1、數(shù)控直流穩(wěn)壓電源設(shè) 計(jì)目錄 設(shè)計(jì)任務(wù)簡(jiǎn)要說(shuō)明3第一章 摘要4第二章 方案論證與比較5第三章 主要電路單元設(shè)計(jì)7第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)13 4-1 程序設(shè)計(jì)思路 4-2 程序設(shè)計(jì)流程圖第五章 測(cè)試、及結(jié)果分析16第六章 部分芯片資料簡(jiǎn)介173-1 AT89S523-2 TLC24533-3 DAC08323-4 NE55343-5 UA7143-6 24C02 3-7 74HC573 3-8 LM-78XX系列 第七章 制板的一些問(wèn)題31第八章制作的心得體會(huì)39附錄40參考文獻(xiàn)69設(shè)計(jì)任務(wù)簡(jiǎn)要說(shuō)明A題 數(shù)控直流穩(wěn)壓電源一、 設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)并制作一個(gè)直流可調(diào)穩(wěn)壓電源。二、 設(shè)計(jì)要求1、基本要求：1)

2、當(dāng)輸入交流電壓為220v10%時(shí)，輸出電壓在3-13v可調(diào)；2) 額定電流為0.5A，且紋波不大于10mV；3) 使用按鍵設(shè)定電壓，同時(shí)具有常用電平快速切換功能（3v、5v、6v、9v、12v），設(shè)定后按鍵可鎖定，防止誤觸；4) 顯示設(shè)定電壓和測(cè)量電壓，顯示精度為0.01v。2、擴(kuò)展要求：1) 輸出電壓在0-13v可調(diào)；2) 額定電流為1A，且紋波不大于1mV；3) 掉電后可記憶上次的設(shè)定值；4) 兩級(jí)過(guò)流保護(hù)功能，當(dāng)電流超過(guò)額定值的20%達(dá)5秒時(shí)，電路作斷開操作；當(dāng)電流超過(guò)額定值的50%時(shí)，電路立即斷開。具有光提示（如LED）；5) 其他創(chuàng)新。三、 說(shuō)明禁止直接使用220v直接電阻分壓的作法

3、，注意用電安全。四、 評(píng)分標(biāo)準(zhǔn) 項(xiàng) 目 滿分 基本要求 設(shè)計(jì)與總結(jié)報(bào)告：方案比較、設(shè)計(jì)與論證，理論分析與計(jì)算，電路圖及有關(guān)設(shè)計(jì)文件，測(cè)試方法與儀器，測(cè)試數(shù)據(jù)及測(cè)試結(jié)果分析。 30完成第（1）項(xiàng) 15完成第（2）項(xiàng) 15完成第（3）項(xiàng) 15完成第（4）項(xiàng)15發(fā)揮部分 完成第（1）項(xiàng)15完成第（2）項(xiàng)15完成第（3）項(xiàng) 10完成第（4）項(xiàng) 10完成第（5）項(xiàng)10第一章 摘要 電源技術(shù)尤其是數(shù)控電源技術(shù)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的工程技術(shù)，服務(wù)于各行各業(yè)。電力電子技術(shù)是電能的最佳應(yīng)用技術(shù)之一。當(dāng)今電源技術(shù)融合了電氣、電子、系統(tǒng)集成、控制理論、材料等諸多學(xué)科領(lǐng)域。隨著計(jì)算機(jī)和通訊技術(shù)發(fā)展而來(lái)的現(xiàn)代信息技術(shù)革命，

4、給電力電子技術(shù)提供了廣闊的發(fā)展前景，同時(shí)也給電源提出了更高的要求。隨著數(shù)控電源在電子裝置中的普遍使用，普通電源在工作時(shí)產(chǎn)生的誤差，會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的精確度。數(shù)字化智能電源模塊是針對(duì)傳統(tǒng)智能電源模塊的不足提出的，數(shù)字化能夠減少生產(chǎn)過(guò)程中的不確定因素和人為參與的環(huán)節(jié)數(shù)，有效地解決電源模塊中諸如可靠性、智能化和產(chǎn)品一致性等工程問(wèn)題，極大地提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的可靠性。 隨著時(shí)代的發(fā)展，隨著人們生活水平的不斷提高，數(shù)字電子技術(shù)已經(jīng)普及到我們生活，工作，科研，各個(gè)領(lǐng)域，,數(shù)字化控制無(wú)疑是人們追求的目標(biāo)之一,它所給人帶來(lái)的方便也是不可否定的。其中數(shù)控制直流穩(wěn)壓電源就是一個(gè)很好的典型例子,但人們對(duì)它的要求也越來(lái)

5、越高,要為現(xiàn)代人工作、科研，生活、提供更好的，更方便的設(shè)施就需要從數(shù)字電子技術(shù)入手，一切向數(shù)字化，智能化方向發(fā)展。數(shù)控電源技術(shù)從80年代至今已經(jīng)有了長(zhǎng)足的發(fā)展。但其產(chǎn)品存在數(shù)控程度達(dá)不到要求、分辨率不高、功率密度比較低、可靠性較差的缺點(diǎn)。因此數(shù)控電源主要的發(fā)展方向，是針對(duì)上述缺點(diǎn)不斷加以改善。單片機(jī)技術(shù)及電壓轉(zhuǎn)換模塊的出現(xiàn)為精確數(shù)控電源的發(fā)展提供了有利的條件。通過(guò)這次比賽學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，我們提出以AT89S51單片機(jī)為控制器，運(yùn)用數(shù)字技術(shù)和模擬技術(shù)相互裝換的概念設(shè)計(jì)直流數(shù)控可調(diào)穩(wěn)壓電源。本次我們所設(shè)計(jì)的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源與傳統(tǒng)的穩(wěn)壓電源相比，具有操作方便，電壓穩(wěn)定度高的特點(diǎn)，其輸出電壓大小采用數(shù)字顯

6、示，輸出電壓的大小調(diào)節(jié)通過(guò)“+”、“-”兩鍵操做，控制可逆計(jì)數(shù)器分別作加、減計(jì)數(shù)，可逆計(jì)數(shù)器的二進(jìn)制數(shù)字輸出分兩路運(yùn)行：一路用于驅(qū)動(dòng)數(shù)顯電路，指示電源輸出電壓的大小值；另一路進(jìn)入轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換器將數(shù)字量按比例轉(zhuǎn)換成模擬電壓，然后經(jīng)過(guò)射極跟隨器控制調(diào)整輸出級(jí)輸出所需的穩(wěn)定電更能方便快捷地時(shí)時(shí)讀出電路電壓的變化，具有設(shè)計(jì)更加地趨向于人性化的特點(diǎn)。而且，我們的設(shè)計(jì)基于比賽要求的基礎(chǔ)上，擴(kuò)展了掉電保護(hù)的功能，使用24C02鎖存數(shù)據(jù)，便于我們對(duì)前次使用電壓的了解。電路還設(shè)置了兩極過(guò)流保護(hù)的功能，從硬件和軟件兩方面結(jié)合，更加地安全可靠。第二章 方案論證及比較2.1 控制器部分 方案一：應(yīng)用PIC芯片作為控

7、制器。PIC單片機(jī)系列是美國(guó)微芯公司（Microship）的產(chǎn)品，是當(dāng)前市場(chǎng)份額增長(zhǎng)最快的單片機(jī)之一。PIC系列單片機(jī)的I/O口是雙向的，其輸出電路為CMOS互補(bǔ)推挽輸出電路。I/O腳增加了用于設(shè)置輸入或輸出狀態(tài)的方向寄存器（TRISn , 其中n對(duì)應(yīng)各口，如A、B、C、D、E等），從而解決了51系列I/O腳為高電平時(shí)同為輸入和輸出的狀態(tài)。當(dāng)置位1時(shí)為輸入狀態(tài)，且不管該腳呈高電平或低電平，對(duì)外均呈高阻狀態(tài)；置位0時(shí)為輸出狀態(tài)，不管該腳為何種電平，均呈低阻狀態(tài)，有相當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)能力，低電平吸入電流達(dá)25mA，高電平輸出電流可達(dá)20mA。相對(duì)于51系列而言，這是一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)，它可以直接驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示

8、且外電路簡(jiǎn)單。它的A/D為10位，能滿足精度要求。具有在線調(diào)試及編程（ISP）功能。方案二：應(yīng)用AT89S51作為控制器。51系列優(yōu)點(diǎn)之一是它從內(nèi)部的硬件到軟件有一套完整的按位操作系統(tǒng)，稱作位處理器，或布爾處理器。它的處理對(duì)象不是字或字節(jié)而是位。它不光能對(duì)片內(nèi)某些特殊功能寄存器的某位進(jìn)行處理，如傳送、置位、清零、測(cè)試等，還能進(jìn)行位的邏輯運(yùn)算，其功能十分完備，使用起來(lái)得心應(yīng)手。51系列的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是乘法和除法指令，這給編程也帶來(lái)了便利。而且，51系列的I/O腳的設(shè)置和使用非常簡(jiǎn)單，當(dāng)該腳作輸入腳使用時(shí)，只須將該腳設(shè)置為高電平（復(fù)位時(shí)，各I/O口均置高電平）。當(dāng)該腳作輸出腳使用時(shí)，則為高電平或低電

9、平均可。低電平時(shí)，吸入電流可達(dá)20mA，具有一定的驅(qū)動(dòng)能力；而為高電平時(shí)，輸出電流僅數(shù)十A甚至更小（電流實(shí)際上是由腳的上拉電流形成的），基本上沒(méi)有驅(qū)動(dòng)能力。 PIC芯片的內(nèi)置很強(qiáng)大，但是一方面它的價(jià)格比較昂貴，另一方面，也是由于我們對(duì)PIC不大了解，沒(méi)有試驗(yàn)過(guò)，所以，我們選擇了51作為我們的控制器。這樣一來(lái)，我們實(shí)現(xiàn)一些功能就必須要加外圍電路了。2.2 顯示部分方案一 ：使用LED顯示。優(yōu)點(diǎn)：可是角度寬，價(jià)格便宜。缺點(diǎn)：顯示的內(nèi)容少，介面呆板，而且占用較多的IO口資源。方案二 ：使用1602液晶顯示器?？梢暶娣e大，介面美觀，抗干擾能力強(qiáng)，調(diào)用方便簡(jiǎn)單，而且可以節(jié)省軟件中斷資源，應(yīng)用串行連接，節(jié)

10、省I/O口資源。這次，我們選用了LED作為我們的顯示器。因?yàn)?602液晶顯示器相對(duì)來(lái)說(shuō)比較昂貴，而且我們的顯示部分只是顯示電壓的輸出值。用四位數(shù)碼管就可以實(shí)現(xiàn)。但是，使用LED占用了比較多的資源。2.3 電源部分方案一：三端固定輸出電壓式穩(wěn)壓電源78XXXX系列 運(yùn)用其器件內(nèi)部電路來(lái)實(shí)現(xiàn)過(guò)壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、過(guò)熱保護(hù) 。這使它的性能很穩(wěn)定。能夠?qū)崿F(xiàn)1A以上的電流 器件具有良好的溫度系數(shù) 本產(chǎn)品有多種電壓輸出值5V24V，因此產(chǎn)品的應(yīng)用范圍很泛 可以運(yùn)用本地調(diào)節(jié)來(lái)消除噪聲影響，解決了與單點(diǎn)調(diào)節(jié)相關(guān)的分散問(wèn)題 輸出電壓誤差精度分為3%和5% 。方案二：LM117/LM317 是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司的三

11、端可調(diào)正穩(wěn)壓器集成電路。LM117/LM317 的輸出電壓范圍是1.2V至37V，負(fù)載電流最大為1.5A。它的使用非常簡(jiǎn)單，僅需兩個(gè)外接電阻來(lái)設(shè)置輸出電壓。此外它的線性調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率也比標(biāo) 準(zhǔn)的固定穩(wěn)壓器好。LM117/LM317 內(nèi)置有過(guò)載保護(hù)、安全區(qū)保護(hù)等多種保護(hù)電路。通常 LM117/LM317 不需要外接電容，除非輸入濾波電容到 LM117/LM317 輸入端的連線超過(guò) 6 英寸（約 15 厘米）。使用輸出電容能改變瞬態(tài)響應(yīng)。調(diào)整端使用濾波電容能得到比標(biāo)準(zhǔn)三端穩(wěn)壓器高的多的紋波抑制比。LM117/LM317能夠有許多特殊的用法。比如 把調(diào)整端懸浮到一個(gè)較高的電壓上，可以用來(lái)調(diào)節(jié)高達(dá)

12、數(shù)百伏的電壓，只要輸入輸出壓差不超過(guò)LM117/LM317的極限就行。當(dāng)然還要避免輸出端短路。還 可以把調(diào)整端接到一個(gè)可編程電壓上，實(shí)現(xiàn)可編程的電源輸出。 通過(guò)比較分析，此次我們選擇了78XX系列芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)我們的電源輸出。因?yàn)?8XX系列的芯片能滿足我們的四個(gè)固定電壓的輸出。第三章 主要電路單元的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)由電源模塊、調(diào)壓模塊、DA轉(zhuǎn)換模塊、顯示與鍵盤模塊組成。系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)原理圖，如圖所示：+ 市電輸入變壓整流電壓調(diào)整及過(guò)流保護(hù)系統(tǒng)電源+5v+24+15比較放大DA轉(zhuǎn)換取樣AT89S51鍵盤取樣顯示AD轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)： 1整流、濾波電路設(shè)計(jì)。首先確定整流電路結(jié)構(gòu)為橋式電路，選用大的電解電容對(duì)輸入

13、的電流進(jìn)行濾波處理。電路如圖所示：整流濾波電路該整流濾波電路中，220V 的市電輸入到電路中，經(jīng)過(guò)一個(gè)整流橋堆整流電路。整流電路的任務(wù)是將電網(wǎng)供給的交流電變換成脈動(dòng)的直流電，通常利用二極管的單向?qū)щ娦詠?lái)實(shí)現(xiàn)。一般分為半波整流/全波整流/橋式整流/被壓整流等，而橋堆就是用在橋式整流中的。通過(guò)整流橋堆后的電壓為U=U0*1.2。U0為經(jīng)過(guò)變壓器變壓后的輸出電壓。經(jīng)過(guò)整流后的電壓用兩個(gè)電容實(shí)現(xiàn)濾波處理。2.電源電路該電源電路采用了四個(gè)三端集成穩(wěn)壓器來(lái)為電路輸出電路所需要的各種電壓。一般三集成穩(wěn)壓電路的最小輸入、輸出電壓差約為2V，否則不能輸出穩(wěn)定的電壓，使電壓差保持在4-5V，即經(jīng)變壓器變壓，二極管

14、整流，電容器濾波后的電壓應(yīng)比穩(wěn)壓值高一些 。78系列的三端穩(wěn)壓器能夠輸出正的電壓。79系列的三端穩(wěn)壓器輸出是負(fù)電壓。由于該電路的芯片發(fā)熱較大，一般要加上合適的散熱片散熱保護(hù)電路。芯片分三個(gè)引腳，輸入、輸出和接地，三個(gè)引腳不能接反，否則容易燒化電路。3.放大電路：這部分電路是實(shí)現(xiàn)電壓放大的電路。電路的比較放大采用運(yùn)放NE5534來(lái)設(shè)計(jì)，該器件具有共模抑制比高，響應(yīng)速度快和壓擺率高的特點(diǎn)。設(shè)計(jì)時(shí)可由R10、R11A、R12組成分壓取樣電路，并要求R10(R11A+R12)=14，即當(dāng)輸出電壓存在UO=0.05 V時(shí)，Ua=0.04 V，這與DAC的輸出(10255=0.04V=1LSB)變化一致。

15、事實(shí)上，經(jīng)過(guò)DAC轉(zhuǎn)換以將電流轉(zhuǎn)換為電壓并進(jìn)行電壓放大后，即可將得到的10 V電壓送比較器NE54534的同相端作為比較的基準(zhǔn)電壓。由于DAC0832是8位的DA轉(zhuǎn)換器，故有255步進(jìn)。由此，當(dāng)CPU控制DAC變化1LSB時(shí)，其對(duì)應(yīng)Va的變化為0.04 V，故Uout的可調(diào)變化量為0.05 V(步長(zhǎng))。NE5534和Q1、Q3及取樣電路構(gòu)成的負(fù)反饋電路可實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)輸出電壓的目的(穩(wěn)壓)。電路中的過(guò)流保護(hù)由R9與Q2完成。當(dāng)Io0.7A時(shí)，VR9=R9Io10.7=0.7 V，此時(shí)Q2導(dǎo)通，并對(duì)調(diào)整管Q3的基極分流，使TIP41的導(dǎo)通電阻增大，輸出電壓降低，從而達(dá)到過(guò)流保護(hù)的目的。該系統(tǒng)的短路保護(hù)

16、采用保險(xiǎn)管來(lái)完成。該電路的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路是由DAC0832、兩級(jí)低漂移的運(yùn)放A714和VREF電路組成。DAC0832和運(yùn)放U3A將CPU發(fā)出的8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成0-5 V的電壓，然后經(jīng)運(yùn)放U3B反向放大2倍，以得到010 V電壓。因此，該DAC的轉(zhuǎn)換分辨率為10(28-1)=0.04 V，即CPU輸出給DAC的數(shù)據(jù)變化為1 Bit，DAC輸出電壓的變化為0.04 V。VREF電路為DAC提供基準(zhǔn)電壓，調(diào)節(jié)R5A，可使基準(zhǔn)電壓保持為5 V。4.鍵盤模塊當(dāng)輸出電壓經(jīng)R13限流和R14取樣后，即可送入TLC2453-1進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。圖中的TLC2453-1為11通道、12位串行AD轉(zhuǎn)換器，具有12

17、位分辨率，轉(zhuǎn)換時(shí)間為10s，有11個(gè)模擬輸入通道，3路內(nèi)置自測(cè)試方式，采樣率為66 kbps，線性誤差1LSBmax，同時(shí)帶有轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出EOC，并可單、雙極性輸出。通過(guò)其可編程的MSB或LSB前導(dǎo)可編程輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。 TLC2453-1的時(shí)鐘頻率選用4.1 MHz，電源輸出電壓Uo的取樣信號(hào)從IN0輸入，芯片的IO時(shí)鐘端、數(shù)據(jù)輸入端、轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出端、片選端分別與AT89S51單片機(jī)的P0.0,P0.1,P0.2,P0.3相連，然后經(jīng)單片機(jī)處理后從P0口輸出，在經(jīng)芯片MC74HC573N驅(qū)動(dòng)后送入數(shù)碼管，通過(guò)數(shù)碼管顯示輸出電壓。電路中AT89S51單片機(jī)的晶振頻率選用12 MHz，P3.0,P

18、3.2,P3.5,P3.6接調(diào)壓按鈕。K1實(shí)現(xiàn)設(shè)置功能，即通過(guò)此按鍵可以實(shí)現(xiàn)電平快速切換功能（3V，5V，6V，9V，12V），K2實(shí)現(xiàn)調(diào)控增加電壓的功能，K3實(shí)現(xiàn)調(diào)控減小電壓的功能，K4實(shí)現(xiàn)按鍵鎖定和解鎖的功能，防止誤觸造成不便。5電壓顯示電路該部分電路通過(guò)運(yùn)用兩個(gè)MC74HC573N芯片控制數(shù)碼管的位選和段選，并且，都將他們接在AT89S51的主芯片的.口上進(jìn)行對(duì)數(shù)碼管的控制。通過(guò)數(shù)碼管的時(shí)時(shí)檢測(cè)來(lái)知道電路電壓輸出的大小。電壓顯示電路，如下圖所示：電路按一般的接法，在段，位選口上接上上拉電阻。并用三極管實(shí)現(xiàn)電路電流的放大小效果。數(shù)碼管使用四位計(jì)數(shù)，使數(shù)碼管的顯示可以達(dá)到V的精確要求。5掉電

19、鎖存電路該處電路使用了M24C02BN6芯片實(shí)現(xiàn)掉電的鎖存功能。這塊芯片可以在掉電時(shí)記住上一次的電壓記錄。所以此處電路的設(shè)計(jì)，更加地人性化。6.主芯片電路控制該部分電路采用了最基本的AT89S51為基核，通過(guò)對(duì)該芯片編程，使芯片實(shí)現(xiàn)各種強(qiáng)大的功能。該部分電路的電路圖，如圖所示：該部分電路通過(guò)控制AT89S51芯片的IO口實(shí)現(xiàn)電路的各項(xiàng)控制功能。通過(guò)控制P3.0，P3.1，P3.5,P3.6口實(shí)現(xiàn)按鍵的調(diào)節(jié)設(shè)置電壓功能；通過(guò)控制芯片的P0口接的譯碼驅(qū)動(dòng)器MC74HC573芯片實(shí)現(xiàn)電壓的時(shí)時(shí)跟蹤顯示功能；通過(guò)和的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)電路的數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換等；第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)軟件要實(shí)現(xiàn)的功能是：鍵盤對(duì)單片機(jī)

20、輸入數(shù)據(jù)，單片機(jī)對(duì)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，送到數(shù)模轉(zhuǎn)換器，再送入數(shù)碼管顯示，實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓的控制。1 主控程序主控程序首先進(jìn)行系統(tǒng)的初始化，然后顯示電路中的輸出電壓，初始應(yīng)為0V。按下功能轉(zhuǎn)換鍵進(jìn)入預(yù)置電壓環(huán)節(jié)，等待鍵盤輸入。根據(jù)鍵盤的不同輸入，按下確定鍵后轉(zhuǎn)入相應(yīng)的應(yīng)用程序。執(zhí)行后，數(shù)碼管顯示電路中的電壓。直到被下一次設(shè)置電壓打斷。初始化函數(shù)進(jìn)入鍵盤掃描函數(shù)，并根據(jù)所按鍵的不同運(yùn)行不同的子函數(shù)進(jìn)入檢驗(yàn)函數(shù)，判斷電路中的電流是否超過(guò)額定電流，若超過(guò)則作出相應(yīng)的反應(yīng)進(jìn)入大循環(huán)2 過(guò)流保護(hù)程序過(guò)流保護(hù)由中斷實(shí)現(xiàn)，通過(guò)AD轉(zhuǎn)換檢測(cè)電路中的電流，若電流超過(guò)額定電流的1.2倍時(shí)蜂鳴器發(fā)出警報(bào)并在5秒后初始化電路

21、。若電流超過(guò)額定電流的1.5倍時(shí)立即初始化原電路。判斷，若電流大于額定電壓的1.5倍，立刻進(jìn)行初始化判斷，若電流大于額定電壓的1.2倍，進(jìn)入中斷，同時(shí)蜂鳴器發(fā)出報(bào)警，并在5秒后進(jìn)行初始化。3鍵盤顯示程序剛上電時(shí)，數(shù)碼管顯示的是電路的輸出電壓。當(dāng)?shù)谝淮伟聪骆I一（即s1）時(shí)，進(jìn)入設(shè)置步進(jìn)初值的模式，數(shù)碼管顯示設(shè)置的初始步進(jìn)值（用s2和s3分別控制步進(jìn)初值的增減），按下s4為確定鍵，此時(shí)數(shù)碼管顯示為電路輸出電壓。當(dāng)數(shù)碼管顯示輸出電壓時(shí)，若連續(xù)按下兩次s1則進(jìn)入常用電壓設(shè)置，用s2和s3分別控制常用電壓的增減，其中常用電壓有3V,5V,6V,9V,12V。按下s4為確定鍵，數(shù)碼管顯示為電路輸出電壓。當(dāng)

22、數(shù)碼管顯示為電路輸出電壓，連續(xù)三次按下s1則進(jìn)入步步函數(shù)，此時(shí)電路的輸出電壓以原電路的輸出電壓為基礎(chǔ)步步增大或減小，步進(jìn)值為0.1V。增加到13V時(shí)開始減小，并在減小到0V時(shí)漸次增大。當(dāng)再次按下s1鍵時(shí)停止步步函數(shù)。在按下確定鍵后再按一次s4則為鎖定，此時(shí)再按s1，s2，s3鍵均無(wú)效，知道再次按下s4鍵解鎖。4掉電保護(hù)程序在設(shè)置輸出電壓時(shí)，數(shù)碼管顯示的是設(shè)置的輸出電壓，按下確定鍵后，數(shù)碼管開始顯示電路的輸出電壓。并在每次顯示之前將數(shù)據(jù)送入24C02中，并從24C02中讀取所要顯示的電壓。當(dāng)?shù)綦姾髷?shù)碼管顯示的數(shù)據(jù)為從24C02中讀出的數(shù)據(jù)，故可以使原先的數(shù)據(jù)不至于被破壞掉。 24C02讀寫程序流

23、程圖如下圖所示。開始寫入數(shù)據(jù)退出發(fā)送地址 24C02寫入程序流程圖 讀取數(shù)據(jù)退出發(fā)送地址開始 24C02讀取程序流程圖第五章 測(cè)試、結(jié)果及分析測(cè)試工具：萬(wàn)用表5.1 基本功能要求實(shí)現(xiàn)功能測(cè)試結(jié)果輸入交流電壓為220v10%時(shí)，輸出電壓在3-13v可調(diào)；實(shí)現(xiàn)了013V可調(diào)額定電流為0.5A，且紋波不大于10mV；實(shí)現(xiàn)了該項(xiàng)功能電平切換功能（3V、5V、6V、9V、12V），設(shè)定后按鍵可鎖定實(shí)現(xiàn)了該項(xiàng)功能顯示設(shè)定電壓和測(cè)量電壓，顯示精度為0.01V通過(guò)四位數(shù)碼管已實(shí)現(xiàn)5.2 擴(kuò)展要求部分?jǐn)U展要求實(shí)現(xiàn)情況輸出電壓013V可調(diào)實(shí)現(xiàn)掉電后可記憶上一次的設(shè)定值通過(guò)24C02芯片以實(shí)現(xiàn)該項(xiàng)功能兩級(jí)過(guò)流保護(hù)功

24、能，當(dāng)電流超過(guò)額定值的20%達(dá)5秒時(shí)，電路作斷開操作；當(dāng)電流超過(guò)額定值的50%時(shí)，電路立即斷開。具有光提示（如LED）；測(cè)試成功。第六章各種芯片資料簡(jiǎn)介芯片的引腳圖如圖所示：AT89S51具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。 此外，AT89S51設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過(guò)軟件設(shè)置省電模式。空閑模式下，CPU暫停工作，而RAM定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，

25、外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。2管腳說(shuō)明：VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電

26、平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口：P3口

27、管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 /INT0（外部中斷0）P3.3 /INT1（外部中斷1）P3.4 T0（記時(shí)器0外部輸入）P3.5 T1（記時(shí)器1外部輸入）P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平

28、時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效

29、。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。8位數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0832芯片1. 引腳及其功能DAC0832是雙列直插式8位D/A轉(zhuǎn)換器。能完成數(shù)字量輸入到模擬量(電流)輸出的轉(zhuǎn)換。圖1-1和圖1-2分別為DAC08

30、32的引腳圖和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。其主要參數(shù)如下 ：分辨率為8位，轉(zhuǎn)換時(shí)間為1s，滿量程誤差為1LSB，參考電壓為(+10?/span-10)V，供電電源為(+5+15)V，邏輯電平輸入與TTL兼容。從圖1-1中可見， 在DAC0832中有兩級(jí)鎖存器，第一級(jí)鎖存器稱為輸入寄存器，它的允許鎖存信號(hào)為ILE，第二級(jí)鎖存器稱為DAC寄存器，它的鎖存信號(hào)也稱為通道控制信號(hào) /XFER。DAC0832引腳圖如圖所示：圖中，當(dāng)ILE為高電平，片選信號(hào) /CS 和寫信號(hào) /WR1為低電平時(shí)，輸入寄存器控制信號(hào)為1，這種情況下，輸入寄存器的輸出隨輸入而變化。此后，當(dāng) /WR1 由低電平變高時(shí)，控制信號(hào)成為低電平，此時(shí)

31、，數(shù)據(jù)被鎖存到輸入寄存器中，這樣輸入寄存器的輸出端不再隨外部數(shù)據(jù)DB的變化而變化。對(duì)第二級(jí)鎖存來(lái)說(shuō)，傳送控制信號(hào) /XFER 和寫信號(hào) /WR2同時(shí)為低電平時(shí)，二級(jí)鎖存控制信號(hào)為高電平，8位的DAC寄存器的輸出隨輸入而變化，此后，當(dāng) /WR2由低電平變高時(shí)，控制信號(hào)變?yōu)榈碗娖?，于是將輸入寄存器的信息鎖存到DAC寄存器中。圖中其余各引腳的功能定義如下：(1)、DI7DI0 ：8位的數(shù)據(jù)輸入端，DI7為最高位。(2)、IOUT1 ：模擬電流輸出端1，當(dāng)DAC寄存器中數(shù)據(jù)全為1時(shí)，輸出電流最大，當(dāng) DAC寄存器中數(shù)據(jù)全為0時(shí)，輸出電流為0。(3)、IOUT2 ：模擬電流輸出端2， IOUT2與IOU

32、T1的和為一個(gè)常數(shù)，即IOUT1IOUT2常數(shù)。(4)、RFB ：反饋電阻引出端，DAC0832內(nèi)部已經(jīng)有反饋電阻，所以 RFB端可以直接接到外部運(yùn)算放大器的輸出端，這樣相當(dāng)于將一個(gè)反饋電阻接在運(yùn)算放大器 的輸出端和輸入端之間。(5)VREF ：參考電壓輸入端，此端可接一個(gè)正電壓，也可接一個(gè)負(fù)電壓，它決定0至255的數(shù)字量轉(zhuǎn)化出來(lái)的模擬量電壓值的幅度，VREF范圍為(+10-10)V。 VREF端與D/A內(nèi)部T形電阻網(wǎng)絡(luò)相連。(6)、Vcc ：芯片供電電壓，范圍為(+5 15)V。(7)、AGND ：模擬量地，即模擬電路接地端。(8)、DGND ：數(shù)字量地。 TLC2543引腳、功能及時(shí)序一、

33、引腳：TLC2543為20腳DIP封裝，引腳圖如下圖所示。TLC2543具有4線制串行接口，分別為片選端(CS)，串行時(shí)鐘輸入端(I/O CLOCK)，串行數(shù)據(jù)輸入端(DATA IN)和串行數(shù)據(jù)輸出端(DATA OUT)。它可以直接與SPI器件進(jìn)行連接，不需要其他外部邏輯。同時(shí)，它還在高達(dá)4MHz的串行速率下與主機(jī)進(jìn)行通信。TLC2543除了具有高速的轉(zhuǎn)換速度外，片內(nèi)還集成了14路多路開關(guān)。其中n路為外部模擬量輸入，3路為片內(nèi)自測(cè)電壓輸入。在轉(zhuǎn)換結(jié)束后，EOC引腳變?yōu)楦唠娖?，轉(zhuǎn)換過(guò)程中由片內(nèi)時(shí)鐘系統(tǒng)提供時(shí)鐘，無(wú)需外部時(shí)鐘。在AD轉(zhuǎn)換器空閑期間，可以通過(guò)編程方式進(jìn)入斷電模式，此時(shí)器件耗電只有25

34、pA。工作時(shí)序 ：以MSB為前導(dǎo)， 用CS進(jìn)行12個(gè)時(shí)鐘傳送的工作時(shí)序如下圖所示。1.上電時(shí)，EOC=“1”，CS=“1”2.使CS下降，前次轉(zhuǎn)換結(jié)果的MSB即A11位數(shù)據(jù)輸出到Dout供讀數(shù)。3.將輸入控制字的MSB位即C7送到Din，在CS之后tsu=1.425us后，使CLK上升，將Din上的數(shù)據(jù)移入輸入寄存器。4.CLK下降，轉(zhuǎn)換結(jié)果的A10位輸出到Dout供讀數(shù)。5.在第4個(gè)CLK下降時(shí)，由前4個(gè)CLK上升沿移入寄存器的四位通道地址被譯碼，相應(yīng)模入通道接通，其模入電壓開始時(shí)對(duì)內(nèi)部開關(guān)電容充電。6.第8個(gè)CLK上升時(shí)，將Din腳的輸入控制字C0位移入輸入寄存器后，Din腳即無(wú)效。7.第

35、11個(gè)CLK下降，上次AD結(jié)果的最低位A0輸出到Dout供讀數(shù)。至此，I/O數(shù)據(jù)已全部完成，但為實(shí)現(xiàn)12位同步，仍用第12個(gè)CLK脈沖，且在其第12個(gè)CLK下降時(shí)，模入通道斷開，EOC下降，本周期設(shè)置的AD轉(zhuǎn)換開始，此時(shí)使CS上升。8.經(jīng)過(guò)時(shí)間tconv=1.425us后，使CLK上升，將Din上的數(shù)據(jù)移入輸入寄存器。4.CLK下降，轉(zhuǎn)換結(jié)果的A10位輸出到Dout供讀數(shù)。5.在第4個(gè)CLK下降時(shí)，由前4個(gè)CLK上升沿移入寄存器的四位通道地址被譯碼，相應(yīng)模入通道接通，其模入電壓開始時(shí)對(duì)內(nèi)部開關(guān)電容充電。6.第8個(gè)CLK上升時(shí)，將Din腳的輸入控制字C0位移入輸入寄存器后，Din腳即無(wú)效。7.第

36、11個(gè)CLK下降，上次AD結(jié)果的最低位A0輸出到Dout供讀數(shù)。至此，I/O數(shù)據(jù)已全部完成，但為實(shí)現(xiàn)12位同步，仍用第12個(gè)CLK脈沖，且在其第12個(gè)CLK下降時(shí)，模入通道斷開，EOC下降，本周期設(shè)置的AD轉(zhuǎn)換開始，此時(shí)使CS上升。8.經(jīng)過(guò)時(shí)間tconvImport，將原理圖生成的網(wǎng)表輸入進(jìn)來(lái)。規(guī)則設(shè)置如果在原理圖設(shè)計(jì)階段就已經(jīng)把PCB的設(shè)計(jì)規(guī)則設(shè)置好的話，就不用再進(jìn)行設(shè)置這些規(guī)則了，因?yàn)檩斎刖W(wǎng)表時(shí)，設(shè)計(jì)規(guī)則已隨網(wǎng)表輸入進(jìn)PowerPCB了。如果修改了設(shè)計(jì)規(guī)則，必須同步原理圖，保證原理圖和PCB的一致。除了設(shè)計(jì)規(guī)則和層定義外，還有一些規(guī)則需要設(shè)置，比如Pad Stacks，需要修改標(biāo)準(zhǔn)過(guò)孔的大

37、小。如果設(shè)計(jì)者新建了一個(gè)焊盤或過(guò)孔，一定要加上Layer 25。注意：PCB設(shè)計(jì)規(guī)則、層定義、過(guò)孔設(shè)置、CAM輸出設(shè)置已經(jīng)作成缺省啟動(dòng)文件，名稱為Default.stp，網(wǎng)表輸入進(jìn)來(lái)以后，按照設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，把電源網(wǎng)絡(luò)和地分配給電源層和地層，并設(shè)置其它高級(jí)規(guī)則。在所有的規(guī)則都設(shè)置好以后，在PowerLogic中，使用OLE PowerPCB Connection的Rules From PCB功能，更新原理圖中的規(guī)則設(shè)置，保證原理圖和PCB圖的規(guī)則一致。元器件布局網(wǎng)表輸入以后，所有的元器件都會(huì)放在工作區(qū)的零點(diǎn)，重疊在一起，下一步的工作就是把這些元器件分開，按照一些規(guī)則擺放整齊，即元器件布局。Po

38、werPCB提供了兩種方法，手工布局和自動(dòng)布局。手工布局1. 工具印制板的結(jié)構(gòu)尺寸畫出板邊（Board Outline）。2. 將元器件分散（Disperse Components），元器件會(huì)排列在板邊的周圍。3. 把元器件一個(gè)一個(gè)地移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)，放到板邊以內(nèi)，按照一定的規(guī)則擺放整齊。 自動(dòng)布局PowerPCB提供了自動(dòng)布局和自動(dòng)的局部簇布局，但對(duì)大多數(shù)的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，效果并不理想，不推薦使用。注意事項(xiàng)a. 布局的首要原則是保證布線的布通率，移動(dòng)器件時(shí)注意飛線的連接，把有連線關(guān)系的器件放在一起b. 數(shù)字器件和模擬器件要分開，盡量遠(yuǎn)離c. 去耦電容盡量靠近器件的VCCd. 放置器件時(shí)要考慮以后的焊接，

39、不要太密集e. 多使用軟件提供的Array和Union功能，提高布局的效率 布線布線的方式也有兩種，手工布線和自動(dòng)布線。PowerPCB提供的手工布線功能十分強(qiáng)大，包括自動(dòng)推擠、在線設(shè)計(jì)規(guī)則檢查（DRC），自動(dòng)布線由Specctra的布線引擎進(jìn)行，通常這兩種方法配合使用，常用的步驟是手工自動(dòng)手工。 手工布線1. 自動(dòng)布線前，先用手工布一些重要的網(wǎng)絡(luò)，比如高頻時(shí)鐘、主電源等，這些網(wǎng)絡(luò)往往對(duì)走線距離、線寬、線間距、屏蔽等有特殊的要求；另外一些特殊封裝，如BGA，自動(dòng)布線很難布得有規(guī)則，也要用手工布線。2. 自動(dòng)布線以后，還要用手工布線對(duì)PCB的走線進(jìn)行調(diào)整。 自動(dòng)布線手工布線結(jié)束以后，剩下的網(wǎng)絡(luò)就

40、交給自動(dòng)布線器來(lái)自布。選擇Tools-SPECCTRA，啟動(dòng)Specctra布線器的接口，設(shè)置好DO文件，按Continue就啟動(dòng)了Specctra布線器自動(dòng)布線，結(jié)束后如果布通率為100%，那么就可以進(jìn)行手工調(diào)整布線了；如果不到100%，說(shuō)明布局或手工布線有問(wèn)題，需要調(diào)整布局或手工布線，直至全部布通為止。注意事項(xiàng)a. 電源線和地線盡量加粗b. 去耦電容盡量與VCC直接連接c. 設(shè)置Specctra的DO文件時(shí)，首先添加Protect all wires命令，保護(hù)手工布的線不被自動(dòng)布線器重布d. 如果有混合電源層，應(yīng)該將該層定義為Split/mixed Plane，在布線之前將其分割，布完線之

41、后，使用Pour Manager的Plane Connect進(jìn)行覆銅e. 將所有的器件管腳設(shè)置為熱焊盤方式，做法是將Filter設(shè)為Pins，選中所有的管腳，修改屬性，在Thermal選項(xiàng)前打勾f. 手動(dòng)布線時(shí)把DRC選項(xiàng)打開，使用動(dòng)態(tài)布線（Dynamic Route）檢查檢查的項(xiàng)目有間距（Clearance）、連接性（Connectivity）、高速規(guī)則（High Speed）和電源層（Plane），這些項(xiàng)目可以選擇Tools-Verify Design進(jìn)行。如果設(shè)置了高速規(guī)則，必須檢查，否則可以跳過(guò)這一項(xiàng)。檢查出錯(cuò)誤，必須修改布局和布線。注意：有些錯(cuò)誤可以忽略，例如有些接插件的Outlin

42、e的一部分放在了板框外，檢查間距時(shí)會(huì)出錯(cuò)；另外每次修改過(guò)走線和過(guò)孔之后，都要重新覆銅一次。2.6 復(fù)查復(fù)查根據(jù)“PCB檢查表”，內(nèi)容包括設(shè)計(jì)規(guī)則，層定義、線寬、間距、焊盤、過(guò)孔設(shè)置；還要重點(diǎn)復(fù)查器件布局的合理性，電源、地線網(wǎng)絡(luò)的走線，高速時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)的走線與屏蔽，去耦電容的擺放和連接等。復(fù)查不合格，設(shè)計(jì)者要修改布局和布線，合格之后，復(fù)查者和設(shè)計(jì)者分別簽字。設(shè)計(jì)輸出PCB設(shè)計(jì)可以輸出到打印機(jī)或輸出光繪文件。打印機(jī)可以把PCB分層打印，便于設(shè)計(jì)者和復(fù)查者檢查；光繪文件交給制板廠家，生產(chǎn)印制板。光繪文件的輸出十分重要，關(guān)系到這次設(shè)計(jì)的成敗，下面將著重說(shuō)明輸出光繪文件的注意事項(xiàng)。a. 需要輸出的層有布線層（包括頂層、底層、中間布線層）、電源層（包括VCC層和GND層）、絲印層（包括頂層絲印、底層絲印）、阻焊層（包括頂層阻焊和底層阻焊），另外還要生成鉆孔文件（NC Drill）b. 如果電源層設(shè)置為Split/Mixed，那么在Add Document窗口的Document項(xiàng)選擇Routi