数控直流稳压电源的设计（设计成果+说明书+任务书+开通报告）

摘要随着数字电路的普及，越来越多的电路中采用了数字电路。传统的直流稳压电源是通过反馈电压对调整管的控制来达到稳压作用，这种稳压电源的精度纹波都是比较大的，而且输出的电压是用模拟指针式的电压表来指示，所显示的电压值分辨率也是很低，如果要求输出的电压值比较小，那就很难达得到要求。而数控直流稳压电源是采用数字控制的方式来实现电源的稳压和调整的，输出电压的误差较小，纹波也较小。由于采用了单片机来控制输出电压，所以比模拟的直流稳压电源精度更高，输出电压调节更方便更直观。目前，国内大部分的电源厂家已抛弃模拟直流稳压电源的生产，从而转向生产数控直流稳压电源，众多公司都具有自己的控制芯片，集成化程度越来越高，国外的厂商也纷纷涌入中国市场，所以现在数控直流稳压电源的实际意义非常重要，从形势上看，精确的数控直流稳压电源最终会代替传统的模拟直流稳压电源。关键词：单片机；ADC0809；DAC0832；电源控制电路；AbstractWiththeuniversalityofthedigitalcircuit,moreandmoreelectriccircuitsadoptedthedigitalcircuit.Thetraditionaldirectcircuitrealizationthevoltagesstabilizethroughthefeedbackvoltagecontroltheadjustcircuit.Theaccuracyandwaveofthiskindofpowerisverybig,andtheoutputisshowbydial,itsresolutionofthevoltageisbad,itsveryhardifwewanttogetasmallervoltage.Other,thedigitalcontrolspoweradoptdigitalcontrolmode,sotheerrorofoutputvoltageissmallerandthewaveissmallertoo.BecauseadoptingMicroControllerUnittocontroltheexportationelectricvoltage,itiseasytoadjust,andtheaccuracyishigher.Currently,mostoffactorywhoproductpowerhavebeendontproductimitatepower,butproductdigitalpower,manyfactoryownthemselveschips.ThefactoryoftheabroadalsoflowsintotheChinesemarket,sothedigitalpowersmeaningveryimportance,wecanseethatthedigitalpowerwillreplacetheimitatepowerinthefuture.Keywords:MicroControllerUnit;ADC0809；DAC0832；powercontrolcircuit；目录引言11设计方案21.1设计要求21.2电路基本原理22单片机32.1MCS-51单片机内部结构及功能32.289c51引脚功能53数模转换93.1数模转换简介93.2ADC0809说明93.2.1ADC0809的内部逻辑结构93.2.2信号引脚103.2.3单片机与ADC0809接口14数模转换134.1D/A转换器概述134.2DAC0832简介144.3单缓冲方式的接口与应用155电压调整电路185.1调整管控制电路185.2电压反馈调节电路185.3稳定性分析196显示电路206.1串行移位译码器74LS164206.2数码管27电路制作247.1设计PCB图247.2电路板转印、腐蚀、钻孔257.3元件的焊接258总结25谢词27参考文献28附录29引言当今世界，电子技术正在日新月异的发展，其中IC（集成电路）技术的发展与应用尤为突出，芯片的集成度越来越高，已经逐步取代了传统的分离元件，作为目前IC技术中一种，基于单片机的电路由硬件和软件共同实现电路功能，具有操作简单方便，人机界面友好，成本低，集成度高，功耗小的优点，已经广泛的应用与电子技术的各个领域。传统制造数字电路板，使用的是厂家提供的有固定逻辑功能的通用芯片，所以电路板的大小，多少都要受到所用芯片的制约。另外，由于芯片有固定逻辑功能，电路的技术秘密很难保护。与之相比，基于单片机的电路具有了自己独特的优势。ATMEL公司是世界上著名的高性能低功耗非易失性存储器和数字集成电路的一流半导体制造公司。ATMEL公司最令人注目的是它的EEPROM电可擦除技术、闪速存储器技术和质量高可靠性的生产技术。在CMOS器件生产领域中，ATMEL的先进设计水平，优秀的生产工艺及封装技术一直处于世界的领先地位。这些技术用于单片机生产，使单片机也具有优秀的品质，在结构性能和功能等方面都有明显的优势。ATMEL公司的单片机是目前世界上一种独具特色而性能卓越的单片机，它在计算机外部设备、通讯设备、自动化工业控制、宇航设备仪器仪表和各种消费类产品中都有着广泛的应用前景。模数转换、数模转换、键盘操作和显示控制电路是单片机使用的几种基本外围组件，它们在单片机的电路中被广泛的使用，可以说是单片机使用不可缺少的部分。本次毕业设计就是采用单片机来控制模数、数模转换芯片，达到对电压的控制。通过模数转换采集数据给单片机，再通过数模转换把单片机的控制量输出，进而控制电路。用单片机实现本设计具有外围元件少、容易调试、功耗低、易操作、直观等优点。在直流电源广泛运用的今天，相信由单片机控制的数控直流稳压电源将会给我们的学习和生活带来很多的便利和帮助。1设计方案1.1设计要求（1）、输出电压范围：030V（2）、输出电流：3A（3）、输出电压精度0.1V（4）、纹波电压10mV（5）、具有短路保护功能和过流保护功能（6）、具有电压设定和电流设定功能（7）、能显示输出电压值和电流值本方案要实现单片机控制电源的输出与要求的值相符，并且达到一定的精度和稳定性。其主要部分是由单片机、A/D转换电路、D/A转换电路、电压调整电路和显示部分组成。下一部分将逐一介绍。方案的原理图如图1.1所示D/A转换器单片机调整管多路A/D转换器电流取样电阻显示电压选择按键1533输出调整电压反馈电压反馈电流图1.1方案基本框图1.2电路基本原理首先通过按键向单片机输入要输出的电压值，并且显示在数码管上。单片机通过判断电压值的大小来选择需要的输入电源电压值，输入电源通过调整管时会输出一个电压值，把输出的这个电压值通过模数转换反馈给单片机进行处理。单片机收到反馈的信号后，把它与按键键入的电压值比较，如果两个数值相等，也就达到要求拉，不需要再进行任何处理，如果不等，那么这两个值就会有一个差值，这个差值就是调整电压，把它再通过D/A转换转换成模拟信号后去调整调整管，调整管就调整输出电压，然后输出电压再转换成数字信号反馈给单片机，把该数值与键入的数值比较，单片机检查它们是否相等。上述过程一直自动进行直到输出电压值和键入的值相等为止。电流反馈的作用是保护电路，当输出电流过大时，单片机控制电路自动断开，起到保护电路的作用。另外，该电路的另一个特点是采用节省功耗的电源供应方式。本方案采用两路供电33v和15v。当要求输出的电压较小时，单片机自动选择15v电源，当要求输出较大的电压时，就选择33v电源。因为当要求输出小电压值时还采用33v电源的话，那么调整管上消耗的电压就相当的大，比如要输出3v电压，采用33v电源的话调整管上就消耗30v，而用15v电源则只损耗12v，前者是后者的2.5倍。当然供选择的输入电源越多那么调整管上的损耗就越小，但是也就越烦琐，所以适当选择电源的路数即可。2单片机单片机，作为微型机发展中的一个分支，以其规模不大、功能较全的优点，越来越深入各个应用领域用户的欢迎和重视。单片机的历史并不长，从1975年美国TEXAS仪器公司发表TMS1000系列4位单片机开始，仅仅二十几年时间。但单片机种类已有几百种，从1位、4位、8位发展到16位、32位单片机，集成度越来越高，功能愈来愈强，应用也愈来愈广。单片机可分为专用和通用两类，专用机是针对专门用途设计的芯片，如TI公司的TM320系列是专用于信号处理的单片机。它的指令执行时间短，90以上的指令只要200ns，运算速度快，精度高，有专门的1616乘法器，完成一次乘法只要200ns，用它来完成64点的快速傅立叶变换（FFT）只要580ns，所以它在数字信号实时处理（如数字滤波、语言处理、图像处理等）中有广泛的应用。专用单片机的应用范围常受到一定的限制。通用单片机适用性较强、应用较广泛。MCS-51是当前流行的通用单片机之一。随着HMOS技术的发展，INTEL公司在总结了MCS-48系列的基础上，于1980年推出了8位高档MCS-51系列单片机。它与8048相比，功能增强了很多，就其指令和运行速度而言，也超过了Intel8085的CPU和Z80的CPU，成为当今工业控制系统中最理想的机种。典型产品有8031（内部没有程序存储器，实际使用方面已经被市场淘汰）、8051（芯片采用HMOS，功耗是630mW，是89C51的5倍，实际使用方面已经被市场淘汰）和8751等通用产品，一直到现在，MCS-51内核系列兼容的单片机仍是应用的主流产品。2.1MCS-51单片机内部结构及功能MCS-51系列单片机有多种型号的产品，如普通型（51子系列）8051、8031、8751、89C51、89S51等，增强型（52子系列）8032、8052、8752、89C52等。它们的结构基本相同。MCS-51单片机是在一块芯片中集成了CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和多功能I/O线等。一台计算机所需要的基本功能部件的大规模集成电路，又称MCU。（1）51系统单片机内包含下列几个部件：一个8位中央处理器CPU。一个片内振荡器及时钟电路，但晶体和微调电容需要外接。最高允许振荡频率为12MHz。4KBROM内部指令存储器，用以存放程序，亦可存放一些原始数据和表格。但也有一些单片机的内部是不带ROM的（如8031）。128BRAM内部数据存储器，用以存放可以读、写的数据，如运算的中间结果和最终结果等。位定时/计数器。可以用来对外部事件进行计数，也可以设置成定时器，并根据计数器或定时的结果对计算机进行控制。可寻址64KB外部数据存储器和64KB外部程序存储器空间的控制电路。32条可编程的I/O线（四个8位并行I/O端口），每个口既可以用作输入，也可以用作输出。一个可编程全双工串行口，使得数据可以一位一位地在计算机与外设之间传送。五个中断源、两个优先级嵌套中断结构。51系列单片机内部结构如图3-1所示。各功能部件由内部总线连接在一起。51系列单片机内部结构如图1-1所示。（2）CPU是单片机的核心部件。它由运算器和控制器等部件组成。运算器运算器的功能是进行算术运算和逻辑运算。可以对半字节（4位）、单字节等数据进行操作。例如能完成加、减、乘、除、加1、减1、BCD码十进制调整、比较等算术运算和与、或、异或、求反、循环等逻辑操作，操作结果的状态信息送至状态寄存器。运算器还包含有一个布尔处理器，用来处理位操作。它以进位标志位C为位累加器，可执行置位、复位、取反、等于1转移、等于0转移、等于1转移且清0以及进位标志位与其他可位寻址的位之间进行数据传送等位操作。也能使进位标志与其他可位寻址的位之间进行逻辑与、或操作。程序计数器PC程序计数器PC用来存放即将要执行的指令地址，共16位，可对64KB程序存储器直接寻址。执行指令时，PC内容的低8位经P0口输出，高8位经P2口输出。指令寄存器指令寄存器中存放指令代码。CPU执行指令时，由程序存储器中读取的指令代码送入指令寄存器，经译码器译码后由定时与控制电路发出相应的控制信号，完成指令功能。定时控制部件这个模块是产生操作时序的，这是单片机的心脏。时钟电路MCS-51单片机芯片内部有一个反向放大器构成的振荡电路，XTAL1为振荡电路的输入端、XTAL2为振荡电路的输出端。MCS-51的时钟可以由内部方式或外部方式产生。内部方式时钟电路如图2.1（a）所示，利用MCS-51内部的振荡电路，在XTAL1和XTAL2引脚上外接定时元件，内部振荡电路便产生自激振荡。定时元件一般采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶体可以在1.212MHz之间任选，电容可以在530pF之间选择，电容C01、C02的大小，可起频率微调作用。上述电路可用示波器观察到XTAL2输出的正弦波。外部方式的时钟电路，如图2.1（b）所示。XTAL1接地；XTAL2接外部振荡器。对外部振荡信号无特殊要求，但需保证脉冲宽度，通常为频率低于12MHz的方波信号。图2.1时钟电路（3）CPU时序CPU执行一条指令的时间称为指令周期，MCS-51典型的指令周期为一个机器周期。一个机器周期由包含12个时钟振荡周期的6个状态S1S6组成，每一个状态又分为两个时相P1和P2。所以一个机器周期可依次表示为S1、P1，S1、P2，S6、P1，S1、P2。一般算术逻辑操作发生在时相P1期间，而内部寄存器到寄存器的传送发生在时相P2期间。MCS-51单片机的取指令和执行指令的定时关系如图2.2所示。这些内部时钟信号不能从外部观察到，所以用XTAL2振荡信号作参考。由图看出，低8位地址的锁存信号ALE在访问外部程序存储器的机器周期中两次有效（S1P2至S2P1和S4P2至S6P1产生）。在访问外部数据存储器的机器周期内，ALE信号一次有效（S1P2至S2P1产生正脉冲）。对于单周期指令，当指令操作码读入指令寄存器时，便从S1P2开始执行指令。如果是双字节指令，则在同一机器周期的S4读入第2字节。若为单字节指令，则在S4期间仍进行读，但所读入的字节操作码被忽略，且程序计数器也不加1。在S6P2结束时完成指令操作。图2.2（a）和（b）分别为单字节单机器周期和双字节单机器周期指令的时序。大多数MCS-51指令执行时间为一个机器周期，乘法和除法是仅有的需两个以上机器周期的指令，它们需4个机器周期。对于双字节单机器周期指令，通常是在一个机器周期内从程序存储器中读入两个字节，但MOVX指令例外。MOVX指令是访问外部数据存储器的单字节双机器周期指令。在执行MOVX指令期间，少执行两次取指令码操作，而进行外部数据存储器的寻址被选通。图2.2（c）和（d）给出了一般单字节双机器周期指令的时序。2.289c51引脚功能89c51采用40条引脚的双列直插封装（DIP）方式，只要将+5v电源接到Vcc、Vss，将晶震接到XTAL1、XTAL2两端，将复位电路接到RES端，给EA端加入高电平控制电压，图2.2单片机的取指令/执行指令时序然后机器码固化再89c51内就可以使用拉。图2.3为引脚配置图。图2.389c51引脚图在40条引脚中有2条用于主电源的引脚，2条外接晶体的引脚，4条控制或其他电源复用的引脚，32条I/O引脚。各个引脚的功能说明如下。（1）单片机正常工作的条件：主电源引脚VCC（40）和GND（20）VCC：电源端，正常操作时接+5V电源。GND：接地端。复位端RST：当振荡器正常工作时，RST（9）脚上出现的两个机器周期的高电平将使单片机正常复位。考虑到振荡器起振需要一定的时间，该引脚还需保持10毫秒以上的高电平，才能有效复位。复位系统有自动复位和手动复位两种，如图2.4（a）所示，R1、C3、S1，S1为手动复位开关，通电时，电容相当于短路，因此RST脚为高电平，然后电源通过电阻对电容放电，RST端电压慢慢下降，降到一定程度，既为低电平，单片机正常工作。值得注意的是，复位信号为2个以上机器周期的高电平，单片机复位后正常工作时应该为低电平，如果未加复位电平或是复位后电平未撤除，单片机就不能正常工作。外接晶体引脚XTAL1（19）和XTAL2（18）接晶振时还要接两个20到30Pf发电容c1、c2如图2.4（b），晶振频率因单片机工作速度而异，IntelMCS-51系列为1.2到12MHZ，ATMEL89C系列为0到24MHZ，目前常采用6MHZ、11.059MHZ、12MHZ。石英晶体起振后，（18）脚有一个3v左右的正弦波。C1、c2短路晶振不良，89c51（18）、（19）脚内部反相器会损坏。Vcc电源未加上等故障可能会导致晶振不起振，使单片机无法工作。当接外部振荡器时，信号接入（19）脚，（18）脚悬浮。振荡器的12分频为一个机器周期，当外接12MHZ晶振时，一个机器周期为1微秒。MCS-51大多数指令都为一个机器周期。C310uFR110K+5S1RST12MHzC230pFC130pF19脚18脚图2-4（a）（b）EA/VDD片内程序存储器选用端：单片机复位后，PC指针可能指向片内ROM0000H或片外ROM0000H，这取决于EA/VDD端的电平。EA=0，单片机只访问外部程序存储器。EA1，单片机访问内部程序存储器，除非程序计数器包括大于片内FLASH的地址。该引脚在对FLASH编程时接5V/12V编程电压（VPP）。如果保密位1已编程，EA在复位时由内部锁存。（2）控制线：地址锁存端ALE：地址锁存允许。当单片机访问外部存储器时，该引脚的输出信号ALE用于锁存P0的低8位地址。在正常情况下，ALE输出信号的频率为时钟振荡频率的1/6。并可用作外部时钟或定时，注意每次访问外部数据时一个ALE脉冲将被忽略。ALE可以通过置位SFR的auxlilary.0禁止，置位后ALE只能在执行MOVX指令时被激活。程序存储器允许端PSEN：输出读外部程序存储器的选通信号。当执行外部程序存储器代码时，PSEN每个机器周期被激活两次。取指令操作期间，PSEN的频率为振荡频率的1/6；但若此期间有访问外部数据存储器的操作，则有一个机器周期中的PSEN信号将不出现。（3）输入/输出引脚输入/输出引脚P0.0P0.7，P1.0P1.7，P2.0P2.7，P3.0P3.7。P0.0P0.7（3932）：8位漏极开路型双向I/O端口。作为输出口用时，每位能以吸收电流的方式驱动8个TTL输入，对端口写1时，又可作为高阻抗输入端用。在访问外部程序或数据存储器时，它是分时多路转换的地址（低8位）/数据总线，在访问期间激活了内部的上拉电阻。在Flash编程时，P0端口接收指令字节；而在验证程序时，则输出指令字节。验证时，要求外接上拉电阻。P1.0P1.7（18）：带有内部上拉电阻的8位准双向I/O端口。P1的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流（IIL）在对Flash编程和程序验证时，P1接收8位地址。P2.0P2.7（2128）：带有内部上拉电阻的8位准双向I/O端口。P2的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输入。对端口写1时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，这时可用作输入口。P2作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流（In）在访问外部程序存储器和16位地址的外部数据存储器（如执行MOVXDPTR指令）时，P2送出高8位地址。在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVXRI指令）时，P2口引脚上的内容（就是专用寄存器（SFR）区中P2寄存器的内容），在整个访问期间不会改变。在对Flash编程和程序严整期间，P2也接收高位地址和一些控制信号。P3.0P3.7（1017）：带有内部上拉电阻的8位准双向I/O口。在AT89S51中，P3端口还用于一些专门功能，这些兼用功能见表2.1。表2.1P3端口引脚兼用功能表端口引脚兼用功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2INTO（外部中断0）P3.3INT1（外部中断1）P3.4T0（定时器0的外部输入）P3.5T1（定时器1的外部输入）P3.6WR（外部数据存储器写选通）P3.7RD（外部数据存储器读选通）89c51在10000次擦除和编程之后仍能可靠保存FLASH存储器的内容。存储单元的设计使得擦除和编程结构最优化。此外，先进的沟通氧化工艺和低内部电场的结合使擦除和编程操作更加可靠。FLASHEPROM存储器的特性：（1）带片擦除的FLASHEPROM内部程序存储器；（2）内部程序存储器禁止时（EA0），外部程序存储器最多可达64K；（3）可编程加密位；（4）每字节最少10000次擦除/编程周期；（5）数据最少可保存10年；（6）从一般销售商处可获得编程支持。3模数转换3.1模数转换简介A/D转换器用于实现模拟量数字量的转换，按转换原理可分为四种，即：计数式A/D转换器、双积分式A/D转换器、逐次逼近式A/D转换器和并行式A/D转换器。目前最常用的是双积分式A/D转换器和逐次逼近式A/D转换器。双积分式A/D转换器的主要优点是转换精度高，抗干扰性能好，价格便宜；但转换速度较慢。因此这种转换器主要用于速度要求不高的场合。另一种常用的A/D转换器是逐次逼近式的，逐次逼近式A/D转换器是一种速度较快精度较高的转换器。其转换时间大约在几微秒到几百微秒之间。通常使用的逐次逼近式典型A/D转换器芯片有：（1）ADC0801ADC0805型8位MOS型A/D转换器，美国国家半导体公司产品。它是目前最流行的中速廉价型产品。片内有三态数据输出锁存器，单通道输入，转换时间约100微秒左右。（2）ADC0808/0809型8位MOS型A/D转换器。可实现8路模拟信号的分时采集，片内有8路模拟选通开关，以及相应的通道地址锁存用译码电路，其转换时间为100微秒左右。在本书附录的实训电路板中采用了ADC0809芯片，实现模拟信号到数字信号的转换。下面将重点介绍该芯片的结构及使用。（3）ADC0816/0817。这类产品除输入通道数增加至16个以外，其它性能与ADC0808/0809型基本相同。3.2ADC0809说明ADC0809是典型的8位8通道逐次逼近式A/D转换器，CMOS工艺。3.2.1ADC0809的内部逻辑结构ADC0809内部逻辑结构如图3.1所示。图3.1中多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用一个A/D转换器进行转换。地址锁存与译码电路完成对A、B、C三个地址位进行锁存和译码，其译码输出用于通道选择。STCLKEOCD0D7IN0IN7ABCALEA/DVCCGNDOEVR(+)VR(-)38.图3.1ADC0809内部逻辑结构八位A/D转换器是逐次逼近式，由控制与时序电路、逐次逼近寄存器、树状开关以及256R电阻阶梯网络等组成。输出锁存器用于存放和输出转换得到的数字量。3.2.2信号引脚ADC0809芯片为28引脚双列直插式封装，其引脚排列见图3.2。对ADC0809主要信号引脚的功能说明如下：IN7IN0：模拟量输入通道ADC0809对输入模拟量的要求主要有：信号单极性，电压范围05V若信号过小还需进行放大。另外，模拟量输入在A/D转换过程中其值不应变化太快，因此对变化速度快的模拟量，在输入前应增加采样保持电路。A、B、C：地址线A为低位地址，C为高位地址，用于对模拟通道进行选择，引脚图3-2中为ADDA、ADDB和ADDC，其地址状态与通道相对应关系见表3-1。ALE：地址锁存允许信号对应ALE上跳沿，A、B、C地址状态送入地址锁存器中。START：转换启动信号START上跳沿时，所有内部寄存器清0；START下跳沿时，开始进行A/D转换；在A/D转换期间，START应保持低电平。D7D0：数据输出线为三态缓冲输出形式，可以和单片机的数据线直接相连。OE：输出允许信号用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE=0，输出数据线呈高电阻；OE=1，输出转换得到的数据。CLK：时钟信号ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提供，因此有时钟信号引脚。通常使用频率为500kHz的时钟信号。表3-1通道选择表CBA选择的通道000001010011IN0IN1IN2IN3IN31IN42IN53IN64IN75START6EOC7D38OE9CLOCK10Vcc11Vref(+)12GND13D114D215Vref(-)16d017D418D519D620D721ALE22ADDC23ADDB24ADDA25IN026IN127IN228ADC0809图3-2ADC0809引脚图EOC转换结束状态信号EOC=0，正在进行转换；EOC=1，转换结束。该状态信号既可作为查询的状态标志，又可以作为中断请求信号使用。Vcc：+5V电源Vref：参考电源参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准。其典型值为+5V（Vref(+)=+5V,Vref(-)=0V）3.2.3单片机与ADC0809接口ADC0809与单片机的一种连接如图3.3所示。电路连接主要涉及两个问题，一是八路模拟信号通道选择，二是A/D转换完成后转换数据的传送。（1）八路模拟通道选择A、B、C分别接地址锁存器提供的低三位地址，只要把三位地址写入0809中的地址锁存器，就实现了模拟通道选择。对系统来说，地址锁存器是一个输出口，为了把三位地址写入，还要提供口地址。图3.3中使用的是线选法，口地址由P2.0确定，同时和WR相或取反后作为开始转换的选通信号。若无关位都取0，则八路通道IN0IN7的地址分别为0000H0007H。当然口地址也可以由单片机其他不用的口线、或者由几根口线经过译码后来提供，这样八路通道的地址也就有所不同。若无关位都取0，则八路通道IN0IN7的地址分别为6000H6007H。从图中可以看到，把ADC0809的ALE信号与START信号连接在一起了，这样使得在ALE信号的前沿写入地址信号，紧接着在其后沿就启动转换。因此启动图3.3中的ADC0809进行转换只需要下面的指令（以通道0为例）：MOVDPTR，#0000H；选中通道0MOVXDPTR，A；WR信号有效，启动转换100101110111IN4IN5IN6IN7图3.3ADC0809与89c51单片机的连接具体程序见附录一。（2）转换数据的传送A/D转换后得到的是数字量的数据，这些数据应传送给单片机进行处理。数据传送的关键问题是如何确认A/D转换完成，因为只有确认数据转换完成后，才能进行传送。为此可采用下述三种方式。定时传送方式对于一种A/D转换器来说，转换时间作为一项技术指标是已知的和固定的。例如ADC0809转换时间为128s，相当于6MHz的MCS-51单片机共64个机器周期。可据此设计一个延时子程序，A/D转换启动后即调用这个延时子程序，延迟时间一到，转换肯定已经完成了，接着就可进行数据传送。查询方式A/D转换芯片有表明转换完成的状态信号，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查询方式，软件测试EOC的状态，即可确知转换是否完成，然后进行数据传送。中断方式把表明转换完成的状态信号（EOC）作为中断请求信号，以中断方式进行数据传送。在图3.3中，EOC信号经过反相器后送到单片机的0INT，因此可以采用查询该引脚或中断的方式进行转换后数据的传送。不管使用上述哪种方式，只要一旦确认转换完成，即可通过指令进行数据传送。首先送出口地址并以RD作选通信号，当RD信号有效时，OE信号即有效，把转换数据送上数据总线，供单片机接收，即：MOVDPTR，#0000H；选中通道0MOVXA，DPTR，；信号有效，输出转换后的数据到A累加器4数模转换4.1D/A转换器概述D/A转换器输入的是数字量，经转换后输出的是模拟量。有关D/A转换器的技术性能指标很多，例如绝对精度、相对精度、线性度、输出电压范围、温度系数、输入数字代码种类（二进制或BCD码）等。下面介绍几个与接口有关的技术性能指标。（1）分辩率分辨率是D/A转换器对输入量变化敏感程度的描述，与输入数字量的位数有关。如果数字量的位数为n，则D/A转换器的分辨率为2-n。这就意味着数/模转换器能对满刻度的2-n输入量作出反应。例如8位数的分辨率为1/256，10位数分辨率为1/1024等。因此数字量位数越多，分辨率也就越高，亦即转换器对输入量变化的敏感程度也就越高。使用时，应根据分辨率的需要来选定转换器的位数。DAC常可分为8位、10位、12位三种。（2）建立时间建立时间是描述D/A转换速度快慢的一个参数，指从输入数字量变化到输出达到终值误差（1/2）LSB（最低有效位）时所需的时间。通常以建立时间来表示转换速度。转换器的输出形式为电流时建立时间较短；而输出形式为电压时，由于建立时间还要加上运算放大器的延迟时间，因此建立时间要长一点。但总的来说，D/A转换速度远高于A/D转换，例如快速的D/A转换器的建立时间可达1s。（3）接口形式D/A转换器与单片机接口方便与否，主要决定于转换器本身是否带数据锁存器。总的来说有两类D/A转换器，一类是不带锁存器的，另一类是带锁存器的。对于不带锁存器的D/A转换器，为了保存来自单片机的转换数据，接口时要另加锁存器，因此这类转换器必须在口线上；而带锁存器的D/A转换器，可以把它看作是一个输出口，因此可直接在数据总线上，而不需另加锁存器。单片机应用的重要领域是自动控制。在自动控制的应用中，除数字量之外还会遇到另一种物理量，即模拟量。例如：温度、速度、电压、电流、压力等，它们都是连续变化的物理量。由于计算机只能处理数字量，因此计算机系统中凡遇到有模拟量的地方，就要进行模拟量向数字量、数字量向模拟量的转换，也就出现了单片机的数/模和模/数转换的接口问题。4.2DAC0832简介主要性能及技术指标分辨率为8位；电流稳定时间为1毫秒；可单缓冲、双缓冲或直接数字输入；只需在满量程下调整其线性度；单一电源供电（+5v+15v）；底功耗，200mW；DAC0832是一个8位D/A转换器。单电源供电，从+5V+15V均可正常工作。基准电压的范围为10V；电流建立时间为1S；CMOS工艺，低功耗20mW。DAC0832转换器芯片为20引脚，双列直插式封装，其引脚排列如图4.1所示。DAC0832内部结构框图如图4.2所示。1234567891011121314151617181920CSWR1AGNDDI3DI4DI5DI6DI7DI0DI1DI2VrefRfeDGNDVccILEWR2XFERIout2Iout1DAC0832图4.1DAC0832引脚图DI0DI78DAC8D/A8.&ILECSWR1WR2XFERLE1LE2Iout1Iout2VrefRfbAGNDDGNDVCC图4.2DAC0832内部结构框图该转换器由输入寄存器和DAC寄存器构成两级数据输入锁存。使用时数据输入可以采用两级锁存（双锁存）形式，或单级锁存（一级锁存，一级直通）形式，或直接输入（两级直通）形式。此外，由三个与门电路组成寄存器输出控制逻辑电路，该逻辑电路的功能是进行数据锁存控制，当LE=0时，输入数据被锁存；当LE=1时，锁存器的输出跟随输入的数据。D/A转换电路是一个R-2RT型电阻网络，实现8位数据的转换。对各引脚信号说明如下：DI7DI0：转换数据输入CS：片选信号（输入），低电平有效ILE：数据锁存允许信号（输入），高电平有效1WR：第1写信号（输入），低电平有效上述两个信号控制输入寄存器是数据直通方式还是数据锁存方式；当ILE=1和=0时，为输入寄存器直通方式；当ILE=1和1WR=1时，为输入寄存器锁存方式。2：第2写信号（输入），低电平有效XFER：数据传送控制信号（输入），低电平有效上述两个信号控制DAC寄存器是数据直通方式还是数据锁存方式；当2WR=0和=0时，为DAC寄存器直通方式；当2R=1和XFE=0时，为DAC寄存器锁存方式。Iout1：电流输出1Iout2：电流输出2DAC转换器的特性之一是：Iout1+Iout2=常数。Rfb反馈电阻端0832是电流输出，为了取得电压输出，需在电压输出端接运算放大器，Rfb即为运算放大器的反馈电阻端。运算放大器的接法如图4.3所示。Vref：基准电压，其电压可正可负,范围-10V+10V。（11）DGND：数字地（12）AGND：模拟地Iout1Iout2Rfb图4.3运算放大器接法4.3单缓冲方式的接口与应用（1）单缓冲方式连接所谓单缓冲方式就是使0832的两个输入寄存器中有一个处于直通方式，而另一个处于受控的锁存方式，或者说两个输入寄存器同时受控的方式。在实际应用中，如果只有一路模拟量输出，或虽有几路模拟量但并不要求同步输出的情况，就可采用单缓冲方式。单缓冲方式的两种连接如图4.4和图4.5所示。图4.4DAC0832单缓冲方式接口图4.4为两个输入寄存器同时受控的连接方法，1WR和2一起接8051的WR，CS和XFER共同连接在P2.7，因此两个寄存器的地址相同。ILEVccVrefIout1RfbIout234XFERWR2WR1DI0DI1DI2DI3DI4DI5DI6DI7CSP0.7-0.0WR+5V10K10K+10V-10V10KDAC0832图4.5用DAC产生锯齿波图4.5中,2=0和FE=0，因此DAC寄存器处于直通方式。而输入寄存器处于受控锁存方式，1R接8051的R，ILE接高电平，此外还应把CS接高位地址或译码输出，以便为输入寄存器确定地址。（2）双缓冲方式连接所谓双缓冲方式，就是把DAC0832的两个锁存器都接成受控锁存方式。双缓冲DAC0832的连接如图4.6所示。图4.6DAC0832的双缓冲方式连接为了实现寄存器的可控，应当给寄存器分配一个地址，以便能按地址进行操作。图4.6采用地址译码输出分别接CS和XFER而实现的，然后再给1WR和2提供写选通信号。这样就完成了两个锁存器都可控的双缓冲接口方式。由于两个锁存器分别占据两个地址，因此在程序中需要使用两条传送指令，才能完成一个数字量的模拟转换。假定输入寄存器地址为FEH，DAC寄存器地址为FFH。则完成一次数/模转换的程序段如下：MOVR0，#0FEH；装入输入寄存器地址MOVXR0，A；转换数据送输入寄存器INCR0；产生DAC寄存器地址MOVXR0,A；数据通过DAC寄存器具体程序见附录一。最后一条指令，表面上看来是把A中数据送DAC寄存器，实际上这种数据转送并不真正进行，该指令只是起到打开DAC寄存器使输入寄存器中数据通过的作用，数据通过后就去进行D/A转换。双缓冲方式用于多路数/模转换系统，以实现多路模拟信号同步输出的目的。例如使用单片机控制X-Y绘图仪。X-Y绘图仪由X、Y两个方向的步进电机驱动，其中一个电机控制绘图笔沿X方向运动，另一个电机控制绘图笔沿Y方向运动，从而绘出图形。因此对X-Y绘图仪的控制有两点基本要求：一是需要两路D/A转换器分别给X通道和Y通道提供模拟信号，二是两路模拟量要同步输出。两路模拟量输出是为了使绘图笔能沿X-Y轴作平面运动，而模拟量同步输出则是为了使绘制的曲线光滑。5电压调整电路电源电路基本结构如图4-1所示,其中Ui为整流电压输入,Uo为稳压电源输出,Vref为基准参考电压,Rw为输出电压调节电位器。其基本工作原理是:Uo=Ui-VEC,通过运放A调节BG1之EC端压降VEC,使Uo达到预定大小。图5.1直流稳压电源电路基本结构图5.1调整管控制电路本方案调整管控制电路由图5.1中BG1、BG2和RB组成。BG1采用共射极连接方式,负载电流IL由C极输出。由于共集极连接方式的输出电阻比共射极小,常见直流稳压电源的调整管控制电路(如图5.2)通常采用共集极连接方式(亦称射极输出式),负载电流由E极输出。相比之下,本方案的输出内阻会大一些,但相应地带来下述优点:本方案BG1基极电流IB1由地端反向引入,大小等于IC1/1(1为BG1的电流放大倍数),而常见电路基极电流IB1由RCB上的电流分出,因此ICB比IC1/1大得多。由于RCB图5.2常见调整管控制电路图必须有较大的电流流过,BG1之CB端必须维持较大电压,因而Vce不可能很小(Vce=Vcb+0.7),而本方案VCE的允许最小电压可以小很多,因此在相同输出电压、输出电流的条件下,调整管的功耗(ILVce)可大幅降低,整流变压器的输出电压、功耗与成本也可大大降低。5.2电压反馈调节电路本方案采用了PI调节器来调节输出电压。图5.1中,运放A、R1、C1、R0构成一种典型的PI调节器,它具有如下性质:输入电压Vi0时,电容C1就要不断充电或放电,输出电压V0也随之不断变化;Vi=0时,电容C1既不充电也不放电,V0保持原值。换句话说,PI如果处于稳态,则Vi必为0。本方案正是利用了这个性质来消除电源输出电压的静态误差。图5.1中,假如电源系统处于稳态,则Vi=0,于是:（1）一旦负载电阻RL变化、电源系统处于动态时,系统将自动进行调节,其过程如下(以RL变小为例):Uo=RLILViIB2IB1IR1I1=IR1Uo=RLIL直到Vi=0，即Uo=RWVref/Rf图.系统自动调节图以上分析说明电源输出最终取决于RW、Rr和Vref。当RW、Rr确定后,只要Vref保持恒定,则输出亦恒定;而Rr、Vref确定后,Uo由RW线性可调。负载扰动(变大或变小)对电源输出稳态电压不产生任何影响,从电源技术的角度来讲,这意味着内阻Rn可达零可见采用PI调节器完全克服了共射极连接方式输出电阻大的缺点。常见直流稳压电源一般采用比例调节器或晶体管差分电路作电压反馈调节,从理论上讲,它无法消稳态误差,所以电源的内阻必然存在。5.3稳定性分析（1）绝对稳定性分析根据克希霍夫电压和电流定理,列出描述本电源系统状态的微分方程式如下(相应变量采用小写字母表示):（2）（3）（4）（5）（6）（7）其中2为BG2的电流放大倍数。令，方程两边进行Laplace变换,则(2)(7)可化为:（8）（9）（10）（11）（12）根据(8)(12)画出电源系统控制框图如图5.4所示。图5.4电源系统控制框图从该传递函数可知系统是个一阶系统,具有绝对的稳定性。（2）电压纹波分析常见电源结构实质是一个电压反馈调节型的控制系统,如图5.1所示,输出Uo基本上等于输入Ui在BG2之CE端等效电阻的分压。因此整流输入Ui的波动对输出会不同程度地产生影响。从第二节的分析不难看出,本设计电源的控制方式实质是电流型的,图5.1实用直流稳压电源电路图调整管等元件构成的是一恒流电源,因此,如果器件的特性是理想的话,整流输入Ui的波动不会影响输出纹波电压。但根据(1)式,输出Uo是一跟随Vref变化的量,因此系统输出的纹波取决于Vref的纹波系数。故电源设计时,应尽可能采用高稳定性的基准电源。6显示电路动态显示是一位一位地轮流点亮各位数码管，这种逐位点亮显示器的方式称为位扫描。通常，各位数码管的段选线相应并联在一起，由一个8位的I/O口控制；各位的位选线（公共阴极或阳极）由另外的I/O口线控制。动态方式显示时，各数码管分时轮流选通，要使其稳定显示必须采用扫描方式，即在某一时刻只选通一位数码管，并送出相应的段码，在另一时刻选通另一位数码管，并送出相应的段码，依此规律循环，即可使各位数码管显示将要显示的字符，虽然这些字符是在不同的时刻分别显示，但由于人眼存在视觉暂留效应，只要每位显示间隔足够短就可以给人同时显示的感觉。采用动态显示方式比较节省I/O口，硬件电路也较静态显示方式简单，但其亮度不如静态显示方式，而且在显示位数较多时，CPU要依次扫描，占用CPU较多的时间。6.1串行移位译码器74LS164移位寄存器是暂时记忆数据的“寄存器”，其特征是具有将数据向左或向右移动的功能。移位寄存器有各种形式。按存数据的位数有4位、8位等，按“输入/输出数据”形式有“串入/串出”、“串入/并出”、“并入/串出”、“并入/并入”等。图6-1是串行输入/并行（串行）输出移位寄存器74LS164的管脚排列图。其功能表见表6-1所示。74LS164有两个串行数据DA、DB输入端，使用时一般把它们连在一起；CR为清零输入端，低电平有效，当该端加入低电平时，寄存器输出Q0Q7全为低电平。在正常情况下，清零输入端接高电平，当CP信号上升沿到来时，数据右移一位；Q0Q7为并行数据输出端，同时Q7端也是串行数据输出端，对于串行输入的数据，最先输入的从Q7输出，最后进入的从Q0输出。CP为移位脉冲。图6-174LS164管脚图表6-174LS164真值表输入输出CRCPDADBQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q70XXX0000000010XXQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q71111Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q610X0Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q61X00Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q674LS164的内部结构图：图6-274LS164的内部结构图图6-374LS164时序图74LS164为串行移位译码器，它主要由时钟线控制，时钟线每来一个上升弦，数据线将把一位数移进去，移八次就进一个字节，同时在数码管显示出来。6.2数码管（1）数码管结构数码管由8个发光二极管（以下简称字段）构成，通过不同的组合可用来显示数字09、字符AF、H、L、P、R、U、Y、符