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1、目录前言11. 方案选择21.1 单片机的选择21.2 显示器的选择32. 硬件电路设计32.1 元器件的介绍32.1.1 AT89C5132.1.2 数模转换器DAC083242.1.3 三端稳压芯片LM31762.1.4 数码管72.2 硬件电路图的设计92.2.1 AT89C51的时钟电路和复位电路92.2.2 DAC0832的外围电路92.2.3 独立式按键与AT89C51的连接102.3 整个系统的原理图113. 软件程序设计123.1 主程序的设计123.2 按键子程序的设计123.3 显示子程序的设计144.结论155.心得体会16参考文献17前言电源技术尤其是数控电源技术是一门
2、实践性很强的工程技术，服务于各行各业。当今电源技术融合了电气、电子、系统集成、控制理论、材料等诸多学科领域。数字化智能电源模块是针对传统智能电源模块的不足提出的数字化，能够减少生产过程中的不确定因素和人为参与的环节数，有效地解决电源模块中诸如可靠性、智能化和产品一致性等工程问题，极大地提高生产效率和产品的可维护性本次设计的基于DAC0832数模转换器的数控电源可以人为的随意调节输出电压的大小，使用方便、简单。1. 方案选择本次设计的主要内容是通过单片机向DAC0832数模转换器发送不同的数字量，根据数字量的不同，输出不同幅值的模拟电压，从而实现了系统输出电圧幅值的数字控制。1.1 单片机的选择
3、本次设计中单片机是整个系统的CPU，起到了控制、调节的作用，现有AT89C51和ATMEGA16两种单片机可供选择，以下对这两种单片机进行分析、比较。方案一：采用ATMEGA16单片机ATMEGA16是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8 位CMOS微控制器，具有丰富的片内资源，包含16K字节的系统内可编程Flash(具有同时读写的能力，即RWW)，512 字节EEPROM，1K 字节SRAM，32 个通用I/O 口线，32 个通用工作寄存器，支持片内调试与编程，三个具有比较模式的灵活的定时器/ 计数器(T/C)，片内/外中断。功能全面，但价格比较昂贵。方案二：采用AT89C51单片机AT
4、89C51是一种带4K字节FLASH存储器，的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，包含128字节内部RAM，32 个I/O 口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口。本次设计需要单片机将数字量发送给数模转换器，并且控制显示模块的显示。而ATMEGA16的使用较为复杂，价格昂贵，且很多功能在本次设计中得不到应用。故采用AT89C51即可满足要求，并且价格便宜，使用方便、简单。1.2 显示器的选择方案一：采用LCD液晶显示器显示LCD 液晶显示器是 Liquid Crystal Display 的简称，LCD 的构造是在两片平行的玻璃基板当中放置液晶盒，下基板玻
5、璃上设置TFT（薄膜晶体管），上基板玻璃上设置彩色滤光片，通过TFT上的信号与电压改变来控制液晶分子的转动方向，从而达到控制每个像素点偏振光出射与否而达到显示目的。方案二：采用LED数码管显示LED是一种能够将电能转化为光能的半导体，与传统的白炽灯和节能灯不同，采用电场发光。而数码管则是由多个LED发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，通过控制每个发光二极管的亮灭情况，让其显示不同的数字和字母，但显示的内容有限，一般只用来显示数字。本次设计使用显示模块显示系统的输出电压，只要求显示数字，故采用LED数码管显示即可满足要求。2. 硬件电路设计2.1 元器件的介绍2.1.1 AT89C51图2
6、-1 AT89C51引脚图AT89C51单片机是美国Atmel公司生产低电压，高性能CMOS 8位单片机。如图2-1所示为AT89C51引脚图，其各引脚功能如下所示：Vcc(40引脚)： 接+5V电源。Vss(20引脚)： 接地。XTAL1(19引脚)： 片内振荡器反相放大器和时钟发生器电路的输入端。XTAL2(18引脚)： 片内震荡器反相放大器的输出端。RST： 复位引脚，高电平有效。EA： 外部程序存储器访问允许控制端。ALE： 低8位地址锁存允许信号端。PSEN：读外部程序存储器的选通信号端。 P0口：8位，漏极开路的双向I/O口。P1口：8位，准双向I/O口，具有内部上拉电阻。P2口：
7、8位，准双向I/O口，具有内部上拉电阻。P3口：8位，准双向I/O口，具有内部上拉电阻。本次设计使用的均为I/O口的基本功能，其中P0口使用的是分时复用功能。P0口接DAC0832数模转换器，P1口接数码管段选，P2.0-P2.3接数码管位选，P2.4-P2.7，P3.0，P3.1接6个控制按键。2.1.2 数模转换器DAC08321.DAC0832基本介绍DAC0832是8分辨率的D/A转换集成芯片。与微处理器完全兼容。本DA芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到广泛的应用。D/A转换器由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路构成。
8、 图2-2 DAC0832的内部结构图2.DAC0832引脚功能说明DAC0832的引脚图如图2-3所示。 图2-3 DAC0832引脚图DAC0832各引脚功能如下：DI0DI7：数据输入线，TLL电平。 ILE：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效。 CS：片选信号输入线，低电平有效。 WR1：为输入寄存器的写选通信号。 XFER：数据传送控制信号输入线，低电平有效。 WR2：为DAC寄存器写选通输入线。 Iout1:电流输出线。当输入全为1时Iout1最大。 Iout2: 电流输出线。其值与Iout1之和为一常数。 Rfb:反馈信号输入线,芯片内部有反馈电阻. Vcc:电源输入线(+5
9、v+15v) Vref:基准电压输入线(-10v+10v) AGND:模拟地,摸拟信号和基准电源的参考地. DGND:数字地,两种地线在基准电源处共地比较好. 3.DAC0832使用说明DAC0832与单片机连接时，常采用单缓冲方式或双缓冲方式的单极性输出。本次设计采用单缓冲方式，即DAC0832内部的两个数据缓冲器有一个处于直通的方式，另一个处于受AT89C51控制的锁存方式。并且本次设计只使用一路模拟量输出。设计接口电路时，P0口接DAC0832的数据输入端，P3.6口接DAC0832的WR1端。DAC0832的WR2和XFER端接地，故DAC0832的“8位DAC寄存器”工作于直通方式。
10、“8位输入寄存器”受WR1端控制。因此，AT89C51单片机执行指令CLR P3.6 即可使DAC0832接都到AT89C51单片机发送出来的数字量。DAC0832输出电压和输入数字量B之间的关系为： 本次设计采用-5V为DAC0832的基准电压，故DAC0823的输出电压范围为05V。2.1.3 三端稳压芯片LM317LM317 是美国国家半导体公司的三端可调正稳压器集成电路。输出电压范围是 1.25V 至 37V，负载电流最大为 1.5A。它的使用非常简单，仅需两个外接电阻来设置输出电压。此外它的线性调整率和负载调整率也比标准的固定稳压器好。LM317 内置有过载保护、安全区保护等多种保护
11、电路。通常LM317 不需要外接电容，除非输入滤波电容到 LM317 输入端的连线超过 6 英寸（约 15 厘米）。使用输出电容能改变瞬态响应。调整端使用滤波电容能得到比标准三端稳压器高的多的纹波抑制比。LM317 能够有许多特殊的用法。比如把调整端悬浮到一个较高的电压上，可以用来调节高达数百伏的电压，只要输入输出压差不超过 LM117/LM317 的极限就行。当然还要避免输出端短路。还可以把调整端接到一个可编程电压上，实现可编程的电源输出。LM317的引脚图如图2-4所示图2-4 LM317 引脚图LM317为有源元件，VI端接电源+12v，VO端为稳压芯片的输出端，ADJ常接一个滑动变阻器
12、再接地。如图2-5所示，为常用的LM317接线图通常R2为一个可调电阻，调节R2的阻值即可使得2引脚的输出电压在1.2537V之间。输出电压和R1，R2的关系为：图2-5 Lm317常用接线图本次设计没有采用图2-5所示的连接图，而是采用了图2-6的连接方式。图2-6 LM317的连接图本次设计中，将DAC0832的输出电压经过LM358后接在LM317的ADJ引脚上，使得输出电压稳定，且带负载能力增强。设2引脚的输出电压为，ADJ端的输入电压为，则两者之间的关系为：故本次设计的输出电压值的范围为：1.256.25V。2.1.4 数码管1. 数码管的介绍数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是
13、发光二极管。led数码管（LED Segment Displays）是由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。led数码管常用段数一般为7段有的另加一个小数点。通过控制八个发光二极管的亮灭情况来控制显示的字符，一般只用来显示数字和部分字符。数码管的显示方式分为动态显示和静态显示两种，由于静态显示比较耗费单片机的I/O资源，故本次设计采用数码管的动态显示方式。2. 数码管的动态显示动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的
14、I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是哪个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为12ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。本次设计数码
15、管的动态连接图2-7所示，其中P1.0P1.7为数码管的段选端，P2.0P2.3为数码管的位选端。图2-7 数码管的动态连接图2.2 硬件电路图的设计2.2.1 AT89C51的时钟电路和复位电路AT89C51的时钟源由XTAL1和XTAL2引脚所连接的晶体振荡器提供，此外XTAL1和XTAL2在连接完晶体振荡器后每一个引脚接一个电容接地，电容的容值与晶体振荡器的大小有关。本次设计采用12M晶体振荡器，采用22PF电容。AT89C51的复位方法一般有上电自动复位和外部按键手动复位，单片机在时钟电路工作以后, 在RESET端持续给出2个机器周期的高电平时就可以完成复位操作。例如使用晶振频率为12
16、MHz时，则复位信号持续时间应不小于2us。本设计采用的是外部手动按键复位电路。如图2-8为AT89C51的时钟电路和复位电路。图2-8 AT89C51时钟电路和复位电路2.2.2 DAC0832的外围电路 如图2-9所示，DAC0832的外围电路图，本次设计采用-5V的参考电压，并且在IOUT1和IOUT2间接上了LM358将输出的电流量转化为电压量。本次设计中采用单缓冲模式，故将 WR2端接地。图2-9 DAC0832外围电路图 2.2.3 独立式按键与AT89C51的连接1. 连接电路图本次设计共使用了6个独立按键来控制系统的输出电压。该6个按键分别连接AT89C51单片机的P2.4，P
17、2.5，P2.6，P2.7，P3.0，P3.1。同时以上引脚均接一500的上拉电阻，以保证在没有按键按下的情况下端口的输入为高电平。图2-10 独立按键的连接电路图2.按键功能描述本次设计基于DAC0832数模转换器的数控电源在实际使用时就说通过以下6个按键来进行控制的，各个按键的功能描述如下：S1：档位1，按下使得系统输出电压为恒定的2VS2：档位2，按下使得系统输出电压为恒定的3VS3：档位3，按下使得系统输出电压为恒定的4VS4：档位4，按下使得系统输出电压为恒定的5VS5：输出幅值增加键，按下一次使得输出电压幅值增加0.1V，增至最大值后停止。S6：输出幅值减少键，按下一次使得输出电压
18、幅值减少0.1V，减至最下值后停止。2.3 整个系统的原理图3. 软件程序设计3.1 主程序的设计本次设计的主程序流程图如图3-1所示：图3-1 主程序流程图其中，DAC0832的初始化为设定单片机的输出数字量为00H，即使得系统初始时输出的电压为最下值1.25V。数码管的初始化为，定义个、十、百、千位段码的存放地址，并且显示初始时系统的输出电压。3.2 按键子程序的设计本次设计共有6个按键，分别对应6个按键子程序。（其中DISPLAY为显示子程序）按键S1的子程序：S1: MOV A, #26H MOV P0, A ；输出数字量使得系统输出为2VSETB P3.6LCALL DISPLAY按
19、键S2的子程序：S2: MOV A, #5BH MOV P0, A ；输出数字量使得系统输出为3VSETB P3.6LCALL DISPLAY按键S3的子程序：S3: MOV A, #8EH MOV P0, A ；输出数字量使得系统输出为4VSETB P3.6LCALL DISPLAY按键S4的子程序：S4: MOV A, #C1H MOV P0, A ；输出数字量使得系统输出为5VSETB P3.6LCALL DISPLAY按键S5的子程序： S5： CJNE A，#7FH，LOOP1 ；判断系统是否输出为最大值 LCALL DISPLAYLOOP1： ADD A，#05H LCALL DI
20、SPLAY按键S6的子程序： S6： CJNE A，#00H，LOOP2 ；判断系统是否输出为最小值 LCALL DISPLAYLOOP2： SUBB A，#05H LCALL DISPLAY3.3 显示子程序的设计数码管显示子程序流程图如下图3-2所示：图3-2 数码管显示子程序流程图4.结论由于时间匆忙本次设计没有编写具体的设计源程序，但程序的流程图和部分子程序在以上论述中以给出，根据设计内容可知本次设计能够达到预期效果，即通过6个按键控制系统的输出电压，从而得到了一个基于DAC0832数模转换器的数控电源。当然本次设计同样存在不足，比如输出电压的范围太小，不能输出0V电压，设计的源程序不
21、完善等问题，在以后的学习和生活中还需要不断的完善。5.心得体会通过本次课程设计，让我对AT89C51单片机有了更深一步的理解，学会了使用汇编语言和proteus仿真软件，可以使用该单片机制作一些小系统，并且了解了DAC0832数模转换器和LM317三端稳压芯片的使用方法。在课程设计中，通过和同学们的交流学到了很多有关AT89C51单片机的其他知识，并且找发现了自己之前对AT89C51单片机错误理解的地方，总之，本次课程设计真的是让我受益匪浅。参考文献1 朱清慧.PROTEUS教程M.清华大学出版社，2009.2 张毅刚，彭喜元（等）.单片机原理及应用M.第二版.高等教育出版社，2010.3 童诗白，华成英.模拟电子技术基础M.第四版.高等教育出版社,2006.5.
