基于单片机的数控稳压电源毕业设计方案.doc

湖州师范学院信息和工程学院 毕 业 设 计（论文） 届 题 目 基于51单片机数控稳压电源专 业 电 子 信 息 工 程学生姓名 学 号 指导老师 论文字数 完成日期 湖州师范学院文印中心印制 摘要：数控直流稳压电源就是能用数字来控制电源输出电压大小，而且能使输出直流电压能保持稳定、正确直流电压源。本文介绍了利用D/A转换电路、辅助电源电路、去抖电路等组成数控稳压电源电路，详述了电源基础电路结构和控制策略。它和传统稳压电源相比，含有操作方便，电压稳定度高特点，其结构简单、制作方便、成本低，输出电压在0-10V之间连续可调，其输出电压大小以0.1V步进，输出电压大小调整是经过“+”、“”两个键操作，而且能够依据实际要求组成含有不一样输出电压值稳压源电路。该电源控制电路选择89C51单片机控制主电路采取串联调整稳压技术含有线路简单、响应快速、稳定性好、效率高等特点。具体分析了电源拓扑图及工作原理。关键词：稳压电源、单片微型机；数控直流、D/A转换；目 录第一章 绪论11.1数控直流稳压电源产生背景11.2 系统开发意义11.3 系统关键功效21.4 研究中拟处理关键问题2第二章 系统总体方案设计32.1系统概述32.2系统整体概述42.2.1控制部分52.2.2显示部分52.2.3 红外部分52.2.4 键盘接口部分52.2.5 外部存放52.2.6 电源部分52.2.7 其它电路部分6第三章 相关技术介绍73.1 红外通信原理73.1.1 红外发射和接收73.1.2 编码73.1.3 调制83.1.4 解调83.1.5 解码93.2 I2C总线概述10第四章 系统硬件电路设计124.1 单片机主控电路设计124.2 显示电路134.3 红外接收电路154.4 按键电路154.5 外部存放电路154.6 报警电路174.7 开锁电路174.8 电源电路184.9 系统时钟及复位电路184.10 系统总电路19第五章 系统软件设计215.1 主程序215.2掉电存放服务程序225.3 红外遥控解码程序235.4密码设定程序24结束语26参考文件27致 谢28附 录29第一章 绪论引言采取单片机数字可调稳压电源价格低廉采取普遍使用元件就能实现其功效，显示清楚直观，传统模拟可调稳压电源没有读数，在读数过程中很不方便，而且长时间使用会造成输出电压不稳。数字可调稳压电源则采取优异数显技术，使测量结果一目了然，只要仪表不发生跳数现象，测量结果就是唯一，不仅确保读数客观性和正确性，还符合大家读数习惯，能缩短读数和统计时间。模拟可调稳压电源大多是经过调整电位器阻值改变输出直流电压，电位器尤其轻易磨损，使用一段时间后就会出现接触不良，引发输出电压不稳定。数字可调稳压电源是经过接触按钮以步进方法选择不一样输出电压，再有数码管显示输出电压机器工作状态，工作稳定可靠。采取单片机数字可调稳压电源，它含有输出电压轻易改变、价格低廉、显示清楚直观、正确度高、扩展能力强等特点。数控直流稳压电源是一个常见电子仪器，广泛地应用于电子电路、教学试验和科学研究等领域，现在使用直流稳压电源大部分是线性电源，利用分立器件组成，其体积大、效率低，可靠性差，操作使用不方便，自我保护功效不够，所以故障率高，伴随电子技术飞速发展，多种电子、电器设备对稳压电源性能要求日益提升、稳压电源不停朝着小型化，高效率，低成本，高可靠性，低电磁干扰，模块化智能化方向发展，以单片机系统为关键而设计制造出来新一代稳压电源不仅电路简单，结构紧凑，价格低廉，性能卓越，而且因为单片机含有计算和控制能力，利用它对采样数据进行多种计算，从而可排除和降低因为骚扰信号和模拟电路引发误差，大大提升稳压电源输出电压和控制电流精度，降低了对模拟电路要求。智能稳压电源可利用单片机设置周密保护监测系统，确保电源运行可靠。输出电压和限定电流采取数字显示，输入采取键盘方法，电源外表美观，操作使用方便，含有较高使用价值。单片计算机即单片微型计算机是集CPU ,RAM ,ROM ,定时，计数和多个接口于一体微控制器。它体积小，成本低，功效强，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经典和最有代表性一个。这次毕业设计经过对它学习，应用，从而达成学习、设计、开发软、硬能力。 本文经过对一个基于51单片机能实现数字可调电压源，具体介绍了单片机应用中数据处理，液晶显示原理。从而达成学习、了解单片机相关指令在各方面应用。系统由AT89S52单片机、DA转换、LCD12864液晶等组成，能进行0-10V电压大小调整。1.1 数控电压源产生背景电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性很强工程技术，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、材料等很多学科领域。直流稳压电源是电子技术常见仪表设备之一，广泛应用于教学、科研等领域，是电子试验员、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乏电子仪器。在电子电路中，通常全部需要电压稳定直流电源来供电。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。然而这种传统直流稳压电源功效简单、不好控制、可靠性低、干扰大、精度低、复杂度高。一般直流稳压电源品种有很多，但均存在一下二个问题：输出电压是经过粗调（波段开关）及细调（电位器）来调整。这么，当输出电压需要正确输出，或需要在一个小范围内改变时，困难就较大。另外，伴随使用时间增加，波段开关及电位器难免接触不良，对输出会有影响。稳压方法均是采取串联型稳压电路，对过载进行限流和截流保护，电路组成复杂，稳压精度也不高。在家用电器和其它各类电子设备中，通常全部需要电压稳定直流电源供电。但在实际生活中，全部是由220V交流电网供电。这就需要经过变压、整流、滤波、稳压电路将交流电转换成稳定直流电。滤波器用于滤去整流输出电压中纹波，通常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换，则可缩小直流电源体积减轻其重量，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电源，就既降低了家用电器成本，由缩小了其体积，使家用电器小型化。传统直流稳压电源通常采取电位器和波段开关来实现电压调整，并由电压表指示电压值大小。所以，电压调整精度不高，读数欠直观，电位器也易磨损。而基于单片机控制直流稳压电源就很好地处理以上传统稳压电源不足。数控稳压电源是电子行业发展肯定产物。多年来，伴随电子技术发展可调稳压电源应用越来越广泛。现在，由多种单片机组成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，显示出强大生命力。和此同时，因为它扩展能力很强,功效日趋完善而扩展到大家生活各个方面。电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性很强工程技术，服务于各行各业，电力电子技术是电能最好应用技术之一。当今电源技术融合了电气、电子、系统集成、控制理论和材料等很多学科领域。伴随计算机和通讯技术发展而来现代信息技术革命，给电力电子技术提供了宽广发展前景，同时也给电源提出了更高要求。数控电源是从80年代才真正发展起来，在以后一段时间里，数控电源技术有了长久发展。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、可靠性较差缺点。所以数控电源关键发展方向，是针对上述缺点不停加以改善。单片机技术及电压转换模块出现为正确数控电源发展提供了有利条件。1.2 系统开发意义伴随时代发展，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。本文将介绍一个数控直流稳压电源，本电源由直流电源、控制电路、显示电路、数模转换电路、电压放大和射极输出等部分组成。具体说采取51系列单片机作为整机控制单元，经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大小。和传统稳压电源相比含有操作方便，电源稳定性高和其输出电压大小采取数码显示特点。1.3 系统关键功效本系统关键功效以下：1、输出直流电压调整范围0-10V；2、输出直流电压能步进调整，步进值为0.1V；3、由“+”“-”两键分别控制输出电压步进增和减；4、输出电压类型可选：直流电压具体数值。1.4 研究中拟处理关键问题 在研究过程中，要使电源输出电压时0.1V精度，开始硬件设计部分有些难度，还有就是硬件焊接完成以后调试过程也是很困难，因为以前课程设计时候，做过硬件方面调试，所以在这次毕业设计过程中，硬件调试成功是否是关键。 1、概述2.1、系统概述：电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性很强工程技术，服务于各行各业。伴随数控电源在电子装置中普遍使用，一般电源在工作生产时产生误差，会影响整个系统正确度，数控电源是从80年代才真正发展起来，期间系统电力电子理论开始建立。这些理论为其以后发展提供了一个良好基础。在以后一段时间里，数控电源技术有了长足进步和发展，不过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、可靠性较差缺点。所以数控电源关键发展方向，是针对上述缺点不停加以改善。单片机技术及电压装换模块出现为精度数控电源发展提供了有利条件，新变换技术和控制理论不停发展，多种类型专用集成电路、数字信号处理器件研制应用，到90年代，已经出现了数控精度达成0.05V数控电源，功率密度达成每立方英寸50W数控电源。从组成上，数控电源可分成器件、主电路和控制等三部分。现在在电力电子器件方面，几乎全部为旋钮开关调整电压，调整精度不高、而且常常跳变，使用麻烦数字化电源模块是针对传统电源模块不足提出，数字化能够降低生产过程中不确定原因和认为参与步骤数，有效处理电源模块中诸如可靠性、智能化和产品一致性等工程问题，极大提升生产效率和产品可维护性。数控稳压电源是电子设备关键部分，其质量好坏直接影响着电子设备可靠性，而且电子设备故障60%来自电源。所以电源越来越受到大家重视。电子电路及电子设备对电源最基础要求就是电源输出电压或输出电流要稳定。经过查阅大量资料，显示电路和控制电路是本电路关键部分，对它选择有以下三种方案：方案一：采取模拟电路采取模拟电路可调稳压电路就是用一个多档开关来控制输出电压,而所谓显示系统只是在多档开关每个档旁边注明电压值。伴随电子行业发展，它不耐用弊端已经使它逐步离开历史舞台。方案二：采取纯数字电路纯数字电路稳压电源避免了硬件之间磨损，使得使用寿命大大提升，而且其输出电压也不会随时间产生误差。不过它电路较为复杂，制作时很困难，因为电路复杂产生问题也会很多。方案三：采取单片机方法采取单片机数字稳压电源是将数字电路和单片机很好地结合在一起，不仅能够达成数字电路效果，而且能够大大地简化复杂纯数字电路。采取单片机后，还能够用软件实现保护功效，要扩展其它功效也很轻易。经过多方面考虑和实用性，正确度，单片机进行处理，含有低功耗、高性能、抗干扰能力强等优点，故我们选择方案三。系统整体框图（里面内容能够依据你做改）单片机显示电路按键D/A转换控制电路稳压电路输出电路整流滤波变压器220v2.2系统整体概述2.2.1控制部分2.2.2显示部分方案论证 方案一：采取数码管作为显示器件，数码管是一个半导体发光器件，其基础单元是发光二极管。数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，经过对其不一样管脚输入相正确电流，会使其发亮，从而显示出数字能够显示 时间、日期、温度等全部可用数字表示参数。因为它价格廉价，使用简单是我们平时用比较多。 方案二，采取LCD液晶显示。（不知道你用来显示什么）字符型液晶显示模块是专门用于显示字母、数字、符号等点阵型液晶显示模块。方案二和方案一相比，有更高精度和显示多数据，比较符合本设计所需要，总而言之采取方案二。2.2.3红外部分（红外不懂）2.2.4键盘接口部分方案一，采取独立式键盘方案二，采取行列式矩阵键盘因为本设计所需要按键数多，假如采取独立式键盘每个按键需要一个单片机I/O会占用很多I/O口，所以采取方案二矩阵键盘2.2.5外部存放（不懂干嘛用）2.2.6 电源部分2.2.7 其它电路部分 第三章 相关技术介绍3.1 红外通信原理通用红外遥控系统由发射和接收两大部分组成，应用编/解码专用集成电路芯片来进行控制操作。红外遥控发射电路是采取红外发光二极管来发出经过调制红外光波；红外接收电路由红外接收二极管、三极管或硅光电池组成，它们将红外发射器发射雕红外光转换为对应电信号，再送后置放大器。3.1.1 红外发射和接收发射部分关键元件为红外发光二极管。它实际上是一只特殊发光二极管，因为其内部材料不一样于一般发光二极管，所以在其两端施加一定电压时，它发出便是红外线而不是可见光。现在大量使用红外发光二极管发出红外线波长为940nm左右，外形和一般5发光二极管相同，只是颜色不一样7。 遥控发射经过键盘，每按下一个键，即产生含有不一样编码数字脉冲，这种代码指令信号调制在40KHz载波上，激励红外光二极管产生不一样脉冲，经过空间传送到受控机遥控接收器。接收部分关键元件是红外接收管，它是一个光敏二极管（实际上是三极管，基极为感光部分）。在实际应用中要给红外接收二极管加反向偏压，它才能正常工作，亦即红外接收二极管在电路中应用时是反向利用，这么才能取得较高灵敏度3.1.2 编码3.1.3 调制3.1.4 解调3.1.5 解码 第四章 系统硬件电路设计4.1 单片机主控电路设计单片机最小系统是整个设计关键部分，4.2 显示电路4.3 红外接收电路4.4 按键电路4.5 外部存放电路4.6 报警电路4.7 开锁电路4.8 电源电路4.9 系统时钟及复位电路4.10 系统总电路 第五章 系统软件设计(你依据编程画多个步骤图就好了)1.2、设计思绪 依据设计任务要求走，数控直流稳压电源工作原理框图图1所表示。关键包含三大部分：数字控制部分、模拟/数字转换部分（D/A变换器）及可调稳压电源。数字控制部分用+、-按键控制一可逆二进制计数器，二进制计数器输入输出到D/A转换器，经D/A转换器转换成对应电压，此电压经过放大到适合电压值后，去控制稳压电源输出，是稳压电源输出电压以0.1V步进值增或减。 图11.3、稳压源技术指标和要求 设计并制作有一定输出电压调整范围和功效数控直流稳压电源。基础要求以下：（1）输出直流电压调整范围0-10V；（2）输出直流电压能步进调整，步进值为0.1V（3）由“+”“-”两键分别控制输出电压步进增和减；（4）输出电压类型可选：直流电压具体数值。 在图3中，该部分关键是由三端稳压器LM7812、LM7912、LM7805和若干个电容、二极管元器件组成，220V市电经220V/12V变压器降压后得到双12V交流电压，经三端稳压器LM7812和LM7912得到+12V，再经过LM7805得到+5V电压。3.2、显示部分 在图4中，显示部分比较简单，关键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个位和十分位，该部分是由单片机完成，数码管各个端口以依次连到AT89C51单片机P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4、P1.5、P1.6、P1.7口，完成对电压显示功效。 图4 图6 结束语 本文设计数控直流电压源，利用AT89C51单片机及其外围扩展电路，采取了键盘数码显示，该电源含有调整方便、步进精度高等特点，可作为电子仪器直流标准电压源，其数字化输入快捷方便、简练明了。在该系统中，稳定性很好。参考文件： 1 吴海波,康长武. 分光光度计用高精度恒流源设计和分析. 中国科技论文在线, http: / /www. paper. edu. cn: 16. 2 郭继昌,李香萍. 张宏涛. 基于单片机控制恒流源设计 J . 电子测量和仪器学报, (4) : 5963. 3 尉广军,朱宇虹. 采取集成稳压器组成恒流源电路 J . 华北工学院调试技术学报, , 14: 643646. 4 李维波,毛承雄,陆继明等. 电力设备直流电阻测量用恒流源研究 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(5) : 6366. 5 童诗白,华成英编著. 模拟电子技术M . 北京:高等教育出版社, .6 周玮,吴贵能,李儒章.一个二阶赔偿CMOS带隙基准电压源J. 重庆邮电大学学报(自然科学版),(01).7Khong-Meng Tham, Krishnaswamy Nagaraj. A LowSupplyVoltage High PSRR Voltage Reference in CMOSProcessJ. IEEE Journal of Solid-state Circuits,1995,30 8 陈 碧, 罗 岚, 周帅林, 等. 一个低温漂CMOS 带隙基准电压源设计 J . 电子器件, , 27( 1) : 79- 82. 9 金爱娟, 李航天, 李少龙. 五相异步电机SVPWM J . 电机和控制学报, , 8 (4) : 377 - 381.10 李朝青.单片机原理及接口技术M.北京：北京航空航天大学出版社，.11 卢超.分布式矿井温度监测系统设计J. 煤炭科学技术，,(12):12 卢超.单片机同PC机通信一个新方法J.矿山机械，,(04)：13 王昊，李昕.集成运放应用电路设计360例M.北京：电子工业出版社，.14 卢超.PVDF型脉搏传感器信号处理电路设计J. 齐齐哈尔大学学报(自然科学版).15 郭天祥.51单片机C语言教程M. 北京：电子工业出版社，16张吉卫,李瑞霞,丁晓东.数控直流电流源设计J.微计算机信息,3-1:247-249.17许艳惠.一个智能化高精度数控直流电源设计和实现J.微计算机信息,11-2:136-138.18贾畅鹏.数控直流电流源设计J.煤矿机械,3-3:21-23.19王永德,赵宏才,马石岩,张召友,刘士军.高精度数控直流电流源J.微电子学和计算机 ,3-2:120-123.20梅笙,李玮.基于 AT89C52 数控直流电流源设计J.电子测,9-2:20-27.试21曲学基.稳定电源电路设计手册M.北京:电子工业出版社,.22胡汉才.单片机原理及其接口技术M.北京:清华大学出版社,.23 魏智.多 ADC 系统基准源设计.国外电子元器件,.24 RazaviB著.陈贵灿等译.模拟 CMOS集成电路设计M.西安:西安交通大学出版社,.25 刘刚,何笑明,陈涛.微电子器件和 IC 设计.北京:科学出版社,.26 Kiat- SengYeo,Samir S. Rofail,Wang- LingGob 著.周元兴，张志龙等译.低压低功耗 CMOS/BiCMOS超大规模集成电路.北京:电子工业出版社,.附录：1、 实物图：相关程序：#include#include1602.h#define DAC XBYTE0x7fff /P2.7接CS#include unsigned char shu=0x31,0x32,0x33,0x34,0x35,0x36,0x37,0x38,0x39,0x30,0x2e,11;char show1=input V:;char show2=zhao song;char show3=v;char show4=error;unsigned int V=0;unsigned char t;unsigned char Data5=0,0,0,0,0;unsigned long dac, c=0;void delay(char t) unsigned char i; while(t-) for(i=0;i150;i+);void keybarod( ) unsigned char a,i; unsigned char num=0xef,0xdf,0xbf; for(i=0;i3;i+) P1=numi; if(P1!=numi) delay(15); /延时十毫秒 if(P1!=numi) a=P1; c+; while(P1!=numi);/确保按键每次按下只产生一个对应数字 switch(a) case 0xee: Datac=shu4*i+0;break; case 0xed: Datac=shu4*i+1;break; case 0xeb: Datac=shu4*i+2;break; case 0xe7: Datac=shu4*i+3;break; case 0xde: Datac=shu4*i+0;break; case 0xdd: Datac=shu4*i+1;break; case 0xdb: Datac=shu4*i+2;break; case 0xd7: Datac=shu4*i+3;break; case 0xbe: Datac=shu4*i+0;break; case 0xbd: Datac=shu4*i+1;break; case 0xbb: Datac=shu4*i+2;break; case 0xb7: Datac=shu4*i+3;break; switch(c) case 1: write_com(0x01);/清屏 write_com(0x80); for(i=0;i8;i+) write_data(show1i); write_com(0xc0); for(i=0;i10;i+) write_data(show2i);/第二行字 write_com(0x88); if (Data1=0x2e) /第一个输入假如是小数点，自动在第一位写入0，而且在第二位输入小数点 write_data(0x30); write_data(Data1); else if(Data1=11)/假如第一次输入为确定键，输出error for(i=0;i5;i+) write_data(show4i); c=0;break; else write_data(Data1);/假如第一次输入为数，输出 break; case 2: if(Data2=11) /假如第二次输入为确定键 if (Data1!=0x2e) /第一次输入为数 V=Data1-0x30; write_data(show30); dac=V*128/12+128;c=0;break; else /第一次输入为小数点 write_com(0x88); for(i=0;i5;i+) write_data(show4i); c=0;break; else if (Data2=0x2e) /假如第二次输入为小数点 if(Data1=0x2e) /第一次输入也为小数点 ，输出error write_com(0x88); for(i=0;i=0&V=10) write_data(Data2);break; else write_com(0x88); for(i=0;i5;i+) write_data(show4i); c=0;break; case 3: if(Data3=11) /假如第三次输入为确定键 if(Data1!=0x2e&Data2!=0x2e) /前两次输入全部为数字 V=10*(Data1-0x30)+(Data2-0x30); write_data(show30); dac=V*128/12+128;c=0;break; else if(Data1=0x2e) V=Data2-0x30; write_data(show30); dac=V*12.8/12+128;c=0;break; else V=Data1-0x30; write_data(show30); dac=V*128/12+128;c=0;break; else if(Data3=0x2e) /假如第三次输入为小数点 if(Data1!=0x2e&Data2!=0x2e) write_data(Data3);break; else write_com(0x88); for(i=0;i5;i+) write_data(show4i); c=0;break;