课程设计说明书题 目： 数控电压源设计 院 （系）： 专 业： 电子信息工程 学生姓名： 学 号： 指导教师： 2013 年 12 月 18 日桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第 III 页 共 页 摘 要本系统以AT89C51单片机为主控制器，通过键盘来设置直流电源的输出电压，具有步进功能，能够显示实际输出的电压值。本设计分四个模块:单片机控制及显示模块、数模（D/A）转换模块、供电模块、输出显示模块。以单片机控制模块为核心，DAC7611芯片进行数模转换。该系统具有可靠性好，精度高等优点。关键词:数控电压源；AT89C51；DAC7611；恒流源Abstract The system to AT89C51-based controller to set the output voltage of the DC power source through the keyboard, with the step function, capable of displaying the actual output voltage value. The design consists of four modules: MCU control and display module, digital to analog (D / A) converter module, power supply module, the output display module. In single-chip control module as the core, DAC7611 digital-to-analog converter chip. The system has good reliability, high precision. Keywords：CNC voltage source；AT89C51 ；DAC7611；constant current source目 录引言11 设计要求12 方案的选择12.1 单片机的选择12.2 显示器的选择22.3 数模转换器的选择23 元器件的介绍23.1 AT89C5123.2 数模转换器DAC761144 硬件电路图的设计54.1 AT89C51的时钟电路和复位电路54.2 DAC7611的电路64.3 独立式按键与AT89C51的连接74.4 供电电路75 整个系统的原理图86 PCB图97 软件的设计98 硬件电路的布线和焊接99 电路的调试1110 分析与心得12谢 辞14参考文献15附 录16桂林电子科技大学课程设计（论文）报告用纸 第 16 页 共 22页引言数控支流稳压电源是一种常见的电子仪器，广泛的用于电子电路，教学实验和科学研究等领域。目前实用的直流稳压电源大部分是线性电源。利用分离器件组成，其体积大，功率底，可靠性差，操作使用不方便，自我保护功能不够，因而故障率高。随着电子科技的飞速发展，各种电子，电器设备对稳压电源的性能要求日益提高，稳压电源不断差朝着小型化，高效率，低成本，高可靠性，低电磁干扰，模块化和智能化发展。以单片机系统为核心而设计制造出来的新一代稳压电源不但电路简单，结构紧凑，价格低廉，性能卓越，而且单片机具有计算和控制功能，利用它对采样技术进行各种计算，从而可排除和减少由于骚扰信号和模拟电路因起的误差，大大提高稳压电源输出电压和输出电流精度，降低了对模拟电路的要求。智能稳压电源可利用单片机设置周密的保护检测系统，确保电源运行可靠。输出电压和限制电流采用数字显示，输入采用键盘方式，电源的外表美观，操作使用方便，具有较高的使用价值。1 设计要求可输出电压：范围04V，步进0.01V，纹波不大于10mV；可输出电压值由LCD1602显示；由“+”、“-”两键分别控制输出电压步进增减；为实现上述几部件工作，自制一稳压直流电源，输出输出+5v。2 方案的选择本次设计的主要内容是通过单片机向dac7611数模转换器发送不同的数字量，根据数字量的不同，输出的不同的幅值的模拟电压，从而实现了系统输出电压幅值得数字控制。2.1 单片机的选择本次设计中单片机是整个系统的CPU，起到了控制、调节的作用，现有AT89C51和ATMEGA16两种单片机可供选择，以下对这两种单片机进行分析、比较。方案一：采用ATMEGA16单片机ATMEGA16是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器，具有丰富的片内资源，包含16K字节的系统内可编程FLASH（具有同时读写的能力，即RWW），512字节EEPROM，1K字节SRAM，32个通用I/O口线，32个通用工作寄存器，支持片内调试与编程，三个具有比较模式的灵活的计时器/计数器（T/C），片内/外中断。功能全面，但价格比较贵。方案二：采用AT89C51单片机AT89C51是一种带有4K字节FLASH存储器同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。的电压、高性能CMOS8位微处理器，包含128字节内部RAM，32个I/O口线，两个16定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。本次设计需要单片机将数字量发送给数模转换器，并且控制显示模块的显示，而ATMEGA16的使用比较复杂，价格昂贵，且很多功能在本次设计中得不到应用，故采用AT89C51即可满足要求，并且价格便宜，使用方便，简单。2.2 显示器的选择方案一：采用LCD液晶显示器显示1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形。方案二：采用LED数码管显示LED是一种能够讲电能转化成为光能的半导体，与传统的白炽灯和节能灯不同，采用电场发光。而LED数码管由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。通过控制每个发光二极管的亮灭情况，让其显示不同的数字和字母，但是显示内容有限，一般用来显示数字。本次设计显示模块显示系统的输出电压，虽然只要求显示数字，用LED数码管显示就可以完成，但是LCD1602可以拆下重复使用，而且对LCD1602比对LED数码管熟悉，故我选择用LCD1602作为显示模块。2.3 数模转换器的选择方案一：数模转换芯片DAC0832DAC0832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。方案二：数模转换芯片DAC7611DAC7611是12分辨率的D/A转换集成芯片，是串行输入数模转换器，精度较高。由于DAC7611的分辨率比DAC0832高，而且DAC7611输出的直接就是电压了，DAC0832输出的是电流，还需要经过运放电路转为电压，比较麻烦，因此我选择DAC7611作为数模转换模块。3 元器件的介绍3.1 AT89C51AT89C51单片机是美国Atmel公司生产的低电压，高性能CMOS 8 位单片机。如图3-1所示为AT89C51引脚图： 图3-1 AT89C51引脚图其各引脚功能如下所示： Vcc(40引脚)：接+5V电源。Vss（20引脚）：接地。XTAL1（19引脚）：片内振荡器反相放大器和时钟发生器电路的输入端。RST：复位引脚，高电平有效。EA：外部程序存储器访问允许控制端。ALE：低8位地址所存允许信号端。PSEN：读外部程序存储器的选通信号端。P0口：8位，漏极开路的双向I/O口。P1口：8位，准双向I/O口，内部具有上拉电阻。P2口;8位，准双向I/O口，内部具有上拉电阻。P3口;8位，准双向I/O口，内部具有上拉电阻。本次设计使用的均为I/O口的基本功能，其中P0口接LCD1602，P2.0接1602的RS，P2.1接1602的RW，P2.2接1602的使能端。P1.2接DAC7611的装载控制信号端，P1.3接DAC7611的同步串行时钟输入端，P1.4接DAC7611的串行数据输入端，P1.5接DAC7611的片选信号。P3.0和P3.1接两个控制按键。3.2 数模转换器DAC7611DAC7611是12位的D/A转换集成芯片，是串行输入数模转换器，精度较高。DAC7611的引脚图如图2-2所示：图3-2 DAC7611的引脚图DAC7611各引脚功能如表3-3所示：表3-3 DAC7611的引脚功能表引脚符号描述1VDD电源线。2芯片选择信号输入引脚，低电平有效3CLK同步串行时钟输入4SDI串行数据输入，在串行时钟的上升沿数据被移入DAC7611内部的串行移位寄存器。5装载控制信号。控制移入的数据装载到DAC7611内部的DAC寄存器，触发数模转换。6低电平有效。它的工作与串行时钟有芯片选择信号无关。异步DAC寄存器清零输入。当为低电平时DAC寄存器被置零000H，使DAC7611CLR输出电压为0V。7GND接地。8Vout模拟输出，最大为4.095V，1mV/LSB。DAC7611的数模转换表如表3-4所示：表3-4说明了DAC7611的数模转换情况：当DAC7611输入数字量为000H时，它的模拟输出为0，当输入数字量为FFFH时，它的模拟电压为4.095V，即它的最大模拟输出电压为4.095V。输入的数字量每改变一位，输出的模拟电压改变1mV。表3-4 DAC7611的数模转换表DAC7611 满刻度=4.095V最小有效位LSB=1mV二进制数字输入模拟输出（V）描述FFFH+4.095满刻度801H+2.049中刻度 +1 LSB800H+2.048中刻度7FFH+2.047中