基于51单片机数控直流稳压电源的设计.doc
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1、基于51单片机数控直流稳压电源的设计毕 业 设 计(论文)(说 明 书)题 目: 数控直流稳压电源 姓 名: 朱士玲 编 号: 平顶山工业职业技术学院 2010 年 5 月 20 日平顶山工业职业技术学院毕 业 设 计 (论文) 任 务 书姓名 朱士玲 专业 应用电子技术 任 务 下 达 日 期 2010 年 2 月 日设计(论文)开始日期 年 月 日设计(论文)完成日期 年 月 日设计(论文)题目: A编制设计 B设计专题(毕业论文) 指 导 教 师 高同辉 系(部)主 任 年 月 日平顶山工业职业技术学院毕业设计(论文)答辩委员会记录 系 专业,学生 于 年 月 日进行了毕业设计(论文)答
2、辩.设计题目: 专题(论文)题目: 指导老师: 答辩委员会根据学生提交的毕业设计(论文)材料,根据学生答辩情况,经答辩委员会讨论评定,给予学生 毕业设计(论文)成绩为 。答辩委员会 人,出席 人答辩委员会主任(签字): 答辩委员会副主任(签字): 答辩委员会委员: , , , , , , 平顶山工业职业技术学院毕业设计(论文)评语第 页共 页学生姓名: 专业 年级 毕业设计(论文)题目: 评 阅 人: 指导教师: (签字) 年 月 日成 绩: 系(科)主任: (签字) 年 月 日毕业设计(论文)及答辩评语: 基于51单片机数控直流稳压电源的设计摘要 本文主要论述了一种基于51单片机为核心控制器
3、的数控直流稳压电源的设计原理和实现方法。该电源具有电压可预置、可步进调整、输出的电压信号和电流信号可同时显示功能。文章介绍了系统的总体设计方案,其主要有微控制器模块、稳压控制模块、电压/电流采样模块、显示模块、键盘模块、电源模块五部分构成.该系统原理是以AT89S51单片机为控制单元,利用数模转换芯片DAC0832输出参考电压驱动功率管稳压输出,同时输出稳压、恒流采用模数转换芯片ADC0804对采样的电压、电流转换为数字信号,再由程序将数据通过单片机处理后送LCD1602显示当前电流。文章最后对数控直流稳压电源的主要性能参数进行了测定和总结,并对其发展前景进行了展望。关键词:单片机(MCU);
4、 数模转换器(DAC);模数转换器(ADC)目 录第1章 前言11。1研究背景及意义11.2国内外研究现状11。3课题的主要内容21.4论文的总体结构3第2章 方案与设计基础知识32。1方案设计与论证32。2主控单片机(MCU)42.2。1 AT89S51简介42。2。2 主要特征及引脚说明52.3液晶显示屏(1602)72。3.1 LCD1602简介72.3。2引脚接口说明72.4固定三端稳压器82.4。1固定三端稳压器简介82.4。2固定三端稳压器的类别82.4.3三端稳压器(78、79系列)管脚序号判断技巧92.5通用型低功耗集成四运放LM324102。5.1 LM324四运放的特点:1
5、02。5.2 LM324四运放的应用112.6 数模转换芯片122.7模数转换芯片132.7.1 ADC0804简介132。7.2 ADC0804的引脚及其功能14第3章 系统电路原理及硬件实现153。1系统总体框图153.2系统模块电路设计153.2。1 单片机控制模块153.2。2 稳压控制模块163。2.3 电压与电流采样模块163。2。4 显示模块173.2.5 键盘模块183。2。6 电源模块193.3系统整体原理图19第4章 系统的软件设计204。1软件设计思路204。2系统软件流程204。2.1 主程序模块20第5章 系统测试与误差分析215。1系统测试215。1。1 软件测试2
6、25。1。2 硬件测试225。1。3 系统整体测试225.2误差分析23第6章 设计总结和展望246.1总结246。2展望25参考文献25附录1 系统整体原理图26附录2 系统源程序26第1章 前言1。1研究背景及意义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。直流稳压电源是电子技术常用的仪器设备之一,广泛的应用于教学、科研等领域,是电子实验员、电子设计人员及电路开发部门进行实验操作和 研究不可缺少的电子仪器.在电子电路中,通常都需要电压稳定的直流电源来供电。而整个稳压过程是由电源变压器、整流、滤波
7、、稳压等四部分组成。然而这种传统的直流稳压电源功能简单、不好控制、可靠性低、干扰大、精度低且体积大、复杂度高.普通的直流稳压电源品种有很多,但均存在以下两个问题:输出电压是通过粗调(波段开关)及细调(电位器)来调节.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,对过载进行限流或截流型保护,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,通常都需要电压稳定的直流电源供电.但在实际生活中,都是有220V的交流电网供电。这就需要通过变压、整流、滤波、稳压电路将
8、交流电转换成稳定的直流电。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,若由晶体管滤波器来替代,则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,有缩小了其体积,使家用电器小型化.传统的直流稳压电源通常采用电位器和波段开关来实现电压的调节,并有电压表指示电压值的大小.因此,电压的调整精度不高,读数欠直观,电位器也易磨损。而基于单片机控制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发展,特别是计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、宽调整范围的高压电源,而
9、在一些高能物理领域,更是急需电脑或单片机控制的低纹波、宽调整范围的电源。1。2国内外研究现状从十九世纪90年代末起,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交流/直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控制。随着科学技术的迅速发展,人们对物质需求也越来越高,特别是一些高新技术产品。如今随着直流电源技术的飞跃发展,整流系统有一千的分立元件和集成电路控制发展为微机控制,从而使直流电源智能化,具有遥控测、遥信、遥控的三控功能,基本实现了直流电源的无人值守。并且,当今科技快速发展过程中,模块化是直流电源的发展趋势,并联运行是电源产
10、品大容量话的一个有效手段,可以通过设计N+1冗电源系统,实现容量扩展,提高电源系统的可靠性、可用性,缩短维修、维护时间,从而使企业产生更大的效益。如:扬州鼎华公司近些年来结合美国Sorensen Amrel等公司的先进技术,成功开发了单机最大功率120KW智能模块电源,可以并联32台(可扩展到64台),使最大输出功率可以达到7600KW以上。智能模块电源采用电流型控制模式,集中式散热技术,实时多任务监控,具有高效、高可靠、超低辐射,维护快捷等优点,迹象结构紧凑,防腐与散热也作了多方面的加强。它的应用将会克服大功率电源的制造、运输及维修等困难。而且和传统可控硅电源相比节电20-30%节能优势,奠
11、定了它将是未来大功率直流电源的首选。1.3课题的主要内容1、 如何实现对电源的输出控制系统设计的目的是要用微处理器来替代传统直流稳压电源中手动旋转电位器,实现输出电压在电源量程范围内步进可调,精度要求高。实现的途径很多,可以用DAC的模拟输出控制电源的基准电压或分压电阻,或者用其它更有效地方法,因此如何选择简单有效地方法是本课题余姚解决的首要问题。2、 数控直流电源功能的完备数控直流稳压电源要实现电压的键盘化控制,同时要具备输出、过压过流保护及数组存贮与预置等功能.另外,根据要求电源还应该可以通过按键选择一些特殊的功能。如何有效地实现这些功能也是本课题所需研究解决的问题。3、 性能指标输出最大
12、电压:25V输出最大电流:2。5A电压步进:0.1V电压分辨率:0。02V1。4论文的总体结构第一部分简要介绍课题的背景、意义、国内外研究现状,介绍本文的主要研究内容,包括实现的目标、功能的完备和性能指标.第二部分提出了数控直流电源的总的设计思路和实现方案,以及相关系统实现的功能,选择了一种基于51单片机系统的数控直流电源的方案,并对该方案运用的基本知识和使用的器件作出扼要的介绍.第三部分模块化阐述了基于51单片机数控直流电源的系统整体结构和设计框图,包括数据单片机控制模块、稳压控制模块、电压/电流采样模块、电源模块及键盘模块。第四部分主要阐述了数控直流电源的软件系统的设计思路和软件设计流程。
13、第五部分对数控直流稳压电源的性能参数进行测量与评估,以及对误差进行分析。第六部分针对本数控直流电源给出了本课题的 ,并对其发展前景进行了展望。第2章 方案与设计基础知识2。1方案设计与论证根据设计的要求:1、 最高输出电压25V,最大输出电流2.5A。2、 电压步进0。1V.3、 纹波系数尽可能小,输出稳定。4、 有限按键操作方便,LCD显示界面.特色及基本技术路线:1、 低成本解决方案。2、 直观的实验效果。3、 经典理论验证平台先硬件后软件,先局部后整体。我设计出以下方案:用D/A和运算放大器做电流源,即采用D/A输出调节晶体管的偏置电流(电压);使用电压/电流采样电路,通过A/D转换实现
14、闭环控制。能有效的缩短调节时间,进一步提高输出精度。设计方案,其主要有微控制器模块、稳压控制模块、电压/电流采样模块、显示模块、键盘模块、电源模块五部分构成。液晶屏显示电路,该系统使用LCD1602液晶显示屏,可以清晰地显示分别组成显示电路的十位、个位、小数点位,同时还能显示英文名称和电压/电流单位。方案原理示意图见图2-1:掉电存贮单元(24C02)LCD(1602)显示单元51单片机(89S51)电压控制单元(LM324)按键电路电压/电流采样输出电源电路图212.2主控单片机(MCU)2。2。1 AT89S51简介AT89S51是一个低功耗,高性能CMOS 8位单片机,片内含4k Byt
15、es ISP(Insystem programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造,兼容标准MCS51指令系统及80C51引脚结构,芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元,功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89S51具有如下特点:40个引脚,4k Bytes Flash片内程序存储器,128 bytes的随机存取数据存储器(RAM),32个外部双向输入/输出(I/O)口,5个中断优先级2层中断嵌套中断,2个16位可编程定时计数器,2个全双工串
16、行通信口,看门狗(WDT)电路,片内时钟振荡器. 此外,AT89S51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。空闲模式下,CPU暂停工作,而RAM定时计数器,串行口,外中断系统可继续工作,掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据,停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位.同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式,以适应不同产品的需求。2.2.2 主要特征及引脚说明1主要特性: 8031 CPU与MCS51 兼容 4K字节可编程FLASH存储器(寿命:1000写/擦循环) 全静态工作:0Hz-24KHz 三级程序存储器保密锁定 1288位内部RAM 32条可编程I/
17、O线 两个16位定时器/计数器 6个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路2管脚说明:VCC:供电电压。GND:接地.P0口:P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时,P0 口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高。P1口:P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低
18、电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。P2口:P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。这是由于内部上拉的缘故.P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位.在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号.P3口:P3
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