2022年单片机的数控直流稳压电源设计分析方案.docx

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1、精品学习资源基于 AT89S53单片机的数控直流稳压电源设计报告目录引言11. 绪论1.1 什么是直流稳压11.2 讨论背景及21.3 国内外讨论22. 基础32.1 课题讨论32.2 芯片的原理及32.2.1 AT89C5332.2.2ADC0832简52.3.3 MAX23263. 电路原理和硬件73.1 系统73.2 整体电路83.2.1 OrCAD 帮助83.2.2 PADC 帮助103.2.3 KEILc51 帮助123.3 电路组成及123.3.1 单片机最小系统123.3.2 键盘接口电路133.3.3 液晶显示133.3.4 脉冲宽度调整电143.3.5 A/D 转化电路153

2、.3.6 串口编程电路163.3.7 主电源电路164. 程序设计174.1 程序流程174.2 ADC0832 芯片接口174.3 系统初始化程194.4 源程205. 终止24欢迎下载精品学习资源引言直流稳压电源是电子技术常用的设备之一广泛的应用于教案、科研等领 域传统的多功能直流稳压电源功能简洁、难掌握、牢靠性低干抗大，精度 低且体积大、复杂度高瞢通直流稳压电源品种很多但均存在以下问题：输 出电压悬通过粗调 波段开关）及细调 ，困难就较大另外，随着使用时问的增加，波段开关及电位器难免接触不良，对输出会有影响常常通过硬件对过载进行限流或截流型爱护，电路构成复杂，稳压精度也不高本文设计了一种

3、以单片机为核心的智能化高精度简易直流电源，克服了传统直流电压源的缺点，具有很高的应用价值；1. 绪论1.1 什么是直流稳压电源？直流稳压电源又称直流稳压器；它的供电电压大都是沟通电压，当沟通供电电压的电压或输出负载电阻变化时，稳压器的直接输出电压都能保持稳固；稳压器的参数有电压稳固度、纹波系数和响应速度等；前者表示输入电压的变化对输出电压的影响；纹波系数表示在额定工作情形下，输出电压中沟通重量的大小；后者表示输入电压或负载急剧变化时，电压回到正常值所需时间；直流稳压电源分连续导电式与开关式两类；前者由工频变压器把单相或 三相沟通电压变到适当值，然后经整流、滤波，获得不稳固的直流电源，再 经稳压

4、电路得到稳固电压 或电流；这种电源线路简洁、纹波小、相互干扰小，但体积大、耗材多，效率低常低于 40 60 ；后者以转变调整元件或开关的通断时间比来调剂输出电压，从而达到稳压；这类电源功耗小，效率可达 85左右，但缺点是纹波大、相互干扰大；所以，80 岁月以来进展快速；从工作方式上可分为：可控整流型；用转变晶闸管的导通时间来调整输出电压；斩波型；输入是不稳固的直流电压，以转变开关电路的通断比得到单向脉动直流，再经滤波后得到稳固直流电压；变换器型；不稳固直流电压先经逆变器变换成高频沟通电，再经变压、整流、滤波后，从所得新的直流输出电压取样，反馈掌握逆变器工作频率，达到稳固输出直流电压的目的；直流

5、稳压电源是电子技术常用的设备之一，广泛的应用于电路，教案试验和科学讨论等领域；传统的多功能直流稳压电源功能简洁、难掌握、牢靠性低、干扰大、精度低且体积大、复杂度高；一般直流稳压电源品种很多但均存在以下问题：输出电压是通过粗调及细调 电位器来调剂；这样，当输出电压需要精确输出，或需要在一个小范畴内转变时，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；常常通过硬件对过载进行限流或截流型保护，电路构成复杂，稳压精度也不高；目前使用的可控直流电源大部分是点动的，利用分立器件，体积大，效率低，牢靠性差，操作不便利，故障率高；随着电子技术的进展，各种电 子，电器设备

6、对电源的性能要求提高，电源不断朝数字化，高效率，模块化和智能化进展；欢迎下载精品学习资源以单片机系统为核心而设计的新一代数控直流电源，它不但电路简洁，结构紧凑，价格低廉，性能优越，而且由于单片机具有运算和掌握能 力，利用它对数据进行各种运算，从而可排除和削减模拟电路引起的误差， 输出电压和限定电流采纳键盘输入方式，电源的外表美观，操作使用便利， 克服了传统直流电压源的缺点，具有较高的使用价值；单片机对直流稳压电源进行掌握，改善了电源的性能，使用便利敏捷， 且成本较低，同时掌握系统在软件上仍可进一步改进，以扩展其功能，而并不需要增加硬件开销，从而提高电源的性能价格比；直流稳压电源可广泛应用于国防

7、、科研、大专院校、试验室、工矿企业、电解、电镀、直流电机、充电设备等；1.2 讨论背景及意义直流稳压电源是电子技术常用的设备之一, 广泛的应用于教案、科研等领域；传统的多功能直流稳压电源功能简洁、难掌握、牢靠性低、干扰大、精度低且体积大、复杂度高；一般直流稳压电源品种很多,但均存在以下二个问题: 1输出电压是通过粗调 波段开关 及细调 电位器 来调剂；这样 ,当输出电压需要精确输出 ,或需要在一个小范畴内转变时 如 1. 05 1. 07V , 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； 2 稳压方式均是采纳串联型稳压电路 ,对过载进行限流或截流型

8、爱护 ,电路构成复杂 , 稳压精度也不高；在家用电器和其他各类电子设备中，通常都需要电压稳固的直流电源供 电；但在实际生活中，都是由220V 的沟通电网供电；这就需要通过变压、整流、滤波、稳压电路将沟通电转换成稳固的直流电；滤波器用于滤去整流输 出电压中的纹波，一般传统电路由滤波扼流圈和电容器组成，如由晶体管滤 波器来替代，就可缩小直流电源的体积，减轻其重量，且晶体管滤波直流电 源不需直流稳压器就能用作家用电器的电源，这既降低了家用电器的成本， 又缩小了其体积，使家用电器小型化；传统的直流稳压电源通常采纳电位器和波段开关来实现电压的调剂, 并由电压表指示电压值的大小 .因此, 电压的调整精度不

9、高 , 读数欠直观 , 电位器也易磨损. 而基于单片机掌握的直流稳压电源能较好地解决以上传统稳压电源的不足；随着科学技术的不断进展 , 特殊是运算机技术的突飞猛进 , 现代工业应用的工控产品均需要有低纹波、宽调整范畴的高压电源 , 特殊是在一些高能物理领域, 急需电脑或单片机掌握的低纹波、宽调整范畴的电源；1.3 国内外讨论现状从上世纪九十岁月末起，随着对系统更高效率和更低功耗的需求，电信 与数据通讯设备的技术更新推动电源行业中直流/ 直流电源转换器向更高敏捷性和智能化方向进展；在 80 岁月的第一代分布式供电系统开头转向到20 世纪末更为先进的第四代分布式供电结构以及中间母线结构，直流/ 直

10、流电源行业正面临着新的挑战，即如何在现有系统加入嵌入式电源智能系统和数字掌握；欢迎下载精品学习资源早在 90 岁月中，半导体生产商们就开发出了数控电源治理技术，而在当时，这种方案的性价比与当时广泛使用的模拟掌握方案相比处与劣势，因而无法被广泛采纳；由于板载电源治理的更广泛应用和行业能源节省和运行最优化的关注， 电源行业和半导体生产商们便开头共同开发这种名为“数控电源”的新产 品；现今随着直流电源技术的飞跃进展 , 整流系统由以前的分立元件和集成电路掌握进展为微机掌握 , 从而使直流电源智能化 , 具有遥测、遥信、遥控的三遥功能 , 基本实现了直流电源的无人值守2. 基础学问2.1 课题讨论方法

11、直流稳压电源是最常用的仪器设备 ,在科研及试验中都是必不行少的；针对以上问题 ,我们设计了一套以单片机为核心的智能化直流电源；该电源 采纳薄膜轻触键盘 ,可对输出电压及报警阈值以快慢两种方式进行设置,输出由单片机通过 D/A ,掌握驱动模块输出一个稳固电压；工作过程中,稳压电源的工作状态 输出电压、电流等各种工作状态 均由单片机输出驱动 LCD 显示, 多种显示模式间 ,由键盘掌握进行动态规律切换；2.2 芯片的原理及应用2.2.1 AT89C53 简介AT89C53 单片机最小系统如下列图；它需要完成键盘电路掌握，预置电压信号显示掌握等功能；图1）单片机最小系统图2）部分为振荡电路，复位电路

12、及电源EA欢迎下载精品学习资源图串行编程可反复擦写1000 次的Flash 只读程序储备器，器件采纳ATMEL 公司的高密度、非易失性储备技术制造，兼容标准 MCS-51 指令系统及 80C51 引脚结构，芯片内集成了通用8 位中心处理器和 ISP Flash 储备单元，功能强大的微型运算机的AT89S53 可为很多嵌入式掌握应用系统供应高性价比的解决方案；AT89S53 具有如下特点： 40 个引脚， 12k Bytes Flash 片内程序储备器， 256 bytes 的随机存取数据储备器 RAM ）， 32 个外部双向输入 /输出 I/O ） 口， 6 个中断优先级 2 层中断嵌套中断，

13、 3 个 16 位可编程定时计数器 ,2 个全双工串行通信口，看门狗 WDT ）电路，片内时钟振荡器；图3）AT89S53引脚图此外， AT89S53 设计和配置了振荡频率可为0Hz 并可通过软件设置省电模式；闲暇模式下， CPU 暂停工作，而 RAM 定时计数器，串行口，外中断系统可连续工作，掉电模式冻结振荡器而储存RAM 的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位；同时该芯片仍具有PDIP、TQFP 和 PLCC 等三种封装形式，以适应不同产品的需求；欢迎下载精品学习资源2.2.2 ADC083 简介ADC0832 是美国国家半导体公司生产的一种8 位辨论率、双通道 A/D转换芯片；

14、由于它体积小，兼容性强，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，其目前已经有很高的普及率；学习并使用ADC0832 可是使我们明白 A/D 转换器的原理，有助于我们单片机技术水平的提高；ADC0832 具有以下特点：8 位辨论率；双通道 A/D 转换：输入输出电平与 TTL/CMOS 相兼容：5V 电源供电时输入电压在05V 之间； 工作频率为 250KHZ ，转换时间为 32 u S： 一般功耗仅为 15mW:8P、14P-DIP双列直插）、 PICC 多种封装；商用级芯片温宽为 0 0 Cto+700 C，工业级芯片温宽为 -400 C to +850 C；ADC0832 为 8 位辨论率

15、A/D 转换芯片，其最高辨论可达 256 级，可以适应一般的模拟量转换要求；其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在 0N5V 之间；芯片转换时间仅为 32U S据有双数据输出可作为数据校验，以削减数据误差，转换速度快且稳固性能强；独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器掌握变的更加便利；通过Dl 数据输入端，可以轻易的实现通道功能的挑选；正常情形下ADC0832 与单片机的接口应为4 条数据线，分别是CS、CLK 、DO、DI ；但由于 DO 端与 DI 端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计时可以将DO 和 DI 并联在一根数据线上使用 a当 ADC0

16、832 未工作时其 CS 输入端应为高电平，此时芯片禁用， CLK 和DO/DI 的电平可任意；当要进行A7D 转换时，须先将 CS 使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全终止；此时芯片开头转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端 CLK 输入时钟脉冲 DO/DI 端就使用 DI 端输入通道功能挑选的数据信号；在第 1 个时钟脉冲的下沉之前 DI 端必需是高电平，表示启始信号；在第 2、3 个脉冲下沉之前 DI 端应输入 2 位数据用于挑选通道功能；欢迎下载精品学习资源图4） ADC0832 接口示意图作为单通道模拟信号输入时 ADC0832 的输入电压是 0 5V 且 8 位辨论率时的电压

17、精度为19. 53mV；假如作为由IN+ 与 IN- 输入的输入时，可是将电压值设 定在某一个较大范畴之内，从而提高转换的宽度；但值得留意的是，在进行IN+ 与 IN- 的输入时，假如IN- 的电压大于 IN+ 的电压就转换后的数据结果始终为OOH；2.3.3 MAX232 简介MAX232 是一种把电脑的串行口 rs232信号电平 -10 ，+10v）转换为单片机所用到的 TTL 信号点平 0 ，+5）的芯片；以下简洁介绍一下 max232引脚图；图T数码显示A接口电路 MAX2323.1 电路框图图6）系统原理框图欢迎下载精品学习资源3.2 整体电路设计3.2.1 OrCAD帮助设计运用

18、OrCAD 画出电路原理图，结合 PADS 完成芯片、元件封装，导出网表；（1）设计原理图图7）电路原理图（2）序号完成元件封装，导出网表标识封装量数参数/说明1C108051470uF/35 V2C2080511nF3C3 C40805230uF4C5 C6 C7080551uF/16VC8 C95C1008051470uF/36v6C1108051470uF/16V7D1DO-151RS1J8D2DO-151RS1J9D3MB1018欢迎下载精品学习资源1F1120611A01J11Output11J21AC 220V21P1DB91DB931Q1TO-22015N5041R1 R2 R3

19、R7R8 R11 R10 R12 R13 R14R4 R6 R90805110K50108053100K61R5080514.7K71SW1SW2B3F-1000B3F- 1000B3F- 1000B3F-10001UP811DOWN92SW31YES02SW41ESC12T11TY-402P22T2132U1SIP18142U2DIP8152U3TRAN_HM31 LM3037 BDW ADC0832AT89S5362U4DIP40-600SO1611MAX23272U5TO-22049S18LM7805CK2Y 119图8）封装列表3.2.2 PADC 帮助设计将 OrCAD 生成的网表导

20、入 PADC，完成电路布线1）开头布线欢迎下载精品学习资源图9）2）将元件放入板内图10）3）调整元件位置，优化布局；欢迎下载精品学习资源图11）图12）3.2.3 KEILc51 帮助设计欢迎下载精品学习资源图功能切换单片机本身有多个中断源和掌握引脚，依据设计任务的要求， 89C53 单片机能很好的完成设计中所需要的功能切换n2运算、数据处理 89C5 3 单片机有丰富的指令系统能进行各种算术和规律运算“3译码、显示 单片机 89C5 3 有多个 IO 口，通过接口可以直接接到 LCD 显示管驱动电路上；在本系统的设计中使用了 89C5 3 单片机，大大减小了电路的设汁难度， 降低了信号所受

21、的干扰，增强了系统的抗干扰性能；当然也需花一些时间在软件设计；3.3.2 键盘接口电路欢迎下载精品学习资源图14）键盘接口电路键盘设计由四个按键掌握即：“UP”键、“ DOW”N键、“ YES”键， “ESC”键，并外接四个上拉电阻掌握键盘去抖；此四个键分别连接到单片机的P3.2 、P3.3 、P3.4 、P3.5 接口进行掌握；3.3.3 液晶显示电路图15）液晶显示电路液晶显示电路如下列图；本设计用 LM3037BD来W主要显示预置电压，分别由单片机的 P0.0P0.7与P1.0P1.5 接口掌握；LM3037BD为WLM3037系列 144*32点阵图形液晶， LCD 显示屏，单相 3V

22、/5V供电；欢迎下载精品学习资源3.3.4 脉冲宽度调整电路图 ，是英文 “PulseWidth Modulation ”的缩写，简称脉宽调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行掌握的一种特别有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率掌握与变换的很多领域中；PWM掌握就是对脉冲的宽度进行调制的技术，即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形 含外形和幅值）；脉冲宽度调制是一种模拟掌握方式，其依据相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏置，来实现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通时间的转变，这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路

23、进行掌握的一种特别有效的技术；PWM掌握技术以其掌握简洁 ,敏捷和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的掌握方式,也是人们讨论的热点 .由于当今科学技术的进展已经没有了学科之间的界限,结合现代掌握理论思想或实现无谐振软开关技术将会 成为PWM掌握技术进展的主要方向之一；PWM的一个优点是从处理器到被控系统信号都是数字形式的，无需进行数模转换；让信号保持为数字形式可将噪声影响降到最小；噪声只有在强到足以将规律 1转变为规律 0或将规律 0转变为规律 1时，也才能对数字信号产生影响；对噪声抗击才能的增强是PWM 相对于模拟掌握的另外一个优点，而且这也是在某些时候将PWM 用于通信的主要缘由

24、；从模拟信号转向PWM 可以极大地延长通信距离；在接收端，通过适当的RC 或 LC 网络可以滤除调制高频方波并将信号仍原为模拟形式；欢迎下载精品学习资源3.3.5 A/D 转换电路图；D I 数据信号输入，挑选通道掌握；D0数据信号输出，转换数据输出；CLK芯片时钟输入；VccREF 电源输入及参考电压输入 复用；作为单通道模拟信号输入时ADC0832 的输入电压是 05V 且 8 位辨论率时的电压精度为 1 953mV；假如作为由 I N+ 与 I N 一输入的输入时可是将电压值设定在某一个较大范畴之内，从而提高转换的宽度；但值得留意的是，在进行 I N+ 与 I N 一的输入时假如 I N

25、 一的电压大于 I N+ 的电压就转换后的数据结果始终为 OOH；3.3.6 串口编程电路欢迎下载精品学习资源图18）MAX232 芯片是美信公司特地为电脑的 RS-232 标准串口设计的接口电路,使用+5v 单电源供电；其主要作用是用来将一般 5V 的 TTL 电平转为 10V 串口通信电平；内部结构基本可分三个部分：第一部分是电荷泵电路；由 1、2、3、4、5、6 脚和 4 只电容构成；功能是产生+12v 和-12v 两个电源，供应应 RS-232 串口电平的需要；其次部分是数据转换通道；由7、8、9、10、11 、12 、13、14 脚构成两个数据通道；其中 13 脚R1IN ）、12

26、脚R1OUT ）、11 脚T1IN ）、14 脚T1OUT ）为第一数据通道； 8 脚R2IN ）、9 脚R2OUT ）、10 脚T2IN ）、7 脚T2OUT ）为其次数据通道； TTL/CMOS 数据从 T1IN 、T2IN 输入转换成 RS- 232 数据从 T1OUT 、T2OUT 送到电脑 DP9 插头； DP9 插头的 RS-232 数据从 R1IN 、R2IN 输入转换成 TTL/CMOS 数据后从 R1OUT 、R2OUT 输出；第三部分是供电； 15 脚 DNG 、16 脚 VCC+5v ）；3.3.7 主电源电路图；欢迎下载精品学习资源4. 程序设计4.1 程序流程图图 A

27、DD IB I T P3 3 ；数据输入接口；以下语句在调用转换程序前设定欢迎下载精品学习资源MOVB #OOH；装入通道功能挑选数据值；以下为 ADC0832 读取数据子程序：一=ADC0832 读数据子程序一 = ADCONV ：SETBADDI ；初始化通道挑选NOP NOPCLRADCS；拉低 CS 端NOP NOPSETBADCLK ；拉高 CLK 端NOP NOPCLRADCLK；拉低 CLK 端，形成下降沿OVABMOVC ACC 1；确定取值通道挑选MOVNOPADD 1 CNOPSETBADCLK；拉高 CLK 端NOPNOPCLRADCLK；拉低 CLK 端，形成下降沿2M

28、OVA BMOVC ACC 0；确定取值通道挑选IIOVADD I CNOPNOPSETBADCLK；拉高 CLK 端NOPNOPCLRADCLK；拉低 CLK 端形成下降沿3SETBADDINOPNOPIIOVR7 #8；预备送下后 8 个时钟脉冲AD 1 ：MOV C ，ADDO ；接收数据MOV Aoc0C RLA；左移一次SETBADCLKNOP NOPCLR ADCLK；形成一次时钟脉冲NOP欢迎下载精品学习资源NOPDJNZ R7AD 1 MOV CDD0ItOV Aoc0CMOV B A MOV R7 #8AD 1 3：MOV CADDRR Acc0C SETBA NOPADCL

29、K NOPCLRADCLK；形成一次时钟脉冲NOP NOPDJNZ R7AD 1 3CJNE AB ADCONV SETBADCS CLRADCLKSETBADDO；拉高数据端回到初始状态RET；子程序终止4.3 系统初始化程序：unsign int time_value；void mainvoidunsign char key_value；initialize_LCD；initialize To；TR0=1；EA=1；key_value=key_scan ；switchkey_value欢迎下载精品学习资源case UP:time_value+=1 ；iftime_value65535tim

30、e_value=0；break ；case DOWN:time_value-=1iftime_valuetime_value+65535；break ；default=break；4.4 源程序：ORG0000HSTART:AJMPMAINMAIN:MOVSCON,#0；设串行口模式 0MOV23H,#90；送输出9V 的 Dn 值指针，MOV20H,#0；小数点一位指针指向 0 字符MOV21H,#9；个位指针指向 9 字符MOV22H,#0；十位指针指向 0 字符ACALL DSP；调用显示、输出子程序SETBP3.4SETBP3.5KEY1:JBP3.4,KEY2键.；增强键是否有ACA

31、LL DEL10JBP3.4,KEY2 ACALL K1KEY2:JBP3.5,KEY1；削减键是否有键 .ACALL DEL10JBP3.5,KEY1 ACALL K2AJMPKEY1；DEL10:MOVR6,#0AH；10ms延时子程序D1MS:MOVR7,64H欢迎下载精品学习资源DLL:NOPNOP NOPDJNZ R7,DLL DJNZ R6,D1MS RET；K1: CLRP3.2MOVA,23H；增强键处理子程序CJNE A,#121,REL1 AJMP RETUNREL1:INC23HMOVA,20H CJNE A,#9,REL3 MOV20H,#0MOVA,21HCJNE A

32、,#9,REL2 MOV21H,#0INC22HAJMP RETUN0REL2:INC21H AJMP RETUN0REL3:INC20H RETUN0: ACALL DSP NOPRETUN:JNBP3.4,$ RETK2: CLRP3.3MOVA,23H；削减键处理子程序CJNEA,#0,RELS1 AJMPRETUN2RELS1:DEC23HMOVA,20H CJNEA,#0,RELS3 MOV20H,#9欢迎下载精品学习资源MOVA,21H CJNEA,#0,RELS2 MOV21H,#9DEC22H AJMPRETUN1RELS2:DEC21HAJMPRETUN1RELS3:DEC2

33、0H RETUN1:ACALLDSP RETUN2: JNBP3.5,$ RET；DSP:MOVR7,#03；显示、输出子程序MOVR0,#20HMOVDPTR,#TAB2 DSP1:MOVA,R0 MOVCA,A+DPTRMOVSBUF,ADSP2:JNBTI,DSP2 CLRTIINCR0DJNZR7,DSP1MOVDPTR,#TAB1MOVA,23H MOVCA,A+DPTR MOVP1,ARETEND5. 终止语欢迎下载精品学习资源在本次设计的过程中，我发觉很多的问题，给我的感觉就是很难，很不顺手，看似很简洁的电路，要动手把它给设计出来，是很难的一件事，主要缘由是我们没有常常动手设计过

34、电路，仍有资料的查找也是一大难题，这就要求我们在以后的学习中，应当留意到这一点，更重要的是我们要学会把从书本中学到的学问和实际的电路联系起来，这不论是对我们以后的就业仍是学习，都会起很大的促进和帮忙，我信任，通过这次的课程设计，在下一阶段的学习中我会更加努力，力争把这门课学好，学精；同时，通过本次课程设计，巩固了我们学习过的专业学问，也使我们把理论与实践从真正意义上相结合了起来；考查了我们借助互联网络搜集、查阅相关文献资料，和组织材料的综合才能；从中可以自我测验，熟悉到自己哪方面有欠缺、不足，以便于在日后的学习中得以改进、提高；通过使用电路软件也让我们明白到运算机帮助设计的智能化 , 有利于提高工作效率；欢迎下载