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1、数控直流流电源的的设计与与实现一、实验验目的 了解数控控技术和和电源技技术。 熟悉微机机原理及及其接口口技术。 运用微机机系统实实现一个个数控直直流电源源。二、实验验内容与要要求基于800x866实验箱箱平台设设计并制制作数控控直流电源源。要求求由键盘盘预置输输入直流流电压在在09.99V之间间的任意意一个值值,数控控直流电电源输出出,且输输出电压压与给定定值偏差差不大于于0.11V。主要技术术指标:(1)输输出电压压:范围围09.99V,纹纹波不大大于100mV,电电压值由由数码管管显示;(2)具具有“+”、“-”步进调调整的功能,步步进0.1V;(3)用用自动扫扫描代替替人工按按键,实实现
2、输出出电压变变化(步步进0.1V不不变)。三、实验验报告要要求设设计目的的和内容容总总体设计计硬硬件设计计:原理理图(接接线图)及及简要说说明软软件设计计框图及及程序清清单设设计结果果和体会会(包括括遇到的的问题及及解决的的方法)四、总体体设计采用80086处处理机构构成该系系统的核核心数控模模块,与与基本接接口实验验板相连连,通过过软件编编译实现现设计各种种功能的的实现,输输出部分分也不再再采用传传统的调调整管方方式,而而是在DD/A转转换后,经经过稳定定的功率率放大电电路得到到。由于于使用了了微处理理器,整整个系统统可编程程实现,系系统的灵灵活性大大大增加加。系统统设计框框图如图图1所示。
3、 图1 方案案三系统统设计框框图为实现数数控直流流电源的的各项功功能,系系统分为为三个组组成部分分:键盘盘/显示示电路,数数控模块块,稳压压输出电电路。下下面介绍绍系统各各部分的的基本功功能:(1)键键盘/显显示电路路:该电电路的显显示部分分又可分分为电压压预制值值显示电电路和电电压实际际输出值值显示电电路。系系统利用用可编程程并行接接口82255单单元电路路构成实实验板上上4*44小键盘盘的接口口和LEED数码码管电路路的接口口,从而而识别键键码同时时显示电电压预置置值;在在得到实实际输出出值后,实实验板上上提供了了模数转转换ADDC08809单单元电路路,转化化成数字字量后传传递给LLED
4、数数码管就就可以显显示实际际输出值值。(2)数数控模块块:该部部分主要要由80086微微处理器器和数模模转换DDAC008322单元电电路组成成。其中中通过编编写汇编编语言程程序控制制80886微处处理器快快速完成成各功能能所需的的复杂运运算,然然后数模模转换电电路DAAC08832可可将运算算所得的的数字量量转换为为模拟量量。(3)稳稳压输出出电路:由于通通过模数数转换电电路输出出的电压压值大小小有限制制,通过过使用运运算放大大器作前前缀的功功率放大大电路,即即可满足足系统所所需电压压,又可可大大减减小纹波波电压。功功率放大大电路通通过外扩扩电路实实现。五、硬件件电路设设计本课题的的设计可可
5、通过实实验平台台上的一一些功能能模块电电路组成成,由于于各模块块电路内内部已经经连接,用用户在使使用时只只要设计计模块间间电路的的连接,因因此,硬硬件电路路的设计计及实现现相对简简单。完完整系统统的硬件件连接如如图2所示。CS-55-IOWRST-IOR数据总线CS1CS-DA运放输出电路输出R2 500R1 1KRf 1KCS2CS-DIADDACS-ADDA CS0 CS1 CS2 CS3 CS4 CS5 CS6 CS7地址译码电路图2 完整系系统硬件件连接图图实验平台台上用到到的一些些功能模模块电路路如下:地址译码码电路:该单元元通过三三八译码码器744LS1138与与可编程程逻辑器器件
6、GAAL200V8组组成地址址译码电电路,产产生CSS0CCS7的的地址片片选口,为为系统确确定各芯芯片I/O地址址提供了了很大的的方便。可编程并并行接口口82555单元元电路:82555芯片片是比较较典型常常用的并并行接口口芯片,可可与实验验平台上上提供的的4*44的键盘盘单元和和LEDD数码管管显示电电路单元元相连构构成接口口电路,实实现对键键盘和显显示电路路的控制制。基本输入入输出单单元电路路:通过过74LLS2445以及及74LLS3773组成成基本的的输入单单元电路路,可以以方便的的通过数数据线读读取或输输出数据据。在系系统中通通过744LS2245读读取了AADC008099的转换
7、换完成信信号EOOC。计数器(分分频)电电路单元元:该单单元电路路由744LS3393组组成,对对实验板板上提供供12MMHz的的时钟信信号进行行分频,产产生Q00Q77不同频频率的时时钟脉冲冲信号。在在系统中中选用QQ2作AADC008099的外部部时钟信信号。从功能角角度,该该电路又又可分为为三个部部分:键键盘/显显示电路路、数控控部分、稳稳压输出出电路。下下面就分分别对这这三个部部分进行行具体分分析。1键盘盘/显示示电路的的实现和和电路连连接该电路又又可分为为两个部部分:电电压预制制值显示示电路和和电压实实际输出出值显示示电路。下下面分别别说明:() 电压预制制值显示示电路82555的方
8、式式0主要要用于同同步传输输数据的的场合,课课题选用用方式00即可。端端口C的的高4位位和低44位分别别连接44*4键键盘的行行、列接接口,由由于为非非编码键键盘,需需采用行行反转法法(也可可采用行行扫描法法)判断断所按实实验平台台上的小小键盘为为何键,同同时通过过编程把把键值转转换为相相应的数数码管段段码,实实现数码码管显示示预置值值。具体体的电路路连接如如图3所所示。 图33 电电压预制制显示电电路连接接图其中82255片片选地址址CS00为2880H2833H,LLED数数码管段段码输出出选通的的地址为为2844H2287HH,数码码管位选选信号输输出选通通的地址址为2888H28BBH
9、。(2)电电压实际际输出值值显示电电路要在数码码管上显显示实际际电压输输出值首首先需要要将输出出电压转转化为数数字量,即即完成AA/D转转换。实实现A/D转换换的方法法很多,常常用的有有逐次逼逼近法、双双积分法法及电压压频率转转换法。其其中逐次次逼近法法具有转转换快、精精度高、抗抗干扰差差等特点点。ADC008099就是一一个逐次次比较式式的A/D转换换器。其其分辨率率为八位位,模拟拟输入电电压范围围为05V,对对应转化化值为000H0FFFH。有有八个模模拟输入入通道,可可在程序序控制下下对任意意通道进进行A/D转换换。时钟钟频率110KHHz112800KHzz。每次次只能对对一路信信号进
10、行行转换,其其通道号号由地址址信号AA、B、CC译码后后选定。片片内有地地址锁存存和译码码器。转转换结果果送入三三态输出出锁存器器,当输输出允许许信号OOE有效效时才输输出到数数据总线线上。另另外,还还有一个个EOCC信号,当当转换完完成时,会会发出转转换结束束状态信信号,高高电平有有效,可可以通过过对该信信号的检检测来查查询是否否转换完完成。AADC008099引脚连连接如图图4所示。 图4 ADDC08809引引脚连接接图此连接中中通道号号来自地地址总线线,分别别由读写写控制信信号来控控制STT,ALEE和OE等使使能端。EOC信号送入74LS245总线控制器的输入DI0口,在程序中对74
11、LS245总线控制器的输出口进行查询式读取EOC信号。本系统中ADC0809的输入信号来自DAC0832输出电压,具体的电路连接如图5所示。图5 电压实实际输出出显示电电路连接接图其中由于于ADCC08009时钟钟频率范范围为110KHHz112800KHzz,计数数器(分分频)电电路单元元中Q22产生的的时钟信信号频率率6755KHzz,因此此可以选选择Q22。DAAC08832的的片选地地址为228CHH288FH,ADCC08009片选选地址为为2988H229BHH,74LLS2445总线线控制器器的片选选地址为为29CCH229FHH。2D/A数模模转换电电路的使使用及具具体电路路连
12、接本系统的的核心是是数控技技术,数数控模块块关键的的运算通通过编程程由80086微微处理器器完成,但但系统的的运算结结果是八八位数字字量,必必须经过过数/模模转换器器后才能能输出。采采用双缓缓冲的DD/A转转换器DDAC008322。 本系统采采用了单单缓冲方方式。DDAC008322的输出出是电流流型的,而而系统需需要电压压信号,可可以通过过运算放放大器将将其转换换为单极极性或双双极性的的输出电电压。在在单极性性输出中中,对应应数字量量000FFFH的模模拟电压压V1的的输出范范围是00,输输出端口口为VOOUT11;单极极性输出出电压VV1再经经过运算算放大器器电平偏偏移、放放大后,对对应
13、数字字量0000FFFH的的模拟电电压V22的输出出范围是是,即双双极性输输出,输输出端口口为VOOUT22。DAAC08832引引脚连接接如图66所示。3模拟拟信号放放大电路路的分析析与设计计由于DAAC08832单单极性输输出的电电压范围围为05V,系系统要求求输出电电压范围围为09.99V,需需通过运运算放大大电路实实现。比比例运算算电路的的输出电电压与输输入电压压之间存存在比例例关系,从从而可以以实现信信号的放放大。对对比例运运算电路路加以扩扩展或演演变,可可以得到到求和、积积分和微微分电路路、对数数和指数数电路等等。对输输入信号号接法的的不同,比比例运算算电路可可以分为为三种基基本形
14、式式:反向向输入、同同向输入入以及差差分输入入比例电电路。比比例运算算电路使使用范围围广泛,运运放芯片片种类也也较多,有有LM7741、LLM3224、NNE55532等等。通过过比较,系系统选用用集成运运算放大大器LMM7411构建同同向输入入比例运运算放大大电路,放放大两倍倍即可。LLM7441的引引脚及同同相比例例运放电电路具体体连接如如图7所示。 图6 DAAC08832引引脚连接接图图7 LM7741的的引脚及及同相比比例运放放电路连连接图 如图7所所示,同相比比例运算算放大倍倍数为:根据设计计要求:Auff =22,即可可确定电电路各参参数:。系系统选用用,。 六、系统统软件设设计
15、开 始图8 系统流程图NYNYNYYYYNNNNNYYYNNYY有按键否反转法扫描键盘回到DOS步长0.1V的负向扫描描是F键步进0.1V步长0.1V的正向扫描步进0.1V输出三角波重新开始程序是E键是D键是C键是B键是A键取平台键盘按键值是ESC否PC键盘输入有按键否反转法扫描平台键盘数码管显示左2位显示预置值右2位显示实际值算法子程序启动模数、数模转换键值9否键盘按键读取键值9否键盘按键读取显示主菜单系统软件件主要完完成的功功能分为为以下几几部分:(1) 并行接口口单元电电路82255连连接小键键盘,识识别按键键、产生生键码并并在数码码管上显显示;(2) 启动DAAC08832进进行数模模
16、转换,将将预置电电压缩小小1/22后单极极输出;(3) 将输出电电压传递递给模数数转换电电路,启启动ADDC08809进进行转换换,采样样得到结结果并在在数码管管上显示示;(4) 实现对对整个系系统的运运行进行行控制,完完成系统统步进、扫扫描、扩扩展输出出电压等等功能。系统软件件设计主主要由主主程序,菜菜单界面面子程序序,行反反转法键键盘扫描描子程序序,键盘盘按键取取值子程程序,算算法子程程序,显显示子程程序,“+”、“”步进子子程序,“+”、“”扫描子程序和三角波电压产生子程序组成,程序流程如图8所示。下面将对对所涉及及到几个个重要子子程序进进行介绍绍。行反转法法键盘扫扫描子程程序(TTES
17、TTKEYY):该该子程序序通过行行反转法法检测实实验平台台键盘,取取得键值值。但该该子程序序不能判判断键盘盘被多次次按下时时的键值值,只能能得到最最后一次次按键的的键值,而而系统要要求预置置值为两两位数,因因此还需需再设计计一个键键盘按键键取值子子程序。键盘按键键取值子子程序(KKEYIINPUUT):该子程程序先调调用一次次键盘扫扫描子程程序,但但在取得键值后后并非立立即返回回主程序序,而是是继续扫扫描键盘盘,直到到确定键键盘扫描描子程序序已经扫扫描不到到按键为为止。这这样的作作用是每每调用一一次键盘盘按键取取值子程程序就能能取得一一个键值值,不会会因为连连续按键键而将前前面的键键值覆盖盖
18、。该子子程序流流程如图图9所示。图9 键盘按按键取值值子程序序流程图图算法子程程序(CCOUNNT):通过两两个键盘盘按键取取值子程程序(键键值为009)取取得系统统预置值值,高位位为,低低位为,暂暂不考虑虑小数。但但输入为为十进制制数,首首先需转转化为十十六进制制数,转转换公式式为: (4) 由于DAAC08832输输入范围围为0000FFFH,输输出范围围为0+5VV,即+5V对对应的是是数字量量2555(0FFFH),每个数字量表示的模拟量为5/256V。由此可得出预置电压()转换的相应数字量DATA公式为:DATAA= (55)经过DAAC08832后后就可得得到范围围在05V内内的电
19、压压。再通通过ADDC08809转转换后,得得到相应应的十六六进制的的8位实实际输出出电压数数字量,为为了在数数码管上上显示实实际输出出电压,要要采用相相反的转转换分别别得出十十进制的的实际输输出电压压高位、低低位。“+”、“”扫描子子程序(FFSCAAN/BBSCAAN):该子程程序只需需循环调调用相应应的“+”、“”步进子子程序(JJIAYY/JIIANYY),在在每次调调用结束束后根据据系统所所需间隔隔时间增增加一个个中断子子程序或或延时子子程序(DDELAAY2)。以以“+”扫描子子程序为为例,当当键盘按按键取值值子程序序返回的的键值为为0EHH时,调调用“+”扫描子子程序。进进入子程
20、程序后,循循环调用用键盘扫扫描子程程序,如如果返回回的键值值仍是00EH,则则调用延延时约为为1秒的的延时子子程序、步步长为00.1VV的“+”步进子子程序、算算法子程程序和显显示子程程序,即即可实现现间隔约约为1秒秒的“+”扫描功功能;如如果键盘盘扫描子子程序返返回的键键值不是是0EHH,则返返回主程程序。该该子程序序流程和和具体程程序如图图10所示示。图10 “+”扫描子子程序流流程图和和具体程程序参考“+”、“”扫描子子程序即即可得到到三角波波电压产产生子程程序(TTRIAANGLLE)。该该子程序序用功能能键B键控制制,先循循环调用用正向步步进子程程序,循循环调用用过程中中不加延延时子程程序,形形成快速速正向扫扫描,从从示波器器上可观观察到电电压扫描描轨迹为为一条斜斜率为11的直线线;到最最高值 9.99V时循循环调用用反向步步进子程程序,同同样不加加延时子子程序,形形成快速速反向扫扫描,此此时从示示波器上上可观察察到电压压扫描轨轨迹为一一条斜率率为11的直线线,到最最小值00V时,又又开始循循环调用用正向步步进子程程序。如如此往复复,即可可在示波波器上观观察到呈呈三角波波型的电电压。该该子程序序流程和和具体程程序如图图11所示示。 图111 三三角波电电压产生生子程序序流程图图和具体体程序