电气工程及其自动化-基于数字电位器X9221的可编程线性稳压电源论文设计

1、基于数字电位器X9221的可编程线性稳压电路摘 要数字电位器使用数控方式调节电阻值，与传统的机械电位器相比性能更加优越，因此能够在许多应领域代替机械电位器。数字电位器一般情况下带有总线接口，能够通过单片机或者逻辑电路进行编程。自从20世纪90年代问世以来，就彰显出强大的生命力。可调线性稳压器通过手动调节电阻值来改变输出电压，不但调节精度低，而且使用不够方便。但是用数字电位器代替可调电阻，即可构成由计算机控制的可编程稳压器，能够有效地解决以上两个问题。本设计通过STC89C52单片机控制数字电位器X9221的阻值，由此来改变稳压电路的输出电压。采用按键方法控制计数值的增减，进而改变数字电位器的电

2、阻值，并通过数码管显示计数值的大小。且该稳压电路的输出电压线性可调，输出电压的线性度符合一般应用要求。关键词：数字电位器X9221,单片机STC89C52,稳压电路Based on the digital potentiometer X9221 of the programmable linear regulator circuitABSTRACTDigital potentiometers use numerical control method to adjust the resistance value, which own superior performance compared w

3、ith the traditional mechanical potentiometers.Thus it can replace mechanical potentiometers in many application fields.Digital potentiometers usually take a bus interface and can be programmed by the single chip microcomputer or the logic circuit.Since it appeared in the 1990s,it has been showing th

4、e great vitality.Adjustable linear regulator is manually adjusted the resistance value to change the output voltage,which is not only low precision but also inconvenient to use.But using digital potentiometers instead of the adjustable resistance,can constitute a computer-controlled programmable reg

5、ulator,and is able to solve these two problems above effectively.We can adjust the resistance value of the digital potentiometer X9221 by the single chip microcomputer STC89C52 to change the output voltage of the voltage regulator circuit in this design.We use buttons to control the count value to c

6、hange the resistance value of the digital potentiometer and display the count value by the digital tube. The output voltage of the circuit is linearly adjustable,and the linearity of output voltage conforms to general application requirements.Key words：Digital potentiometer X9221,Single chip microco

7、mputer STC89C52,voltage regulator circuit 目 录1 绪论 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1 1.1 课题研究目的及意义 . . . . . . . . . . . . . . .1 1.2 国内外同类研究情况 . . . . . . . . . . . . . . .1 1.3 研究内容 . . . . . . . . . . . . . . . . . .12 设计方案 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22.1 LM317简介及其基本原理. . . . . .

8、. . . . . . . .2 2.1.1 LM317简介 . . . . . . . . . . . . . . . . .2 2.1.2 LM317基本原理 . . . . . . . . . . . . . . . .2 2.2 LM317的典型应用电路 . . . . . . . . . . . . . . .42.3 由数字电位器和LM317构成的可编程线性稳压电路. . . . . . . .5 2.3.1 电路设计方案 . . . . . . . . . . . . . . . .5 2.3.2 设计要点及其使用注意事项 . . . . . . . . . . . . .63

9、电路硬件设计部分 . . . . . . . . . . . . . . . . .8 3.1 可编程线性稳压电路系统框图 . . . . . . . . . . . . .8 3.2 数字电位器X9221简介及工作原理 . . . . . . . . . . . .9 3.2.1 X9221简介 . . . . . . . . . . . . . . . . .9 3.2.2 内部结构 . . . . . . . . . . . . . . . . .10 3.2.3 引脚功能 . . . . . . . . . . . . . . . . .11 3.2.4 工作原理 . . . . .

10、. . . . . . . . . . . .123.3 STC89C52单片机控制中心 . . . . . . . . . . . .15 3.3.1 STC89C52简介 . . . . . . . . . . . . . . . .15 3.3.2 引脚功能 . . . . . . . . . . . . . . . . .163.4 按键 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18 3.4.1 按键原理 . . . . . . . . . . . . . . . . .18 3.4.2 消除抖动 . . . . . . . . . . . . . .

11、 . . .18 3.4.3 独立式按键及其接口 . . . . . . . . . . . . . .193.5 数码管显示部分 . . . . . . . . . . . . . . . .203.6 LM358缓冲器 . . . . . . . . . . . . . . . .21 3.6.1 LM358简介 . . . . . . . . . . . . . . . . .21 3.6.2 引脚功能 . . . . . . . . . . . . . . . . .214 软件设计部分 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .225 硬件及软件的制作

12、和性能测试 . . . . . . . . . . . . . . .24 5.1 可编程线性稳压电路实物 . . . . . . . . . . . . . .24 5.2 可编程线性稳压电路结果测量 . . . . . . . . . . . . .26结论 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29致谢 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30参考文献 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31附录 . . . . . . . . . . . . . . .

13、. . . . . .32 v1 绪论1.1 课题研究目的和意义 从上个世纪九十年代数字电位器慢慢出现在人们的视线中，它表现出了强大而又旺盛的生命力，可谓声势浩荡。与传统手调电阻不同，DCP元器件采用数字控制的方式来调节电阻值大小。DCP显现出的优点为能改变有效电气角度、不容易产生元器件震动、不发生杂音、可使用时间长等。跟传统的电位器在工作模式、外形与结构上完全不同，模拟电位器通常采用机械调节如（螺丝刀）调整电阻值，而数字电位器取代了可调式电阻，所以可以构成由计算机控制的可编程稳压器。使用DCP元器件代替手调电阻，不仅能降低研究成本、使用寿命增长、电路的稳定性得到了进一步的提升。其次通过数字电

14、位器可以实现电路的自动调节功能，避免了人工操作的误差，使系统功能实现起来更为方便灵活。通常情况下DCP与单片机的接线口相连接，使得单片机的程序可以通过数据传输使得DCP内部阻值发生改变。随着科技的发展，数字化科技也在不断的成长，更新，生活中越来越多的器件都向着智能和数字化靠拢。由此可知，伴随在数字技术迅猛发展的如今，数字电位器在电子技术领域大放光彩的日子已经来临。1.2 国内外研究状况 数字电位器通过可控制的数字信号来调节电阻阻值，效率和精准度都很优良，所以数字电位器适用于大多可编程器件集成的功能电路，举例：程控滤波电路、可编程增益放大器集成电路、可编程线性稳压电源电路、控制音量大小电路等等。

15、如今，数字电位器DCP在国民的生活中越来越被广泛使用，我们能接触到到的小到手机，时钟，大到空调洗衣机，还有被厂家用在工业设备的生产上还有医院里的各种检测设备，可谓花开满园。本文提出基于数字电位器X9221的可编程线性稳压电路的设计方法。1.3 研究内容 可编程线性稳压电路的组成部分 a.基准电压源 b.数字电位器 c.缓冲器 软件编程 硬件及软件的测试基于数字电位器X9221的可编程线性稳压电路的性能测试2 设计方案2.1 LM317介绍与其基本原理2.1.1 LM317介绍 LM317是三端正向电压可以调节的稳压器，它是由美国一家半导体公司研制的输出电压可调节的电子元器件。输出电压范围在（1

16、.2V-37V）可以发挥正常作用。输入UI=2V40V 输出UO=1.25V37V IOM可调=1.5A。使用LM317的原因：LM317性能稳定、调节广度大、高纹波抑制比、质量好噪声小等特点。Lm317只需要两个外接电阻就能设置好其电压，使电路能够稳定工作。除此以外，此稳压器内部还有个内部安全保险丝架构，为了确保更加安全，我们通常再接个二极管作为保护，来有效避免电路中电容放电生成高电压把LM317稳压器损坏。LM317稳压器实物图如图2.1.1所示。 图中LM317管脚的注释（从左到右）：ADJ=电压调节脚 UO=电压输出脚UI=电压输入脚 2.1.2 LM317基本原理 2.1.2如下图

17、LM317的内部原理结构框图。我们可以看出LM317稳压器就像一个盒子，它把一个数值为50毫安的恒流电源、误差放大器的正脚、偏置电路的公共部分一起放在里面然后与盒子出口输出端相连接，让进入盒子的电压和盒子内部的电压形成压差然后比较工作运行。LM317稳压器内部有把数值为1.25V的基准电压源架设于稳压压器的调节端脚与误差放大器正向脚之间，由此可得将adj调节端接地， LM317就形成了一个输出电压为的三端固定式线性稳压器。此外，lm317中还有个最小稳定工作电流的说法，有的地方也说是外泄电流。有个注意点：当电路输出电流大于最小稳定电流的时候，lm317是能正常工作的。反之，lm317将无法正常

18、的运行也就无法调试了。图2.1.2 LM317的内部原理结构框图2.2 LM317常用典型应用电路如图2.2.1 LM317的常用典型应用电路 如上图2.2.1中所示： （240欧）与（6.8千欧）：采样电阻 ：防止输出端产生电流振荡 ：过滤掉R2电阻两端纹波D1：保护lm317防止其被电容放点损坏D2：保护电路 LM317稳压器的Imin可以选取取或，所以R1的电阻值可以求得： 当电路中最小负载电流时，,对应的可选用值为6.8千欧的可调电阻。当电路中最小负载电流时，,对应的电阻可选用3.4k的可调电阻运用到电路中。 Lm317稳压管输出电压计算公式如下所示： 由上式子分析，输出一个50uA恒

19、电流，是属于LM317稳压器的静态电流。因为，所以通常的情况下忽略不计算，公式就简化成了如下所示： 这里指出典型电路中明显的缺点就是输出的电压值一定要通过手动调节，暂不说它调节精度很低，而且使用起来也是特逼得不方便，因此本设计的思路就要从这里展开突破。2.3由数字电位器和LM317构成的可编程线性稳压电路2.3.1电路设计方案初步方案设计： 从分析了LM317的典型电路图后，我想到了用数字电位器（DCP）代替图2.2.1中的电阻，模拟电路图如2.3.1所示。通过DCP代替机械电阻可以调节，可以使调节电阻更加精准而且数据可精确计算，非常有利于本设计的最终设计电路的实现。我们可以通过单片程序运行改

20、变数字电位器值，就可以设定稳压器的输出电压UO 。图2.3.1 2.3.2设计要点及其使用注意事项 .lm317稳压器电压调节范围：Lm317稳压器电压调节范围：Vo=1.25V37V本毕设中用数字电位器DCP来取代可变电阻（滑动变阻器），lm317稳压器的调节范围受影响变小了。正常情况下，数字电位器DCP的电源可控电压范围是2.5V至5.5V，通常典型当5V计算，所以上的电压数值也不能超越5V的值。如若数字电位器上的电压降超过5V，那么就一定要使用另一种高电压数字电位器了。 .稳压器存在的空载特性在本设计实验中，用数字电位器代替机械电阻来构成可编程的线性电路就一定要考虑到LM317稳压器空载

21、特性的问题。LM317空载时最小负载电流为5毫安，所以为了避免空载特性影响实验结果，要是最小负载电流大于5毫安才能正常运行并实验。 LM317稳压器中横静态电流，通常状况下，选取,但是和在数字电位器上造成的电压降。如果让调节至1.008k的数值时，则, ,该电压与最小负载电流在上的电压相加，会造成的数值升高0.05V。不过当的情况下，就一定要将和的电阻数值一道变化为原来数值的5倍，就是，。若将调节至5.04k的时候，这种情况下和形成的压降都会相应的变成原来的压降的5倍，这种情况就会让增加了0.25V。因此可以得出，的电阻阻值的变化会对Lm317稳压管的稳压性起到一些影响的作用。 这里提出了2种

22、方案来解决使通常的数字电位器DCP能满足LM317稳压器空载特性的问题：a. 可以在LM317稳压器的输出接口接一个负载电阻。缺点就是、并联会降低电源运行的效率，而且电阻的线性度也会受之影响。b. 架构基准电压源的方法，就是给LM317稳压器的ADJ可调节端口提供基准电压。运用基准电压的原因与优点：电压输出稳定性高、不会受到环境和其他因素的影响、外部可以调节利于操作，可以获得很高精准度的数值、用起来方便快捷灵活。本稳压线性电路各个部分集成如下图2.3.4。图2.3.4 可编程线性稳压电路 通过比较，b方法优点明显，值得采用，所以本毕业设计采用b方法,使用X9221数字电位器来替代可变电阻从而实

23、现电阻可调节。数字电位器X9221内部有2个非易失性数控电位器(E2POT)，还有I2C接口电路，还有2k与50k两个电位器，它们的分辨率达到1/63，此芯片是有个I2C总线接口并受其控制，它的电阻值是由其受控制端控制其电位器的两个滑动端口继而使其发生数值变化，而后成功作用了lm317稳压器输出电压UO的线性可调。 线性稳压实物电路图如图2.3.5。电源在接上5v电压的情况下，此稳压电路的输出电压，在2.11V至4.08V的范围内线性可调节，其特性和性能基本都能满足。 图2.3.5 线性稳压电路实物图3 电路硬件部分设计3.1 可编程线性稳压电路系统框图 图3.1.1 可编程线性稳压电路系统框

24、图本毕业设计通过对STC89C52单片机的控制来改变X9221数字电位器的电阻值，进而使lm317稳压器的输出电压产生线性变化，使稳压器的输出电压在可调节范围内线性可调节。本设计通过单片机设置好的按键来改变X9221数字电位器滑动端wcr(控制寄存器)的状态属性，使得数字电位器的阻值发生改变，而且X9221数字电位器的阻值可以在单片机的数码管上显示。3.2 数字电位器X9221简介及工作原理3.2.1 X9221简介 X9221是由美国XICOR公司研制出的最主要最成功的产品之一。他们公司生产DCP制作工艺是以硅工艺为特色，生产出来的DCP电子元器件性能良好，可靠性强，因此获得专利技术。X92

25、21数字电位器内部含有数控电位器，这两个电位器是记忆型电位器，英文可以缩写为E2POT。X9221对于电阻的改变是通过微型CPU、微控制器两者在总线接口处汇合一起输出来起到控制的效果。双线接口的DCP优势也是很明显的：1.调节误差较小；2.一些类似机械振动，内部颗粒因子，外部坏境等因素对其影响较小；3.拼装简单；4.不容易产生器件损耗；5.数据可输入与可输出；6.非常合适用于音频系统的电路；7.软件控制简单；8.体积灵活小巧，操作方便。数字电位器 X9221的内部集成了滑动端计数寄存器（WCR）和数据寄存器。每2个电阻单元之间及端点之间有64个可供滑动端访问的抽头；x9221的工作电压电源电压

26、为4.5V至5.5V或2.7V至5.5V。X9221封装版实物图如3.2.1下图所示。 图3.2.1 X9221实物图3.2.2 X9221数字电位器内部结构 图3.2.2 X9221的简化框图上图3.2.2是X9221的内部结构图。上图芯片主要由2个电阻阵列（E2POT）和I2C接口电路组成。63个电阻单元、64个电子开关、1个滑动端计数寄存器（WCR）、4个8位数据寄存器（R0R3）、递增/递减逻辑电路、级联控制逻辑电路、64选1译码电路组成了一个完整的电阻阵列。滑动端控制寄存器主要控制着滑动端位置。可以通过对2个电阻阵列的串联使用来组成一个127抽头的 数字电位器。在每两个电阻单元（包括

27、两端）设有64个抽头，滑动端可以对其进行访问。I2C总线接口受单片机控制对滑动接口的位置进行调整。一个滑动端计数寄存器和4个可读写的数据寄存器构成了一个电阻阵列。 若是想要设定滑动端的位置，可以通过滑动端计数器来接收数据寄存器发出的信号来完成。每个数据寄存器都可以接受并记录滑动端的位置。一方面，信号可以直接写入WCR，另一方面可以完成每个数据寄存器的内容到WCR的转移。这些数据寄存器或者都可以由电脑读出或写入。 将六十三个电阻串联就可以构成数字电位器的主体部分。机械电位器是一个抽象化的二端口元件，它的相关过程的实现主要是通过相关电阻的实际连接点的变化来实现的。滑动端计数器WCR记录的数据可以控

28、制唯一一个电子开关的闭合属性。3.2.3 引脚功能 3.2.3 X9221引脚图 X9221采用DIP-20或SOIC-20封装，其引脚图如图3.2.3所示。各个引脚的功能如表3.2.1所述： 表3.2.1 引脚功能引 脚符 号说 明20VCC接电源10VSS接 地9SDA串行数据端14SCL串行时钟端4、5、15、16A0、A2、A3、A1地址线1、6VW0、VW1数字电位器的滑动端2、7VL0、VL1数字电位器的低端3、8VH0、VH1数字电位器的高端11、12、13、17、18、19RES空 脚3.2.4 工作原理1. I2C总线接口 X9221支持I2C总线的如下规定:. 每个器件都有

29、接收和发送两个属性，可以为接收器，也可以为发送器。通过区分控制总线接收或输出端的位置来区分主器件和从器件。主机在任何情况下总是启动数据传输，并且为发送和接收提供时钟信号。因此，X9221在任何情况下都是作为从器件使用。本设计中用到了SDA（串行数据线）和SCL（串行时钟线）两根数据信号线。I2C总线接口是每一个要进入I2C总线系统的设备所必须的，只需要将I2C总线上所有节点的SA和SCL分别与总线的SDA和SCL相连即可。整个过程中最重要的一环是各个节点要共地，且SDA和SCL都要接上拉电阻。 本设计采用STC89C52单片机作为控制设备，但由于STC89C52本身不具备I2C总线接口，因此用

30、I/O口的P1.0和P1.1口分别虚拟I2C总线的SDA和SCL。数字电位器与单片机的连接可以参照图3.2.4。 图3.2.4 X9221与单片机接口图2. 器件寻址 主器件对从器件的寻址，即访问从器件的地址。从器件的地址如图3.2.5所示。 图3.2.5 X9221的地址格式 如图所示前四位地址是器件类型识别码，识别码可能会随着元器件属性的不同而不同，但是识别码是不会发生改变的。对于X9221来说，该识别码为二进制数0101； 低4位（A3A0）：X9221的编程地址，该地址由A3A0接入的电平状态来确定。根据编程地址的不同，单片机（主器件）可以识别多个X9221，X9221将来自单片机（主

31、器件）的地址与自己本身的地址进行比较，仅当两者相同时，X9221才做出一个应答响应。本设计将A3A0均接低电平，因此器件地址为：01010000。3. 指令结构 指令字节的格式如图3.2.6所示，其中： 高4位（I3I0）：指令码； 中间2位（P1、P0）：用于选择2个电器中的某一个（P1恒为0）； 末置位（R0、R1）被用来选择四个数据寄存器中的其中一个。 图3.2.6 指令字节的格式 本设计选择第0个电位器，第0个数据寄存器。 X9221稳压器指令集如表3.2.2所述：表3.2.2 X9221指令集指 令I3 I2 I1 I0 0 P0 R1 R0操 作RW1 0 0 1 0 1/0 N/

32、A N/A读出由P0指定的WCR中内容 WW1 0 1 0 0 1/0 N/A N/A将新值写入到由P0指定的WCR RDR1 0 1 1 0 1/0 1/0 1/0读出由P0、R1、R0指定的数据寄存器内容 WDR1 1 0 0 0 1/0 1/0 1/0 写入新值到P0、R1、R0指定的数据寄存器 XDW1 1 0 1 0 1/0 1/0 1/0传输由P0、R1、R0指定的数据寄存器内容到P0指定的WCR XWD1 1 1 0 0 1/0 1/0 1/0传输由P0指定的WCR内容到P0、R1、R0指定的数据寄存器 GXDW0 0 0 1 N/A N/A 1/0 1/0传输由R1、R0指定所

33、有数据寄存器内容到与其相关的WCR GXWD1 0 0 0 N/A N/A 1/0 1/0传输所有WCR内容到与它们相关由R1、R0指定数据寄存器 IDW0 0 1 0 0 1/0 N/A N/A使能由P0指定的WCR递增/递减 此X9221稳压器芯片中指令共有9条，其中有4条是2字节指令。下面我们来阐述下什么是二字节指令。二字节指令的本质是WCR与数据寄存器两者之间完成数据的传输。如果需要完成一次静态读写的操作，那么就需要将数据寄存器上的数值传输到WCR即可。X9221的滑动端操作的响应段延时间为tSTPWV。从WCR到数据寄存器的传输，实际上是对NVM的一次烧写操作，至少需要一个tWR才能

34、完成。X9221二字节指令序列如图3.2.7所示。图3.2.7 二字节指令序列 三字节指令：实现在主机与X9221之间进行数据传送。数据可以由主机传输到某一个数据寄存器，也可由主机直接传输到WCR中。三字节指令中的最后一个字节都是数据字节。X9221三字节指令序列如图3.2.8所示。图3.2.8 三字节指令序列 递增/递减指令:使得主机能够精细调节X9221的电阻值。当SDA为高电平时，每一个SCL时钟脉冲将使滑动端向高端移动一次；当SDA为低电平时，每一个SCL时钟脉冲将使滑动端向低端移动一次。X9221递增/递减指令序列如图3.2.9所示。图3.2.9 递增/递减指令序列3.3 STC89

35、C52单片机控制中心3.3.1 STC89C52简介 STC89C52是一种特别小巧的但是具备了优良性能的8位微处理器，它内部配备有8K在系统可编程Flash存储器，所以在如今嵌入式应用蓬勃发展的今天起到了举足轻重的作用。它具备如下的功能：8K字节的Flash,512字节的RAM，32位I/O口，看门狗定时器，3个16位的定时/计数器，4个外部中断，全双工串行口等。STC89C52芯片实物图如图3.3.1所示。 图3.3.1 STC89C52实物图3.3.2 引脚功能 STC89C52的引脚图如图3.3.2所示。 图3.3.2 STC89C52引脚图 STC89C52引脚功能说明： VCC（4

36、0脚）：电源电压。 GND（20脚）：接地。多功能I/O口引脚8051单片机拥有四个接口和引脚，通过这些接口和引脚可以对输入的信息进行识别控制以及传输，其中有几个比较重要的引脚作用功能非常强大，下面对这几个引脚进行详细的介绍。P0口（3239脚）双向口（三态），可以对信号和电压进行输入输出，通过信号对单片机的控制，能够驱使一些单片机内部控制系统运行。一般情况下，输入这些接口的信息不同，使用的存储器型号也有所区别。 P1口（18脚）准双向口（三态），此接口可以对LSTTL进行控制，控制LSTTL的工作运行。 P2口（2128）准双向口（三态），此接口可以对LSTTL进行控制，控制LSTTL的工作

37、运行；一般在这些接口使用的过程中可以对地址总线进行选择，根据输入信号的不同选择不同的地址总线来进行信号传输，而且还可以通过不同的存储器来对信号进行分类存储。 P3口（1017脚）准双向口（三态），此接口可以对LSTTL进行控制，控制LSTTL的工作运行，此接口中的接口功能跟前面几个接口功能有很多类似支出，每一个接口也都有其特定功能。下面就对这些接口的具体功能进行列图介绍。在对Flash ROM进行编程和程序校验时，P3口也接收控制信号。P3口除了作为一般的I/O口之外，同时也有其他一些复用功能。其复用功能如表3.3.1所述：表3.3.1 P3口复用功能引 脚 号复 用 功 能 P3.0RXD(

38、串行输入)P3.1TXD(串行输出)P3.2 /INT0(外中断0)P3.3 /INT1(外中断1)P3.4T0(定时器0的外部输入)P3.5T1(定时器1的外部输入)P3.6/WR(外部数据存储器写选通)P3.7/RD(外部数据存储器读选通) 外接晶体或外部振荡器引脚XTAL1和XTAL2是两个单片机中极为重要的引脚，可以连接到晶振上；这个引脚能够帮助单片机外接一个放大器，帮助单片机更好的运行工作。控制信号线RESET（9脚），可以控制信号的输入，也可以对存储器进行控制。ALE（30脚），这个引脚主要就是对一些信号进行接收和传输，可以利用八位进制来对信号进行控制，使得信号从PO口出输出。EA

39、（31脚）,此引脚可以对单片机外部信息进行核实，控制外部信息和电压的输入输出。如果在EA处进入一个高电压，就可以使得存储器对外开放，允许外界系统进入；如果进入低电压，那么可以采用其他的控制方式对电压的输入输出控制。3.4 按键3.4.1 按键原理 在不工作时，按键一直处于断开状态，只有当键按下时才闭合。通常，按键开关都为机械开关。因机械触电的弹性作用，按键在闭合和断开的时候不可能立刻稳定地接通或者断开，因此在闭合和断开的瞬间会产生一连串的抖动，并且抖动现象持续的时间大约为510ms。为了确保按键闭合一次，仅做一次键输入处理，就必须要采取消抖措施。3.4.2 消抖措施 本设计采用消除抖动方法：硬

40、件消抖法和软件消抖法。 在开关数量较少的时候可以用硬件方法消抖。硬件去抖动的方法是，用简单的基本RS触发器或者是单稳态电路或者是RC积分滤波电路构成去抖动按键电路。 而如果开关数量较多时，通常采用软件方法消抖。软件去抖动的具体做法:在第一次检测到按键按下后，执行一段10ms的延时子程序，避开抖动，待前沿抖动消失后再次检测按键的状态，从而确认该键是否真正按下，以消除抖动的影响。一般都采用软件方法消除按键抖动。3.4.3独立式按键及其接口 独立式按键：顾名思义，各个按键的的状态是相对独立的不会受到其他的按键的状态的影响，每个按键都和一个对应的I/O接口相连，来实现按键和单片机之间的交互。它的主要优

41、势就是结构简单对于相关的电路的配置比较简单。缺点：当按键数量较多时，I/O接口线的电路结构复杂。因而，独立式按键只适合于按键数量较少的情况。由于本设计中只涉及到两个按键，因此采取独立式按键而非矩阵式键盘。 本设计采用YL-39 51开发板上的两个独立按键K5键和K6键来控制数字电位器电阻值的增减。YL-39 51开发板的独立按键电路模块如图3.4.1所示。 图3.4.1 YL-39 51开发板独立按键电路模块 由图3.4.1可以看出，这4个按键均为低电平有效。按一次K6键，表示计数器增加1个值，即表示数字电位器X9221的滑动端向高端移动1位；按一次K5键，表示计数器值减少1个值，即表示数字电

42、位器X9221的滑动端向低端移动1位。3.5数码管显示部分 在单片机的实际结构中，对于数码管的组成是由发光二极管实现的，主要是按照相关的排列顺序，可以通过逻辑“0”和“1”来控制对应二极管的亮灭来实现相应的数字显示，根据二极管排列方式的不同可以分为共阴和共阳两种。数码管的外形结构和引脚图及共阳、共阴结构分别如图3.5.1（a）、(b)、(c)所示。图3.5.1（b）是共阳结构，8个发光二极管的阳极都接+5V电源作为公共端，阴极分开控制。当某个二极管的阴极为低电平时，则此发光二极管导通点亮。图3.5.1（c）是共阴结构，8个发光二极管的阴极都接地作为公共端，阳极分开控制。当某个二极管的阳极为高电

43、平时，则此发光二极管导通点亮。 (a)外形和引脚 （b）共阳结构 （c）共阴结构 本设计采用YL-39 51开发板上的数码管显示按键按下后的计数值。由于X9221属于双路64抽头数字电位器，因此，计数器值从063范围内变化，所以，本设计中只用到YL39 51开发板上四个数码管中的后面两个。 此开发板数码管显示采用动态显示方式，具体方法是：将四个数码管的字段选线并接在一起，接到P2（P2.0P2.3）口上，每个数码管由相应的I/O口线控制。因为4个数码管的段选线都接在同一个I/O口上，因而这4个数码管在送一个字段码时会显示同一个字符。为能在4个数码管上显示不同的字符，需要分时轮流点亮各个数码管，

44、即在每一个时刻只使某一个数码管显示字符。在此瞬间，段选控制I/O口输出相应的字型码，位选控制I/O口在该显示位送入选通电平，从而确保该位显示相应的字符。这样轮流，使得每位分时显示该位应显示的字符。由于人的视觉暂留，从效果上看，就感觉是4个数码管可连续稳定地同时显示4个不同的字符。3.6 LM358缓冲器3.6.1 LM358简介 LM358内部包含有两个独立的双运算放大器，可以在双电源模式下工作，也可以在电源电压范围很大的单电源模式下工作。它的使用包括：传感放大器、直流增益模块及其他所有可以用单电源供电的使用运算放大器的场合。3.6.2引脚功能 LM358引脚图及其功能如图3.6.1所示。 图

45、3.6.1 LM358引脚图 LM358引脚功能说明: VCC(8脚)：+5V电源电压 GND（4脚）：接地 IN1(+)(3脚)、IN2（+）（5脚）：运算放大器同相输入端 IN1(-)(2脚)、IN2（-）（6脚）：运算放大器反相输入端 OUT1(1脚)、OUT2(7脚):运算放大器输出端 本设计中LM358实际上是一个电压跟随器，数字电位器X9221的滑动端VW0（1脚）接到LM358的一个同相输入端（3脚），反相输入端2脚和输出端1脚接在一起，且1脚接到LM317的调整端。综上所述，LM358起到一个缓冲器的作用。4 软件设计部分 根据数字电位器X9221的I2C的时序要求编写程序（C

46、语言）。程序流程图如图4.1所示。在程序初始化时，一定要对数字电位器X9221的滑动端计数寄存器（WCR）写初值。接着是判断按键是否按下，这中间包含一个10ms的延时程序，其目的是消除抖动。紧接着是将按键按下的计数值写入滑动端计数寄存器（WCR），然后将计数值送入数码管显示。详细程序见附录。 图4.1 程序流程图5 硬件及软件的制作和性能测试5.1 可编程线性稳压电路实物图5.1.1 可编程线性稳压电路实物图 可编程线性稳压电路如图5.1.1所示。该电路由双路64抽头数字电位器X9221、稳压管和运算放大器LM358构成。其中，稳压管提供基准电压，运算放大器LM358作为缓冲器。输入电压连接至

47、稳压器LM317的输入端，输出电压连接至稳压器LM317的输出端。 本设计使用Yl-39最小型单片机的52芯片来控制DCP X9221的电阻值，由此来改变线性稳压电路的输出电压,寻找本设计研究的线性稳压特性问题。其中按键及显示部分采用YL-39 51开发板上自带部分，YL-39 51开发板实物图如图5.1.2所示。图5.1.2 YL-39 51开发板实物图 整体电路外部电路实物图（未上电）如图5.1.3所示。图5.1.3 外部电路实物图（未上电）5.2可编程线性稳压电路结果测量图5.2.1 测试器件 测试万用表如图5.2.1所示，本设计采用万用表对电路研究的数值进行测量。首先我们将万用表调节到

48、直流电压档，然后将黑表笔轻轻接触在电路的接地端、红色表笔接在稳压器LM317的输出端口UO。准备就绪后将步进开关按键按下，观察数码管计数值与万用表对应的读数的变化，寻找他们之间存在的关系。 本设计的可编程线性稳压电路中的电源电压和地分别接至YL-39 51开发板上单片机的外接电源电压和地，其中单片机的外接电源电压值为+5V。 上电测试过程如图5.2.2和图5.2.3所示。其中：图5.2.2中万用表的读数是计数值为1时相应的稳压电路的输出电压值；图5.2.3中万用表的读数是计数值为16时相应的稳压电路的输出电压值。图5.2.2 上电测试过程（计数值为1）图5.2.3 上电测试过程（计数值为16）

49、 测试数据如表5.2.1所述：表5.2.1 测试数据计数值1234567891011121314UO(V)1.331.391.451.521.581.651.731.791.851.932.022.082.142.22计数值1516171819202122232425262728UO(V)2.282.352.432.482.562.622.702.762.822.892.953.013.073.13计数值2930313233343536373839404142UO(V)3.193.263.323.393.453.443.433.453.433.433.443.443.453.42计数值4344454647484950515253545556UO(V)3.433.453.443.423.423.433.443.453.453.453.443.443.433.42本设计中，稳压器LM317的输入端外接+5V电源电压，输出电压在1.33V3.45V之间线性可调，且计数器值增加或者减少1，则输出电压平均相应的增加或者减少0.7V结 论 本毕业设计介绍了一种基于数字电位器X9221数字电位器的可编程线性稳压电路的研究，主要完成了下面几个方面的工作： .硬件电路的设计与焊接 .软件