一、系统组成与原理概述.docx

系统组成与原理概述本文所设计的数控直流电源与传统稳压电源相比，具有操作方便、电压稳定度高的特点， 其输出电压大小采用数字显示，原理方框组成图见图1它共由六部分组成输出电压的大 小调节通过“＋”、“－”两键操作，控制可逆计数器分别作加、减计数，可逆计数器的二进 制数字输出分两路运行：一路用于驱动数显电路，指示电源输出电压的大小值；另一路进入 D/A转换电路，D/A转换器将数字量按比例转换成模拟电压，然后经过射极跟随器控制 调整输出级输出所需的稳定电压为了实现上述几部分电路的正常工作，需另制土 15V和 ±5V的稳压直流电源及一组未经稳压的12〜17V的直流电压二、 具体实现电路根据以上数控直流电源的方框图，采用集成电路设计了输出电压为0〜9 . 9V的数控 电源，详细电路原理如图2所示1. 电路简介两按钮开关作为电压调整键与可逆计数器的加计数和减计数输入端相连，可逆计数器采 用两片四位十进制同步加/减计数集成块7 4LS192级联而成，把第一块的进位和借位 输出端分别接到下一组的加计数端和减计数端两级计数器总计数范围从00000000 至10011001（即0〜99）数显译码驱动采用两块7 4LS 2 4 8集成块，74LS 2 4 8为四线一七段译码器/ 驱动器，内部输出带上拉电阻，它把从计数器传送来的二一十进制的8 4 2 1码转换成十进 制码，并驱动数码管显示数码。

数模转换电路采用两块DAC 0 8 3 2集成块，它是一个8位数/模转换器，这里只使用高 4位数字量输入端由于DAC 0 8 3 2不包含运算放大器，所以需要外接一个运算放大器 相配，才构成完整的DAC，低位DAC输出模拟量经9：1的分流器分流后与高位DAC 输出模拟量相加后送入运放，运放将其转换成与数字端输入的数值成正比的模拟输出电压， 运放采用具有调零端的低噪声高速率优质运放NE5534调整输出级采用运放作射极跟随器，使调整管的输出电压精确地与D/A转换器输出电 压保持一致调整管采用大功率达林顿管，确保电路的输出电流值达到设计要求数控电源 各部分工作所需的土 15V和+5V稳压电源由固定集成稳压器7815、7915和78 0 5提供，调整管所需输入电压经简单整流、滤波即可得到，但要求能提供5A的电流2. 电路调试 调节步骤如下：1） 输入数字0 0 0 0 0 0 0 0,短接RE1、RE2、RF，调运放调零电位器Rw,用 数字万用表检测，使输出电压Vo = 0±1mV.2） 输入数字1 0 0 1 1 0 0 1,调整RE1、RE2、RF，使输出电压Vo达到预定的 满量程值9 .9V。

3. 主要技术指标本文所设计数控直流电源的电压输出范围为0〜9 .9V，步进值为0 .1V，输出纹波电 压不大于1 0mV，输出电流为5A三、 改进措施本电源输出电压大小尚受限制，在需要较高输出电压时，在不改变调节精度（即步进值） 的前提下，只要增加计数器的级联数和相应D/A转换器的个数，扩大数显指示范围，配合 选用高电压输出运放，就能轻易地满足要求当需要正负对称输出电压时，只要另增一组电 源，对D/A转换器及调整输出电路稍作改动即可达到目的2系统方案和整体结构2.1 系统的基本要求2.1.1 技术指标（1）扫描范围：100HZ 〜 100KHZ（ 2）步进频率：1HZ（ 3）增益误差：不大于 ±100DB, 相移 不大于 ±5o2.1.2设计要求（1）以 80C51 单片机为控制核心（ 2）采用 ICL8038 构成振荡器产生扫描信号（3） 扫频波频率的测量和显示及增益的计算和现实有单片机完成（4） 被测网络幅频特性和相频特性的打印采用 WH153 式热敏打印机2.2 单片机的选择2.2.1 系统所用单片机的选择该频率特性测试仪用压控振荡器产生扫频信号，以单片机为控制核心，通过A/D、D/A等接 口电路，实现扫频信号频率的步进调整、数字显示及被测网络幅频特性与相频特性的数显等。

因此，单片机的选择是系统设计的关键8051是INTEL公司MCS-51系列单片机中最基本 的产品，它采用INTEL公司可靠的CHMOS工艺技术制造的高性能8位单片机，属于标准 的MCS-51的HCMOS产品它结合了 HMOS的高速和高密度技术及CHMOS的低功耗特 征，它继承和扩展了 MCS-48 单片机的体系结构和指令系统此外， 8051 还可工作于低功 耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式在空闲模式下冻结CPU而RAM定时器、 串行口和中断系统维持其功能掉电模式下，保存RAM数据，时钟振荡停止，同时停止芯 片内其它功能还有内置中央处理单元、 128 字节内部数据存储器 RAM、 32 个双向输入/ 输出（I/O）口、2个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时 钟振荡电路所以系统选择MCS-51系列的8051单片机2.2.2 8051 单片机芯片介绍和其基本功能80C51的管脚示意图（图1）图1 8051的管脚图由图1可以看出8051有40条引脚 即：I/O 口引脚，控制引脚和电源引脚I/O 口引脚（4X8=32 条）8051 共有 4 个并行 I/O 口端口，每个端口都有 8 条引脚线，用于传送数据地址。

由于每个 端口的结构个不相同，因此它们在功能和用途上有很大的差别P0.7〜P0.0： P0 口共有8条引脚，其中P0.7为最高位，P0.0位最底位P0.口即可作地址数 据总线使用，又可作为通用的I/O 口使用当CPU访问外存储器时，P0 口分时先作底8位 地址总线，后作双向数据总线当P0 口被地址/数据数据P1.7〜P1.0： P1 口作为通用I/O 口使用，用于传送用户的输入/输出数据P2.7〜P2.0： P2 口是一个8位准双向I/OD端口，他即可作为通用I/O 口使用也可与P0 口 相配合，作为片外存储器的高8位地址总线，输出高8位地址，使P2和P0 口一起组成一 个 16 位片外存储单元地址3.7〜P3.0：这组引脚除作为一般准双向口外，每个引脚还具有第二功能具体分配如下表1 表1P3 的口 第二功能 注释P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 RXD TXD T0 T1 串行数据接受口 串行数据 发送口外中断0输入 外中断1输入 计数器0计数输入 计数器1计数输入 外部RAM写 选通信号（输入）外部RAM读选通信号（输出） 控制引脚（4条）ALE/：地址锁存允许信号端，当8051上电正常工作是后，自动地在ALE/线上输出频率为 fosc/6的脉冲序列当CPU访问片外存储器时，ALE/输出信号作为锁存器低8位地址的控制 信号。

平时不访问片外存储器时，该端也可以以1/6 的时钟震荡频率固定输出脉冲，因此可作为系 统其他芯片的时钟pp：允许访问片外存储器/编程电源输入端，当接高电平时，CPU只访问片内ROM,若接 低平时，CPU只访问片外ROM片外程序存储器允许输入信号端，在访问片外ROM时，8051自动上产生一个负脉冲， 用于为片外ROM芯片的选通其他情况下，线均为高电平封锁状态RST pd：复位信号输入端，当RST输入端保持两个机器周期的高电平时，就可以使8051完 成复位操作RST pd的第二功能是作为备用电源输入端当主电源输入端当主电源Vcc 发生故障而降低到规定低电平时，RSTpd线上的备用电源自动投入，以保证RAM中信息 不丢失时钟引脚（2 条）XTALL1：接外部晶体的一个引脚在单片机内部，它是反相放大器的输入端这个放大器 构成了片内震荡器当采用外部时钟时，该引脚必须接地XTALL2：接外部晶体的另一个引脚在单片机内部，接上述震荡器的反相器的输出端 当采用外部时钟时，该引脚输入外部脉冲相应电路如下所示：图2 内部方式时钟电路 图3 外部方式时钟电路2.3系统I/O 口点数的确定和通道的选择2.3.1系统I/O 口点数的确定及扩展本次设计的系统所用的接口有ADC0809与8051、DAC0832与8051的接口、键盘与8051 的接口、测相逻辑电路与8051的接口及显示单元和打印机与8051的接口，考虑到8051的 I/O 口余量，共需I/O 口点数大致为40个。

而8051的IO 口如上图接口只有32个所以我们 需要8051的接口扩展，其扩展方法与原理如下：MCS-51D单片机有四个8位I/O 口，共32条I/O线，其中P0 口为双向三态数据总线 口，P1 P2 P3为准双向口对于需要扩展存储器的系统，一般将P2 口作为高位地址线， 而 P0 口既作低 8 位地址线有作为数据线简单接口~@_@~冷冰 09:35:02的扩展就是利用数据线 P0 口来扩展输入 输出线，这些接口芯片是不可编程的具体扩展 原理及图由第三部分详细介绍2.3.2 单片机通道的选择由于系统要和A/D转换D/A转换器及显示键盘打印等进行接口，故我认为应该正确区分模 拟和数字通道例如A/D转换器和单片机的接口应该和其数字通道相连接，而D/A转换器 应该与其模拟通道相联接，在选择是一定要注意2.4 存储单元的选择2.4.1程序存储器EPROM的选择由于8051片内只有4kB内部ROM （外部可扩展至64kB） 128x8bit内部RAM（可扩充64kB 外部存储器），它不能满足系统要求，故需要外扩一片 EPROM2764（8K 字节）具体扩展原 理及示意图第3部分将详细介绍2.5 输入/输出接口的选择2.5.1 A/D转换器的选择由于本次所设计的系统是数字频率特性仪，作用是测一段网络的频率与相位，而网络本身是 模拟量信号，而需把其信号送入单片机内部运算处理，最后输出起波形和相位，单片机内部 运算是数字量的逻辑运算，故本系统需要进行模数间的转换，即把模拟量转换成数字量，本 系统所要求精度，需要8位的转换器，综合考虑我选择的是ADC0809，因为其片内带有锁 存功能的8路模拟开关，可对8路0〜5V的输入模拟电压信号进行转换，完成一次转换约 需100“ s。

其输出具有TTL三态锁存缓冲器，可直接接到单片机89C51的P0 口ADC0809 与89C51接口电路和具体原理第三部分详细介绍2.5.2 D/A 转换器的选择由于本系统要将单片机输出的数字量输入到压控震荡器，压控震荡器，需要的是模拟量所以 本系统需要数字量和模拟量之间的转换，我采用的是DAC0832芯片，因为DAC0832是双 列直插式8位D/A转换器能完成数字量输入到模拟量电流）输出的转换精度高，费用合 理，应用普遍其具体和单片机的接口技术与原理将在第3部分详细介绍2.5.3 键盘及显示接口的选择因为本次设计的系统需要键盘对单片机进行输入量的给定，所以需要进行键盘的设计扩展， 而输出的结果要通过显示器进行输出，所以也需要显示的设计选择，考虑到多方因素我选择 的是由8279实现对键盘/显示的设计因为：利用8279可实现对键盘/显示器的自动扫描，以 减轻CPU负担，并具有显示稳定、程序简单、不会出现误动作等特点具体键的设计与显 示原理我们将在第三部分具体进行设计介绍~@_@~冷冰 09:35:272.6 系统方案和总体结构框图 模拟式扫频仪价格昂贵，不能直接得到相频特性，更不能打印网络的频率响应曲线，给使用 带来诸多不便。

为此，我们研究和设计了低频段数字式频率特性测试仪该测试仪用压控振 荡器产生扫频信号，以单片机为控制核心，通过A/D、D/A等接口电路，实现扫频信号频率 的步进调整、数字显示及被测网络幅频特性与相频特性的数显等总框图如图4 。