1、AT89C51;D/A 转换NC DC regulated power supply designAuthor:Zhu Lihong Tutor:Associate Professor Yan Shisheng （Department of Physics and Eledtronic Information Engineering,Hainannormal university, Haikou,571158）Abstract: The design uses 220V,with AC input and output voltage is adjustable 010V,output max
2、imum current of 1A,step 0.1V can be adjusted.The main control circuit power supply AT89C51 microcontroller and directly though the LCD display voltage.Circuit design and analysis of each module and the whole of the working principle of the whole work of the hardware and main software process design.
3、Key words: DC power supply;NC;D/A Converter1. 引言随着电力电子技术的发展，当今电器化电子产品对电源的可靠性和精确性提 出了更高的要求。尤其是电子计算机和通讯技术的发展，对电源的要求更加苛刻。一个高性能和高精度的供电电源是智能化系统正常工作必不可少的组成部分。为 了克服和解决以上传统电源（模拟电源）难以实现的问题，数控电源应用而生。 在如今的电子行业发挥着重要的作用。设计一个高精度、精确跟踪输出、高稳定 性、良好的人机界面的简易数控电源，能减少生产过程中的不确定因素和人为参 与的环节，有效地解决电源模块中诸如可靠性，智能化和产品一致性等问题，极 大地
4、提高了生产效率和产品的维护性1。基于数控电源具有以上传统模拟电源无法替代的优越性，为此设计一个简易的数控电源。2. 方案的论证与设计通过查阅大量资料，得知显示电路和控制电路是本设计的核心，对它的选择有以下两种方案：方案一：采用纯数字电路2纯数字电路的稳压电源避免了硬件之间的磨损，使得使用寿命大大提高， 而且其输出电压也不会随时间产生误差。但是它的电路较为复杂，制作时很困难，由于电路的复杂产生的问题也会很多。方案二：采用单片机的方法采用单片机的数字稳压电源是将数字电路和单片机很好地结合在一起，不但能够达到数字电路的效果，而且能够大大地简化复杂的纯数字电路。经过对以上两种设计方案的对比和全方位的综
5、合考虑，为了使电路的设计更加合理化，切合技术指标，决定采用方案二。3. 单元电路的设计3.1 系统设计方框图系统设计方框图如图 1 所示。该系统主要由单片机最小控制系统、显示电路、独立按键、D/A 转换电路、放大电路和稳压电路和系统供电电源等组成。外接220V 的交流电源经过整流滤波后给上述各部分单元提供工作电源，通过独立键盘给单片机设定预输出值，并通过 DA0832 转化为模拟量，再经过运算放大和稳压电路最后输出预设电压值，通过液晶能够直观的显示出预设值。放大电路单片机显示电路 变压器按键输出电路整流滤波稳压电路220v- 23 -图 1数控直流稳压电源设计方框图3.2 最小控制系统的设计最
6、小控制系统由 STC 单片机、晶振、独立键盘和复位电路等组成3。如 2所示。40+5V12346图 2578AT89C51 的管脚排列如上图1所3 U4A最小控制系统示，9 管脚接复位电路+5V。成自激震荡，连接到单成复位电路，连接到单电源接通，电容迅速V 电源通过 R6 对电容P10/T P11/T P12 P13 P14 P15 P16 P17VCCP00 P01 P02 P03 P04 P05 P06 P07，18、19 管脚为晶振的 12 C330pfC2INT1 INT0P20 P21两个输入端，+5V20 管脚接地，40 管1脚514晶振 Y1 和两个电Y1容 C2、C3 构31R
7、5接T1T0EA/VPAT89C51P22 P23 P24P26P25片机的 X1 和 X2 端，18X2电解电容 C4、51电阻CRR5YS和TA按LC4键 S519构X1P27片机的复位端。当按+键 S5 按下后，复位端通过2R2u5f 与+95VRESETRXD放电，使 RST 管脚为GNDS5 17RDTXD20R6高电平；当复位按键 S5 弹起后，1+6 5WR脚出现复位正脉冲。 2KALE/PPSEN C4 重新充电，RST 管4 个独立按键 S1S4 分别与 C51 的 P24P27 相连接，独立按键 S1 为电压调整按钮，S2 为电压加一按钮，S3 为电压减一按钮，S4 为 D
8、/A 转换确认键。S1S3 按键的作用是通过程序控制对输入的电压随时可调，且步进值能够为 0.1V 增加或者减少。S4 键的作用是按下启动 D/A 转化，将单片机的预设值转化为模拟量输出。3.2 D/A 转换电路设计3.2.1 DA0832 芯片简介DAC0832 是 8 分辨率的 D/A 转换集成芯片。与微处理器完全兼容。这个DA 芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到广泛的应用。D/A 转换器由 8 位输入锁存器、8 位 DAC 寄存器、8 位 D/A 转换电路及转换控制电路构成4。3.2.2 DA0832 的主要特性DA0832 分辨率（LSB）为 8 位
9、，电流稳定时间为 1us，有三种工作方式，即直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式。工作方式的设置由 19 管脚 ILE、2 管脚WR 和 18 管脚 WR2 决定，本设计采用直通方式，将 2 管脚和 18 管脚全部接地为低电平。另外 DA0832 采用单电源供电（+5V15V），且在满量程内呈线性变111295V19 18 2 Iout1 Iout2Rfb Vref+5ILEWR2 WR1U3lsbDI0 DI1 DI2 DI3 DI4 DI5 DI6msbDI7CSXferDAC08325161513 1 17 13 15 1431 17 16 U4AINT1 INT0T1 T0EA/VP X1
10、RESETRD WRP20 P21 P22 P23 P24 P25 P26 P27RXD TXD ALE/P PSENVcc+5V+5V化。3.2.3 DA0832 在设计中的应用采用 0832 将单片机预设的电压值转化为模拟量，其电路连接如下图 4 所示。图 4DA0832 与单片机的连接DA0832 的 8 位数据线 D0D17 与单片机的 P1 口连接，1 管脚（CS）和 17 管脚（Xfer）接地，8 管脚（Vref）的参考电压为 5V，则 LSB=5V/28=0.02V，即最小分表率为 0.02V。11 管脚（Iout1）和 12 管脚（Iout2）为电流输出端，本设计中将 Iout
11、2 接地，采用 Iout1 输出，然后接运算放大 LM324 将输出电流转化为电压。经过 LM324 转化后的电压值也为 5V。为了达到与单片机预设电压范围010V 同步，输出端电压需要经过两级放大。第一级不放大，直接将 D/A 输出的电流转化为电压，第二级放大，放大倍数n =Rf/R1=2K/1K=2.因为 DA0832 转换后的电压的范围为 05V，即 DA0832 的 8 位输入端全为高电平 1 时，输出电压为5V，输入端全为低电平 0 时，输出电压为 0V，且呈线性变化。为此为了使输出与液晶显示同步，必须经过放大倍数n =2 的二级放大。3.3 放大和输出稳压电路的设计由于 DA083
12、2 芯片为电流输出型，为了得到输出电压，必须经过运放转化为电压。设计采用运放 LM324 放大器放大。LM324 芯片的主要特性有：可单双电源工作，单电源工作范围为 3V32V，双极性电源工作范围为 16V，设计采用双极性电源，且电源电压为 12V；每个集成 LM324 芯片内装 4 个运放器5。采用反向输入，放大和稳压电路如图 5。ADJ图 5放大电路和稳压电路U3 的输出端 I0ut1 接 U2 的 13 管脚（IN-），Iout2 接 U2 的 12 管脚（IN+），然后接地。第一级只是转化 0832 输出的电流为电压，没有进行放大。LM324 第一级 的输出端 14 经过 1K 的电阻
13、接第二级放大的输入端 2（IN-）,也是反向输入，两次反向后最终输出的电压为正向。由于三端稳压 LM317 的工作电压范围为1.2637V，达不到输出为 0V 的设计要求，为此在第二级放大采用求和反向放大，-12V 的电压经过 10K 的电位器分压后输出反向电压为-1.25V，在液晶显示为 0 的情况下使其 LM317 调整稳压后的电压达到 0V。LM317 主要特性有基准电压标准值为 1.25V，ADJ 调整端电流标准值为 50uA，最大为 100uA。为此，为保证额定的输出电压值，调整端 R1 的电阻阻值-12VRW2 10KR1200R22R21 2K10k R202k+5lsbDI0
14、DI1 DI2 DI3 DI4 DI5DI6msbDI7+VoutU1VinLM317OUT1 OUT4 13 ILE WR2 WR1IN1（-）IN4（-）IN1（+） IN4（+） 11 VCCVEE 10 IN2（+） IN3（+） 9 + 220ufC1J1OUT+12RW3OUT2U2IN2（-）IN3（-） 8 OUT3 LM324+12VR=1.25V/10mA=125。通常实际的取值在 120200 之间。输出电压值计算公式为：Uo= 1.25（1+ Rw / R） + IadjRw 。3.4 液晶显示电路设计显示部分采用液晶 LCD1602，LCD1602 显示容量是为 16
15、 2 个字符，芯片工作电压为 4.55.5V。接口信号说明如表 1。表 1液晶接口说明编号符号引脚说明VSS电源地D2数据输入 D2 端VDD电源正极10D3数据输入 D3 端VL液晶显示偏压信号D4数据输入 D4 端RS数据/命令选择端D5数据输入 D5 端R/W读/写选择端（H/L）D6数据输入 D6 端E使能信号D7数据输入 D7 端D0数据输入 D0 端BLA背光源正极D1数据输入 D1 端BLK背光源负极液晶 LCD1602 与 STC 单片机的连接电路图如图 6。LC1602D 的 8 位数据接口与单片机的 P0 口相连，由于 STC 单片机 P0 口没有内接电阻，为此外接了10K
16、 上拉排阻。这是因为单片机 P 口的输出电流非常微弱，不足以驱动液晶显示数据而连接的。1602 的控制端 RS、R/W、E 端分别与 STC 的P20、P21、P22 连接。VCOM 为液晶显示亮度调整端，外接 10K 的电位器。BLA-和 BLA+分别为液晶背光源正极和负极， BLA-接地，BLA+接+5V。液晶的显示由单片机的程序去控制。1 RW210K 310k*8 CON93938373635343332P20 21 P21 22 P22 23 1602V COM RSR/W E D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7BLA+ BLA- 晶 1602 RD WRP23 24 P
17、24 25 P25 26 P26 27 P27 28 RXD 10 ALE/P 30 TXD 11 PSEN 29 89W图 6LCD1602 与单片机连接电路图3.5 系统供电电源设计控制系统 STC 单片机和 DA0832 工作需要+5V 的电源，而运算放大器LM324 需要 12V 的双极性电源，为此需要设计出满足上述芯片工作需要 的电源。电源电路图如图 7 所示。图 7系统供电电源系统供电电源外接 220V 交流电，经过双 18V 变压器 T1 降压和整流桥整流变为直流，接着用电容 C1、C2、C3、C4 滤波，最后用三端稳压芯片7812、7912、7805 稳压后再经电容 C5、C6
18、、C7、C8 滤波就可得到+12V,-12V，+5V 的电源。3.6 整机电路图和系统仿真整机电路图见附录一。系统仿真采用仿真软件 Proteus，图 8、9 分别为预设 0V 和 10.0V 输出电压的仿真结果。ufU1 78121VinU3 7805+ C1 C3 10+ C7C52200104 18V/40W2200ufC13 + C14JP2+ C2 C4 104U27912C6 104+ C8+5V -12V GND4 H220vEAD30pFC222uFX1CRYSTAL29R8VSS VDD VEERS RW ED0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D71KXTAL1XTAL
19、2RST+5vP0.0/AD0 39P0.1/AD1 38P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P0.5/AD5 P0.6/AD6 P0.7/AD7P2.0/A8 P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11LCD111637+5V2110K2223242151 CS 2 WR13 GND4 DI35 DI26 DI17 DI08 VREF9 RFB10 GND VCC 20ILE（BY1/BY2） 19 WR2 18XFER 17DI4 16DI5 15DI6 14DI7 13IOUT2 12IOUT1 1130 ALE31 EA1 P1.02 P1.13 P1.24
20、P1.35 P1.46 P1.57 P1.68 P1.7+12V DBG_TRACE=1U4:AP2.4/A12 25P2.5/A13 26P2.6/A14 27P2.7/A15 28P3.0/RXD 10P3.1/TXD 11P3.2/INT0 12P3.3/INT1 13P3.4/T0 14P3.5/T1 15P3.6/WR 16P3.7/RD 17S1S2S3 S4R211.5k+0.57U4B32k3 1Volts 11 2 LM32410k R22-12v图 8预设值为 0V 时的仿真图 1K+5V39LCD1X1XTAL1P0.0/AD0 P0.1/AD1 38P0.2/AD2 37P0.3/AD3 36P0.4/AD4 35P0.5/AD5 34P0.6/AD6 33P0.7/AD7 3221531441351261171089 VCC 20ILE（BY1/BY2） 1929 PSEN
