基于51单片机的数控直流稳压电源设计毕业设计说明书.doc

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1、目 录第一部分 绪论11.1数控直流稳压电源的产生背景11.2系统开发的意义21.3系统主要功能2第二部分 系统总体方案设计32.1系统整体概述32.1.1控制部分32.1.2显示部分32.1.3键盘接口部分42.1.4电源部分42.1.5其他电路部分5第三部分 系统硬件电路设计63.1系统硬件电路综述63.2单片机主控电路设计73.3稳压电源部分73.4显示部分73.5摸数转换部分8第四部分 系统软件设计94.1主程序9第五部分 结束语10第六部分 致谢10第七部分 参考文献11第一部分 绪论1.1 数控电压源产生的背景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

2、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表设备之一，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试验操作和科学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、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、复杂度高。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。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

3、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。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，都是由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代替，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要直流稳压器就能用作家用电器的电源，就既降低了家用电器的成本，由缩小了其体积，使家用电器小型化。传统的直流稳压电源通

4、常采用电位器和波段开关来实现电压的调节，并由电压表指示电压值的大小。因此，电压的调节精度不高，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就较好地解决以上传统稳压电源的不足。数控稳压电源是电子行业发展的必然产物。近年来，随着电子技术的发展可调稳压电源应用的越来越广泛。目前，由各种单片机构成的数字稳压电源产品越来越多，已被广泛用于家庭电器、工业电器、军事电器等领域，显示出强大的生命力。与此同时，由于它扩展能力很强,功能日趋完善而扩展到人们生活的各个方面。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，电力电子技术是电能的最佳应用技术之一。当今电源技术融合了电气

5、、电子、系统集成、控制理论和材料等诸多学科领域。随着计算机和通讯技术发展而来的现代信息技术革命，给电力电子技术提供了广阔的发展前景，同时也给电源提出了更高的要求。数控电源是从80年代才真正的发展起来的，在以后的一段时间里，数控电源技术有了长期的发展。但其产品存在数控程度达不到要求、分辨率不高、功率密度比较低、可靠性较差的缺点。因此数控电源主要的发展方向，是针对上述缺点不断加以改善。单片机技术及电压转换模块的出现为精确数控电源的发展提供了有利的条件。1.2 系统开发的意义随着时代的发展，数字电子技术已经普及到我们生活、工作和科研等各个领域。本文将介绍一种数控直流稳压电源，本电源由直流电源、控制电

6、路、显示电路、数模转换电路、电压放大和射极输出等部分组成。具体说采用51系列单片机作为整机的控制单元，通过改变输入数字量来改变输出电压值，经集成运放放大和射极输出器输出，间接地改变输出电压的大小。与传统的稳压电源相比具有操作方便，电源稳定性高以及其输出电压大小采用数码显示等的特点。1.3 系统主要功能本系统以AT89C51单片机作为系统的核心，由D/A数字模拟转换模块、按键、LED串口显示模块等模块组成一个数控电源。该系统实现了 输出电压：范围 1.2V 10 V，步进0.5V（符合要求），纹波不大于30mV；输出电流：500mA；输出电压值由数码管显示；由“”、“”两键控制输出电压步进增减

7、。输入模块的按键按下之后，对单片机就有了一个输入，单片机将输入的数字一方面给显示模块，让它们在数码管中显示出来；另一部分输给DAC0808，让它转化为模拟量电流输出，通过运算放大器将这模拟量转化为相应的电压，这电压经过放大后控制LM317T的控制端，从而实现输出电压的控制 第二部分 系统总体方案设计2.1系统整体概述 本文设计整体框图如图1所示，主要分为单片机控制，显示电路，按键，D/A转换，变压器，稳压电路等模块。这几个模块通过单片机的控制来协调工作。2.1.1控制部分本文采用AT89C51单片机来实现对整个系统的控制，与协调工作。如图2 为单片机的原理图：图2 单片机原理图2.1.2显示部

8、分本文选用共阳极数码管来作为显示部分，因为所要显示的数字较少，因而数码管显示能够满足要求。如图3所示为数码管的原理图：图3 数码管原理图2.1.3键盘接口部分 键盘是单片机应用系统中使用最广泛的一种数据输入设备。键盘分为独立式键盘和矩阵键盘。方案一，采用独立式键盘独立式键盘，每个键占用一条I/O线，当按键数量较多时，I/O口，利用率不高，但是程序编制简单，适用于所需按键较少的场合。方案二，采用行列式矩阵键盘电路连接复杂，但是提高了I/O口的利用率，软件编程较复杂，适用于需要大量按键的场合。因为本设计所需要的按键简单，故选者方案一。2.1.4 稳压电源部分本文选用三端稳压电源，输出15V，电流为

9、1A。如图4所示为其引脚图：图4 LM7915外形引脚图2.1.5 D/A转换器本文数模转换器选用DAC0808型号，它是一个8位的DAC转换器，DAC0808是具有16个引脚的双列直插式8位D/A转换器件。其引脚功能分别为：1脚为空,2脚为GND,3脚为VEE，4脚为DAC输出引脚，512脚为数据输入引脚，13脚为VCC，14脚为基准电压（VREF），15脚为基准电压（VREF），16脚为COMPENSATION。当数据输入量全为0时，其4脚输出电压最低，接近零；当数据输入量全为1时，其4脚输出电压最高，电压值由基准电压VREF决定。因此，基准电压的精度决定了D/A转换的精度。2.1.6 运

10、放NE5532NE5532是一种双运放高性能低噪声运算放大器。 相比较大多数标准运算放大器，如1458，它显示出更好的噪声性能，提高输出驱动能力和相当高的小信号和电源带宽。这使该器件特别适合应用在高品质和专业音响设备，仪器和控制电路和电话通道放大器。引脚图如图5所示： 图5 NE5532引脚图第三部分 系统硬件电路设计3.1 系统硬件电路综述系统的采用了AT89C51，配合D/A转换器件DAC0808和三端稳压块实现电压连续可调（精度为：0.1V）。同时能通过LED数码管显示相应的电压值，直观、可靠、实用，电路结构简单。数字控制部分用+、-按键控制一可逆二进制计数器，二进制计数器的输入输出到D

11、/A转换器，经D/A转换器转换成相应的电压，此电压经过放大到适合的电压值后，去控制稳压电源的输出，是稳压电源的输出电压以0.1V的步进值增或减。系统总设计部分为图6：图6 系统硬件总设计下面主要介绍下主要硬件模块。3.2 单片机主控电路设计本文采用AT89C51单片机来实现对整个系统的控制，与协调工作；单片计算机即单片微型计算机是集CPU ，RAM ，ROM ,定时，计数和多种接口于一体的微控制器。它体积小，成本低，功能强，广泛应用于智能产业和工业自动化上。而51系列单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。3.3 稳压电源部分 如图7所示，该部分主要是由三端稳压器LM7815、LM791

12、5、LM7805和若干个电容、二极管元器件组成，220V市电经220V/36V变压器降压后得到的双15V交流电压，经三端稳压器LM7815和LM7915得到的+15V，再经过LM7805得到的+5V的电压。图 7 稳压电源图3.4 显示部分 在图8中，显示部分比较简单，主要是由两个数码管和若干电阻组成，两个数码管分别显示电压的个位和十分位，该部分是由单片机完成的，数码管的各个端口以依次连到AT89C51单片机的P01、P02、P03、P04口，完成电压显示部分。图8 显示部分3.5 模数转换部分本系统中的数模转换电路如图9所示。它由DAC0808、两级低漂移的运放电路组成。DAC0808和运放

13、将CPU发出的8位二进制数据转换成0-5 V的电压，然后经运放U8反向放大2倍，以得到010 V电压。因此，该DAC的转换分辨率为10(28-1)=0.04 V，即CPU输出给DAC的数据变化为1 Bit，DAC输出电压的变化为0.1 V。VREF电路为DAC提供基准电压，调节R5A，可使基准电压保持为5 V。图9 数模转换电路图第四部分 系统软件设计4.1 主程序主程序流程如图10所示。图10 主程序流程图本电路采用51系列单片机作为整机的控制单元，通过改变输入数字量来改变输出电压值，从而使输出功率管的基极电压发生变化，间接地改变输出电压的大小。为了能够使系统具备检测实际输出电压值的大小，可

14、以经过ADC0809进行模数转换，间接用单片机实时对电压进行采样，然后进行数据处理及显示。采用软件方法来解决数据的预置以及电流的步进控制，使系统硬件更加简洁，各类功能易于实现本系统以直流电源为核心，利用51系列单片机为主控制器，通过键盘来设置直流电源的输出电流，设置步进等级可达0.1V，并可由数码管显示实际输出电压值和电压设定值。利用单片机程控输出数字信号，经过D/A转换器（DA0832）输出模拟量，再经过运算放大器隔离放大，控制输出功率管的基极，随着功率管基极电电流的变化而输出不同的电压。单片机系统还兼顾对恒压源进行实时监控，输出电压经过电流/电压转变后，通过A/D转换芯片，实时把模拟量转化

15、为数据量，经单片机分析处理， 通过数据形式的反馈环节，使电压更加稳定，构成稳定的压控电压源。第五部分 结束语本文设计的数控直流电压源，利用AT89C51单片机及其外围扩展电路，采用了键盘数码显示，该电源具有调整方便、步进精度高等特点，可作为电子仪器直流标准电压源，其数字化的输入快捷方便、简洁明了。第六部分 致谢历时三个月的毕业设计已经告一段落。经过自己不断的搜索努力以及老师的耐心指导和热情帮助，本设计已经基本完成。在这段时间里，在老师严谨的治学态度和热忱的工作作风令我十分钦佩，他的指导使我受益非浅。同时本系创新实验室的开放也为我的设计提供了实习场地。在此对老师表示深深的感谢。通过这次毕业设计，

16、使我深刻地认识到学好专业知识的重要性，也理解了理论联系实际的含义，并且检验了大学四年的学习成果。虽然在这次设计中对于知识的运用和衔接还不够熟练。但是我将在以后的工作和学习中继续努力、不断完善。这三个月的设计是对过去所学知识的系统提高和扩充的过程，为今后的发展打下了良好的基础。由于自身水平有限，设计中一定存在很多不足之处，敬请各位老师批评指正 第七部分 参考文献 1 郭天祥.新概念51单片机C语言教程:入门、提高、开发、拓展全攻略.北京：电子工业出版社.2009 2 张有德等.单片微型机原理、应用与实验.上海：复旦大学出版社.20063 康华光.电子技术基础（模拟部分 第五版） 高等教育出版社，2006 4 TEA5767技术文档 http/ 5 徐明雪.用单片机控制TEA5768HL设计数字调谐FM收音机【J】.无线电，20056 林峰，孙军，采用tea5767的调频收音机电路设计【J】.电声技术，2005年4月.7 沈红卫，单片机应用系统设计实例与分析【M】. 北京:北京航空航天大学出版社，20038 蒋厚学. protel99se仿真软件在高频电路布线设计中的应用【J】. 科学咨询，2009（13）：36. 11