基于AT89C51的数控直流电压源的设计
詹新生,张江伟
(徐州工业职业技术学院 江苏徐州 221006)
摘 要:为解决普通电源精度不高的问题,介绍一种数控直流稳压电源。详细论述了该系统的总体结构、硬件和软件的设计。采用A T89C51系列单片机作为整机的控制单元,通过改变输入数字量来改变输出电压值(A/D 转换后电压值),经集成运放放大和射极输出器输出,间接地改变输出电压的大小,具有输出精度高、数码显示直观等特点。
关键词:A T89C51;DAC0832;数控;电压源
中图分类号:TM91 文献标识码:B 文章编号:10042373X (2008)192107203
Design of a Numerical 2controlled Direct Voltage Source B ased on AT89C51
ZHAN Xinsheng ,ZHAN G Jiangwei
(Xuzhou Vocational Institute of Industrial Technology ,Xuzhou ,221006,China )
Abstract :To solve the problem of normal power supply ′s low accuracy ,the article introduces a kind of a numerical 2con 2trolled direct voltage source.Furthermore ,the paper elaborates this system overall the structure ,the hardware and the software design.Concretely the power supply uses 51MCU as center 2controlling part ,and changes output 2voltage by changing input digits.At last outputs are amplified by operational amplifier and circuit emitter output ,it will indirectly alters output voltage.This source supply has the advantages of high accuracy on output and DC displays directly.
K eywords :A T89C51;DAC0832;numerical 2controlled ;voltage source
收稿日期:2008203220
目前所使用的直流可调电源中,大多为旋钮开关调节电压,调节精度不高,而且经常跳变,使用麻烦。利用本数控电源,可以达到每步0.1V 的精度,输出电压范围0～12V ,电流可以达到2A ,且数码显示直观。1 总体设计方案1.1 总体设计思路
采用A T89C51系列单片机作为整机的控制单元,通过改变输入数字量来改变输出电压值(A/D 转换后电压值),经集成运放放大和射极输出器输出,间接地改变输出电压的大小。1.2 总体设计框图
经过方案论证和比较后,最终确定的系统框图如图1所示,主要由主电源、辅助电源、D/A 转换、集成运放、射极输出器、单片机最小系统、显示及按键等组成
。
图1 总体设计框图
2 硬件单元电路的设计
整机电路如图2所示,下面对各个单元电路设计进
行说明。2.1 电压源电路的设计
基本设计思想是对单片机输出的电压(D/A 转换后)进行放大,经射极跟随器(功率放大,减小输出内阻提高带负载的能力)输出数控可调电压。
芯片介绍:AT89C51是美国ATME L 公司生产的低电压,高性能CMOS 8位单片机,片内含4kB 的可反复擦写的只读程序存储器(EPROM )和128B 的随机数据存储器(RAM ),器件采用ATME L 公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准MCS 251指令系统,内置通用8位中央处理器(CPU )和FLASH 存储单元[1]。
DAC0832是采用CMOS 工艺、具有8位分辨能力
的D/A 转换器。它有三种工作方式:不带缓冲工作方式、单缓冲工作方式、双缓冲工作方式,可直接与A T89C51相连。DAC0832内部采用倒T 型电阻网络,
芯片中无运算放大器,使用时需外接运放,输出是模拟电流I o1、和I o2。芯片中已设置反馈电阻R f ,使用时将
R f 输出端接运算放大器的输出端即可
[2]
。本电路采用不带缓冲工作方式,U REF 为D/A 转换器的基准电压。
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01《现代电子技术》2008年第19期总第282期 测试?测量?自动化
图2 数控电压源硬件电路图
电路介绍:采用51芯片作为控制器,P1口和
DAC0832的数据口直接相连,DA 的CS ,WR1,WR2,XFER 接地,让DA 工作在直通方式下。DA 的8脚接参考电压(U REF ),参考电压电路如图3所示。L M336
集成电路是精密的5V 稳压器,其工作相当于一个低温度系数的、动态电阻为012Ω的5V 齐纳二极管,其中的微调端(G )可以使基准电压和温度系数得到微调。通过调节可调电阻调节L M336的输出电压为5112V ,所以在DAC 的8脚输出电压的分辨率为5112V/256=0102V ,也就是说DAC 输入数据端每增加1,电压增加0102V [3]。由于本电源输出电压为0～12V ,则最大输入数据为120(对应的二进制为1111000),DAC 输出的值为214V ,即输入数据在0～1111000之间变化,DA 输出电压在0～2.4V (实际为0～-2.4V )之间变化。DAC 输出的电压经集成运放倒相放大后,输出0～12V 电压。为了满足输出电压的要求,应使集成运放的放大倍数为215倍,即A uf =-R 6/R 5=-2.5。实际使用时,通过调整R 6的阻值,来满足放大倍数的要求。集成运放放大的电压经Q 4构成射极跟随器放大,作为最终电压输出。2.2 显示和按键电路设计
采用四位L ED 数码管动态显示输出电压的大小。此电路原理简单,电路连接方便,可用单片机直接驱动,其中Q 1,Q 2,Q 3为位驱动
。
图3 基准电压电路
本系统用两只按键KE Y2、KE Y3来实现“+”、
“-”步进控制,用一只按键KE Y1实现电路复位清零。2.3 主电源和辅助电源的设计
本系统采用两种电源(主电源和辅助电源)供电,如图4所示,电源变压器带有中心抽头,经L M7815、L M7915得到大小相等、极性相反的±15V [4],一路经L M7805得到+5V 电压:其中+15V 为主电源,作为射极输出器的电源;±15V 作为集成运放的电源;+5V 作为单片机系统及显示电路电源用。3 软件设计
系统软件设计采用汇编语言,设计的关键是对直流电
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01数控技术詹新生等:基于A T89C51的数控直流电压源的设计
压源步进电压的控制和显示[5]。设计框图如图5
所示。
图4
电源电路
图5 软件设计流程图
当电源打开的时候,MCU 进行复位,寄存器清零,
输出电压为0V ,并在数码管上显示(这里为0V )。这时候程序循环检测是否有按键信号,如果KE Y2按下,则输出电压增加0.1V ;如果KE Y3按下,则输出电压减省0.1V 。若用户按KE Y1,则复位清零,单片机返回初始状态,输出电压为0V ,并等待下一次按键。
4 安装调试
电路组装好以后,要检查一遍接线情况,在确定安
装接线无误的情况下,就可进行电路通电调试。首先测量主电源、辅助电源输出电压是否达到要求;在初始化状态下,调节集成运放μA741的外接调零电位器,使集
成运放输出电压为零。调节射极输出器的偏置电阻R 9
使输出电压为零;在输入数值最大的情况下,调节输出集成运放的负反馈电阻R 6,使其输出电压为12V ,测量射极输出器的输出电压,如果正常(12V ),说明设计组装基本成功。5 结 语
该数控电压源经过实际使用说明,具有精度高、使用方便、显示直观、硬件电路简单等特点。
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作者简介 詹新生 男,1975年出生,江苏铜山人,现为徐州工业职业技术学院讲师,家电技术课程骨干教师,研究生在读。研究
方向为电子与电气。
张江伟 男,1981年出生,徐州工业职业技术学院教师,助教。
(上接第106页)
更为简便,实现了控制过程的智能化与可视化,提高了系统的可靠性,优化了PL C 控制系统的实时操作性能,达到了节省PL C 的I/O 模组、按钮开关、数字设定、指示灯等的目的,为现场操作人员对运行过程的实时监控和维护带来了方便。同时,本系统作为实验室试验系统的子系统之一,将理论与实际相结合,对学生掌握相关理论,提高动手能力,有着很好的指导意义和现实意义,提高了学生的感性认识和理性思维,并在实际应用中得到了较好的反馈。
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作者简介 李世伟 男,1980年出生,硕士,助教,西华大学电气信息学院2005级研究生。主要研究方向为网络控制技术。
郑 萍 女,1957年出生,本科,教授。主要研究方向为网络控制技术。
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