智能穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)

1、東南大學(xué)本科畢業(yè)論文基于單片機(jī)的智能穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)design of intelligent power supply based on mcu專 業(yè) 名 稱 自動(dòng)化 申請(qǐng)學(xué)士學(xué)位所屬學(xué)科 工 學(xué) 指導(dǎo)教師姓名、職稱 2012年 5 月 10日摘 要基于單片機(jī)的智能穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)本文介紹了一種以單片機(jī)為核心的智能穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)方法和實(shí)現(xiàn)方法，其核心技術(shù)是通過(guò)單片機(jī)控制數(shù)模轉(zhuǎn)換來(lái)改變其后的穩(wěn)壓模塊的輸出。該設(shè)計(jì)包括直流電源輸入及輸出兩部分，可完成311v之間各不同幅值的電壓的輸出，能夠預(yù)置數(shù)，其中電壓輸出部分，既可手動(dòng)的每按”+”-”鍵一下進(jìn)行每0.1v大小的上下調(diào)整，也可長(zhǎng)按”+”-”鍵使其自

2、動(dòng)的遞增或者遞減，直到需要的數(shù)值。預(yù)置數(shù)時(shí)用切換鍵切換預(yù)置個(gè)位或小數(shù)位，按”+”-”鍵進(jìn)行微調(diào)。該系統(tǒng)由整流濾波初步穩(wěn)壓模塊、單片機(jī)控制模塊、dac和顯示模塊組成，介紹了整體電路的設(shè)計(jì)和單片機(jī)系統(tǒng)的硬件及軟件流程。該穩(wěn)壓電源能連續(xù)步進(jìn)可調(diào)，并且可實(shí)時(shí)顯示，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)穩(wěn)壓電源的不足。該系統(tǒng)具有抗干擾性能好，可靠性高，及最終輸出電壓值與真實(shí)顯示值精確度較高等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；穩(wěn)壓電源；dac；連續(xù)步進(jìn)可調(diào)；design of intelligent power supply based on mcuabstractthis paper introduces a kind of single c

3、hip microcomputer as the core of intelligent power supply design method and the realization method, its core technology is controlled by the single chip computer digital-to-analog converter to change the voltage regulator module subsequent output. the design includes a dc power supply input and outp

4、ut part two, can achieve 3 11v between different amplitude of the output voltage, to the preset number, wherein the voltage output portion, which can be operated manually to each according to the + - key once every0.1v size is adjusted up and down, can also be according to the + - key to make it aut

5、omatically incremented or decremented, until the required values. the preset number with preset switch toggle a bit or small digital, according to the + - keys to fine tune. the system is composed of a rectifying filter initial voltage regulator module, single-chip control module, dac and display mo

6、dule, introduces the design of the whole circuit and a single chip microcomputer hardware and software flow. the regulated power supply can continuously stepping adjustable, and the real-time display, make up for the traditional regulated power supply shortage. the system has good performance of ant

7、i interference, high reliability, and the final output voltage value and the real value displayed high precision etc.key words: single chip microcomputer; power supply; dac; continuous stepping adjustable;目錄第一章 概述1 1.1 研究背景及意義1 1.2 直流穩(wěn)壓電源的發(fā)展方向. 11.3 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀. 21.4 系統(tǒng)研究方向. 3第二章 設(shè)計(jì)原理4 2.1 設(shè)計(jì)原理.4 2.2 系統(tǒng)框

8、圖.6第三章 主要器件介紹7 3.1 at89c51簡(jiǎn)介.7 3.2 dac0832工作原理.8 3.3 數(shù)碼管顯示原理.9第四章 硬件電路與數(shù)據(jù)測(cè)試11 4.1 整流濾波、初步穩(wěn)壓.11 4.2 at89c51主控部分.12 4.3 數(shù)模轉(zhuǎn)換dac0832.12 4.4 穩(wěn)壓部分.13 4.5 顯示電路.134.6 數(shù)據(jù)測(cè)試與分析 .14第五章 軟件設(shè)計(jì) 15 5.1 軟件流程圖.15結(jié)束語(yǔ)16附錄一17附錄二19附錄三20參考文獻(xiàn)21致謝22indexthe first chapter outline。1.1 the research background and significance

9、-1.2 dc regulated power supply development direction。1.3 domestic development status-1.4 system research direction-chapter second design principles。2.1 design principles-2.2 block diagram of system-the third chapter introduces the main devices-3.1 at89c51profile。3.2 dac0832working principle。3.3 digi

10、tal tube display principle。the fourth chapter hardware circuit and the data test。4.1 rectifying filter, initial voltage。4.2 at89c51control component。4.3 d / a conversion dac0832。4.4regulator part。4.5display circuit。4.6 data of test and analysis。chapter fifth software design-5.1 flow chart of the sof

11、tware-the end-appendix a。appendix two-appendix three-references。thanks25第一章 概述1.1研究背景及意義當(dāng)今電源技術(shù)融合了電氣、電子、系統(tǒng)集成、控制理論、材料等諸多學(xué)科領(lǐng)域。它是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的工程技術(shù)，服務(wù)于各行各業(yè)（如國(guó)防、科研、實(shí)驗(yàn)室、工礦企業(yè)、電解、電鍍、充電設(shè)備等）。直流穩(wěn)壓電源是電子技術(shù)常用的儀器設(shè)備之一，廣泛的應(yīng)用于數(shù)學(xué)、科研等領(lǐng)域。是電子實(shí)驗(yàn)員、電子設(shè)計(jì)人員及電路開發(fā)部門進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作和科學(xué)研究所不可缺少的電子儀器。由于電子技術(shù)的特性，電子設(shè)備對(duì)電源電路的要求就是能夠提供持續(xù)穩(wěn)定、滿足負(fù)載要求的電能，而且通常

12、情況下都要求提供穩(wěn)定的直流電能。提供這種穩(wěn)定的直流電能的電源就是直流穩(wěn)壓電源。傳統(tǒng)的直流穩(wěn)壓電源通常采用波段開關(guān)和電位器來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓的調(diào)節(jié)，并由電壓表示電壓值的大小。因此，電壓的調(diào)整精度不高，讀數(shù)欠直觀，電位器也易磨損。而基于單片機(jī)控制的直流穩(wěn)壓電源能夠較好的解決以上傳統(tǒng)穩(wěn)壓電源的不足。1. 2直流穩(wěn)壓電源的發(fā)展方向1.2.1智能化目前在研制高性能、高精度、多功能的測(cè)量控制儀表時(shí)，幾乎沒(méi)有不考慮采用微處理器的。以微處理器為主體取代傳統(tǒng)儀器儀表的常規(guī)電子線路，將測(cè)量控制技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合在一起，組成新一代的所謂“智能化測(cè)量控制儀表”。智能儀器不僅解決了很多傳統(tǒng)儀表不能或不易解決的難題，同時(shí)還可以

13、簡(jiǎn)化系統(tǒng)電路，提高系統(tǒng)的可靠性，加快產(chǎn)品的開發(fā)速度。直流穩(wěn)壓電源一方面為儀器儀表提供電能量，是儀器儀表的“動(dòng)力源”，另一面它本身就是儀器儀表，因此，它有可能而且應(yīng)當(dāng)智能化。具體地說(shuō)，智能化的直流穩(wěn)壓電源電源應(yīng)當(dāng)具有以下功能特點(diǎn):操作自動(dòng)化。系統(tǒng)的整個(gè)測(cè)量過(guò)程如鍵盤掃描、量程選擇、開關(guān)啟動(dòng)閉合、數(shù)據(jù)的采集、傳輸與處理以及顯示打印等都用微控制器來(lái)控制操作，實(shí)現(xiàn)測(cè)量過(guò)程的全部自動(dòng)化。具有自檢測(cè)功能，包括自動(dòng)調(diào)零、自動(dòng)校準(zhǔn)、自動(dòng)故障檢測(cè)與狀態(tài)檢驗(yàn)、自診斷及量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換等。系統(tǒng)能自動(dòng)檢測(cè)出故障的部位甚至故障的原因。具有友好的人機(jī)對(duì)話能力。智能化的直流穩(wěn)壓電源使用鍵盤代替?zhèn)鹘y(tǒng)直流穩(wěn)壓電源中的切換開關(guān)，操作

14、人員只需通過(guò)鍵盤輸入命令，就能實(shí)現(xiàn)某種測(cè)量功能。與此同時(shí)，智能穩(wěn)壓電源還通過(guò)顯示屏將儀器的運(yùn)行情況、工作狀態(tài)以及測(cè)量數(shù)據(jù)的處理結(jié)果及時(shí)告訴操作人員，使系統(tǒng)的操作更加方便直觀。網(wǎng)絡(luò)管理能力。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用日益普及和信息處理技術(shù)的不斷發(fā)展，直流穩(wěn)壓電源通過(guò)rs232接口實(shí)現(xiàn)與上位pc機(jī)通信，從而使網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人員可以隨時(shí)監(jiān)視電源設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、各項(xiàng)技術(shù)參數(shù);網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人員可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)定時(shí)開關(guān)電源，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程開關(guān)機(jī)等功能。1.2.2數(shù)字化隨著大規(guī)模集成電路以及數(shù)字計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展，加之從60年代末以來(lái)數(shù)字信號(hào)處理理論和技術(shù)的成熟和完善，用數(shù)字方法來(lái)處理信號(hào)，即數(shù)字信號(hào)處理，已逐漸取代模擬信號(hào)處理。 隨著信息

15、時(shí)代、數(shù)字世界的到來(lái)，數(shù)字信號(hào)處理已成為一門極其重要的學(xué)科和技術(shù)領(lǐng)域。數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)及設(shè)備具有靈活、精確、抗干擾強(qiáng)、設(shè)備尺寸小、造價(jià)低、速度快等突出優(yōu)點(diǎn)，這些都是模擬信號(hào)處理技術(shù)與設(shè)備所無(wú)法比擬的。1.2.3模塊化穩(wěn)壓電源的模塊化有兩個(gè)意思，第一是指電源單元的模塊化;第二是指功率器件的模塊化。模塊化的目的不僅在于使用方便，縮小整機(jī)體積，更重要的是取消傳統(tǒng)連線，把寄生參數(shù)降到最小，從而把器件承受的電應(yīng)力降至最低，提高系統(tǒng)的可靠性。大功率的電源，由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考慮，一般采用多個(gè)獨(dú)立的模塊單元并聯(lián)工作，采用均流技術(shù)，所有模塊共同分擔(dān)負(fù)載電流。一旦其中某個(gè)模塊失效，其它

16、模塊再平均分擔(dān)負(fù)載電流。這樣可以很大的提高系統(tǒng)可靠性，即使萬(wàn)一單模塊出現(xiàn)故障，也不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。 1.2.4 綠色化電源系統(tǒng)的綠色化有兩層含義:首先是顯著節(jié)電，這意味著發(fā)電容量的節(jié)約，因?yàn)榘l(fā)電是造成環(huán)境污染的重要原因，所以節(jié)電就可以減少對(duì)環(huán)境的污染;其次這些電源不能(或少)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生污染，國(guó)際電工委員會(huì)(iec)對(duì)此制定了一系列標(biāo)準(zhǔn)，如iec555, iec917,ieci000等。20世紀(jì)末，各種有源濾波器和有源補(bǔ)償器的方案誕生，為21世紀(jì)批量生產(chǎn)各種綠色直流穩(wěn)壓電源產(chǎn)品奠定了基礎(chǔ)。1.3 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀在我國(guó)，以電力電子學(xué)為核心技術(shù)的電源產(chǎn)業(yè)，從二十世紀(jì)60年代中期開始形成，到了

17、90年代以來(lái)，電源產(chǎn)業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期。一方面， 電源產(chǎn)業(yè)規(guī)模的發(fā)展在加快;另一方面，在國(guó)家自然科學(xué)基金的資助下或創(chuàng)新意識(shí)指導(dǎo)下，我國(guó)電力電子技術(shù)的研究從吸收消化和一般跟蹤發(fā)展到前沿跟蹤和基礎(chǔ)創(chuàng)新，電源產(chǎn)業(yè)界涌現(xiàn)了一些技術(shù)難度較大，具有國(guó)際先進(jìn)水平的產(chǎn)品，而且還產(chǎn)生了一大批具有代表性的研究成果和產(chǎn)品;目前國(guó)內(nèi)還開展了跟蹤國(guó)際多方面前沿性課題的研究或基礎(chǔ)創(chuàng)新研究。但是我國(guó)電源產(chǎn)業(yè)與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，存在著很大的差距和不足:在電源產(chǎn)品的質(zhì)量、可靠性、開發(fā)投入、生產(chǎn)規(guī)模、工藝水平、先進(jìn)檢測(cè)設(shè)備、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、持續(xù)創(chuàng)新能力等方面的差距為10-15年，尤其在實(shí)現(xiàn)直流穩(wěn)壓電源的智能化、網(wǎng)絡(luò)化方面的研究不是很

18、多。目前國(guó)內(nèi)在智能化網(wǎng)絡(luò)化方面研究的還是不多，研究比較多的是成都電子科技大學(xué)和廣州華南理工大學(xué)，主要是利用單片機(jī)和可編程系統(tǒng)器件(psd)來(lái)控制開關(guān)直流穩(wěn)壓電源或數(shù)制化電壓?jiǎn)卧_(dá)到數(shù)控的目的，但和國(guó)外的比較起來(lái)，效果不是很理想，還有很大的差距。整體來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)的直流穩(wěn)壓電源技術(shù)在實(shí)現(xiàn)智能化等方面相對(duì)落后，在競(jìng)爭(zhēng)激烈的國(guó)際形式下，是個(gè)嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。1.4 系統(tǒng)研究方向智能化主要是指系統(tǒng)有可編程模塊可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行智能控制。數(shù)字化主要是指系統(tǒng)輸出電壓通過(guò)7段數(shù)碼管顯示，并且可以通過(guò)按鍵對(duì)輸出電壓進(jìn)行連續(xù)步進(jìn)數(shù)字化調(diào)節(jié)。模塊化是指系統(tǒng)由各個(gè)相關(guān)模塊組成，提高了系統(tǒng)的可靠性。本系統(tǒng)研究的直流穩(wěn)壓電源主要是符

19、合智能化、數(shù)字化以及模塊化的特點(diǎn)。第二章 設(shè)計(jì)原理2. 1設(shè)計(jì)原理2.1.1穩(wěn)壓電源基本原理直流穩(wěn)壓電源是一種將220v工頻交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)壓輸出地直流電壓裝置。直流穩(wěn)壓電源由電源變壓器t、整流、濾波和穩(wěn)壓電路四部分組成（如圖2.1所示）。電源變壓器是降壓器，他把電網(wǎng)220v交流電壓變成符合電路需要的交流電壓u2，送給整流電路。然后由整流電路變換成方向不變、大小隨時(shí)間變化的脈動(dòng)電壓u3，再用濾波器濾去其交流分量，就可得到比較平直的直流電壓ui。雖然整流濾波電路能將正弦交流電壓變換為較為平滑的直流電壓。所以當(dāng)電網(wǎng)波動(dòng)時(shí)，輸出電壓平均值將產(chǎn)生相應(yīng)的波動(dòng)，另一方面，由于整流濾波電阻的存在，當(dāng)負(fù)載變化時(shí)

20、，內(nèi)阻上的電壓將發(fā)生變化。于是，輸出電壓平均值也將產(chǎn)生相反變化。為了獲得穩(wěn)定性好的直流電壓，還要采取穩(wěn)壓措施，以保證輸出直流電壓更穩(wěn)定。圖2.1 直流穩(wěn)壓電源框圖2.1.2 穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)方案 方案一：采用lm78xx系列三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓，電路如圖2.2 圖2.2 三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓電路方案二：采用lm317系列可調(diào)三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓，電路如圖2.3 圖2.3 可調(diào)三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓電路方案三：由運(yùn)放組成的串聯(lián)型穩(wěn)壓電源，電路如圖2.4圖2.4 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路方案一與方案二都可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的電壓輸出，而且電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但方案一電壓輸出固定，方案二雖然電壓可調(diào)但很難實(shí)現(xiàn)步進(jìn)調(diào)節(jié)。方案三既可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的電壓輸出，而且輸

21、出電壓連續(xù)步進(jìn)可調(diào)，滿足設(shè)計(jì)要求。在方案三中用到了運(yùn)放、單片機(jī)、數(shù)模轉(zhuǎn)換dac0832，這些器件都需要穩(wěn)定的工作電壓，所以系統(tǒng)最終的選擇方案一與方案三相結(jié)合，采用方案一實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的工作電壓，采用方案三實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)壓電源的連續(xù)步進(jìn)可調(diào)。2.1.3數(shù)碼顯示輸出部分方案一：采用電陣式液晶顯示器（lcd）顯示。雖然其功能強(qiáng)大，可顯示各種字體的數(shù)字，漢字，圖象，還可以自定義顯示內(nèi)容，但是編程復(fù)雜，需要消耗大量時(shí)間完成顯示部分的編程工作，成本也比普通數(shù)碼管貴。方案二：采用通用led數(shù)碼管顯示。雖只能顯示非常有限的符號(hào)和數(shù)碼字，但是在本設(shè)計(jì)中完全滿足顯示需要，且編程簡(jiǎn)便，可節(jié)約大量時(shí)間。分析以上兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)

22、，這是決定系統(tǒng)使用是否方便的關(guān)鍵。本設(shè)計(jì)采用方案二。2.2系統(tǒng)框圖系統(tǒng)由各個(gè)模塊組成，由各個(gè)模塊組成的系統(tǒng)框圖如圖2.5所示。調(diào)整電路電源電路按鍵控制取樣電路比較電路dacat89c51單片機(jī) 圖2.5系統(tǒng)框圖第三章 主要器件介紹3.1 at89c51簡(jiǎn)介 本課題設(shè)計(jì)的直流穩(wěn)壓電源的核心控制器件選用at89c51。at89c51是一個(gè)低電壓，高性能cmos 8位單片機(jī)帶有4k字節(jié)的可反復(fù)擦寫的程序存儲(chǔ)器（penrom）。和128字節(jié)的存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ram），這種器件采用atmel公司的高密度、不容易丟失存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，并且能夠與mcs-51系列的單片機(jī)兼容。片內(nèi)含有8位中央處理器和閃爍存儲(chǔ)單元

23、，有較強(qiáng)的功能的at89c51單片機(jī)能夠被應(yīng)用到控制領(lǐng)域中。at89c51提供以下的功能標(biāo)準(zhǔn)：4k字節(jié)閃爍存儲(chǔ)器，128字節(jié)隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，32個(gè)i/o口，2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，1個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，1個(gè)串行通信口，片內(nèi)震蕩器和時(shí)鐘電路。另外，at89c51還可以進(jìn)行0hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件的節(jié)電模式。閑散方式停止中央處理器的工作，能夠允許隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的內(nèi)容，但震蕩器停止工作并禁止其它所有部件的工作直到下一個(gè)復(fù)位。引腳圖如圖3.1。 圖3.1 at89c51引腳圖3.11 at89c51引腳

24、說(shuō)明vcc：供電電壓。 gnd：接地。 p0口：p0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向i/o口，每腳可吸收8ttl門電流。當(dāng)p1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。 p1口：p1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向i/o口，p1口緩沖器能接收輸出4ttl門電流。p1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入。 p2口：p2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)ttl門電流，當(dāng)p2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，p2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 p3口：p3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向i/o口，可接收輸出4個(gè)ttl門電流。當(dāng)p

25、3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 p3口也可作為at89c51的一些特殊功能口，如下表所示： 口管腳 備選功能 p3.0 rxd（串行數(shù)據(jù)接收口） p3.1 txd（串行數(shù)據(jù)發(fā)送口） p3.2 /int0（外部中斷0申請(qǐng)，低電平有效） p3.3 /int1（外部中斷1申請(qǐng)，低電平有效） p3.4 t0（記時(shí)器0外部輸入） p3.5 t1（記時(shí)器1外部輸入） p3.6 /wr（外部ram寫選通，低電平有效） p3.7 /rd（外部ram讀選通，低電平有效） p3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 rst：復(fù)位輸入信號(hào)。用于完成單片機(jī)的初始化，當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要

26、保持rst腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ale/prog：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。 /psen：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。低電平有效。 /ea/vpp：當(dāng)/ea保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000h-ffffh），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。 xtal1：外接晶體引線端，反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。xtal2：外接晶體引線端，反向振蕩器的輸出。3.2 dac0832工作原理dac0832是8分頻率的d/a轉(zhuǎn)換集成芯片，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛。其主要優(yōu)點(diǎn)是與微處理器完全兼容，價(jià)格低廉，轉(zhuǎn)換控制容易，接口簡(jiǎn)單。圖3.2所

27、示為dac0832的原理框圖。dac0832主要由8位d/a轉(zhuǎn)換器、8位dac寄存器、8位輸入寄存器以及輸入控制電路四部分組成。8位d/a轉(zhuǎn)換器輸出與數(shù)字量成正比的模擬電流；由與門、非與門組成的輸入控制電路來(lái)控制2個(gè)寄存器的選通或鎖存狀態(tài)。8位dac寄存器用于存放待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量，由加以控制； 8 位輸入寄存器用于存放主機(jī)送來(lái)的數(shù)字量，使輸入數(shù)字量得到緩沖和鎖存，由加以控制。圖3.2 dac0832原理框圖1腳cs（反） 2 腳wr1（反） 3腳agnd 4腳d35腳d2 6 腳d1 7腳d0 8腳ref9腳ref 10腳dgnd 11腳iout1 12腳iout213腳d7 14腳d6 15腳

28、d5 16腳d417腳xfer（反）18 腳wr2（反）19腳ile 20腳vccat89c51的p0口接dac0832的數(shù)據(jù)線di0-7,寫信號(hào)wr（反）接0832的寫信號(hào)wr1（反）,wr2（反）,agnd接模擬地，dgnd接數(shù)字地。vcc和ile接+5v使恒有效。對(duì)于輸出端，因?yàn)閐ac0832是電流輸出型的d/a芯片，所以必須外加運(yùn)算放大器才能輸出電壓，dac0832的電流輸出iout1和iout2與放大器的輸入端連接，反饋電阻的輸入端rfb與輸出端vout相連。dac單極性輸出方式如圖 3.3 所示。3.3數(shù)碼管顯示原理 3.3.1數(shù)碼管結(jié)構(gòu)我們最常用的是七段式和八段式led數(shù)碼管，八

29、段比七段多了一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，其他的基本相同。所謂的八段就是指數(shù)碼管里有八個(gè)小led發(fā)光二極管，通過(guò)控制不同的led的亮滅來(lái)顯示出不同的字形。數(shù)字0 9、字符a f、h、l、p、r、u、y、符號(hào)“-”及小數(shù)點(diǎn)“.”。 數(shù)碼管的外型結(jié)構(gòu)如圖3.4（a）所示。數(shù)碼管又分為共陰極和共陽(yáng)極兩種類型，其實(shí)共陰極就是將八個(gè)led的陰極連在一起，讓其接地，這樣給任何一個(gè)led的另一端高電平，它便能點(diǎn)亮。而共陽(yáng)極就是將八個(gè)led的陽(yáng)極連在一起。其原理圖如下3.4（b）和圖3.4（c）所示。（a） 外型結(jié)構(gòu) （b） 共陰極 （c）共陽(yáng)極圖3.4 數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖3.3.2數(shù)碼管工作原理 共陽(yáng)極數(shù)碼管通常是公共陽(yáng)極接高電平

30、（一般接電源），即八個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極（二極管正端）連接在一起接高電平，其它管腳（即二極管的陰極）接段驅(qū)動(dòng)電路輸出端。當(dāng)某段驅(qū)動(dòng)電路的輸出端為低電平時(shí)，其所連接的字段導(dǎo)通并點(diǎn)亮，各種數(shù)字或字符由發(fā)光字段的不同組合來(lái)顯示出。此時(shí)，要求段驅(qū)動(dòng)電路能吸收額定的段導(dǎo)通電流，還需根據(jù)外接電源及額定段導(dǎo)通電流來(lái)確定相應(yīng)的限流電阻。共陰極數(shù)碼管通常是公共陰極接低電平（一般接地），即8個(gè)發(fā)光二極管的陰極（二極管負(fù)端）連接在一起接地，其它管腳（二極管的陽(yáng)極）接段驅(qū)動(dòng)電路輸出端，當(dāng)某段驅(qū)動(dòng)電路的輸出端為高電平時(shí)，則該端所連接的字段導(dǎo)通并點(diǎn)亮，各種數(shù)字或字符由發(fā)光字段的不同組合來(lái)顯示出。此時(shí)，要求段驅(qū)動(dòng)電路能提供額

31、定的段導(dǎo)通電流，也是要根據(jù)外接電源及額定段導(dǎo)通電流來(lái)確定相應(yīng)的限流電阻。3.3.3數(shù)碼管字形編碼其中引腳圖的兩個(gè)gnd端連在一起，是公共端，共陰數(shù)碼管要將其接地，共陽(yáng)數(shù)碼管將其接正5伏電源。一個(gè)八段數(shù)碼管稱為一位，多個(gè)數(shù)碼管并列在一起可構(gòu)成多位數(shù)碼管，它們的段選線（即a,b,c,d,e,f,g,dp）連在一起，而各自的公共端稱為位選線。顯示時(shí)，都從段選線送入字符編碼，而選中哪個(gè)位選線，那個(gè)數(shù)碼管便會(huì)被點(diǎn)亮。數(shù)碼管的8段，對(duì)應(yīng)一個(gè)字節(jié)的8位，a對(duì)應(yīng)最低位，dp對(duì)應(yīng)最高位。所以如果想讓數(shù)碼管顯示數(shù)字0，那么共陰數(shù)碼管的字符編碼為00111111，即3fh；共陽(yáng)數(shù)碼管的字符編碼為11000000，即

32、c0h。可以看出兩個(gè)編碼的各位正好相反。依此類推可求得數(shù)碼管字形編碼如表3.1所示。顯示字符字形共 陽(yáng) 極共 陰 極dpgfedcba字型碼dpgfedcba字形碼0011000000c0h001111113fh1111111001f9h0000011006h2210100100a4h010110115bh3310110000b0h010011114fh441001100199h0110011066h551001001092h011011016dh661000001082h011111017dh7711111000f8h0000011107h881000000080h011111117fh99

33、1001000090h011011116fhaa1000100088h0111011177hbb1000001183h011111007chcc11000110c6h0011100139hdd10100001a1h010111105ehee1000011086h0111100179hff100011108eh0111000171hhh1000100189h0111011076hll11000111c7h0011100038hpp100011008ch0111001173hrr11001110ceh0011000131huu11000001c1h001111103ehyy1001000191h0

34、11011106eh-10111111bfh0100000040h.011111117fh1000000080h熄滅滅11111111ffh0000000000h表3.1 數(shù)碼管字型編碼表第四章 硬件電路與數(shù)據(jù)測(cè)試4.1 整流濾波、初步穩(wěn)壓 單相半波整流電路是最簡(jiǎn)單的一種整流電路，單相半波整流電路簡(jiǎn)單易行，所用二極管數(shù)量少。但是由于它只利用了交流電壓的半個(gè)周期，所以輸出電壓低、交流分量大（即脈動(dòng)大）、效率低、因此，這種電路只適用于整流電流較小，對(duì)脈動(dòng)要求不高的場(chǎng)合。為了克服單相半波整流電路的缺點(diǎn)，在實(shí)用電路中多采用單相全波整流電路，最常用的是單相橋式整流電路，如圖4.1。 圖4.1 整流濾波電

35、路整流電路的輸出電壓雖然是單一方向的，但含有較大的交流成分，不能適應(yīng)大多數(shù)電子電路及設(shè)備的需要，因此，一般在整流后，還需利用濾波電路將脈動(dòng)直流電壓變?yōu)槠交闹绷麟妷骸３Ｓ械臑V波電路有電容濾波、rc（lc）型的濾波形式。電容濾波電路是最常見也是最簡(jiǎn)單的濾波電路。其基本工作原理是整流電壓高于電容電壓時(shí)，電容充電；當(dāng)整流電壓低于電容電壓時(shí)，電容放電，在充放電的過(guò)程中使輸出電壓基本穩(wěn)定。電容充電時(shí)，回路電阻為整流電路的內(nèi)阻，其數(shù)值很小，因而時(shí)間常數(shù)很小。電容放電時(shí)，回路電阻為rl，放電時(shí)間常數(shù)為rlc，通常遠(yuǎn)大于充電的時(shí)間常數(shù)。因此，濾波效果取決于放電時(shí)間，電容愈大，負(fù)載電阻愈大，濾波后輸出電壓與平滑

36、，紋波愈小，直流成分愈高。固定三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓電路如圖4.2所示，在輸入與公共端之間、輸出端與公共端之間分別接了0.33uf、0.1uf的電容,可以防止自激振蕩。圖4.2 三端穩(wěn)壓電路4.2 at89c51主控部分下圖是系統(tǒng)的核心控制部分，包括復(fù)位電路、晶振電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、顯示電路等于at89c51的連接，還有+sw和-sw兩個(gè)按鍵，用于控制輸出電壓的增加與減小圖4.3 at89c51主控電路4.3 數(shù)模轉(zhuǎn)換dac08323 如圖4.4所示為dac模塊，d/a轉(zhuǎn)換結(jié)果采用電流形式輸出，而需要的是相應(yīng)的模擬信號(hào)。因此，需要通過(guò)一個(gè)高輸入阻抗的線性運(yùn)算放大器。圖4.4 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路該數(shù)模轉(zhuǎn)換電路

37、采用的是dac0832單極性輸出方式，輸出vo=-b*vref/256，其中b的值為d0d7組成的8位二進(jìn)制，取值范圍為0255，vref是參考電壓，該電壓有電阻r2和可變電阻r3分壓所得，通過(guò)調(diào)節(jié)可變電阻可以改變參考電壓vref。4.4 穩(wěn)壓部分系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)核心是穩(wěn)壓部分，dac模塊（數(shù)模轉(zhuǎn)換控制模塊）輸出的模擬信號(hào)決定最終的輸出電壓，電路如圖4.5所示。圖4.5 穩(wěn)壓電路 穩(wěn)壓電路中電阻r7和r8組成取樣電路，對(duì)輸出電壓進(jìn)行取樣，運(yùn)放tl082構(gòu)成比較電路，對(duì)采樣電壓與數(shù)模轉(zhuǎn)換輸出的電壓進(jìn)行比較以控制調(diào)整電路，三極管q1和q2構(gòu)成調(diào)整電路，調(diào)整電路通過(guò)改變?nèi)龢O管的管壓降來(lái)調(diào)整輸出電壓。4.5

38、 顯示電路顯示電路是對(duì)系統(tǒng)輸出電壓進(jìn)行顯示，使得整個(gè)系統(tǒng)更加合理話，由于只顯示輸出的電壓，所以顯示器件采用數(shù)碼管，電路如圖4.6所示圖4.6 數(shù)碼管顯示電路4.6數(shù)據(jù)測(cè)試與分析數(shù)據(jù)測(cè)試主要是測(cè)試輸出電壓與設(shè)定值之間的誤差。測(cè)試數(shù)據(jù)如表4.1表4.1 測(cè)試數(shù)據(jù)預(yù)置電壓/v（數(shù)碼顯示）輸出電壓/v（數(shù)碼顯示誤差(v)12.92.830.0723.02.960.0433.53.470.0345.04.980.0257.06.980.0269.18.080.02710.210.170.03811.010.960.04911.111.010.09從表4.1中的數(shù)據(jù)可以看出第1組和第9組輸出電壓與設(shè)定值偏

39、差比較大，設(shè)定值在3v11v時(shí)輸出電壓偏差不大。為了減小誤差，所以要限定電壓的設(shè)定值為3v11v之間。系統(tǒng)輸出電壓的步進(jìn)可調(diào)范圍是3v11v，步進(jìn)值為0.1v。第五章 軟件設(shè)計(jì) 5.1 軟件流程圖系統(tǒng)軟件流程圖是一種很直觀的表示方法，能夠清晰明了的描述了如何實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)輸出電壓的調(diào)節(jié)。首先是對(duì)輸出電壓進(jìn)行初始化，設(shè)定為常用電壓值5v，然后通過(guò)判斷按鍵是+鍵還是-鍵對(duì)系統(tǒng)的輸出電壓進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，并保證輸出電壓在設(shè)定范圍之內(nèi)，具體的調(diào)節(jié)過(guò)程如圖5.1所示。 圖5.1 系統(tǒng)軟件流程圖結(jié)束語(yǔ)該設(shè)計(jì)采用閉環(huán)反饋調(diào)整的方法，設(shè)計(jì)出了實(shí)用的直流穩(wěn)壓電源，其電壓輸出的級(jí)數(shù)與d/a的位數(shù)有緊密關(guān)系，本設(shè)計(jì)采用了

40、8位的d/a，若要進(jìn)一步提高直流電源的精度，也可采用12位或16位的d/a轉(zhuǎn)換器進(jìn)行相應(yīng)的閉環(huán)調(diào)整。該電源在結(jié)合了開關(guān)電源與線性電源各自優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上還加入了單片機(jī)控制，不僅輕便、小巧、輸出特性良好而且還操作簡(jiǎn)單，具有控制智能化等特點(diǎn)，可調(diào)直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)方案省去了傳統(tǒng)直流電源因工頻變壓器而體積笨重。與傳統(tǒng)電源相比高頻直流電源就較具有體積小、重量輕、效率高等優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)成品經(jīng)過(guò)多次測(cè)量，基本上滿足了設(shè)計(jì)要求所需的各項(xiàng)指標(biāo)。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，力求硬件線路簡(jiǎn)單，明了，整體美觀，充分發(fā)揮軟件變成方便靈活的特點(diǎn)，來(lái)滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。但是因?yàn)闀r(shí)間有限，該系統(tǒng)還有許多不足之處需要改進(jìn)，比如電壓精度問(wèn)題等等。

41、因此，十分適用于各種科學(xué)實(shí)驗(yàn)與小功率的電子設(shè)備中，相信會(huì)有很好的應(yīng)用前景。通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)，使我更加扎實(shí)的掌握了有關(guān)模擬電子技術(shù)與單片機(jī)技術(shù)方面的知識(shí)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中雖然遇到了一些問(wèn)題，但經(jīng)過(guò)一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識(shí)欠缺和經(jīng)驗(yàn)不足。實(shí)踐出真知，通過(guò)親自動(dòng)手操作，使我們掌握的知識(shí)不再是紙上談兵。 在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，不斷改正，不斷領(lǐng)悟，不斷獲取。這次課程設(shè)計(jì)終于順利完成了，在設(shè)計(jì)中遇到了很多問(wèn)題，最后在老師的指導(dǎo)下，終于游逆而解。參考文獻(xiàn)1桑勝舉，沈丁.單片機(jī)原理及應(yīng)用m. 北京：中國(guó)鐵道出版社，2010，13240.2童詩(shī)白,華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)m. 北京：高等教育出版社,2001，200215.3王忠民.微型計(jì)算機(jī)原理m. 北京：西安電子科技大學(xué)出版社,2007，88230.4林紅，數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)m.北京：清華大學(xué)出版社，2009,83100.5譚浩強(qiáng),張基溫,唐永炎.c語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)教程m. 北京：高等教育出版社,1992，163198.6劉文濤,單片機(jī)語(yǔ)言典型應(yīng)用設(shè)計(jì)m. 北京：人民郵電出版社,2005，18312.7楊蔭福，段善旭，朝澤云.電力電子裝置及系統(tǒng)m. 北京：清