数显直流稳压电源设计说明书学士学位论文.doc

江苏技术师范学院毕业设计说明书(论文)数显直流稳压电源设计摘 要:本文介绍一种数字显示的直流稳压电源设计。本电源输出电压可以调整，调压范围为0.0V-9.9V，而且具备输出电压可以显示的功能。输出最大电流为500mA，可步进0.1V调整。电源的主控电路采用AT89C51单片机，并能够通过液晶直观地显示出电压。设计分析了各个模块电路和整机的工作原理，给出了整机工作的硬件实现和主要的软件流程设计。直流稳压系统的总体的设计方案主要由变压器、整流滤波、稳压、电压液晶显示几部分组成。本电源具有设计简单灵活，成本低，效率高，调整精度高等优点，在市场上有一定的应用前景。关键词：直流稳压电源；单片机；液晶显示Digital DC Power Supply DesignAbstract: This article describes a digital display of the DC power supply design. The power supply output voltage can be adjusted regulator for 0.0V-9.9V, but also with the output voltage can be displayed. Maximum output current is 500mA, step the 0.1V adjustment. The power supply control circuit using AT89C51 microcontroller, and the ability to visually display through the LCD voltage. The design and analysis of the circuit of each module and the whole works, given the hardware implementation of the whole work and the main software process design. The overall design of the DC transformer, rectifier filter, regulator, voltage digital display several parts. The power supply has a simple, flexible, low cost, high efficiency, to adjust the high precision, a certain application prospects in the market. Keyword: DC power supply; Single chip microcomputer ;LCD目录前 言1第1章 设计任务及设计要求21.1设计任务21.2设计要求21.3总体设计方案2第2章 系统硬件电路设计42.1系统电源模块42.1.1稳压直流电源的基本组成42.2 整流滤波电路42.2.1 整流电路42.2.2 滤波电路62.3最小控制模块82.4按键控制模块102.5显示器模块112.6 D/A数模转换模块132.7 控制稳压模块15第3章 软件程序设计173.1系统软件设计的原则173.2程序设计流程图173.3按键设置流程图183.4 DA转换流程图193.5 显示模块流程图20第4章 系统软硬件调试214.1 硬件调试214.1.1 上电前的调试214.2 软件调试214.2.1 仿真软件的介绍214.2.2 软件仿真224.4硬件调试234.4.1 调试出现的问题234.5 数据测量244.5.1数据测量值244.6误差分析25第4章 结 论26参考文献27附录一 元器件明细表28附录二 仿真电路图29附录三 电源实物图30附录四 源程序代码33附录五 中英文文献40 前 言随着电力电子技术的发展，当今电器化电子产品对电源的可靠性和精确性提出了更高的要求。尤其是电子计算机和通讯技术的发展，对电源的要求更加苛刻。一个高性能和高精度的供电电源是智能化系统正常工作必不可少的组成部分。为了克服和解决以上传统电源难以实现的问题，数控电源应用而生1。设计一个高精度、精确跟踪输出、高稳定性、良好的人机界面的简易数控电源，能减少生产过程中的不确定因素和人为参与的环节，有效地解决电源模块中诸如可靠性，智能化和产品一致性等问题，极大地提高了生产效率和产品的维护性。基于数控电源具有以上传统模拟电源无法替代的优越性，为此设计一个简易的数控电源。电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性很强的工程技术，服务于各行各业。当今电源技术融合了电气、电子、系统集成、控制理论、材料等诸多学科领域。普通的直流稳压电源品种有很多，但均存在一下二个问题：输出电压是通过粗调（波段开关）及细调（电位器）来调节2。这样，当输出电压需要精确输出，或需要在一个小范围内改变时，困难就较大。另外，随着使用时间的增加，波段开关及电位器难免接触不良，对输出会有影响。稳压方式均是采用串联型稳压电路，对过载进行限流和截流保护，电路构成复杂，稳压精度也不高。电源采用数字控制，具有以下明显优点3:1)易于采用先进的控制方法和智能控制策略，使电源模块的智能化程度更高，性能更完美。2)控制灵活，系统升级方便，甚至可以在线修改控制算法，而不必改动硬件线路。3)控制系统的可靠性提高，易于标准化，可以针对不同的系统(或不同型号的产品)，采用统一的控制板，而只是对控制软件做一些调整即可。第1章 设计任务及设计要求1.1设计任务 本设计就是一种数控直流稳压电源，添加单片机控制技术。单片机（51系列）数字控制技术以及数字显示技术。1.2设计要求 根据设计任务，初步拟定设计的应能完成功能要求以及以下的设计要求。 1.输出电压09.9V可调； 2.步进电压为0.1V，并且调整方便； 3.最大输出电流达到500mA； 4.输出电压输出精度小于5%； 5.能够显示输出电压大小精确到小数点右边一位；1.3总体设计方案方案1：采用模拟的分立元件，利用纯硬件来实现功能，通过电源变压器、整流滤波电路以及稳压电路，实现稳压电源可调输出0-12 V电压，电路方框图见图 1-1所示4。但由于模拟分立元件的分散性较大，各电阻电容之间的影响较大，因此所设计的指标不高、不符合设计要求、且使用的器件较多、连接复杂、灵活性差、功耗也大，同时焊点和线路较多，使成品的稳定性和精度受到影响。 图1-1 方案一电路方框图方案 2 : 此方案采用传统的调整管方案，主要特点在于使用一套双计数器完成系统的控制功能，其中二进制计数器的输出经过 D /A 变换后去控制误差放大的基准电压，以控制输出步进3。十进制计数器通过译码后驱动数码管显示输出电压值，为了使系统工作正常，必须保证双计数器同步工作。其电路框图如图1-2所示。图1-2 方案二电路方框图方案3：采用单片机的数字稳压电源是将数字电路和单片机很好地结合在一起，不但能够达到数字电路的效果，而且能够大大地简化复杂的纯数字电路6。采用单片机后，还可以用软件实现保护功能，要扩展其他的功能也非常容易。其电路方框图见图1-3。通过多方面考虑和实用性，精确度，单片机进行处理，具有低功耗、高性能、抗干扰能力强等优点，故选择方案3。单片机显示电路按键D/A转换控制电路稳压电路输出电路整流滤波变压器220v图1-3 方案三电路框图第2章 系统硬件电路设计 2.1系统电源模块2.1.1稳压直流电源的基本组成稳压电源分为这几部分，由变压器降压电路，全桥整流电路，滤波电路，稳压电路组成。图2-1 稳压电源电路原理图集成稳压电源的原理图如图2-1所示，只要接线正确，一般能良好地实现它的功能。2.2 整流滤波电路 因为课题需要0V-9.9V的稳压直流电，所以需要用到220V转26V的变压器把高压的交流电转成低压交流电。因为课题不需要用到20V以上的电压，所以应该选用18V-24V的变压器，这样可以降低LM317集成芯片的功耗，达到低功耗，高效率的要求。 2.2.1 整流电路整流电路的任务是将交流电变换成直流电4。完成这一任务主要是靠二极管的单向导电作用，因此二极管是构成整流电路的关键元件。在小功率整流电路中，常见的集中整流电路有单相半波、全波、桥式和倍压整流电路。本设计采用单相桥式整流电路。单相桥式整流电路是工程上最常用的单相整流电路。在工作时，电路中的四只二极管都是作为开关运用，当正半周时，二极管V1、V3导通（V2、V4截止），在负载电阻上得到正弦波的正半周；当负半周时，二极管V2、V4导通（V1、V3截止），在负载电阻上得到正弦波的负半周。在负载电阻上正、负半周经过合成，得到的是同一个方向的单向脉动电压。桥式整流电路原理图如图2-2所示。 图2-2桥式整流电路原理 选择二极管要依据二极管的反向耐压VRM和正向电流IF。由于滤波电容的容量愈大，二极管导通角愈小，通过二极管脉冲电流的幅度愈大，因此，整流管的幅值电流必须加以考虑。流过整流管的平均电流：式中Ii 为稳压器的输入电流，IR1、IR2、Iadj 分别为流过R1、R2，以及调整端的电流，则：考虑到电容充电电流的冲击，正向电流一般取平均电流的23 倍。二极管最大反向电压：式中U2为电源变压器次级电压有效值，Ui为整流输出电压(即稳压器输入电压)。为了保证稳压器LM317稳定运行，输入电压Ui与输出电压U0之差一般在515V范围，取Ui-U0=10V，得：设计时可考虑一定的余量。根据计算，1N4007的二极管符合设计要求，可以用作整流桥。桥式整流电路电压和电流波形如图2-3所示。 图2-3 桥式整流电路电压和电流波形如图2-3所示，在交流电压u2的整个周期内，负载Rl都有同方向的电流通过，故Rl上得到单方向全波脉动的直流电压。这样，四个二极管组成的整流桥就完成了整流的功能。2.2.2 滤波电路整流电路将交流电变为脉动直流电，但其中含有大量的交流成分（称为纹波电压）。所以需要在整流电路之后加入滤波电路进行滤波，才能得到稳定的直流电压。对于滤波电路的选择有两种方案5：方案一：采用电感滤波电路。由于电感在电路中有储能的作用，所以在电路中可以串联电感，当电源供给的电流增加时，它能够把能量储存起来，当电流减小时，它有可以把能量释放出来，是负载电流比较平滑，有平波的作用。在电感滤波电路中，整流管的导电角度比较大，峰值电流很小，输出特性比较平坦，但是由于铁芯的存在，比较笨重，体积比较大，而且容易引起电磁干扰。一般的情况下只适用于低电压，大电流的场合。电感滤波电路图如图2-4所示：图2-4 电感滤波电路方案二：采用电容滤波电路。由于电容在电路中也是起到储存能量的作用，并联的电容器在电源供给的电压升高时，能够把部分能量储存起来，而当电源电压减低的时候，就能把能量释放出来，是负载电压比较平滑稳定，也就是电容也有平波的作用。电容滤波电路比较简单，而且负载直流电压比较高，纹波也比较少，适用于负载电压较高，负载变动不大的场合，也减轻了电路设计和实际焊接的工作6。电容滤波电路原理图如图2-5所示。图2-5 电容滤波电路经过分析，最终决定采用方案二。电路经过滤波，电路的电压、电流波形如图2-6所示。滤波电解电容C的选择原则是：取其放电时间常数RLC大于充电周期的35 倍，其耐压值必须大于脉动电压峰值。对于桥式整流电路来说，脉动电压峰值为2U2，C的充电周期等于交流电源周期T的一半，即C(35) T2RL，式中RL为整流后的等效负载电阻，经过考虑，本设计取C为2200uF。图2-6 桥式整流、电容滤波时的电压、电流波形设电容两端初始电压为零，并假定t=0时接通电路，输入电压U2为正半周，当U由零上升时，V1、V3导 通，C被充电，同时电流经V1、V3向负载电阻供电。忽略二极管正向压降和变压器内阻，电容充电时间常数近似为零，因此Uo=UcU2，在u2达到最大值时，Uc也达到最大值，然后U2下降，此时，Uc>U2，V1、V3截止，电容 C向负载电阻RL放电，由于放电时间常数=RLC一般较大，电容电压Uc按 指数规律缓慢下降，当下降到|U2|>Uc时，V2、V4导通，电容C再次被充电，输出电压增大，以后重复上述充放电过程。其输出电压波形近似为一锯齿波直流电压，使负载电压的波动大为减小。2.3 单片机最小控制模块 单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式为控制器7。常用英文字母的缩写MCU表示单片机，单片机又称单片为控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。它最早是被用在工业控制领域。由于单片机在工业控制领域的广泛应用，单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，当时的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。尽管2000年以后ARM已经发展出了32位的主频超过300M的高端单片机，直到目前基于8031的单片机还在广泛的使用。在很多方面单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了广泛的应用。事实上单片机是世界上数量最多处理器，随着单片机家族的发展壮大，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有1-2部单片机。汽车上一般配备40多部单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作！单片机的数量不仅远超过PC机和其他计算的总和，甚至比人类的数量还要多7。 最小控制系统由单片机、晶振、复位电路等组成。如图2-7所示。图2-7 最小控制系统 AT89C51的管脚排列如上图所示，9管脚接复位电路，18、19管脚为晶振的两个输入端，20管脚接地，40管脚接+5V。 晶振Y1和两个电容C2、C3构成自激震荡，连接到单片机的X1和X2端，电解电容C4、电阻R5和按键S5构成复位电路，连接到单片机的复位端。当按键S5按下后，复位端通过R5与+5V电源接通，电容迅速放电，使RST管脚为高电平；当复位按键S5弹起后，+5V电源通过R6对电容C4重新充电，RST管脚出现复位正脉冲。2.4按键控制模块方案一：采用矩阵键盘，由于按键多可实现电压值的直接键入。方案二：采用一般的电平判键按钮，实现方法很简单，但一个端口最多只实现8个按键。由于本数控电源需要用的按键不多，要实现步进为1V的设计要求，只需用一个“+”和一个“-”按键，另外再加两个按键用于实现固定电压输出，按键时可直接输出相应电压。4个按键就可实现本题的设计要求，固采用方案二。该部分主要由四个键组成，分别实现的是“+”、“-”、“开始”、“切换”功能，与单片机的P3.0、P3.1、P3.2、P3.3口连接，控制AT89C51单片机，达到对数字的控制，可以通过按键对电压进行调整，按照实际需要可以通过按键得到所需的电压，调节范围是09.9 V，步进0.1V。4个独立按键S1S4分别与C51的p1.0p1.3相连接，独立按键S1为电压调整按钮，S2为电压加一按钮，S3为电压减一按钮，S4为D/A转换确认键。S1S3按键的作用是通过程序控制对输入的电压随时可调，且步进值能够为0.1V增加或者减少。S4键的作用是按下启动D/A转化，将单片机的预设值转化为模拟量输出。按键与单片机的连接图见图2-8。图2-8 键盘电路2.5显示器模块 此在系统中要显示数值或文字，就必需有显示器件，目前市场上显示元器件很多,有LED数码管、点阵显示等。 方案一：选用数码管显示，用普通的数码管显示简单的数字、符号、字母。 采用数码管作为显示器件，数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，通过对其不同的管脚输入相对的电流，会使其发亮，从而显示出数字能够显示时间、日期、温度等所有可用数字表示的参数。 方案二，采用LCD液晶显示。字符型液晶显示模块是专门用于显示字母、数字、符号等的点阵型液晶显示模块。 方案二与方案一相比，有更高的精度和显示多数据，比较符合本设计所需要，综上所述采用方案二。虽然LED数码管在价格方面占有一定的优势，但考虑到显示文字以及美观自然的效果，选择LCD1602液晶显示器。LCD1602是工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符。1602采用标准的16脚接口，其中:第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高。第4脚：RS为寄存器选择，高电平选数据寄存器、低电平选指令寄存器。第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：D0D7为8位双向数据线。第15脚：背光电源正极。第16脚：背光电源负极。液晶显示器接口信号说明如表2-1。表2-1 液晶接口说明编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据输入D2端2VDD电源正极10D3数据输入D3端3VL液晶显示偏压信号11D4数据输入D4端4RS数据/命令选择端12D5数据输入D5端5R/W读/写选择端（H/L）13D6数据输入D6端6E使能信号14D7数据输入D7端7D0数据输入D0端15BLA背光源正极8D1数据输入D1端16BLK背光源负极液晶LCD1602与STC单片机的连接电路图如图2-9。LC1602D的8位数据接口与单片机的P0口相连，由于STC单片机P0口没有内接电阻，为此外接了10K上拉排阻。这是因为单片机P口的输出电流非常微弱，不足以驱动液晶显示数据而连接的。1602的控制端RS、R/W、E端分别与STC的P20、P21、P22连接9。VCOM为液晶显示亮度调整端，外接10K的电位器。BLA-和BLA+分别为液晶背光源正极和负极，BLA-接地，BLA+接+5V。液晶的显示由单片机的程序去控制。图2-9 LCD1602与单片机连接电路图2.6 D/A数模转换模块根据平时的使用习惯和相关资料，使用的D/A转换一般有下列两种方案： 方案一：采用MX7541 是高速高精度 12 位数字 / 模拟转换器芯片，功耗低，而且其线性失真可低达 0.012% ，特别适合于精密模拟数据的获得和控制。 方案二：采用DAC0832，DAC0832是一种常用的8位的数字/模拟转换芯片。 本系统是基于单片机的数控电源的设计，而MX7541 是 12 位数字 输入的 ，因此须用锁存器。而此数控电源要求单步1V， 215 .0V只需区分14个点，DAC0832完全可以达到，故选择常用的DAC0832。当其与单片机进行相连时，电路也简单，只需把单片机的数据线与DAC0832的输入端直接相连即可，程序也很简单，只需向其送数据即可。DAC0832的管脚图如图2-10所示：图2-10 DAC0832管脚图管脚的具体名称和用法 D0 D7：数字量输入端； ：片选信号，低电平有效； ILE：数据锁存允许信号，高电平有效； ：第1写信号，低电平有效； ：第2写信号，低电平有效； ：数据传送控制信号，低电平有效； ：电流输出端1； ：电流输出端2； ：反馈电阻端； ：基准电压，基电压范围为-10V +10V； GND：数字地； AGND：模拟地 ； 单片机与DAC0832的接口可按二级缓冲器方式、单缓冲器方式和直通方式联接。如上图4的联接方式是直通方式联接方式。由OUT1脚输出的为一个模拟电流值，经过运算放大器后为一个电压值，这电压值输入到后面的运算放大部分，作为后面部分的输入。D/A转换器（DAC）输入的是数字量，经转换输出的是模拟量。DAC的技术指标很多，如：分辨率、满刻度误差、线性度、绝对精度、相对精度、建立时间、输入/输出特性等10。 分辨率：DAC的分辨率反映了它的输出模拟电压的最小变化量。其定义为输出满刻度电压与 的比值，其中 n 为DAC的位数。如：8位DAC的满刻度输出电压为5V，则其分辨率为 ；10位DAC的分辨率为 。可见，DAC的位数越高，分辨率越小。 建立时间：是描述DAC转换速度快慢的参数。其定义为从输入数字量变化到输出达到终值误差 LSB（最低有效位）所需的时间。高速DAC的建立时间可达1us。 接口形式：在DAC输入/输出特性之一。包括输入数字量的形式，十六进制式BCD，输入是否带有锁存器等。 DAC0832为8位D/A转换器。单电源供电，范围为+5V +15V，基准电压范围为 。电流的建立时间为1us。CMOS工艺功耗20 mw。 输入设有两级缓冲锁存器。 图2-11为D/A与单片机的连接图。图2-11 DA0832与单片机的连接2.7 控制稳压模块由于DA0832芯片为电流输出型，为了得到输出电压，必须经过运放转化为电压。设计采用运放LM324放大器放大。LM324芯片的主要特性有：可单双电源工作，单电源工作范围为3V32V，双极性电源工作范围为16V，设计采用双极性电源，且电源电压为12V；每个集成LM324芯片内装4个运放器5。采用反向输入，放大和稳压电路。如图2-12。图2-12 放大电路 第一级只是转化0832输出的电流为电压，没有进行放大。LM324第一级的输出端14经过1K的电阻接第二级放大的输入端2(IN-),也是反向输入，两次反向后最终输出的电压为正向。图2-13 电流放大及稳压电路图2-13为电流放大电路。三端稳压LM317的工作电压范围为1.2637V，达不到输出为0V的设计要求，为此在第二级放大采用求和反向放大，-12V的电压经过10K的电位器分压后输出反向电压为-1.25V，在液晶显示为0的情况下使其LM317调整稳压后的电压达到0V。LM317主要特性有基准电压标准值为1.25V，ADJ调整端电流标准值为50uA，最大为100uA。 第3章 软件程序设计软件是整个控制系统设计的另一个重要环节，灵活性很强，可以根据系统的要求和功能而变化。在硬件结构一定的情况下，只要改变相应的软件就能实现一些不同的功能，单片机的智能性都是由软件实现。在本系统中，软件结构采用模块化设计，各功能程序分别编写和调试。各模块调试成功后，再将所有模块连接起来，构成系统的软件。这样的设计有利于程序代码的优化，而且便于编程、调试和维护。3.1系统软件设计的原则应用系统中的应用软件是根据系统功能要求设计的，应可靠实现系统的各种功能在本系统中，软件设计要求做到以下几点11：(1)软件结构清晰、简捷、流程合理。(2)并功能程序实现模块化，子程序化。这样，既便于调试，连接，又便于移植，修改。(3)程序存储区，数据存储区要合理规划，既能节约内存容量，又使操作方便。(4)运行状态实现标志化管理。这个功能程序运行状态，运行结果以及运行要求都要设置状态标志以便查询，程序的转移、运行、控制都可通过状态标志条件来控制。(5)经过调试修改后程序应进行规范化，出去修改的痕迹，以便于交流和借鉴，也为以后的软件模块化、标准化打下基础。(6)实现全面软件抗干扰设计。软件抗干扰是单片机应用系统提高可靠性的有利措施。3.2程序设计流程图 程序设计流程图如图3-1所示。 程序开始以后，首先液晶初始化，显示液晶初试的预设电压值。然后进行按键检测，如果没有按键按下，显示液晶当前的初试电压；如果有按键按下，进入电压检测中断程序，确认当前液晶的调整值。接着检测D/A是否启动，启动以后进行数模转换，将转换后的模拟量送给系统最终输出端。程 序 初 始 化键 盘 扫 描显 示 程序开始检测 按键NYD/A 转 换延时程序结束电压 检测中 断YN图3-1 程序设计流程图3.3按键设置流程图虽然把按键子程序直接放在了主程序中，但是作为控制模块，按键程序仍然是比较重要的模块。按键设置过程中，流程如下图3-2所示：图3-2 按键设置流程图3.4 DA转换流程图D/A转换设置过程中，程序写入D/A中，D/A转换对数据进行转换，其流程图见图3-3。图3-3 D/A转换流程图3.5 显示模块流程图液晶显示设计过程中，对液晶进行初始化清0等操作，其流程图见图3-4。图3-4 液晶显示流程图第4章 系统软硬件调试4.1 硬件调试硬件调试主要是针对电源模块、温湿度信号采集处理模块和单片机控制显示部分的调试。主要分为两部分：上电前的调试和上电调试。4.1.1 上电前的调试 在上电前，必须确保电路中不存在短路或断路情况，这一工作是整个调试的第一步，也是非常重要的一个步骤。因为本设计用到电源，应该确保电源连接正确。在这部分调试中主要使用的工具是万用表，用来检测电路中是否存在断路或者短路情况等12。 通过万用表的检测，没有发现短路或断路的地方，且电源电路连接正确，则电路基本正常，可以进行下一步的调试。4.1.2 上电调试 在确保硬件电路正常，无异常情况下方可上电调试，上电调试的目的是检测电路是否接错，同时还要检测原理是否正确。（1）电源模块的调试电源模块先不连接主电路，接上220V电源后用万用表检测输出电压，测得±5V电压正确时才能接入主电路供电。（2）单片机显示及按键电路的调试编写一个直接显示的简单程序，用按键控制显示值，若显示正常且按键也有效，则说明电路正确13。4.2 软件调试4.2.1 仿真软件的介绍 Proteus软件是来自英国Labcenter electronics公司的EDA工具软件。Proteus软件有十多年的历史，在全球广泛使用，除了其具有和其它EDA工具一样的原理布图、PCB自动或人工布线及电路仿真的功能外，其革命性的功能是，他的电路仿真是互动的，针对微处理器的应用，还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，并实现软件源码级的实时调试，如有显示及输出，还能看到运行后输入输出的效果，配合系统配置的虚拟仪器如示波器、逻辑分析仪等，您不需要别的，Proteus为您建立了完备的电子设计开发环境！尤其重要的是Proteus Lite可以完全免费，也可以花微不足道的费用注册达到更好的效果；功能最强的Proteus专业版也非常便宜，人人用得起，对高校还有更多优惠。  Proteus组合了高级原理布图、混合模式SPICE仿真,PCB设计以及自动布线来实现一个完整的电子设计系统。此系统受益于15年来的持续开发,被电子世界在其对PCB设计系统的比较文章中评为最好产品“The Route to PCB CAD”。Proteus 产品系列也包含了革命性的VSM技术,用户可以对基于微控制器的设计连同所有的周围电子器件一起仿真。用户甚至可以实时采用诸如LED/LCD、键盘、RS232终端等动态外设模型来对设计进行交互仿真15。 其功能模块：个易用而又功能强大的ISIS原理布图工具；PROSPICE混合模型SPICE仿真； ARES PCB设计。PROSPICE 仿真器的一个扩展PROTEUS VSM:便于包括所有相关的器件的基于微处理器设计的协同仿真。此外，还可以结合微控制器软件使用动态的键盘，开关，按钮，LED甚至LCD显示CPU模型. 1.支持许多通用的微控制器，如PIC,AVR,HC11以及8051；2.交互的装置模型包括：LED和LCD显示,RS232终端,通用键盘；3.强大的调试工具；包括寄存器和存储器,断点和单步模式； 4.IAR C-SPY 和Keil uVision2等开发工具的源层调试； 5.应用特殊模型的DLL界面-提供有关元件库的全部文件13。4.2.2 软件仿真在对硬件调试后再对软件进行调试，因为先对硬件检查没有问题的的情况下在对软件进行调试。软件调试是通过对用户程序的汇编、连接、执行来发现程序中存在的语法错误与逻辑错误并加以排除纠正的过程。程序运行后编辑，查看程序是否有逻辑的错误，然后画出相应的电路图，导入程序对其进行系统的仿真14。图4-1和4-2为软件在Proteus里仿真的部分情况截图。 图4-1 软件在KEIL中编译程序图4-2仿真图中给单片机加载hex文件4.4硬件调试4.4.1 调试出现的问题在调试的时候出现了这样一个问题：就是当液晶显示为一个电压值时，输出电压确实另外一个值，这个说明电压没有得到相应的跟随，跟随不成1的比例，通过调试滑动电阻，经过长期调试达到要求。4.5 数据测量4.5.1数据测量值数据测量的方法是：通过独立按键预设液晶的显示电压值，启动D/A转换按钮，然后用精度为0.00V的万用表检测系统最终输出端的电压值。每设置一次液晶的显示值，测试一次最终的电压输出值，连续测量10次。下面分别列出了系统仿真和实物的数据测量值，见表4-1和表4-2。（实物图见附录3）表4-1： 仿真数据预设输出电压（V）实际输出电压（V）误差（）0.00.570.571.00.980.022.01.950.053.02.930.074.03.900.105.04.880.126.05.860.147.06.820.188.07.800.209.08.770.2310.09.750.25表4-2： 实物数据预设输出电压（V）实际输出电压（V）误差（）0.00.000.001.01.101.102.02.302.303.03.200.204.04.100.105.05.200.206.06.000.007.07.200.208.08.100.109.09.200.2010.09.700.304.6误差分析 由于上述仿真数据在相同条件下多次测量同一量值时，绝对值和符号均不改变，为此上述数据的误差只可能是系统误差，不可能是随机误差8。下面分别计算出上述数据的绝对误差。绝对误差定义为被测量值x和测量的真值A的差值。上述把预设的电压作为真值，绝对误差用符号表示。计算出上述数据绝对误差的平均值：=8=0.12实物数据在预设电压为0V时，第一级运算放大后的电压值调整不到零，总是从3.0V开始，然后预设电压每增加1V，第一级运放后的电压增加0.2V，即预设电压值为1V时，第一级运放后的电压为3.2V，当然第二级放大5倍后最终输出是15V左右。从3.2V开始线性变化而没有从0V开始线性变化是本设计没有调试成功的根源所在。如果第一级运放后的电压能从0开始的话，整个输出就和理论相符。因此测出的实物数据是错误的，无法再进行误差分析。通过自己的进一步分析发现解决问题的方法，在原电路里加上一个控制跟随电路，通过控制电压来调节电路，使预设电压为0时输出电压也为0。第4章 结 论 本设计采用单片机最小控制系统来获得010范围内的电压输出。在设计过程中涉及到了STC52单片机的应用，DA0832芯片的应用，运算放大LM324的应的应用。在查阅大量资料和所学专业课程的基础上，分别设计出各个单元电路，然后把单元电路组合在一起就构成完整的系统设计。在这次的设计中，我发觉了画程序流程图和画功能模块的重要性。它能够帮助将一个大的模块划分出几个小的模块，同时帮助理清思绪，克服一个个的困难。独自思考和善于与同学交流在做设计时显得同等重要。独立思考有自己的见解，有自己的创新。与同学交流可以扩宽的知识面，同时给我么的创作带来灵感。 在组装硬件电路和调试的过程中碰到了很多难题和自己难以解决的问题，经过查阅资料和请教，最终解决了部分问题，实物实现了部分功能。特别是运算放大电路模块，实物最终没有调试出正确的数据。实物在在预设电压液晶显示为0V时，测得DA转化后的电压值是3.0V，未能实现从0V起步线性变化的目的。为此后面的二级放大和输出调整稳压再无法继续调试下去。设计没调试出正确数据的根源就出现在第一级运放后的预设电压为0时输出电压部位0 的问题，通过自己的进一步深度的探查知道了应该在电路里先进行电路的控制在进行转换，从而解决上述的问题。参考文献1 张利彬,叶奕煌. 030伏直流稳压电源的改装J.物理实验,1991(04):20-22.2 户川泽朗. 使用电源电路设计M. 北京：人民邮电出版社,2006.3 何希才. 常用集成电路简明速查手册M. 北京：国防工业出版社,2006.4 张庆双. 电子元器件的选用与检测M. 北京：机械出版社,2003.5 肖景和. CMOS数字电路应用300例M. 北京：中国电力出版社,2005.6 康华光，陈大钦.电子技术基础M. 北京：高等教育出版社,1999.7 刘楚湘.基于单片机的数控直流稳压电源设计J.新疆师范大学学报（自然科学版），2007,(01):15-20.8