǎn)的多通道、低價(jià)格的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。采用串行通信接口，具有輸入通道多、性價(jià)比高、易于和單片機(jī)接口的特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于各種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 。 TLC1543為20腳DIP裝的CMOS[5]。</p><p>　　10位開關(guān)電容逐次A/D逼近模數(shù)轉(zhuǎn)

72、換器，引腳排列下圖所示。</p><p>　　其中A0～A10（1～9 、11、12腳）為11 個(gè)模擬輸入端，REF+（14腳，通常為VCC）和REF-（13腳，通常為地）為基準(zhǔn)電壓正負(fù)端，CS（15腳）為片選端，在CS端的一個(gè)下降沿變化將復(fù)位內(nèi)部計(jì)數(shù)器并控制和使能ADDRESS、I/O CLOCK （18腳）和DATA OUT（16腳）。ADDRESS（17腳）為串行數(shù)據(jù)輸入端，是一個(gè)1的串行地址用來(lái)選擇下一個(gè)

73、即將被轉(zhuǎn)換的模擬輸入或測(cè)試電壓。DATA OUT 為A/D換結(jié)束3態(tài)串行輸出端，它與微處理器或外圍的串行口通信，可對(duì)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度和格式靈活編程。I/O CLOCK數(shù)據(jù)輸入/輸出提供同步時(shí)鐘，系統(tǒng)時(shí)鐘由片內(nèi)產(chǎn)生。芯片內(nèi)部有一個(gè)14通道多路選擇器，可選擇11個(gè)模擬輸入通道或3個(gè)內(nèi)部自測(cè)電壓中的任意一個(gè)進(jìn)行測(cè)試。片內(nèi)設(shè)有采樣-保持電路，在轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，EOC（19腳）輸出端變高表明轉(zhuǎn)換完成。內(nèi)部轉(zhuǎn)換器具有高速（10µS轉(zhuǎn)換時(shí)間），高精度（

74、10分辨率，最大±1LSB不可調(diào)整誤差）和低噪聲的特點(diǎn)。</p><p>　　圖3.5 1543引腳排列</p><p>　　3.3.1 TLC1543芯片的工作時(shí)序</p><p>　　TLC1543工作時(shí)序如圖2示，其工作過(guò)程分為兩個(gè)周期：訪問(wèn)周期和采樣</p><p>　　周期。工作狀態(tài)由CS使能或禁止，工作時(shí)CS必

75、須置低電平。CS為高電平時(shí)，I/O CLOCK、ADDRESS被禁止，同時(shí)DATA OUT為高阻狀態(tài)。當(dāng)CPU使CS變低時(shí)，TLC1543開始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，I/O CLOCK、ADDRESS使能，DATA OUT脫離高阻狀態(tài)。隨后，CPU向ADDRESS提供4位通道地址，控制14個(gè)模擬通道選擇器從11個(gè)外部模擬輸入和3個(gè)內(nèi)部自測(cè)電壓中選通1 路送到采樣保持電路。同時(shí)，I/O CLOCK輸入時(shí)鐘時(shí)序，CPU從DATA OUT 端接收前一次A/

76、D轉(zhuǎn)換結(jié)果。I/O CLOCK從CPU 接收10時(shí)鐘長(zhǎng)度的時(shí)鐘序列。前4個(gè)時(shí)鐘用4位地址從ADDRESS端裝載地址寄存器，選擇所需的模擬通道，后6個(gè)時(shí)鐘對(duì)模擬輸入的采樣提供控制時(shí)序。模擬輸入的采樣起始于第4個(gè)I/O CLOCK下降沿，而采樣一直持續(xù)6個(gè)I/O CLOCK周期，并一直保持到第10個(gè)I/O CLOCK下降沿。轉(zhuǎn)換過(guò)程中，CS的下降沿使DATA OUT引腳脫離高阻狀態(tài)并起動(dòng)一次I/O CLOCK工作過(guò)程。CS上升沿終止這個(gè)過(guò)程

77、并在規(guī)定的延遲時(shí)間內(nèi)使DATA OUT引腳返回到高阻狀態(tài)，經(jīng)過(guò)兩個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周</p><p>　　圖3.6 1543工作時(shí)序</p><p>　　3.3.2   TLC1543的軟硬設(shè)計(jì)要點(diǎn)</p><p>　　TLC1543三個(gè)控制輸入端CS、I/O CLOCK、ADDRESS和一個(gè)數(shù)據(jù)輸出端DATA OUT遵循串行外設(shè)接口SPI協(xié)議

78、，要求微處理器具有SPI口。但大多數(shù)單片機(jī)均未內(nèi)置SPI口（如目前國(guó)內(nèi)廣泛采用的MCS51和PIC列單片機(jī)），需通過(guò)軟件模擬SPI協(xié)議以便和TLC1543接口。TLC 1543芯片的三個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端與51 系列單片機(jī)的I/O口可直接連接。</p><p>　　軟件設(shè)計(jì)中，應(yīng)注意區(qū)分TLC1543的11個(gè)模擬輸入通道和3個(gè)內(nèi)部測(cè)試電壓地址（后3個(gè)地址只用來(lái)測(cè)試你寫的地址是不是正確的，真正使用時(shí)不用后三個(gè)地址）

79、。附表為模擬通道和內(nèi)部電壓測(cè)試地址。程序軟件編寫應(yīng)注意TLC1543通道地址必須為寫入字節(jié)的高四位，而CPU讀入的數(shù)據(jù)是芯片上次A/D轉(zhuǎn)換完成的數(shù)據(jù)。在本文后附的程序中對(duì)此有詳細(xì)的說(shuō)明。</p><p>　　表3-3  TCL1543模擬量輸入地址表</p><p>　　3.3.3  TLC1543芯片的應(yīng)用</p><p>　　TLC1543

80、與89C51接口程序，TLC1543與89C51接口程序應(yīng)完全依照TLC1543的工作時(shí)序編寫，主要由CONVETER 子程序組成。由于轉(zhuǎn)換完成的數(shù)據(jù)為10位，軟件編寫時(shí)將數(shù)據(jù)的高位字節(jié)存放在2EH單元中，低位字節(jié)存放在2FH單元中。其中R4、R3寄存器分別存放TLC1543的通道地址和數(shù)量；R1、R2寄存器存放A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。</p><p>　　3.4 TIP41芯片</p><p>

81、　　1、電流 - 集電極截止（最大）：700&micro;A </p><p>　　2、最大集電流--基極直流電壓： 最大值120V </p><p>　　3、發(fā)射極直流電壓： 最大值100V </p><p>　　4、基極直流電壓： 最大值5V </p><p>　　5、最高有效結(jié)溫：最大值150攝氏度 </p>&l

82、t;p>　　6、封裝形式： 直插封裝 TO-220 </p><p>　　7、管腳：B、C、E（正面看） </p><p>　　8、極限工作電壓： 100V </p><p>　　9、最大電流允許值： 6A </p><p>　　10、最大耗散率： 65W </p><p>　　11、放大倍數(shù)： 65 </

83、p><p>　　12、功率 - 最大：2W </p><p>　　13、頻率 - 轉(zhuǎn)換：3MHz</p><p>　　14、在某 Ic、Vce 時(shí)的最小直流電流增益 (hFE)：15 @ 3A, 4V </p><p>　　15、主要用途： 適用于電子開關(guān)線路 </p><p>　　16、性質(zhì)：低頻或音頻放大 （LF），

84、功率放大 （L）</p><p>　　3.5 DAC0832轉(zhuǎn)換芯片</p><p>　　DAC0832是采樣頻率為八位的D/A轉(zhuǎn)換芯片，集成電路內(nèi)有兩級(jí)輸入寄存器，使DAC0832芯片具備雙緩沖、單緩沖和直通三種輸入方式，以便適于各種電路的需要(如要求多路D/A異步輸入、同步轉(zhuǎn)換等)。所以這個(gè)芯片的應(yīng)用很廣泛,關(guān)于DAC0832應(yīng)用的一些重要資料見(jiàn)下圖： </p><

85、p>　　圖 DAC0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　D/A轉(zhuǎn)換結(jié)果采用電流形式輸出。若需要相應(yīng)的模擬電壓信號(hào)，可通過(guò)一個(gè)高輸入阻抗的線性運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)。運(yùn)放的反饋電阻可通過(guò)RFB端引用片內(nèi)固有電阻，也可外接。DAC0832邏輯輸入滿足TTL電平，可直接與TTL電路或微機(jī)電路連接。</p><p>　　3.5.1 DAC0832引腳功能說(shuō)明</p><p>

86、;　　DAC0832是采用CMOS工藝制成的單片直流輸出型8位數(shù)/模轉(zhuǎn)換器。如圖4-82所示，它由倒T型R-2R電阻網(wǎng)絡(luò)、模擬開關(guān)、運(yùn)算放大器和參考電壓VREF四大部分組成。運(yùn)算放大器輸出的模擬量U0為：</p><p>　　圖 DAC0832工作原理圖</p><p>　　由上式可見(jiàn)，輸出的模擬量 與輸入的數(shù)字量 成正比，這就實(shí)現(xiàn)了從數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。一個(gè)8位D/A轉(zhuǎn)換器有8個(gè)輸入端

87、（其中每個(gè)輸入端是8位二進(jìn)制數(shù)的一位），有一個(gè)模擬輸出端。輸入可有28=256個(gè)不同的二進(jìn)制組態(tài)，輸出為256個(gè)電壓之一，即輸出電壓不是整個(gè)電壓范圍內(nèi)任意值，而只能是256個(gè)可能值。圖4-83是DAC0832的引腳排列圖。</p><p>　　圖 DAC0832的引腳排列圖            

88、;           </p><p>　　D0~D7：數(shù)字信號(hào)輸入端。ILE：輸入寄存器允許，高電平有效。CS：片選信號(hào)，低電平有效。WR1：寫信號(hào)1，低電平有效。XFER：傳送控制信號(hào)，低電平有效。WR2：寫信號(hào)2，低電平有效。IOUT1、IOUT2：DAC電流輸出端。Rfb：是集成在片內(nèi)的外接

89、運(yùn)放的反饋電阻。 Vref：基準(zhǔn)電壓（-10~10V）。Vcc：是源電壓（+5~+15V）。AGND：模擬地 NGND：數(shù)字地，可與AGND接在一起使用。IN0~IN7：8路模擬信號(hào)輸入端。EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出信號(hào)（轉(zhuǎn)換接受標(biāo)志），高電平有效。OE：輸入允許信號(hào)，高電平有效。CLOCK(CP)：時(shí)鐘信號(hào)輸入端，外接時(shí)鐘頻率一般為640kHz。 Vcc：+5V單電源供電。 、 Vref(+),Vref(-)：基準(zhǔn)電壓的正

90、極、負(fù)極。一般Vref(+)接+5V電源，Vref(-)接地。</p><p>　　A1、A2、A0 ：地址輸入端。ALE地址鎖存允許輸入信號(hào)，在此腳施加正脈沖，上升沿有效，此時(shí)鎖存地址碼，從而選通相應(yīng)的模擬信號(hào)通道。START：?jiǎn)?dòng)信號(hào)輸入端，應(yīng)在此腳施加正脈沖，當(dāng)上升沿到達(dá)時(shí)，內(nèi)部逐次逼近寄存器復(fù)位，在下降沿到達(dá)后，開始A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程。D7~D0：數(shù)字信號(hào)輸出端。 由A2、A1、A0三地址輸入端選通8路模擬信

91、號(hào)中的任何一路進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。DAC0832輸出的是電流，一般要求輸出是電壓，所以還必須經(jīng)過(guò)一個(gè)外接的運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)換成電壓。 </p><p>　　3.5.2 D/A轉(zhuǎn)換原理</p><p>　　數(shù)字量的值是由每一位的數(shù)字權(quán)疊加而得的。</p><p>　　D/A轉(zhuǎn)換器品種繁多，有權(quán)電阻DAC、變形權(quán)電阻DAC、T型電阻DAC、電容型DAC和權(quán)電流DAC等。<

92、;/p><p>　　為了掌握數(shù)/模轉(zhuǎn)換原理，必須先了解運(yùn)算放大器和電阻譯碼網(wǎng)絡(luò)的工作原理和特點(diǎn)。</p><p><b>　　1. 運(yùn)算放大器</b></p><p>　　運(yùn)算放大器有三個(gè)特點(diǎn)：</p><p>　?、砰_環(huán)放大倍數(shù)非常高，一般為幾千，甚至可高達(dá)10萬(wàn)。在正常情況下，運(yùn)算放大器所需要的輸入電壓非常小。</

93、p><p>　?、戚斎胱杩狗浅４蟆＿\(yùn)算放大器工作時(shí)，輸入端相當(dāng)于一個(gè)很小的電壓加在一個(gè)很大的輸入阻抗上，所需要的輸入電流也極小。</p><p>　?、禽敵鲎杩购苄?，所以，它的驅(qū)動(dòng)能力非常大。</p><p>　　2.由電阻網(wǎng)絡(luò)和運(yùn)算放大器構(gòu)成的D/A轉(zhuǎn)換器</p><p>　　利用運(yùn)算放大器各輸入電流相加的原理，可以構(gòu)成如圖10.7所示的、由電

94、阻網(wǎng)絡(luò)和運(yùn)算放大器組成的、最簡(jiǎn)單的4位D/A轉(zhuǎn)換器。圖中，V0是一個(gè)有足夠精度的標(biāo)準(zhǔn)電源。運(yùn)算放大器輸入端的各支路對(duì)應(yīng)待轉(zhuǎn)換資料的D0，D1，…，Dn-1位。各輸入支路中的開關(guān)由對(duì)應(yīng)的數(shù)字元值控制，如果數(shù)字元為1，則對(duì)應(yīng)的開關(guān)閉合；如果數(shù)字為0，則對(duì)應(yīng)的開關(guān)斷開。各輸入支路中的電阻分別為R，2R，4R，…這些電阻稱為權(quán)電阻。</p><p>　　假設(shè)，輸入端有4條支路。4條支路的開關(guān)從全部斷開到全部閉合，運(yùn)算放大

95、器可以得到16種不同的電流輸入。這就是說(shuō)，通過(guò)電阻網(wǎng)絡(luò)，可以把0000B~1111B轉(zhuǎn)換成大小不等的電流，從而可以在運(yùn)算放大器的輸出端得到相應(yīng)大小不同的電壓。如果數(shù)字0000B每次增1，一直變化到1111B，那么，在輸出端就可得到一個(gè)0~V0電壓幅度的階梯波形。</p><p>　　3.采用T型電阻網(wǎng)絡(luò)的D/A轉(zhuǎn)換器</p><p>　　從下圖可以看出，在D/A轉(zhuǎn)換中采用獨(dú)立的權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)，

96、對(duì)于一個(gè)8位二進(jìn)制數(shù)的D/A轉(zhuǎn)換器，就需要R，2R，4R，…，128R共8個(gè)不等的電阻，最大電阻阻值是最小電阻阻值的128倍，而且對(duì)這些電阻的精度要求比較高。如果這樣的話，從工藝上實(shí)現(xiàn)起來(lái)是很困難的。所以，n個(gè)如此獨(dú)立輸入支路的方案是不實(shí)用的。</p><p>　　圖 T網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換圖</p><p>　　在DAC電路結(jié)構(gòu)中，最簡(jiǎn)單而實(shí)用的是采用T型電阻網(wǎng)絡(luò)來(lái)代替單一的權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)，整個(gè)電

97、阻網(wǎng)絡(luò)只需要R和2R兩種電阻。在集成電路中，由于所有的組件都做在同一芯片上，電阻的特性可以做得很相近，而且精度與誤差問(wèn)題也可以得到解決。</p><p>　　下圖是采用T型電阻網(wǎng)絡(luò)的4位D/A轉(zhuǎn)換器。4位元待轉(zhuǎn)換資料分別控制4條支路中開關(guān)的倒向。在每一條支路中，如果（資料為0）開頭倒向左邊，支路中的電阻就接到地；如果（資料為1）開關(guān)倒向右邊，電阻就接到虛地。所以，不管開關(guān)倒向哪一邊，都可以認(rèn)為是接“地”。不過(guò)，只

98、有開關(guān)倒向右邊時(shí)，才能給運(yùn)算放大器輸入端提供電流。</p><p>　　T型電阻網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)A的左邊為兩個(gè)2R的電阻并聯(lián)，它們的等效電阻為R，節(jié)點(diǎn)B的左邊也是兩個(gè)2R的電阻并聯(lián)，它們的等效電阻也是R，…，依次類推，最后在D點(diǎn)等效于一個(gè)數(shù)值為R的電阻接在參考電壓VREF上。這樣，就很容易算出，C點(diǎn)、B點(diǎn)、A點(diǎn)的電位分別為-VREF/2，-VREF/4，-VREF/8。</p><p>　　圖

99、 T型網(wǎng)絡(luò)電阻D/A轉(zhuǎn)換器</p><p>　　在清楚了電阻網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)和各節(jié)點(diǎn)的電壓之后，再來(lái)分析一下各支路的電流值。開關(guān)S3，S2，S1，S0分別代表對(duì)應(yīng)的1位二進(jìn)制數(shù)。任一資料位Di=1，表示開關(guān)Si倒向右邊；Di=0，表示開關(guān)Si倒向左邊，接虛地，無(wú)電流。當(dāng)右邊第一條支路的開關(guān)S3倒向右邊時(shí)，運(yùn)算放大器得到的輸入電流為-VREF/（2R），同理，開關(guān)S2，S1，S0倒向右邊時(shí)，輸入電流分別為-VREF/（4

100、R），-VREF/（8R），-VREF/（16R）。</p><p>　　如果一個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)為1111，運(yùn)算放大器的輸入電流</p><p>　　I=-VREF/（2R）-VREF/（4R）-VREF/（8R）-VREF/（16R）</p><p>　　=-VREF/（2R）（20+2-1+2-2+2-3）</p><p>　　=-VREF/

101、（24R）（23+22+21+20）</p><p><b>　　相應(yīng)的輸出電壓</b></p><p>　　V0=IR0=-VREFR0（24R）（23+22+21+20）</p><p>　　將資料推廣到n位，輸出模擬量與輸入數(shù)字量之間關(guān)系的一般表達(dá)式為：</p><p>　　V0=-VREFR0/（2nR）（Dn-

102、12n-1+Dn-2 2n-2+…+D121+D020） (Di=1或0)</p><p>　　上式表明，輸出電壓V0除了和待轉(zhuǎn)換的二進(jìn)制數(shù)成比例外，還和網(wǎng)絡(luò)電阻R、運(yùn)算放大器反饋電阻R0、標(biāo)準(zhǔn)參考電壓VREF有關(guān)。</p><p>　　3.5.3 D/A轉(zhuǎn)換器性能參數(shù)</p><p>　　在實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換時(shí)，主要涉及下面幾個(gè)性能參數(shù)。</p>

103、;<p>　　⑴分辨率。分辨率是指最小輸出電壓（對(duì)應(yīng)于輸入數(shù)字量最低位增1所引起的輸出電壓增量）和最大輸出電壓（對(duì)應(yīng)于輸入數(shù)字量所有有效位全為1時(shí)的輸出電壓）之比， </p><p>　　例如，4位DAC的分辨率為1/(24-1)=1/15=6.67%（分辨率也常用百分比來(lái)表示）。8位DAC的分辨率為1/255=0.39%。顯然，位數(shù)越多，分辨率越高。</p><p>　?、?/p>

104、轉(zhuǎn)換精度。如果不考慮D/A轉(zhuǎn)換的誤差，DAC轉(zhuǎn)換精度就是分辨率的大小，因此，要獲得高精度的D/A轉(zhuǎn)換結(jié)果，首先要選擇有足夠高分辨率的DAC。</p><p>　　D/A轉(zhuǎn)換精度分為絕對(duì)和相對(duì)轉(zhuǎn)換精度，一般是用誤差大小表示。DAC的轉(zhuǎn)換誤差包括零點(diǎn)誤差、漂移誤差、增益誤差、噪聲和線性誤差、微分線性誤差等綜合誤差。</p><p>　　絕對(duì)轉(zhuǎn)換精度是指滿刻度數(shù)字量輸入時(shí)，模擬量輸出接近理論值的

105、程度。它和標(biāo)準(zhǔn)電源的精度、權(quán)電阻的精度有關(guān)。相對(duì)轉(zhuǎn)換精度指在滿刻度已經(jīng)校準(zhǔn)的前提下，整個(gè)刻度范圍內(nèi)，對(duì)應(yīng)任一模擬量的輸出與它的理論值之差。它反映了DAC的線性度。通常，相對(duì)轉(zhuǎn)換精度比絕對(duì)轉(zhuǎn)換精度更有實(shí)用性。</p><p>　　相對(duì)轉(zhuǎn)換精度一般用絕對(duì)轉(zhuǎn)換精度相對(duì)于滿量程輸出的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示，有時(shí)也用最低位（LSB）的幾分之幾表示。例如，設(shè)VFS為滿量程輸出電壓5V，n位DAC的相對(duì)轉(zhuǎn)換精度為±0.1%，則

106、最大誤差為±0.1%VFS=±5mV；若相對(duì)轉(zhuǎn)換精度為±1/2LSB，LSB=1/2n，則最大相對(duì)誤差為±1/2n+1VFS。</p><p>　?、欠蔷€性誤差。D/A轉(zhuǎn)換器的非線性誤差定義為實(shí)際轉(zhuǎn)換特性曲線與理想特性曲線之間的最大偏差，并以該偏差相對(duì)于滿量程的百分?jǐn)?shù)度量。轉(zhuǎn)換器電路設(shè)計(jì)一般要求非線性誤差不大于±1/2LSB。</p><p&g

107、t;　?、绒D(zhuǎn)換速率/建立時(shí)間。轉(zhuǎn)換速率實(shí)際是由建立時(shí)間來(lái)反映的。建立時(shí)間是指數(shù)字量為滿刻度值（各位全為1）時(shí)，DAC的模擬輸出電壓達(dá)到某個(gè)規(guī)定值（比如，90%滿量程或±1/2LSB滿量程）時(shí)所需要的時(shí)間。</p><p>　　建立時(shí)間是D/A轉(zhuǎn)換速率快慢的一個(gè)重要參數(shù)。很顯然，建立時(shí)間越大，轉(zhuǎn)換速率越低。不同型號(hào)DAC的建立時(shí)間一般從幾個(gè)毫微秒到幾個(gè)微秒不等。若輸出形式是電流，DAC的建立時(shí)間是很短的；

108、若輸出形式是電壓，DAC的建立時(shí)間主要是輸出運(yùn)算放大器所需要的響應(yīng)時(shí)間。</p><p>　　3.5.4 DAC0832的工作方式</p><p>　　DAC0832進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，可以采用兩種方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行鎖存。</p><p>　　第一種方法:是使輸入寄存器工作在鎖存狀態(tài)，而DAC寄存器工作在直通狀態(tài)。具體地說(shuō)，就是使和都為低電平，DAC寄存器的鎖存選通端得不到

109、有效電平而直通；此外，使輸入寄存器的控制信號(hào)ILE處于高電平、處于低電平，這樣，當(dāng)端來(lái)一個(gè)負(fù)脈沖時(shí)，就可以完成1次轉(zhuǎn)換。</p><p>　　第二種方法:是使輸入寄存器工作在直通狀態(tài)，而DAC寄存器工作在鎖存狀態(tài)。就是使和為低電平，ILE為高電平，這樣，輸入寄存器的鎖存選通信號(hào)處于無(wú)效狀態(tài)而直通；當(dāng)和端輸入1個(gè)負(fù)脈沖時(shí)，使得DAC寄存器工作在鎖存狀態(tài)，提供鎖存數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。</p><p>

110、;　　根據(jù)上述對(duì)DAC0832的輸入寄存器和DAC寄存器不同的控制方法，DAC0832有如下3種工作方式：</p><p>　?、艈尉彌_方式。單緩沖方式是控制輸入寄存器和DAC寄存器同時(shí)接收資料，或者只用輸入寄存器而把DAC寄存器接成直通方式。此方式適用只有一路模擬量輸出或幾路模擬量異步輸出的情形。</p><p>　　⑵雙緩沖方式。雙緩沖方式是先使輸入寄存器接收資料，再控制輸入寄存器的輸