数控直流电源设计 第3页
3．电路原理和硬件实现
3.1 电路框图
3.2 整体电路图
3.3 内部电路及原理分析
3.3.1电路组成
本电源由模拟电源、显示电路、控制电路、数模转换电路、放大电路四部分组成.准确说就是模拟电源提供各个芯片电源、数码管、放大器所需电压;显示电路用于显示电源输出电压的大小。
1.数码显示电路
显示电路由三个数码管和3个74LS164组成。三个数码管分别组成显示电路的十位、个位、小数点位，由于三个数码管至少需要21根I/O线，为节约资源，采用串行输入并行输出的74LS164进行驱动输出。单片机的两个并行口分别作为信号输出口和时钟控制信号。采用单片机的P3.4、P3.5作为控制加减的控制口。8M晶振为单片机提供时钟信号。
根据电压输出范围及步进要求，显示电路需要三个数码管组成:一个具有小数点一位、个位和十位的显示器。这三个数码管为带小数点的七段LED数码管。驱动这三位数码管，至少需要21条驱动线，为了节省CPU的I/O口线，显示电路采用CPU的串行口RXD和TXD通过74LS164进行输出口线扩展。74LS164是串入并出的8位移位寄存器，在⑧脚所加脉冲的上升沿作用下，把①、②脚（一般并联使用）输入的串行数据锁存在并行输出端，通过这些并行口线驱动数码管的各字段。数码管选用共阳的KPS-5101（BHBD15），当74LS164的输出端口某线为低电位时，对应的字段被点亮。
3.3.2 电源电路
1、线性电源电路 (+5V +15V模拟电源电路图)
线性电源由18V变压器经过全波整流，电容整流滤波，通过三端稳压管7815、7812、7805稳压为芯片AT89C51、DAC0832、TL082、74LS164、3DD15D、数码管提供电压。
2.(-15V电源)
－15V电源电路由18V经过全波整流，电容整流滤波，通过三端稳压管7915稳压输出。如图
3.D/A转换电路
D/A转换电路主要由AT89C51（单片机）、数/码转换器DAC0832及TL082差分放大器等芯片组成。AT89C51的P1口作为数据端口与DAC0832的8位数据线相连。AT89C51内含4K字节的ROM，无需外部存储器，因此选用它可使电路得到简化。本系统中，因为CPU的工作任务是单一的，而且数据传送的目的地址也是单一的，因此，DAC0832采用直通的工作方式，改芯片的CS/(低电平有效)、WR1/、XFER/、WR2/四个使能端均与地相接处有效状态，这个工作方式不需要给DAC0832分配地址空间，CPU的P1口的数据变化直接反映到DAC0832的输出端。
4. DAC0832转换器
DAC0832是一种典型的8位转换器，内部为双缓冲寄存器即输入寄存器和DAC寄存器，WR1/、WR2/、分别为该两寄存器的写信号输出端，ILE为输入锁存使能端，高电平有效，CS/为片选端，XFER/为传输控制端，它和WR2/共同控制DAC寄存器的工作状态。DAC0832有两个接地端AGND（模拟电路接地端）和DGND（数字信号）接地端，一般情况下，这两个地端均并联接地。DAC0832的D/A转换电路为倒T型R-2R电阻网络，故有IOUT1和IOUT2两个电流输出端，根据不同的电路组成，该芯片可以有两种输出模式，一种为电流输出模式，这种模式基准电压加在VREF端，由IOUT1，IOUT2输出的电流经运算放大器相加后输出；另一种为电压输出模式，这种模式基准电压加在IOUT1和IOUT2之间，模拟电压加从VREF端输出。本电路采用后一种模式，其基准电压通过电阻和2.5V稳压管组成的稳压电路提供，其基准电压为2.5V，最后经过放大器TL082放大到12.5V,作为电路设计的程序设计编码基准电压。由于DAC0832为8位转换器，所以采取把12.5V电压等分256份，得出每0.1V的步进为2.048。即：12.5/256=0.1/ⅹ,ⅹ＝2.048。这样就可以得出DAC0832的Dn的TAB1对应的值。由于采用了2.5V的稳压二极管最为基准电压，所以必须经过放大器放大一定倍数达到12.5V.
5. 输入输出电路
从电路图可知，放大器输出信号是受控电源的控制信号，根据需要选择不同的DAC0832输入的数字量的值即可获得不同的控制电压（放大器输出电压），进而可获得所需的输出电压值。8031单片机基本系统 数控部分核心采用 8031 单片微机与 EPROM、RAM、地址锁存器74LS373组成单片机的基本系统，并对P2口的P2.5、P2.6、P2.7经74LSl38地址译码后作为6264、8279和0832的选通信号。
受控电源即电压输出电路实际上是由7812三端稳压器和3DD15D大功率管组成。由于7812的带负载能力较差，因此，需要通过大功率管3DD15D进行扩展。本电路中7812的接地端（第②脚）不是直接接地，而是与运放的输出端相接。根据7812三端稳压器的工作原理可知，在其接地端②脚与V1（放大器输出端）相联之后，其输出端第③脚的输出电压V3应该为本身的围压值V1之和。即：V3=12+V1。由于电压输出电路通过3DD15D大功率管进行带负载能力的扩展，电源实际输出的电压是从该功率管个发射极输出的，因此，电源输出的电压其实际值要比V3减少一个发射结的电压降即0.7V，所以电源输出的电压VOUT=V3-0.7V=12+V1-0.7V，调节两个精密电位器，使得实际输出电压与显示电压相等。也就是不同的DAC0832输入的数字量的值经过放大器TL082放大后与电源输出电压VOUT的关系。就这样确定了电源输出电压CPU输出数字Dn的关系，这就是编程的依据。按照0.1V的步进量，在0-10V的输出电压范围内，应该有101个Dn值。编程时，根据Dn的表达式可以算出全部的101个Dn值，并将这些值从小到大顺序存在一张名为TAB1的表格中。要输出某一电压值，只要从该表格中查表取出相对应的Dn的值，并通过D/A转换电路即可得到所需的电压。
本电路中，K1，K2为输出电压选择键，其中K1为“增加键”，该键没按一次输出电压将在上一输出值的基础上增加0.1V，K2为“减小键”，其功能与K1正好相反。
6.模拟输出和放大电路
采用DAC0832的Vref模式，11脚和12脚接2.5V稳压管为参考电压，8脚输出电压TL082按比例放大5倍,得到所需要电压,由于TL082带负载能力差,用3DD15D进行功率放大如图
4 程序设计
4.1 程序流程图
图 4.1 程序流程图
4.2 程序运行原理
在本电路中由于CPU的工作任务是单一的，因此，源程序的工作过程为：系统上电复位后，默认输出9伏电压，然后扫描K1，K2键，当K1或K2键有按下时，程序跳转至相应的按键处理子程序，经按键子程序处理后，再嵌套调用显示子程序，完成显示与输出操作后返回主程序，继续扫描此两键。
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