毕业论文数控稳压电源.doc
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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流毕业论文数控稳压电源.精品文档.数控稳压电源设计摘 要在现代随着经济和科学发展,家庭中各种电器不断出现,但是每个电器不一定都适合用同一种电源,因此要求各种不同值的电源出现,这样就使得家庭购买不同的电源。电源的数字化控制是人们追求的目标之一 ,人们对它的要求也越来越高,因此设计家们在不断地对此研究及创新。数控直流稳压电源能给人们带来很大的方便,为我们生活、工作、科研提供更好的,更便捷的服务。本次设计将结合单片机数字控制技术,设计出一款经济、适用的数控稳压电源, 使其能够显示数据、数字输入按键调压、电压调节灵敏度高等特点,并且通过编程,使功能更加
2、完善。关键词:电源;数字化;单片机DESIGN OF NUMERICAL CONTROL VOLTAGE-STABILIZED SOURCEABSTRACTWith the development of economy and science in the modern society, various appliances emerged constantly in the family,but not each electrical appliances are necessarily appropriate for the same kind of power source,so it
3、requires to provide various different values of the power source,also the family can buy the different power supply.Digital control of power is one of the goal of the people to pursue,the designer in constant to research this and innovate,because of the requirements of the people it more and more hi
4、gh. Numerical control DC power to give people a great deal of convenience, for our life, work, scientific research, and to provide better and more convenient service. The design will combine with the digital control technology with single chip microcomputer, to design the numerical control voltage-s
5、tabilized source.It has the characteristics of digital display, digital input pressure regulating, high precision voltage regulation and so on. And by the programming of software,to realize the function of the expansion.KEY WORDS power source; digital; Single-chip microcomputer目 录摘 要IABSTRACTII目 录II
6、I引 言11总体方案论证11.1 稳压电源的分类11.2 稳压电源设计方案12采用单片机设计数控稳压电源的具体方案及芯片选择22.1控制器部分22.1.1 AT89C51主要功能指标32.1.2 AT89C51的引脚及功能介绍32.2 按键控制部分42.3显示部分42.4 D/A转化部分52.4.1 DAC0832的主要特性52.4.2 DAC0832引脚及功能介绍52.5 比较电路62.6 稳压输出部分63硬件电路设计73.1 微控制器部分的设计83.2 按键控制部分的设计83.3 显示部分的设计93.4 数模转化部分的设计103.5 电压比较部分的设计113.6 稳压输出部分的设计124软
7、件设计124.1 仿真开发平台Proteus124.2 软件程序开发平台Keil134.3 程序设计135系统测试与误差分析145.1 软件测试145.2 系统分部测试及最后结果分析15结 论16参考文献17附录1 仿真电路图18附录2 C语言程序19致 谢24引 言在当今世界,我们的生活离不开各种电器,而电源是电器运行的基础,电源技术应用于各个行业。电子技术中的重要设备就是直流稳压电源,当今的电源技术融合了控制理论、材料、系统集成、电气、电子等诸多学科领域。目前所用的电源大多是只有固定电压输出(例如常用的有:5V、12V或15V)。其缺点是输出电压不可人为的改变;输出精度和安全稳定性都不高。
8、所以我们要寻找出一种方便又节约的电源1。在我国,电信与数据通讯设备的技术更新使电源行业得竞争越来越强并且使它们向更高灵活性和智能化方向发展。目前在国内外电源行业中,占主导地位的产品有各种线性稳压电源、DC/DC开关电源、通讯用的AC/DC开关电源、电解电镀电源等。而用户一直最关心的问题就是产品价格的高低、性能指标的好坏、品牌效应的好坏以及使用寿命的长短。这就促使国内外电源生产商朝着性价比高的方向发展。本次课题的设计要求是利用单片机、D/A转换器、运放、电压源芯片设计一个输出电压可数字控制的稳压电源,具体要求为:(1)输出电压通过按键设置并用数码管显示。(2)输出电压为210V。(3)输出误差0
9、.1V。(4)额定输出电流为500mA。论文结构可分为:(1)介绍数控稳压电源的背景意义和国内外发展情况,以及该次课题的实现目标及如何实现。(2)稳压电源的分类及设计方案。(3)如何用单片机设计数控稳压电源的方案及芯片选择。(4)各个部分具体线路设计。(5)写程序与修改。(6)系统测试与误差分析。1总体方案论证1.1 稳压电源的分类 稳压电源可以分为直流稳压电源和交流稳压电源。交流稳压电源又可以分为自耦调整型稳压电源、改变抽头型、大功率补偿型、参数调整型、开关型稳压电源。直流稳压电源可以分为化学电源、线性电源、通信电源、开关型电源、DC/DC 电源、模块电源、电台电源、特种电源2。我们必须分析
10、各个种类的优缺点,才能选出最佳方案。1.2 稳压电源设计方案方案1:使用小功率稳压电源,其组成的四部分为电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路,如图1-1所示。电源变压器可以将来自市电的220V交流电U1降低为整流电路需要的交流电压U2。降压后的交流电压,通过整流电路变成单向直流电U3,但其幅度变化大(即脉动大)。滤波器大部分是由电容组成的它的主要作用是把脉动直流电压U3中的大部分纹波加以滤除,以得到较平滑的直流电压UI。稳压电路的作用是稳定滤波电路输出的直流电压,使这一电源电路输出的直流电压U0可以稳定在某一电压上3。但是因为该方案需要许多器件、且焊点和线路繁多,功耗不小,连接费时、灵活性
11、差,使成品的稳定性和精度受到一定的影响。图1-1 方案1电路原理方案2:此方案把单片机作为整个系统的核心单元,通过按键控制,来改变输入数字量,从而使电源输出电压发生变化。经过D/A转换器把数字量转换成模拟量输出,再经过比较电路和稳压电路的控制,使得输出电压达到设计目的4。如图1-2所示。图1-2 方案 2电路原理方案1电压数值太单一,所以与方案1相比,方案2中提及的智能稳压电源具有智能化、模块化、效率高、成本低、安全性高和干扰低等优点。终上所述,选择方案2。2采用单片机设计数控稳压电源的具体方案及芯片选择2.1控制器部分在众多的51系列单片机中,增强型的产品有8032/8052/8752,低功
12、耗型有80C31/87C51/80C51,专用型有8044/8744,超8位型有80C552/87C552/83C552,片内闪烁存储器型有AT89C51。通过综合考虑,此次设计采用AT89C51作为基本控制核心。首先它的性能成熟稳定,它和8051指令、管脚完全兼容,而且其片内带有闪烁(flash)存储器,闪烁存储器允许在线(+5V)电擦除、电写或使用编程器对其重复编程5。还有此芯片指令简单,易学易懂。这种单片机外围简单,硬件设计方便,因此对开发设备的要求很低,开发时间也大大缩短。再着,AT89C51、AT89S51目前的售价较低,容易购买。AT89C51芯片引脚图如图2-1所示。图2-1 A
13、T89C51引脚图2.1.1 AT89C51主要功能指标AT89C51提供以下标准功能:能与MCS-51的指令集完美结合;全静态操作:0Hz24MHz;可编程4K字节Flash存储器(寿命:1000写/擦循环);1288字节内部RAM,三级程序存储器保密锁定;32条的可编程I/O线;可编程串行UART通道;两个16位的定时/计数器;6个中断源;低功耗闲置和掉电模式;时钟电路和片内振荡器。2.1.2 AT89C51的引脚及功能介绍(1)VCC:用于接电源。(2)GND:接地。(3)P0口:双向8位三态I/O口。PO口在片内无固定上拉电阻。(4)P1口:8位准双向I/O口。在片内有固定上拉电阻(5
14、)P2口:8位准双向I/O口。在片内有固定上拉电阻。(6)P3口:8位准双向I/O口,双功能复用口。在片内有固定上拉电阻P3口还可作为AT89C51的一些特殊功能口,如表2-1所示:表2-1 P3口的备选功能P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。(7)ALE/ /PROG:ALE引脚输出为地址锁存允许信号。/PROG为本引脚的第二功能。(8)/PSEN:程序存储器允许输出控制端。(9)/EA:外部允许访问端。(10)RST:复位输入信号。当振荡器工作时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间来使单片机复位。(11)XTAL1:接外部晶体的一个引脚。(12)XTAL2:接外部晶体的另一
15、个引脚,在该引脚内部接至内部反相放大器的输出端6。2.2 按键控制部分方案1:采用矩阵式键盘,矩阵式键盘有个很明显的特点就是按键多,所以可实现电压值的直接键入可以不采用步进而且有多种选择。矩阵式键盘可以在水平线和垂直线的交叉处设置一个按键,比如5*5键盘就有25个按键。当所需按键数量较多时,为了减少I/O口的占用,一般将按键排列成矩阵形式。方案2:采用独立式键盘接口,实现方法很简单,但一个端口最多实现8个按键7。当设计需要多个键时,可以采用矩阵法来做键盘。在本课题中由于键盘数目较少,经过所查阅的参考资料以及综合考虑最终决定采用方案2即独立式键盘,其电路配置灵活,这样可以充分利用I/O口,简化软
16、件编程。2.3显示部分方案1:使用LCD1602液晶显示。可以在LCD显示屏上完整显示数字、32个英文字符和日文等一些字符。方案2:应用128*64液晶显示模块。128*64液晶界面美观,可视面积大,抗干扰能力强,使用方便简单。缺点:价格偏贵。方案3:使用7SEG-MPX4-CC。优点:操作简单,价格便宜。通过比较,并结合本系统要显示的只是单纯的数字,所以我们选方案三。7SEG-MPX4-CC是四个共阴二极管显示器, 1234是阴公共端,可以通过这四根线决定对应位熄灭或者点亮。如图2-2所示。图2-2 7SEG-MPX4-CC引脚图2.4 D/A转化部分D/A转换器的作用是将数字量转换成模拟量
17、,D/A转换器有两种输出形式:电压和电流输出形式。它的要求是输出电压Vo和输入数字量能成正比,即: (2-1) 其中, Vr为参考电压。本次课题采用DAC0832芯片,如图2-3所示。图2-3 DAC0832芯片引脚图DAC0832是采用CMOS工艺制成的单片直流输出型8位数/模转换器,集成电路内有两级输入寄存器,可直接与MCS-51单片机相连接。这个D/A转换芯片具有接口简单、价格低廉、转换容易控制等优点,广泛应用于单片机应用系统中。D/A转换器由8位输入寄存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换器组成。2.4.1 DAC0832的主要特性DAC0832有以下主要功能指标:分辨率为8位;可单一
18、电源供电(+5+15V);电流输出的稳定时间为1us;可单缓冲、双缓冲或直接数字输入;在满量程下可以调整线性度;低功耗为20mW8。2.4.2 DAC0832引脚及功能介绍(1)VCC:芯片供电电压端。范围为+5V+15V,最佳工作状态是+15V。 (2)ILE:数据锁存允许控制端,高有效。 (3)/CS:片选端,当/CS为低时,本芯片被选中。(4)/WR1:写信号1,作为第一级锁存信号,将输入资料锁存到输入寄存器(此时,必须和 ILE同时有效),低有效。 (5)/WR2:写信号2,低电平有效。(6)/XFER:数据传送输控制,低有效。 (7)DI7DI0:8位数字信号输入端,与单片机的数据总
19、线相连,用于接收单片机送来的待转换的数字量,DI7为最高位。 (8)IOUT1:D/A转换器电流输出1端。当DAC寄存器中全为1时,输出电流最大,当DAC寄存器中全为0时,输出电流为0。 (9)IOUT2:IOUT1+IOUT2=常数。 (10)Rfb:是集成在片内的外接运放的反馈电阻。(11)VREF:基准电压(-1010V)。 (12)AGND:模拟信号地,即模拟电路接地端。 (13)DGND:数字信号地,最好与基准电压共地。 DAC0832的工作方式有三种:(1)直通方式:/LE1和/LE2均为1,外来的数据直接通过两级锁存器到达D/A转换器。这种方式适用于连续反馈控制线路。(2)单缓冲
20、方式:一个寄存器工作于直通状态,一个工作于受控锁存器状态。这种方式适用于只有一路模拟量输出或几路模拟量异步输出的情况。(3)双缓冲方式:两个寄存器都工作在受控锁存器状态。这种方式对于多个D/A转换同步输出的情况适用。2.5 比较电路本次的比较电路采用LM324四预算放大器芯片。由于LM324四预算放大器具有电源电压范围宽,可以作为单电源使用,静态时功耗小,价格便宜等优点,因此在各种电路中被广泛应用。LM324既可适合于电源电压范围很宽的单电源使用(330V), 也适用于双电源(1.5V15V)工作模式,它的输入电压可低到地电位,而输出电压范围为OVcc,驱动功耗低。它的应用范围非常广,包括直流
21、增益模块、传感放大器和其他所有可以用到单电源供电的使用运算放大器的场合。 如图2-4所示的符号为运算放大器,它有5个引脚,其中“5”、“6”为两个信号输入端,“4”、“11”为正、负电源端,“7”为输出端。图2-4 LM324芯片引脚图LM324的特点:保护输出;差动输入级;共模范围可以扩展到负电源;行业标准的引脚排列;输入端有静电保护等。2EXg838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电222.6 稳压输出部分LM317L是三端可调正稳压器集成电路。LM317L输出的电压范围是1.2V37V,负载电流不能超过1.5A。它使用简单,仅需外接两个电
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