基于單片機(jī)的路燈穩(wěn)壓控制系統(tǒng)方案

1、設(shè)計（論文）目的與要求一、任務(wù)針對我國在城市照明上所存在的巨大的能源消耗而設(shè)計一套基于單片機(jī)智能路燈節(jié)能控制系統(tǒng)。通過智能控制器對功率單元進(jìn)行控制，進(jìn)而操控可變電抗變換器來改變路燈的輸出電壓，通過改變路燈的光照來實(shí)現(xiàn)節(jié)能。二、目的1.在學(xué)習(xí)完單片機(jī)與相關(guān)課程的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步加深和鞏固所學(xué)的知識，培養(yǎng)和提高學(xué)生查找資料、整理資料的能力。2.通過硬件設(shè)計、軟件編寫，使學(xué)生掌握用單片機(jī)組成應(yīng)用系統(tǒng)的方法，提高硬件設(shè)計、制作、焊接，軟件編寫、調(diào)試的能力。3.通過本次設(shè)計鞏固單片機(jī)的接口、定時、中斷等基本知識，掌握外圍芯片的基本知識。4.熟練掌握用Protel 99 繪制電路圖與PCB板的制作。三、要求

2、1. 設(shè)計要求完成的基本功能：穩(wěn)壓控制功能；軟啟動功能；自動啟停功能；智能調(diào)壓控制功能等。2技術(shù)參數(shù)要求：1）穩(wěn)壓精度： 2）響應(yīng)時間：0.048s3設(shè)備要求：計算機(jī)、MCS51單片機(jī)仿真開發(fā)系統(tǒng)、常用集成電路芯片、三極管、按鍵和LED數(shù)碼管。 4設(shè)計說明書要求包括：目錄、標(biāo)題、概述、方案總體設(shè)計（硬件、軟件、 框圖）、單元電路和單元軟件程序、電路總圖、硬件實(shí)物與軟件清單、系統(tǒng)調(diào)試說明、設(shè)計總結(jié)與改進(jìn)意見、參考文獻(xiàn)等。5論文字?jǐn)?shù)2萬3萬字。6. 論文格式嚴(yán)格按照學(xué)校規(guī)定的論文格式編排。四、附件1. 系統(tǒng)電路原理圖 2. 列出完整元器件清單 3. 印刷電路板圖 4.完整的程序清單五、進(jìn)度安排1.

3、 2010年12月20日2011年1月10日 要求理解畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書，查閱相關(guān)資料；完成開題報告；完成中英文資料翻譯；2. 2月16日4月6日 要求根據(jù)所查閱的資料，完成論文提綱；理解設(shè)計原理，進(jìn)行程序設(shè)計；設(shè)計相關(guān)電路設(shè)計、調(diào)試；產(chǎn)品基本實(shí)現(xiàn)功能。3. 4月7日4月12日 完成完整的畢業(yè)設(shè)計初稿；4. 4月13日5月3日 完成完整的畢業(yè)設(shè)計論文終稿；一校：總體功能與思路；二校：功能細(xì)節(jié)、格式細(xì)節(jié)；5. 5月4日5月17日準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計論文答辯；65月18日5月29日 進(jìn)行畢業(yè)論文答辯。 六、參考書目1. 廣第.單片機(jī)基礎(chǔ)M.航空航天.2何立民.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編M.航空航天. 3康華光.電子技

4、術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）M.高等教育. 4康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分）M.高等教育.5明熒.8051單片機(jī)課程設(shè)計實(shí)訓(xùn)教材M.清華大學(xué). 6吳金戍.8051 單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)用M.清華大學(xué).7黃志偉.全國大學(xué)生電子競賽培訓(xùn)教程M.電子工業(yè).8. 揚(yáng)本文,旭東城市路燈照明節(jié)能方案與運(yùn)行管理J電力2006(8)：61-629. 江思敏. Protel電路設(shè)計教程M.清華大學(xué) .10. 鄒常茂,慶軍國智能照明節(jié)電器設(shè)備的現(xiàn)狀與技術(shù)特J節(jié)能與環(huán)保，2(X)3(12)：52-53指導(dǎo)教師：月華 2010年 12月 18日47 / 61本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告設(shè)計（論文）題目 基于單

5、片機(jī)的路燈穩(wěn)壓控制系統(tǒng)的設(shè)計設(shè)計（論文）題目來源自選課題設(shè)計（論文）題目類型工程設(shè)計起止時間 2010.12至2011.6一、 設(shè)計（論文）依據(jù)與研究意義：如今，照明路燈的數(shù)量越來越多，使得路燈的用電量占城市用電總量的比重越來越大，在用電高峰期時，電網(wǎng)超負(fù)荷運(yùn)行，電網(wǎng)電壓都低于額定值，在用電低谷期供電電壓又高于額定值，當(dāng)電壓高時不但影響照明設(shè)備的使用壽命，而且耗電量也大幅增加（電源電壓若增加20%，則耗電量增加44%），當(dāng)?shù)凸葧r，照明設(shè)備又不能正常工作。所以，對城市路燈的設(shè)計已經(jīng)成為了當(dāng)務(wù)之急，特別是午夜之后車流量急劇減少時，應(yīng)該適當(dāng)?shù)年P(guān)閉路燈，節(jié)省用電。但是我國的既能省電又能延長路燈壽命的技

6、術(shù)相比國外卻是落后了，特別是要針對我國的現(xiàn)狀并且吸取國外的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)才能設(shè)計出符合我國的路燈控制技術(shù)。目前我國市場上有多種路燈節(jié)能控制產(chǎn)品，能達(dá)到一定節(jié)能效果，但就功能和效果上還不能盡如人意，主要由以下幾類情況：采用自禍變壓器與磁飽和電抗器的降壓技術(shù)。其不足是由于反應(yīng)速度較慢，用電高峰時電壓降到非穩(wěn)定區(qū)，容易造成燈光閃滅，不能自動調(diào)節(jié)，同時如果電壓突然升高，則不能避免燈具受到市電的瞬時高壓沖擊，對燈具的保護(hù)能力較差;相對來說穩(wěn)壓功能較差。針對于磁飽和電抗器來說，除了上述不足外，其效率也普遍偏低。采用電氣器件構(gòu)成的可控硅式設(shè)備。該設(shè)備主要采取簡單的相控技術(shù)，不足之處是元件容易發(fā)熱燒壞，由于采用相控

7、技術(shù)產(chǎn)生諧波污染電網(wǎng)，使熒光燈和氣體燈小停閃動，減損燈具壽命與相關(guān)附件的使用壽命，降低照明質(zhì)量，不綠化不環(huán)保，國家相關(guān)規(guī)定已經(jīng)明確禁止使用這種無功補(bǔ)償技術(shù)設(shè)備，以系統(tǒng)節(jié)電濾波形式，主要是凈化電網(wǎng)，補(bǔ)充無功功率，補(bǔ)償電網(wǎng)，而對于有功電度表計量系統(tǒng)，缺少實(shí)際節(jié)電效果。如今隨著直流電源技術(shù)的飛躍發(fā)展，整流系統(tǒng)由以前的分立元件和集成電路控制發(fā)展為微機(jī)控制，從而使直流電源智能化，具有遙測、遙信、遙控的三遙功能，基本實(shí)現(xiàn)了直流電源的無人值守。并且，在當(dāng)今科技快速發(fā)展過程中，模塊化是直流電源的發(fā)展趨勢，并聯(lián)運(yùn)行室電源產(chǎn)品大容量化地一個有效手段，可以通過設(shè)計N+1冗余電源系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)容量擴(kuò)展，提高電源系統(tǒng)的可靠

8、性、可用性，縮短維修、維護(hù)時間。電流模塊電源采用電流型控制模式，集中式散熱技術(shù)，實(shí)時多人物監(jiān)控，具有高效、高可靠、超低輻射，維護(hù)快捷等優(yōu)點(diǎn)，機(jī)箱結(jié)構(gòu)緊湊，防腐與散熱也作了多方面的加強(qiáng)。它的應(yīng)用將會克服大功率電源的制造、運(yùn)輸與維修等困難。而且和傳統(tǒng)可控硅電源相比節(jié)電20%-30%節(jié)能優(yōu)勢，奠定了它將是未來大功率直流電源的首選。 近20年來，美國和日本照明節(jié)能集中在使用緊湊型熒光燈(CFL)和熒光燈采用鎮(zhèn)流器兩個方面。國外照明節(jié)能技術(shù)的發(fā)展具有以下特點(diǎn). (1)大力推動綠色照明，在光源的材料，使用規(guī)上加以有效管理，出臺了一系列的標(biāo)準(zhǔn)和管理要求，將照明節(jié)能推廣到全民圍;(2)不斷提高功率器件性能要求

9、，主要體現(xiàn)在鎮(zhèn)流裝置上技術(shù)提高。通過對鎮(zhèn)流器技術(shù)改進(jìn)來提高照明設(shè)備的功率因素。本設(shè)計可以通過對外界光線和電壓信號的采集來控制路燈的自動啟停以與智能調(diào)壓從而減少城市路燈照明耗電量，又對輸入電壓進(jìn)行穩(wěn)壓調(diào)節(jié)來提高用電效率，緩解許多地方電力供應(yīng)緊和城市化加快對路燈需求數(shù)量增加之間的矛盾，同時可以延長照明設(shè)備使用壽命。參考文獻(xiàn)：1 鄒紅.數(shù)字電路與邏輯設(shè)計M.:人民郵電，2008.32 祥臣.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)教程M.:清華大學(xué).2005.33 先鋒工作室編著.單片機(jī)程序設(shè)計實(shí)例M.:清華大學(xué),20024 湯毅剛,喜元,孟升衛(wèi),兆慶.MCS-51單片機(jī)使用子程序設(shè)計M.:工社,2003業(yè)大學(xué)出版5 明熒

10、.8051單片機(jī)課程設(shè)計實(shí)訓(xùn)教材M.:清華大學(xué),20036 揚(yáng)本文,旭東城市路燈照明節(jié)能方案與運(yùn)行管理J.電力,2006(8)：61-627 鄒常茂,慶軍國智能照明節(jié)電器設(shè)備的現(xiàn)狀與技術(shù)特性J節(jié)能與環(huán)保，2(X)3(12)：52-538 王新賢.通用集成電路速查手冊M.:科學(xué)技術(shù)，2002.99 馬忠梅.單片機(jī)的C語言應(yīng)用程序設(shè)計M.:北航，2003.10 新民 王燕芳.微型計算機(jī)控制技術(shù)M.:高等教育出版,2004.11 Jun-Lian Zhang and Jian-Xun Jin,Analysis of DC Power Transmission Using High Supercond

11、ucting CablesJ.Journal of Electronic Science and Technology of China,2008.(2-10)12S.Levialdi,NATO AST on Sigital image processingJ.1980(105-145)13Power Integration.Inc.Topswich-GX datasheetsR.2000(TOP242-249)14Power Integration.Inc.National semiconductor datasheetsR.200515Clovis L.Tondo.Scott E.Gimp

12、el.The C Answer Book Solutions to the Exercises in The C Programming LanguageR.2000二、 設(shè)計（論文）主要研究的容、預(yù)期目標(biāo)：（技術(shù)方案、路線）主要研究容：1. 利用光傳感器來控制繼電器開關(guān)路燈的設(shè)計；2. 對路燈電壓進(jìn)行穩(wěn)壓控制的設(shè)計；3. 對路燈電壓/電流進(jìn)行反饋采樣的設(shè)計；4. 對采樣電壓進(jìn)行調(diào)壓的設(shè)計?？傮w設(shè)計方案如下：1. 采集外界光信號，通過A/D轉(zhuǎn)換后輸入控制器。當(dāng)外界光信號強(qiáng)度低于一定數(shù)值時，通過軟啟動開啟路燈。當(dāng)光信號強(qiáng)度高于一定數(shù)值時，通過軟啟動關(guān)閉路燈。這樣能起到節(jié)電的作用。光控電路流程圖如

13、圖1所示。2. 采集輸入電壓信號，通過交流/直流轉(zhuǎn)換、A/D轉(zhuǎn)換后輸入控制器，與已設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)電壓值進(jìn)行比較，并對輸入電壓進(jìn)行穩(wěn)壓，然后將該電壓輸出并驅(qū)動路燈。3. 通過時鐘來對路燈亮度進(jìn)行調(diào)節(jié)，在午夜之后將路燈亮度進(jìn)行降低，這樣既能維持路面的照明，又能節(jié)約用電。開啟路燈光信號信號采集控制器判斷是否有光照射？N關(guān)閉路燈Y圖1 自動光控啟?？刂瞥绦蛄鞒虉D保留顯示設(shè)定值|實(shí)際值-設(shè)定差值|大于1?原來的顯示設(shè)定值+差值恢復(fù)現(xiàn)場顯示結(jié)果返回NNYY保護(hù)現(xiàn)場實(shí)際值<設(shè)定值？原來的顯示設(shè)定值-差值圖2 穩(wěn)壓判斷控制程序流程圖將采集到的電壓信號與額定電壓相比較，如果采樣電壓與額定電壓差值大于1，則判斷

14、差值是否為負(fù)；否則顯示額定值。在判斷差值正負(fù)時，如果為負(fù)，在顯示值為額定值與差值之和，否則顯示值為額定值與差值之差。穩(wěn)壓控制程序流程圖如圖2所示。模數(shù)轉(zhuǎn)換器三端穩(wěn)壓器電壓采樣電流采樣電源單片機(jī)液晶屏顯示鍵盤控制數(shù)模轉(zhuǎn)換器三端穩(wěn)壓器光信號采集燈信號反饋繼電器驅(qū)動電壓放大圖3 總體設(shè)計圖總體設(shè)計圖如圖3所示。本設(shè)計是以單片機(jī)控制為核心，通過采集三端穩(wěn)壓器輸出的電壓并將該電壓與設(shè)定電壓進(jìn)行比較，進(jìn)而調(diào)整輸出電壓的大小，達(dá)到穩(wěn)壓的目的。預(yù)期目標(biāo)：能夠?qū)崿F(xiàn)以下幾個功能：穩(wěn)壓控制功能；自動啟停功能；智能調(diào)壓控制功能三、設(shè)計（論文）的研究重點(diǎn)與難點(diǎn)：研究重點(diǎn)：1、對路燈電壓進(jìn)行穩(wěn)壓控制；2、對路燈進(jìn)行智能啟

15、停；3、對路燈電壓進(jìn)行智能調(diào)壓。研究難點(diǎn)：1、電路電壓不穩(wěn)定，電壓波動幅度不能確定。2、不能確定在進(jìn)行補(bǔ)償后的電壓是否與額定電壓相等。四、 設(shè)計（論文）研究方法與步驟（進(jìn)度安排）：1、2010年12月20日2011年1月10日 要求理解畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書，查閱相關(guān)資料；完成開題報告；完成中英文資料翻譯；2、2月16日4月6日 要求根據(jù)所查閱的資料，完成論文提綱；理解設(shè)計原理，進(jìn)行程序設(shè)計；設(shè)計相關(guān)電路設(shè)計、調(diào)試；產(chǎn)品基本實(shí)現(xiàn)功能。3、4月7日4月12日 完成完整的畢業(yè)設(shè)計初稿；4、4月13日5月3日 完成完整的畢業(yè)設(shè)計論文終稿；一校：總體功能與思路；二校：功能細(xì)節(jié)、格式細(xì)節(jié)；5、5月4日5月17日

16、準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計論文答辯；6、5月18日5月29日 進(jìn)行畢業(yè)論文答辯五、 進(jìn)行設(shè)計（論文）所需條件：硬件：計算機(jī)，AT89C51單片機(jī)，集成電路芯片，LED數(shù)碼管，運(yùn)算放大器，LED顯示屏，三極管，按鍵。軟件：MCS51單片機(jī)仿真開發(fā)系統(tǒng)，單片機(jī)開發(fā)板。在該設(shè)計中，軟件的設(shè)計起到舉足輕重的作用，因?yàn)橄到y(tǒng)工作的可靠性以與穩(wěn)定性都是靠軟件（程序）來控制的。六、 指導(dǎo)教師意見：簽名： 年 月 日摘 要：在生活中，路燈照明是必不可少的，它能使我們的道路更加明亮，使我們的城市更加美觀。本文主要設(shè)計了一種基于51單片機(jī)為核心控制器的數(shù)控穩(wěn)壓控制系統(tǒng)。該電路具有電壓可步進(jìn)調(diào)制，對輸出電壓和電流信號進(jìn)行調(diào)整以與顯

17、示，根據(jù)光照情況進(jìn)行LED燈的開關(guān)功能。本文設(shè)計的路燈穩(wěn)壓控制系統(tǒng)主要以STC89C52單片機(jī)為核心控制單元，先以光信號采集電路進(jìn)行繼電器驅(qū)動，再以數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片DAC0832輸出參考電壓，并控制三端穩(wěn)壓器LM317輸出電壓，同時對輸出電壓/電流進(jìn)行采樣，接著采用A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0832對采樣的電壓、電流轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再通過單片機(jī)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是計算機(jī)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，人們節(jié)電意識的不斷提高，穩(wěn)壓控制電源將會成為城市建設(shè)的首選。關(guān)鍵詞：單片機(jī)（MCU）；數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）；模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）；閉環(huán)控制Abstract:In life, street lamp

18、lighting is indispensable, it can make our way more bright, to make our city more beautiful. This paper designed a kind of 51 single-chip microcomputer as the core controller based on the numerical control voltage control system. This circuit has voltage can be stepping modulation, output voltage an

19、d current signal to adjust and display light situation, according to the switch function leds. This design voltage control system mainly lamps STC89C52 singlechip control unit, first with the light signal acquisition circuit relay drivers, again with analog-to-digital conversion chip DAC0832 output,

20、 and controls the three reference voltage stabilizer LM317 output voltage, the output voltage/current simultaneously on sampling, then adopts A/D conversion chips for sampling ADC0832 voltage, current into digital signals, then through the SCM realizing closed-loop control. Along with the developmen

21、t of science and technology, especially the rapid development of computer technology, people power saving consciousness rise ceaselessly, the control of the power supply voltage will become urban construction of choice.Keywords:Micro Controller Unit (MCU)；digital-to-analog converters (DAC)；digital c

22、onverter (ADC)；closed-loop control 目錄1、緒論11.1 國外研究狀況21.2 論文的總體結(jié)構(gòu)32、總體設(shè)計方案與各功能模塊硬件實(shí)現(xiàn)42.1 總體設(shè)計方案與論證42.2各功能模塊主要硬件實(shí)現(xiàn)62.2.1 三端可調(diào)穩(wěn)壓器62.2.2 數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片72.2.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片92.2.4 運(yùn)算放大器112.2.5 液晶屏顯示113、硬件模塊設(shè)計133.1 單片機(jī)控制模塊133.2 穩(wěn)壓控制模塊143.3 電壓與電流采樣模塊163.4 顯示模塊173.5 鍵盤模塊183.6 光信號采集模塊193.7 繼電器驅(qū)動模塊204、軟件設(shè)計214.1 主程序模塊214.2 電壓

23、反饋比較子程序模塊224.3 按鍵掃描子程序模塊235、系統(tǒng)測試245.1 硬件測試245.2 軟件調(diào)試256、總結(jié)和展望28參考文獻(xiàn)29致30附錄一系統(tǒng)整體原理圖31附錄二系統(tǒng)源程序32附錄三 PCB圖45附錄四實(shí)物圖46附錄五元器件清單47電是工業(yè)的動力，是人類生活的源泉，如果沒了電，人類將失去光明，人類生活將變成一片混亂。電能給我們帶來幸福，我們卻時時刻刻在浪費(fèi)它，特別是我們用的照明路燈，浪費(fèi)得特別嚴(yán)重?，F(xiàn)在，各個城市，大街小巷都裝有路燈，路燈已成為家喻戶曉的照明設(shè)備。但我們并不知道，隨著照明路燈的劇增，路燈的用電量也在急劇增加。而且路燈基本都采用高壓鈉燈（該燈功率大），區(qū)域供電電壓極不

24、穩(wěn)定，波動圍大。尤其是在下半夜，電壓通常高達(dá)250V以上，致使燈泡損耗率極高。為節(jié)省能耗，減少浪費(fèi)，降低成本，有必要進(jìn)行改造。對城市路燈的設(shè)計已經(jīng)成為了當(dāng)務(wù)之急，特別是午夜之后車流量急劇減少時，應(yīng)該適當(dāng)?shù)年P(guān)閉路燈，節(jié)省用電。但是我國的既能省電又能延長路燈壽命的技術(shù)相比國外卻是落后了，特別是要針對我國的現(xiàn)狀并且吸取國外的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)才能設(shè)計出符合我國的路燈控制技術(shù)。因此，我嘗試?yán)脝纹瑱C(jī)來控制電壓的穩(wěn)定輸出，降低額外浪費(fèi)。本文主要介紹了如何利用單片機(jī)來控制穩(wěn)壓，恒流輸出。本設(shè)計主要以三端穩(wěn)壓電路來實(shí)現(xiàn)輸入電壓的穩(wěn)定，利用數(shù)模轉(zhuǎn)換電路來實(shí)現(xiàn)輸出電壓/電流的采集、反饋，接著讓單片機(jī)來控制輸出，從而形成一

25、個閉環(huán)反饋回路。1、緒論電源技術(shù)尤其是數(shù)控電源技術(shù)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)。當(dāng)今電源技術(shù)融合了電氣、電子、系統(tǒng)集成、材料等諸多學(xué)科領(lǐng)域。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)用于教學(xué)、科研等領(lǐng)域，是電子實(shí)驗(yàn)員、電子設(shè)計人員與電路開發(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。在電子電路中，通常都需要電壓穩(wěn)定的直流電源來供電。而整個穩(wěn)壓過程是由電源變壓器、整流、濾波、穩(wěn)壓等四部分組成。然而這種傳統(tǒng)的直流穩(wěn)壓電源功能簡單、不好控制、可靠性低、干擾大、精度低且體積大、復(fù)雜度高。普通的直流穩(wěn)壓電源品種有很多，但均存在以下二個問題：輸出電壓是通過粗調(diào)（波段開關(guān)）與細(xì)調(diào)（

26、電位器）來調(diào)節(jié)。這樣，當(dāng)輸出電壓需要精確輸出，或需要再一個小圍改變時，困難就較大。另外，隨著使用時間的增加，波段開關(guān)與電位器難免接觸不良，對輸出會有影響。穩(wěn)壓方式均是采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，對過載限流或截流型保護(hù)，電路構(gòu)成復(fù)雜，穩(wěn)壓精度也不高。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，以單片機(jī)為核心的新一代智能型穩(wěn)壓電源不但電路簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，價格低廉，性能卓越，而且由于單片機(jī)具有計算和控制能力，利用它對采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行各種計算，從而可排除和減少由于干擾信號和模擬電路引起的誤差，提高穩(wěn)壓電源輸出電壓和控制電流精度，降低了模擬電路的要求。在家用電器和其他各類電子設(shè)備中，通常都需要電壓穩(wěn)定的直流電源供電。但在實(shí)際生活中，都

27、是由220V的交流電網(wǎng)供電。這就需要通過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓電路將交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電。濾波器用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般傳統(tǒng)電路由濾波扼流圈和電容器組成，若由晶體管濾波器來替代，則可縮小直流電源的體積，減輕其重量，且晶體管濾波器直流電源不需直流穩(wěn)壓器就能用作家用電器的電源，這既降低了家用電器的成本，又縮小了其體積，使家用電器小型化。傳統(tǒng)的直流穩(wěn)壓電源通常采用電位器和波段開關(guān)來實(shí)現(xiàn)電壓的調(diào)節(jié)，并由電壓表指示電壓值的大小。因此，電壓的調(diào)整精度不高，讀數(shù)欠直觀，電位器也容易磨損。而基于單片機(jī)控制的直流穩(wěn)壓電源能較好地解決以上傳統(tǒng)穩(wěn)壓電源的不足。1.1 國外研究狀況在我國，以電力電子學(xué)為

28、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90年代以來，電源產(chǎn)業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展時期。一方面，電源產(chǎn)業(yè)規(guī)模的發(fā)展在加快;另一方面，在國家自然科學(xué)基金的資助下或創(chuàng)新意識指導(dǎo)下，我國電力電子技術(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;目前國還開展了跟蹤國際多方面前沿性課題的研究或基礎(chǔ)創(chuàng)新研究。但是我國電源產(chǎn)業(yè)與發(fā)達(dá)國家相比，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。目

29、前我國市場上有多種路燈節(jié)能控制產(chǎn)品，能達(dá)到一定節(jié)能效果，但就功能和效果上還不能盡如人意，主要由以下幾類情況：采用自禍變壓器與磁飽和電抗器的降壓技術(shù)。其不足是由于反應(yīng)速度較慢，用電高峰時電壓降到非穩(wěn)定區(qū)，容易造成燈光閃滅，不能自動調(diào)節(jié)，同時如果電壓突然升高，則不能避免燈具受到市電的瞬時高壓沖擊，對燈具的保護(hù)能力較差;相對來說穩(wěn)壓功能較差。針對于磁飽和電抗器來說，除了上述不足外，其效率也普遍偏低。采用電氣器件構(gòu)成的可控硅式設(shè)備。該設(shè)備主要采取簡單的相控技術(shù)，不足之處是元件容易發(fā)熱燒壞，由于采用相控技術(shù)產(chǎn)生諧波污染電網(wǎng)，使熒光燈和氣體燈小停閃動，減損燈具壽命與相關(guān)附件的使用壽命，降低照明質(zhì)量，不綠化

30、不環(huán)保，國家相關(guān)規(guī)定已經(jīng)明確禁止使用這種無功補(bǔ)償技術(shù)設(shè)備，以系統(tǒng)節(jié)電濾波形式，主要是凈化電網(wǎng)，補(bǔ)充無功功率，補(bǔ)償電網(wǎng)，而對于有功電度表計量系統(tǒng)，缺少實(shí)際節(jié)電效果。如今隨著直流電源技術(shù)的飛躍發(fā)展，整流系統(tǒng)由以前的分立元件和集成電路控制發(fā)展為微機(jī)控制，從而使直流電源智能化，具有遙測、遙信、遙控的三遙功能，基本實(shí)現(xiàn)了直流電源的無人值守。并且，在當(dāng)今科技快速發(fā)展過程中，模塊化是直流電源的發(fā)展趨勢，并聯(lián)運(yùn)行室電源產(chǎn)品大容量化地一個有效手段，可以通過設(shè)計N+1冗余電源系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)容量擴(kuò)展，提高電源系統(tǒng)的可靠性、可用性，縮短維修、維護(hù)時間。電流模塊電源采用電流型控制模式，集中式散熱技術(shù)，實(shí)時多人物監(jiān)控，具有高

31、效、高可靠、超低輻射，維護(hù)快捷等優(yōu)點(diǎn)，機(jī)箱結(jié)構(gòu)緊湊，防腐與散熱也作了多方面的加強(qiáng)。它的應(yīng)用將會克服大功率電源的制造、運(yùn)輸與維修等困難。而且和傳統(tǒng)可控硅電源相比節(jié)電20%-30%節(jié)能優(yōu)勢，奠定了它將是未來大功率直流電源的首選。近20年來，美國和日本照明節(jié)能集中在使用緊湊型熒光燈(CFL)和熒光燈采用鎮(zhèn)流器兩個方面。國外照明節(jié)能技術(shù)的發(fā)展具有以下特點(diǎn).(1)大力推動綠色照明，在光源的材料，使用規(guī)上加以有效管理，出臺了一系列的標(biāo)準(zhǔn)和管理要求，將照明節(jié)能推廣到全民圍;(2)不斷提高功率器件性能要求，主要體現(xiàn)在鎮(zhèn)流裝置上技術(shù)提高。通過對鎮(zhèn)流器技術(shù)改進(jìn)來提高照明設(shè)備的功率因素。1.2 論文的總體結(jié)構(gòu)第一部

32、分主要是介紹本設(shè)計的背景、意義以與國外研究現(xiàn)狀，還介紹了本設(shè)計的主要研究容。第二部分主要介紹了本設(shè)計總的設(shè)計思路并提出了幾種方案的實(shí)現(xiàn)與論證，并對該方案運(yùn)用的基礎(chǔ)知識和所使用的器件作出了扼要的介紹。第三部分主要詳細(xì)闡述了各個模塊的整體結(jié)構(gòu)以與設(shè)計框圖，包括單片機(jī)控制系統(tǒng)模塊、穩(wěn)壓控制模塊、電壓/電流采樣模塊、繼電器驅(qū)動模塊、顯示模塊、光信號采集模塊和鍵盤模塊。第四部分主要闡述了軟件設(shè)計的思路以與軟件設(shè)計流程圖。第五部分主要對該系統(tǒng)進(jìn)行測試與誤差分析。第六部分是對本設(shè)計進(jìn)行總結(jié)。2、總體設(shè)計方案與各功能模塊硬件實(shí)現(xiàn)2.1 總體設(shè)計方案與論證根據(jù)設(shè)計要求，我設(shè)計了以下三種方案：方案一，設(shè)計開關(guān)電源

33、。在前期方案設(shè)計中采用PWM脈寬調(diào)制。它的功耗小，效率高，穩(wěn)壓圍寬，電路形式靈活多樣，功耗小，效率高。在制作過程中發(fā)現(xiàn)，PWM占空比的線性變化使相應(yīng)的電流呈非線性變化，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)濾波電容的存在對占空比很小的PWM波積分效果明顯，導(dǎo)致電壓的非線性變化更顯著，特別是PWM占空比很小時（希望得到輸出的電壓很?。?，利用單片開關(guān)電源的PWM技術(shù)控制開關(guān)的占空比來調(diào)整輸出電壓的，以達(dá)到穩(wěn)定輸出的目的。但用數(shù)字量控制的作用更加明顯。方案二，用D/A和運(yùn)算放大器做電流源，即采用D/A輸出調(diào)節(jié)晶體管的偏置電流（電壓）。采用此方案能有效的縮短調(diào)節(jié)時間，并能提高輸出精度。設(shè)計方案，包括了微控制器模塊、穩(wěn)壓控制模塊、

34、顯示模塊、鍵盤模塊四部分構(gòu)成，形成開環(huán)控制。方案原理圖如圖2.1所示。方案三，用D/A芯片和三端穩(wěn)壓控制芯片來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓控制，即采用D/A輸出調(diào)節(jié)晶體管的偏置電流（電壓）：使用電壓、電流采樣電路，通過A/D轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。本設(shè)計主要是通過MCU控制D/A的輸出電壓大小，通過放大器放大，給穩(wěn)壓模塊作為輸出的參考電壓，真正的電壓、電流是由穩(wěn)壓模塊輸出。采用此方案是對方案二的改進(jìn)，能有效的縮短調(diào)節(jié)時間，進(jìn)一步提高輸出精度。該設(shè)計方案，主要由單片機(jī)控制模塊，穩(wěn)壓控制模塊，電壓/電流采樣模塊，顯示模塊，鍵盤模塊，光信號采集模塊，繼電器輸出模塊七部分組成。液晶屏顯示電路，該模塊使用LCD1602液晶顯示屏

35、，可以清晰的顯示分別組成顯示電路的十位、個位、小數(shù)點(diǎn)位，同時還能顯示英文名稱和電壓/電流單位。系統(tǒng)整體設(shè)計方框圖如圖2.2所示。單片機(jī)輸入按鍵電路穩(wěn)壓電路輸出液晶屏顯示數(shù)模轉(zhuǎn)換圖2.1 方案原理圖模數(shù)轉(zhuǎn)換器三端穩(wěn)壓 電壓采樣電流采樣電源單片機(jī)液晶屏顯示鍵盤控制數(shù)模轉(zhuǎn)換器三端穩(wěn)壓光信號采集燈信號反饋繼電器驅(qū)動電壓放大圖2.2 系統(tǒng)整體設(shè)計方框圖2.2各功能模塊主要硬件實(shí)現(xiàn)2.2.1 三端可調(diào)穩(wěn)壓器在進(jìn)行穩(wěn)壓器選擇時，我挑選了以下兩種三端穩(wěn)壓器來進(jìn)行比較分析。方案一，7805是三端正電源穩(wěn)壓電路，它是5V固定電壓輸出，應(yīng)用非常廣泛。其部有過流保護(hù)、過熱保護(hù)以與安全工作區(qū)得保護(hù)，使它基本上不會損壞。

36、如果能夠提供足夠的散熱片，它就能夠提供大于1.5A的輸出電流。雖然7805是按照固定電壓值來設(shè)定的，但是當(dāng)接入適當(dāng)?shù)耐獠科骷?，就能獲得各種不同的電壓和電流。方案二，LM317是美國國家半導(dǎo)體公司的三端可調(diào)正穩(wěn)壓器集成電路。在輸出電壓圍為1.2V到37V時能夠提供超過1.5A的電流。此穩(wěn)壓器非常易于使用，只需要兩個外部電阻來設(shè)置輸出電壓。此外還使用部限流、熱管段和安全工作區(qū)補(bǔ)償使之基本能防止燒斷保險絲。LM317服務(wù)于多種應(yīng)用場合，包括局部穩(wěn)壓等。該器件還可以用來制作一種可編程的輸出穩(wěn)壓器，或者，通過在調(diào)整點(diǎn)和輸出之間接一個固定電阻，LM317可用作一種精密穩(wěn)流器。因?yàn)橐筝敵鲭妷嚎烧{(diào)，所以選

37、擇三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器。在可調(diào)式集成穩(wěn)壓器中，317系列穩(wěn)壓器輸出連續(xù)可調(diào)的正電壓，337系列穩(wěn)壓器輸出連續(xù)可調(diào)的負(fù)電壓，其可調(diào)圍為1.2V37V，最大輸出電流為1.5A。穩(wěn)壓部含有過流、過熱保護(hù)電路，具有安全可靠，性能優(yōu)良、不易損壞、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。其電壓調(diào)整率均優(yōu)于固定式集成穩(wěn)壓構(gòu)成的可調(diào)電壓穩(wěn)壓電源，LM317典型電路如圖2.3所示。當(dāng)穩(wěn)壓器離電源濾波器有一定距離時Cin是必需的。Co對穩(wěn)定性而言不必要，但改進(jìn)瞬態(tài)響應(yīng)。Vout=1.25V（1+）+IadjR2 (式2.1)式2.1中，1.25是集成穩(wěn)壓塊輸出端與調(diào)整端之間的固有參考電壓Vref，此電壓加于給定電阻R1兩端，將產(chǎn)生一個恒

38、定電流通過輸出電壓調(diào)節(jié)電位器R2。，電阻R1常取值120240，與其并聯(lián)的電容器C可進(jìn)一步減小輸出電壓的紋波。綜合以上兩種方案，從性能以與電路需求上考慮，本設(shè)計采用方案二，因?yàn)長M317以與LM337電路能夠連續(xù)可調(diào)電壓/電流，而且LM317可輸出正電壓，LM337可輸出負(fù)電壓。圖2.3 LM317應(yīng)用電路2.2.2 數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片TLC5620是帶有4個電壓輸出型的8位數(shù)模轉(zhuǎn)換器，DAC0832是一種常用的CMOS數(shù)模轉(zhuǎn)換器，以下是對這兩種數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片的方案比較。方案一，TLC5620帶有緩沖參考輸入（高阻抗）。DAC模塊輸出電壓圍為1或2倍的參考電壓，TLC5620是單向的。這個

39、器件使用很簡單，有一個5V的單電源供電。上電復(fù)位功能可以保證重啟動條件。對TLC5620的數(shù)字控制是通過一個簡單的3線串行總線完成，并且與CMOS版本兼容，易于和所用主流微處理器和微控制器接口。11位的命令字由8位數(shù)據(jù)位、2位DAC模塊選擇位和1位圍位組成，圍位允許輸出圍在1或2倍之間選擇。DAC寄存器是雙緩沖的，允許一套完整的新值寫入器件，通過控制LDAC端所有DAC輸出都可以同時更新。數(shù)字輸入的施密特觸發(fā)器特性可以抑制高頻噪聲。14針的小外形封裝使得模擬信號的數(shù)字控制功能可以應(yīng)用于要求節(jié)省空間的情況。TL5620的工作溫度圍是0到70。TLC5620不需要外部微調(diào)。TLC5620是用4個電

40、阻串DAC模塊實(shí)現(xiàn)的。每個電阻串的一端接到GND端，另一端接到參考輸入緩沖的輸出端。通過使用電阻串可以維持單調(diào)性。線性依賴于電阻元件的匹配和輸出緩沖的性能。由于輸入帶有緩沖，DAC對參考源總是呈現(xiàn)高阻抗。方案二，DAC0832是采用CMOS工藝制成的單片直流輸出型8位數(shù)/模轉(zhuǎn)換器。DAC0832是一個8位D/A轉(zhuǎn)換芯片，單電源供電，從+5V+15V均可正常工作，基準(zhǔn)電壓的圍為±10V，電流建立時間為1us，CMOS工藝，低功耗20mm。它由一個8位輸入寄存器、1個8位DAC寄存器和1個8位D/A轉(zhuǎn)換器組成。它旨在直接與8080，8048，8085，Z80與其他通用的微型處理器進(jìn)行相接

41、。存儲的硅鉻R-2R電阻梯形網(wǎng)絡(luò)將參考電流分開，并為電路提供合適的溫度處理特性（全圍最大線性溫度誤差的0.05%）。電路利用CMOS電流開關(guān)和控制邏輯來取得最少的電能損耗和最小的輸出泄露電流誤差。特殊的電路也能提供TTL邏輯輸入電壓的水平兼容。雙緩沖可以使這些D/A轉(zhuǎn)換器在獲取下一個數(shù)位字時輸出相應(yīng)一個數(shù)位字的電壓。這就使得任何一個D/A轉(zhuǎn)換器均可進(jìn)行同步更新。DAC0832邏輯框圖和引腳排列如圖2.4所示。DAC0832的電路簡單，電流建立時間短，購買容易，故選擇方案二。 圖2.4 DAC0832邏輯框圖和引腳排列DAC0832利用、ILE、控制信號可以構(gòu)成三種不同的工作方式。1、直通方式：

42、當(dāng)=0時，數(shù)據(jù)可以從輸入端經(jīng)兩個寄存器直接進(jìn)入D/A 轉(zhuǎn)換器。2、單緩沖方式：兩個寄存器之一始終處于直通，即=0或=0，另一個寄存器處于受控狀態(tài)。3、雙緩沖方式：兩個寄存器均處于受控狀態(tài)。這種工作方式適用于多模擬信號同時輸出的應(yīng)用場合。本設(shè)計中DAC0832的和連接后接單片機(jī)的P3.0，和接地，讓DAC083工作在單緩沖方式下。2.2.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片TLC548是一款以開關(guān)電容逐次逼近原理工作且轉(zhuǎn)換速度較快的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，而ADC0832則能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)，減小數(shù)據(jù)誤差。以下對這兩款模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行方案選擇。方案一，TLC548是美國儀器公司生產(chǎn)的8位串行A/D轉(zhuǎn)換器芯片，可與通用微處理器、

43、控制器通過CLK、CS、DATA OUT三條口線進(jìn)行串行接口。是以開關(guān)電容逐次逼近原理工作的8位串行A/D芯片，供電圍為3V6V，控制口線少，時序簡單，轉(zhuǎn)換速度快，功耗低，價格便宜，適用于低功耗的袖珍儀器上的單路A/D采樣，也可將多個器件并聯(lián)使用。具有4MHz片系統(tǒng)時鐘和軟、硬件控制電路，轉(zhuǎn)換時間最長17s，TLC548允許的最高轉(zhuǎn)換速率為45500次/s，TLC549為40000次/s?？偸д{(diào)誤差最大為±0.5LSB，典型功耗值為6mW。采用差分參考電壓高阻輸入，抗干擾，可按比例量程校準(zhǔn)轉(zhuǎn)換圍，VREF-接地，(VREF+)VREF-1V，可用于較小信號的采樣。TLC548具有片系

44、統(tǒng)時鐘，該時鐘與I/OCLOCK是獨(dú)立工作的，無須特殊的速度或相位匹配。當(dāng)CS為高時，數(shù)據(jù)輸出(DATA OUT)端處于高阻狀態(tài)，此時I/O CLOCK不起作用。這種CS控制作用允許在同時使用多片TLC548時，共用I/O CLOCK，以減少多路(片)A/D并用時的I/O控制端口。TLC548還可方便地與具有串行外圍接口(SPI)的單片機(jī)或微處理器配合使用，也可與51系列通用單片機(jī)連接使用。方案二，ADC0832是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種8位分別率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá)256級。其部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在05V之間。芯片轉(zhuǎn)換時間僅為32us，據(jù)有

45、雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。獨(dú)立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變得更加方便。通過DI數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇。在正常情況下，ADC0832與單片機(jī)的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線，分別為CS、CLK、DO、DI。但由于DO端與DI端在通信時并未同時有效并與單片機(jī)的接口是雙向的，所以電路設(shè)計時可以將DO與DI并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。由于ADC0832據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出，穩(wěn)定性能強(qiáng)，雖然轉(zhuǎn)換速度沒有TCL548快，但是TCL548適用于低功耗的袖珍儀器。綜合各方面因素，方案二更適合本設(shè)計。ADC0832引腳功能與引腳圖如圖2.5所示，實(shí)物圖如圖2.6

46、所示。圖2.5 ADC0832引腳圖排列 圖2.6 ADC0832實(shí)物圖ADC0832引腳功能：1、：片選使能，低電平芯片使能。2、CH0：模擬輸入通道0，或作為IN+/-使用。3、CH1：模擬輸入通道1，或作為IN+/-使用。4、GND：芯片參考0電位（地）。5、DI：數(shù)據(jù)信號輸入，選擇通道控制。6、DO：數(shù)據(jù)信號輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。7、CLK：芯片時鐘輸入。8、Vcc/REF：電源輸入與參考電壓輸入（復(fù)用）。2.2.4 運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器OP07芯片是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性運(yùn)算放大器集成電路。由于OP07具有非常低的輸入失調(diào)電壓（對于OP07A最大為25uV），所以O(shè)P07在很多

47、應(yīng)用場合不需要額外的調(diào)零措施。OP07同時具有輸入偏置電流低（OP07A為±2nA）和開環(huán)增益高（對于OP07A為300V/mV）的特點(diǎn)，這種低失調(diào)、高開環(huán)增益的特性使得OP07特別適用于高增益的測量設(shè)備和放大傳感器的微弱信號等方面。而且OP07具有極低的失調(diào)電壓溫漂，非常低的輸入噪聲電壓幅度與長期穩(wěn)定等特點(diǎn)。該運(yùn)放可防應(yīng)用于穩(wěn)定積分、精密絕對值電路、比較器與微弱信號的精確放大。OP07具有以下幾個特點(diǎn)：1、低輸入偏置電流：1.8nA。2、低失調(diào)電壓漂移：0.5uV/。3、超穩(wěn)定，時間：2V/month最大。4、高電源電壓圍：±3V至±22V。5、超低偏移：150

48、uV最大。因此，本設(shè)計采用OP07作為運(yùn)算放大器。2.2.5 液晶屏顯示LCD1602可以在LCD顯示屏上完整顯示32個英文字符和日文等一些字符，適合顯示英文文字信息量較小的地方，可以應(yīng)用在計算器、頻率計、信號發(fā)生器、時鐘等產(chǎn)品上。LCD1602引腳如圖3.4所示。LCD1602顯示屏性能與特點(diǎn)：1、顯示容量：16X2個字符。2、芯片工作電壓：4.5-5.5V。3、工作電流2MA（5V）不包括背光電流。4、模塊最佳工作電壓為5V。5、字符尺寸：2.95X4.35mm。6、帶有英文和日文字庫，使用方便。LCD1602顯示屏引腳功能表如表2.1所示。表2.1 LCD引腳定義引腳號引腳名電平輸入/輸

49、出作用1VSS電源地2VCC電源（+5V）3VEE對比調(diào)整電壓4RS0/1輸入0=輸入指令，1=輸入數(shù)據(jù)5R/W0/1輸入0=向LCD寫入指令或數(shù)據(jù)1=從LCD讀取信息6E1,1-0輸入使能信號，1時讀取信息，1 0(下降沿)執(zhí)行指令7DB00/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line0（最低位）8DB10/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line19DB20/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line210DB30/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line311DB40/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line412DB50/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line513DB60/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line614DB70/1輸入/輸出數(shù)據(jù)總線line715A+V

50、CCLCD背光電源正極16K接地LCD背光電源負(fù)極2.3 本章小結(jié) 綜合以上各個方案的論證，本設(shè)計總原理框圖如圖2.7所示。本設(shè)計主要采用常用的STC89C52單片機(jī)芯片作為控制器，P0口和DAC0832的數(shù)據(jù)口直接相連，D/A的電壓輸出端接放大器OP07的輸入端，設(shè)定放大器的放大倍數(shù)為5，輸出到電壓模塊LM317的電壓分辨率0.1V。所以，當(dāng)MCU輸出數(shù)據(jù)增加1的時候，最終輸出電壓增加0.1V，當(dāng)調(diào)節(jié)電壓的時候，可以以每次0.1V的梯度增加或降低電壓。本主電路的原理是通過MCU控制D/A的輸出電壓大小，通過放大器放大，給穩(wěn)壓模塊作為最終輸出的參考電壓，真正的電壓、電流還是由穩(wěn)壓模塊LM317

51、輸出。這樣整個電路就能形成一個閉環(huán)系統(tǒng)，通過對輸出電壓、電流的采集反饋，從而對輸出電壓進(jìn)行穩(wěn)壓、恒流調(diào)節(jié)。模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC0832三端穩(wěn)壓 LM317電壓采樣電流采樣電源單片機(jī)STC89C52液晶屏顯示鍵盤控制數(shù)模轉(zhuǎn)換DAC0832三端穩(wěn)壓LM317光信號采集燈信號反饋繼電器驅(qū)動電壓放大OP07圖2.7 系統(tǒng)原理框圖3、硬件模塊設(shè)計3.1 單片機(jī)控制模塊單片機(jī)控制模塊主要以51系列的STC89C52芯片為核心，P0口接液晶顯示屏LCD1602作為輸出數(shù)據(jù)顯示傳輸，同時P2.0、P2.1、P2.2是液晶LCD控制端口；P1口接DAC0832作為輸出數(shù)據(jù)傳輸，P3.0為DAC0832控制端口；P3.

52、1，P3.2，P3.3接3個獨(dú)立鍵盤作為輸入數(shù)據(jù)傳輸；P2.5,P2.6，P2.7接ADC0832作為輸入/輸出數(shù)據(jù)傳輸。單片機(jī)控制電路如圖3.1所示。單片機(jī)RESET腳所接電路中，開關(guān)KEY1起到復(fù)位的作用。圖3.1 單片機(jī)控制電路3.2 穩(wěn)壓控制模塊該穩(wěn)壓控制模塊主要由DAC0832、LM337、LM317與運(yùn)放OP07組成。主要是用DAC0832輸出的參考電壓去控制LM317輸出大小變化。其中DAC0832的基準(zhǔn)電壓Verf來源是通過調(diào)節(jié)LM337基準(zhǔn)源。單片機(jī)STC89C52的P1口和DAC0832的數(shù)據(jù)口直接相連，DAC0832的和連接后接P3.0，和接地，讓DAC0832工作在單緩

53、沖方式下。通過調(diào)節(jié)可調(diào)電阻調(diào)節(jié)LM337的輸出電壓為5.12V，DAC0832的輸出電流轉(zhuǎn)換為電壓的公式為：ui=-(bn-1*2n-1+ bn-2*2n-2+b1*2+ b0*20)*Rf=-B （式3.1）所以在DAC0832的11腳輸出電壓的分辨率為5.12V/256=0.02V，也就是說DAC0832輸入數(shù)據(jù)端每增加1，電壓增加0.02V。穩(wěn)壓控制電路如圖3.2所示。圖3.2 穩(wěn)壓控制電路由圖2.3的LM317應(yīng)用電路分析可得，設(shè)運(yùn)算放大器OP07的輸入電壓分別為Ui1和Ui2，輸出輸出電壓為Vo1。DAC0832的電壓輸出端接運(yùn)算放大器OP07的輸入端，該放大電路運(yùn)用了典型的差分放大

54、電路，并由差分放大公式Uo1=Au（|Ui1-Ui2|）且放大值A(chǔ)u=（R8+R9）/R8，得輸出電壓與輸入電壓關(guān)系： Uo1=(R8+R9)/R8*(| Ui1-Ui2|)=5*（|Ui1-Ui2|） (式3.2)電源輸出電壓為：Uout=Uo1+Uref*(1+R11/R12)=Uo1+1.25*(1+R11/R12)=Uo1+1.8 （式3.3）式3.3中，Uref為R12兩端的電壓，所以最小輸出電壓為1.8V，輸出到電壓模塊LM317的電壓分辨率為0.02*5=0.1V。當(dāng)單片機(jī)輸出數(shù)據(jù)增加1時，最終輸出電壓增加0.1V，當(dāng)調(diào)節(jié)電壓的時候，可以以每次0.1V的梯度增加或者降低電壓。3.3 電壓與電流采樣模塊電壓與電流采樣模塊是系統(tǒng)的重要組成部分，ADC0832是一個8位的逐次逼近型ADC，它與一個兩通道的模擬器連接，能對來自端口的兩路單端輸入電壓進(jìn)行采樣。其中單端輸入電壓以0V（GND）為基準(zhǔn)。對于ADC0832：以輸入電壓為準(zhǔn)，如果輸入電壓大于設(shè)定的電壓值，則減小DAC輸出電壓一位數(shù)值，再采樣比較，如此循環(huán)下去，直到輸入的電壓等于設(shè)定的電壓值或者接近設(shè)定的電壓值。同理，如果輸入的電壓小于設(shè)定的電壓，則增大輸出電壓一位數(shù)值，再采樣比較，如此循環(huán)下去，直到輸入的電壓等于設(shè)定的電壓值或接