高精度直流電源遠程控制器的製作方法

2023-04-29 05:55:46 2

專利名稱：高精度直流電源遠程控制器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種基於8位單片機的電源遠程控制器。
背景技術：
目前，基於8位單片機的控制器僅對電源的運行狀態進行監測，不能調節輸出電流/或電壓，輸出的遠程電壓基準解析度較低或長期穩定度較差，對直流電源輸出的電流和電壓值回讀精度較低，不能滿足高精度高穩定度直流穩流電源或穩壓電源的需要，如輸出電流或電壓長期穩定度小於1×10-4遠程控制的要求。

發明內容
本發明的目的在於避免現有技術的不足之處而提供一種高精度直流電源遠程控制器。在主控計算機的控制下，通過設計高解析度的數模轉換器實現對高精度高穩定度直流穩流電源或穩壓電源的輸出電流或電壓值進行調節控制，通過設計高解析度的模數轉換器實現對高精度高穩定度直流穩流電源或穩壓電源的輸出電流或電壓值的回讀，以實現對高精度高穩定度直流穩流電源或穩壓電源的遠程控制和遠程測試。本發明集成了模擬量輸入和可編程模擬量輸出的功能。
本發明的目的可以通過採用以下技術方案來實現一種高精度直流電源遠程控制器，包括有單片機(1)，單片機(1)的地址總線(10)連接地址解碼器(3)和數據儲存器(4)，其主要特點是還包括有地址解碼器(3)的解碼輸出端分別作為數據儲存器(4)、數模轉換電路(5)、多路獨立模數轉換電路(6)、狀態量輸入電路(7)和開關量輸出電路(8)的片選地址；單片機(1)的8位數據總線(9)分別連接數據儲存器(4)、數模轉換電路(5)、多路獨立模數轉換電路(6)、狀態量輸入電路(7)、開關量輸出電路(8)；單片機(1)的串行口與通信接口電路(2)連接。
所述的單片機(1)為AT89C51，P00-P07作為數據/地址總線復用與總線驅動器74HC245(U2)連接，鎖存器74HC573(U4)鎖存低8位地址，其輸出端連接非易失性存儲器DS1225AD(U5)的A0-A7，DS1225AD的A8-A12與單片機(1)高8位地址總線中的P20-P24連接；非易失性存儲器DS1225AD的輸出端連接總線驅動器74HC245的輸出端和鎖存器74HC573的輸入端之間；單片機(1)的17腳和29腳連接門電路74HC08(U3)的輸入端，74HC08的輸出端腳3連接總線驅動器74HC245的1腳；單片機(1)的高8位地址總線中的P25-P27端連接解碼器74HC138的1、2、3腳；74HC138輸出端的15腳連接非易失性存儲器DS1225AD(U5)的20腳；腳14連接數-模轉換器AD669(U8)的5腳和6腳；腳10連接數據鎖存器74HC377(U24)的1腳；腳13連接或門晶片74HC32(U34)的1腳和5腳。
高精度直流電源遠程控制器，所述模數轉換電路(6)電壓基準AD780(U26)的6、4、2腳分別與模數轉換器AD976A(U25)的3、2、27腳連接運算放大器AD711的2、6腳通過R71與AD976A的1腳連接。運算放大器LM741(U28)的6腳與AD711的3腳連接。R73、R74、R76串聯後連接於LM741的2腳。AD976A的23腳與鎖存器74HC573(U4)的19腳連接；26腳與非門晶片74HC04(U35)的1腳連接，74HC04的2腳與單片機(1)的13腳連接；24腳連接U34A或門晶片74HC32的3腳和與門晶片74HC08的2腳；25腳連接74HC08的3腳，其1腳與U34B的或門晶片74HC32的6腳連接；U34A或門晶片74HC32的1腳與U34B的或門晶片74HC32的5腳連通並接74HC138的13腳；U34A或門晶片74HC32的2腳與單片機(1)的16腳連接；U34B的或門晶片74HC32的4腳與單片機(1)的17腳連接；AD976A的腳22、21、20、19、18、17、16、15分別與總線驅動器74HC245(U2)輸出管腳18、17、16、15、14、13、12、連接。
模數轉換單元電路(6)以高速16位解析度的模-數轉換器AD976A為核心構成，高精度外部電壓基準AD780的6、4腳為提供轉換基準連接AD976A的3、2腳；輸入信號經由運算放大器構成低通有源濾波器濾波，緩衝器AD711的2-6腳為提供低阻抗的模擬信號經R71連於模-數轉換器AD976A的1腳；或門電路74HC32、非門電路74HC04、與門電路74HC08構成AD976A轉換、數字量讀取的控制電路。兩路獨立的ADC通道中，一路作為電壓回讀，一路作為電流回讀。
所述的數模轉換單元電路(5)總線驅動器74HC245(U2)輸出管腳18、17、16、15、14、13、12、11分別連接鎖存器74HC377U24的3、4、7、8、13、14、17、18腳，其輸出管腳2、5、6、9、12、15、16、19分別連接數-模轉換器AD669(U8)的腳14、13、12、11、10、9、8、7；並且總線驅動器74HC245輸出管腳18、17、16、15、14、13、12、11還分別與數-模轉換器AD669的腳22、21、20、19、18、17、16、15連接，數-模轉換器AD669(U8)的26腳經R69與電位器W7的中心端連接，W7的兩端分別與電壓基準AD688(U23)的腳15、1連接，27腳經K9、W8與AD688的1腳和3腳連接，28腳與K9之間串有R70。AD669腳26通過K10、R68與腳25連接。
數模轉換單元電路(5)的D/A轉換以16位解析度的數-模轉換器AD669為核心構成，數據鎖存器74HC377鎖存MSB數據位，在單片機(1)寫操作WR的控制下，低8位LSB數據位與高8位MSB數據位同時寫入模-數轉換器AD669的第一級鎖存器並鎖存；從而實現16位數字量的輸入和鎖存；由單片機(1)AT89C51的P1埠的P16控制AD669的第二級鎖存器的16位數據寫入並鎖存，同時進行數模轉換並輸出模擬電壓。外接精密電壓基準AD688為AD669提供高精度高穩定度+10V電壓基準，電位器W7調節模擬量輸出的零點，W8調節模擬量的滿量程輸出，K10選擇模擬量的單極性，雙極性輸出；各匹配電阻選用精密線繞電阻。數模轉換器的單極性模擬電壓輸出範圍0～+10V，雙極性模擬電壓輸出範圍-10V～+10V，輸出電流是10mA。
本發明的有益效果是，實現了對高精度高穩定度直流穩流或穩壓電源的遠程分布控制。各功能模塊運行穩定，開發不同的控制軟體，達到相應的控制目的；控制數據通信可靠，控制命令響應正確，具有良好的抗幹擾能力；遠控基準長期穩定度高，其主要指標為①負載能力10V/10mA，0-10V編程可調；②長期穩定度2×10-5；③非線性誤差2×10-4；④增益誤差1×10-5；⑤重複誤差5×10-5；⑥溫度係數3ppm/℃；⑦解析度16位。
具有如下主要功能①+5V電平輸出和繼電器觸點開關量輸出，配置繼電器狀態LED指示燈；②8路光隔離狀態量輸入，並配置狀態量LED指示；③一路16位解析度模擬量輸出，單極性輸出範圍0～+10V，雙極性輸出範圍-10V～+10V，輸出電流10mA；④2路獨立的模擬量輸入通道，A/D轉換解析度16位，模擬量輸入範圍-10V～+10V；⑤4KB容量的電源運行數據存儲記錄；⑥標準RS232和RS485遠程通信接口，易於實現多機分布式控制；⑦供電電源監控的功能；⑧採用模擬電路與數字電路分別供電的模式；⑨良好的抗幹擾能力。
經測試，控制器DAC輸出趨勢線見圖5，測量儀器為SOLARTRON高精度數字電壓表，測量時間為8小時，採樣時間為51.2秒。
表1.控制器DAC輸出電壓及被控電源輸出(電流和電壓)長期穩定度

從表1可看出輸出電壓及被控電源輸出的精度達到了較高的水平。
以下結合附圖所示之最佳實施例作進一步詳述

圖1是本發明的控制器功能框圖。
圖2是本發明的控制器控制單元電路原理圖。
圖3是本發明的模數轉換電路原理圖。
圖4是本發明的數模轉換電路原理圖。
圖5是本發明的控制器DAC輸出長期穩定度趨勢線圖。
具體實施例方式一種基於MSC51系列單片機的高精度電源遠程控制器，採用雙層印製板結構，兩層印製板通過34針插座連接，增強結構的緊湊性，減小控制器的平面尺寸，適合3U標準機箱使用。各功能模塊數據輸入輸出部分與單片機AT89C51的數據總線連接，AT89C51是控制器的核心部件，其燒錄的控制軟體實現對各個功能模塊的控制。
見圖1，高精度直流電源遠程控制器，有單片機1，單片機1的地址總線10連接地址解碼器3和數據儲存器4，地址解碼器3的解碼輸出端分別作為數據儲存器4、數模轉換電路5、多路獨立模數轉換電路6、狀態量輸入電路7和開關量輸出電路8的片選地址；單片機1的8位數據總線9分別連接數據儲存器4、數模轉換電路5、模數轉換電路6、狀態量輸入電路7、開關量輸出電路8；單片機1的串行口與通信接口電路2連接。
見圖2，是本發明的控制器控制單元電路原理圖。高精度直流電源遠程控制器的單片機1為AT89C51，P00-P07作為數據/地址總線復用與總線驅動器74HC245(U2)連接，鎖存器74HC573(U4)鎖存低8位地址，其輸出端連接非易失性存儲器DS1225AD(U5)的A0-A7，DS1225AD(U5)的A8-A12與單片機1高8位地址總線中的P20-P24連接；非易失性存儲器DS1225AD的輸出端連接總線驅動器74HC245的輸出端和鎖存電路74HC573的輸入端之間；單片機1的17腳與29腳連接門電路74HC08(U3)的輸入端，74HC08的輸出端腳3連接總線驅動器74HC245的1腳；在單片機的讀操作和取指令操作的控制下決定74HC245的數據傳輸方向。單片機1的高8位地址總線中的P25-P27端連接解碼器74HC138的1、2、3腳，74HC138輸出端的15腳連接非易失性存儲器DS1225AD(U5)的20腳；腳14連接數-模轉換器AD669(U8)的5腳和6腳；腳10連接數據鎖存器74HC377(U24)的1腳；腳13連接或門晶片74HC32(U34)的1腳和5腳。各外圍器件的訪問地址由74HC138解碼器產生。
單片機1的供電電源監控由電源監控器MAX813L監控+5V供電電源，若+5V電源低於4.65V時，MAX813L發出復位信號，強迫單片機復位。狀態量和開關量的輸入/輸出通過標準96針插座與外部連接。高速CMOS器件的電源管腳均連接去耦電容，減小數字迴路的高頻幹擾，增強系統抗幹擾能力。
見圖3是本發明的模數轉換電路原理圖。高精度直流電源遠程控制器，模數轉換電路6電壓基準AD780(U26)的6、4、2腳分別與模數轉換器AD976A(U25)的3、2、27腳連接；運算放大器AD711的2、6腳通過R71與AD976A的1腳連接。運算放大器LM741(U28)的6腳與AD711的3腳連接。R73、R74、R75串聯後連接於LM741的2腳。AD976A的23腳與鎖存器74HC573(U4)的19腳連接；26腳與非門晶片74HC04(U35)的1腳連接，74HC04的2腳與單片機1的13腳連接；24腳連接U34A或門晶片74HC32的3腳和與門晶片74HC08的2腳25腳連接74HC08的3腳，其1腳與U34B的或門晶片74HC32的6腳連接；U34A或門晶片74HC32的1腳與U34B的或門晶片74HC32的5腳連通並接74HC138的13腳；U34A或門晶片74HC32的2腳與單片機1的16腳連接；U34B的或門晶片74HC32的4腳與單片機1的17腳連接；AD976A的腳22、21、20、19、18、17、16、15分別與總線驅動器74HC245(U2)輸出管腳18、17、16、15、14、13、12、連接。
本發明由兩路獨立的模數轉換電路組成，圖6.是其中一路模數轉換電路原理圖。見圖4本發明的數模轉換電路原理圖。數模轉換單元電路(5)總線驅動器74HC245(U2)輸出管腳18、17、16、15、14、13、12、11分別連接鎖存器74HC377U24的3、4、7、8、13、14、17、18腳，其輸出管腳2、5、6、9、12、15、16、19分別連接數-模轉換器AD669(U8)的腳14、13、12、11、10、9、8、7；並且總線驅動器74HC245輸出管腳18、17、16、15、14、13、12、11還分別與數-模轉換器AD669的腳22、21、20、19、18、17、16、15連接，數-模轉換器AD669(U8)的26腳經R69與電位器W7的中心端連接，W7的兩端分別與電壓基準AD688(U23)的腳15、1連接，27腳經K9、W8與AD688的1腳和3腳連接，28腳與K9之間串有R70。AD669腳26通過K10、R68與腳25連接。
見圖5是本發明的控制器DAC輸出長期穩定度趨勢線圖。
權利要求
1.一種高精度直流電源遠程控制器，包括有單片機(1)，單片機(1)的地址總線(10)連接地址解碼器(3)和數據儲存器(4)，其特徵是還包括有地址解碼器(3)的解碼輸出端分別作為數據儲存器(4)、數模轉換電路(5)、模數轉換電路(6)、狀態量輸入電路(7)和開關量輸出電路(8)的選通地址；單片機(1)的8位數據總線(9)分別連接數據儲存器(4)、數模轉換電路(5)、模數轉換電路(6)、狀態量輸入電路(7)、開關量輸出電路(8)；單片機(1)的串行口與通信接口電路(2)連接。
2.如權利要求1所述的高精度直流電源遠程控制器，其特徵是所述的單片機(1)為AT89C51，P00-P07作為數據/地址總線復用與總線驅動器74HC245連接，鎖存器74HC573鎖存低8位地址，其輸出端連接非易失性存儲器DS1225AD的A0-A7，DS1225AD的A8-A12與單片機(1)高8位地址總線中的P20-P24連接；非易失性存儲器DS1225AD的輸出端連接總線驅動器74HC245的輸出端和鎖存器74HC573的輸入端之間；單片機(1)的17腳和29腳連接門電路74HC08的輸入端，74HC08的輸出端腳3連接總線驅動器74HC245的1腳；單片機(1)的高8位地址總線中的P25-P27端連接解碼器74HC138的1、2、3腳；74HC138輸出端的15腳連接非易失性存儲器DS1225AD的20腳，14腳連接數模轉換器AD669的5腳和6腳，腳10連接數據鎖存器74HC377的1腳，腳13連接或門晶片74HC32的1腳和5腳。
3.如利要求1所述的高精度直流電源遠程控制器，其特徵是所述模數轉換電路(6)電壓基準AD780的6、4、2腳分別與模數轉換器AD976A的3、2、27腳連接；運算放大器AD711的2、6腳通過R71與AD976A的1腳連接；運算放大器LM741的6腳與AD711的3腳連接；R73、R74、R75串聯後連接與LM741的2腳；AD976A的23腳與鎖存器74HC573的19腳連接；26腳與非門晶片74HC04的1腳連接，74HC04的2腳與單片機(1)的13腳連接；24腳連接U34A或門晶片74HC32的3腳和與門晶片74HC08的2腳；25腳連接74HC08的3腳，其1腳與U34B的或門晶片74HC32的6腳連接；U34A或門晶片74HC32的1腳與U34B的或門晶片74HC32的5腳連通並接74HC138的13腳；U34A或門晶片74HC32的2腳與單片機(1)的16腳連接；U34B的或門晶片74HC32的4腳與單片機(1)的17腳連接；AD976A的腳22、21、20、19、18、17、16、15分別與總線驅動器74HC245輸出管腳18、17、16、15、14、13、12、連接。
4.如權利要求1所述的高精度直流電源遠程控制器，其特徵是所述的數模轉換單元電路(5)總線驅動器74HC245輸出端D0-D7分別連接U24鎖存器74HC377的3、4、7、8、13、14、17、18腳，其輸出管腳2、5、6、9、12、15、16、19分別連接數模轉換器AD669的腳14、13、12、11、10、9、8、7；並且總線驅動器74HC245輸出端D0-D7還分別與數模轉換器AD669的腳22、21、20、19、18、17、16、15連接，數模轉換器AD669的26腳經R69與電位器W7的中心端連接，W7的兩端分別與電壓基準AD688的腳15和14、1和3連接，27腳經K9、W8與AD688的1腳和3腳連接，28腳與K9之間串有R70；AD669腳26通過K10、R68與腳25連接。
全文摘要
本發明涉及一種基於8位單片機的電源遠程控制器。一種高精度直流電源遠程控制器，包括有單片機(1)，單片機(1)的地址總線(10)連接地址解碼器(3)和數據儲存器(4)，其主要特點是還包括有地址解碼器(3)的解碼輸出端分別作為數據儲存器(4)、數模轉換電路(5)、多路獨立模數轉換電路(6)、狀態量輸入電路(7)和開關量輸出電路(8)的片選地址；單片機(1)的8位數據總線(9)分別連接數據儲存器(4)、數模轉換電路(5)、多路獨立模數轉換電路(6)、狀態量輸入電路(7)、開關量輸出電路(8)；單片機(1)的串行口與通信接口電路(2)連接。本發明的優點是實現了對高精度高穩定度直流穩流或穩壓電源的遠程分布控制。各功能模塊運行穩定，開發不同的控制軟體，達到相應的控制目的；控制數據通信可靠，控制命令響應正確，具有良好的抗幹擾能力；遠控基準長期穩定度高。
文檔編號G06F9/00GK1885221SQ20051004286
公開日2006年12月27日 申請日期2005年6月24日 優先權日2005年6月24日
發明者閆懷海, 高大慶, 張顯來 申請人:中國科學院近代物理研究所