基于AT89C51的数控直流电压源的设计 (1)

ZH A N Xinsheng , Z H AN G Jiang wei
(Xuzhou V ocatio nal Institute of Industria l T echnolo gy , Xuzhou , 221006, China)
Abstract:T o so lve the pro blem of no rmal pow er supply′s lo w accuracy , the article intr oduces a kind of a numerical-co ntrolled direct voltage source .F urthermo re , the paper elabor ates this sy stem ov erall the structure , the ha rdw are and the softw are desig n.Co ncre tely the pow er supply uses 51 M C U as center-contr olling part , and chang es output-vo ltage by changing input digits.A t last outputs a re amplified by o per ational am plifie r and cir cuit emitter o utput , it will indirectly alter s o utput vo ltag e . T his source supply has the adv antag es of hig h accuracy o n o utput and DC display s directly .
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 LM 7815 、 L M7915 得到大小相等 、极性相反的 ±15 V[ 4] , 一路经 L M7805 得到 +5 V 电压 :其中 +15 V 为主电源 , 作为 射极 输 出器 的 电源 ;±15 V 作为 集 成运 放 的 电源 ; +5 V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
《现代电子技术》2008 年第 19 期总第 282 期 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
测试 ·测量 · 自动化
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 R9 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 R6 , 使其输出电压为 12 V , 测 量射极输出器的输出电压 , 如果正常(12 V), 说明设计 组装基本成功 。
采用 A T 89C51 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 。
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 AT 89C51 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 Io1 、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 。
《现代电子技术》2008 年第 19 期总第 282 期
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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 T 89C51 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 。
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数控技术
詹新生等 :基于 AT 89C51 的数控直流电压源的设计
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 , P 1 口 和 DAC0832 的数据口 直接相连 , DA 的CS , W R1 , WR2 , XF ER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 5 V 稳压器 , 其工作相当于一个低温 度系数的 、动态电阻为 0.2 Ψ的 5 V 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 5.12 V , 所以在 DAC 的 8 脚输出电压的分辨率为 5.12 V/ 256 =0.02 V , 也就是说 DAC 输入数据端每增加 1 , 电压增 加 0.02 V [ 3] 。由于本电源输出电压为 0 ～ 12 V , 则最大 输入数据为 120(对应的二进制为 1111000), DAC 输出 的值为 2.4 V , 即输入数据 在 0 ～ 1111000 之 间变化 , DA 输出电压在 0 ～ 2 .4 V(实际为 0 ～ -2 .4 V)之间变 化 。DAC 输出的电压经集成运放倒相放大后 , 输出0 ～ 12 V 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 2.5 倍 , 即 Auf =-R 6/ R5 =-2 .5 。实际 使用时 , 通过调整 R6 的阻值 , 来满足放大倍数的要求 。 集成运放放大的电压经 Q4 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
Keywords:A T 89C51 ;DA C0832;numerical-contr olled;vo ltag e source
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 .1 V 的精度 , 输出电压范 围 0 ～ 12 V , 电流可以达到 2 A , 且数码显示直观 。 1 总体设计方案 1 .1 总体设计思路
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 P LC 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 。
关键词 :A T 89C51 ;D AC0832 ;数控 ;电压源 中图分类号 :T M 91 文献标识码 :B 文章编号 :1004-373X(2008)19-107-03
Design of a Numerical-controlled Direct Voltage Source Based on AT89C51
图 5 软件设计流程图
当电源打开的时候 , M CU 进行复位 , 寄存器清零 , 输出电压为 0 V , 并在数码管上显示(这里为 0 V)。这 时候程序循环检测是否有按键信号 , 如果 KEY2 按下 , 则输出电压增加 0 .1 V ;如果 KEY3 按下 , 则输出电压 减省 0 .1 V 。若用户按 KEY1 , 则复位清零 , 单片机返 回初始状态 , 输出电压为 0 V , 并等待下一次按键 。
芯片介绍 :AT 89C51 是美国 ATMEL 公司生产的低电 压 ,高性能 CMOS 8 位单片机 , 片内含 4 kB 的可反复擦写 的只读程序存储器(EPROM)和 128 B 的随机数据存储器 (RAM), 器件采用 ATMEL 公司的高密度 、非易失性存储 技术生产 , 兼容标准 MCS-51 指令系统 , 内置通用 8 位中央 处理器(CP U)和 FLASH 存储单元[ 1] 。
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 。
参 考 文 献
[ 1] 付晓光 .单 片机原 理与 实用技 术[ M] .北京 :清华 大学 出版 社 , 2006 .
[ 2] 张惠敏 .数字电子技术[ M] .北京 :化学工业 出版社 , 2005 . [ 3] 华 强电 子 世 界 .基 于 8051 单 片 机 的 数 控 电 源 设 计[ EB/
图 1 总体设计框图