基于单片机控制的程控稳压直流电源的设计.doc

目 录

摘要………………………………………………………………………………… i
Abstract…………………………………………………………………………… ii 1 引言…………………………………………………………………………… 1
2 系统分析………………………………………………………………………… 1
3 方框框图………………………………………………………………………… 2
4 系统设计………………………………………………………………………… 3
4.1 稳压输出部分 …………………………………………………………… 3
4.1.1 稳压输出原理 ………………………………………………………
4.1.2 稳压输出部分仿真图………………………………………………..
4.2 数字控制部分…………………………………………………………………3
4.2.1 单片机部分……………………………………………………………..
4.2.2 D/A转换部分…………………………………………………………..
4.2.3 A/D转换部分…………………………………………………………
4.3 键盘部分…………………………………………………………………… 9
4.4 显示部分……………………………………………………………………..
4.4.1 串行部分………………………………………………………………
4.4.2 并行部分……………………………………………………………….
5 电路流程图 …………………………………………………………………… 12
6电源测试结果…………………………………………………………… 13
6.1电压测试…………………………………………………………………… 14
6.2性能测试…………………………………………………………………… 14
结论………………………………………………………………………………… 14
致谢………………………………………………………………………………… 15
参考文献…………………………………………………………………………… 16

一 引言

几乎所有的电子设备都需要稳定的直流电源，因此直流稳压电源的应用非常的广泛。 直流稳压电源的电路形式有很多种,有串联型、开关型、集成电路、稳压管直流稳压电源等等。
在电子设备中，直流稳压电源的故障率是最高的（长期工作在大电流和大电压下,电子元器件很容易损坏）但在直流稳压电源中，通过整流、滤波电路所获得的直流电源的电压往往是不稳定的。输出电压在电网电压波动或负载电流变化时也会随之有所改变。电子设备电源电压的不稳定,将会引起很多问题。设计出质量优良的直流稳压电源，才能满足各种电子线路的要求。因此,直流稳压电源的研究就颇为重要。
目前产生直流稳压电源的方法大致分为两种:一种是模拟方法，另一种是数字方法。前者的电路均采用模拟电路控制，而后者则是通过数字电路进行自动控制。直流稳压电源朝着数字化方向发展。因此对于数控恒压源的研究是必要的。随着科学技术飞速发展,对电源可靠性、输出精度和稳定性要求越来越高,利用D/ A 转换器的高分辨率和单片机的自动检测技术设计程控电源就显示出其优越性。程控电源既能方便输入和选择预设电压值又具有较高精度和稳定性，而且可以任意设定输出电压或电流，所有功能由面板上的键盘控制单片机实现，给电路实验带来极大的方便,提高了工作效率。

3 总体方案框图
系统总体方案框图如图1所示:

直 流 输 入
输出调整单 元
恒 压 输 出
测 试 通 道
芯片供电部 分
D/A转换器
反馈通道
单 片 机 及 外 围 电 路
A/D转换器
键 盘
数 码 管 显 像

图1  系统原理框图

4 系统部分功能设计
4.1 稳压输出部分
4.1.1稳压输出原理与电路
这部分将数控部分送来的电压控制字转换成稳定电压输出。D/A转换部分的输出电压作为稳压输出电路的参考电压。稳压输出电路的输出与参考电压成比例。稳压输出电路采用的是串联式反馈稳压电路（如图2），在电路中，Q1—TIP122为调整管，U6A—LM358 为比较放大器，R19、R22组成反馈网络。D/A转换电路的输出电压DAOUT接到 U6A 的同向端，稳压电源的输出经R19、R22组成的取样电路分压后送到运放U6A的反向端，经运放比较放大后，驱动调整管Q1。路平衡时，D/A电路的输出电压 与取样后的电压 相等。
　　稳压输出部分的过流保护电路由R21和Q2组成。设 为保护动作电流，则当电源输出电流I增加到 时，R21上的压降 *R21使得Q2管导通，分掉了Q1上的基极电流，使输出I不再增加，起到了过流保护作用。
Q1
R21

R20
LM3588
R22
R19

　图2   稳压输出部分
.4.1.2 稳压输出部分仿真图

　图3   稳压电路仿真图
一般的直流稳压电源是用可变电阻来实现输出电压的调节，那么要在直流稳压电源的基础上实现数字控制的话，实际上很简单，我们只要将可变电阻换成数字控制部分来代替，就能实现数控恒压源这一课题。所以，首先要做的，就是选择合适的稳压输出电路并对其可行性进行了仿真。如图9，很容易就验证了此稳压输出电路的可靠。

4.2 数字控制部分
4.2.1 .单片机部分

控制部分是系统整机协调工作和智能化管理的核心部分，采用AT89S52单片机实现控制功能是其关键，采用单片机不但方便监控，并且大大减少硬件设计。

4.2.2 D/A转换部分
系统设置D/A转换接口，采用8位模数转换器DAC0832。其电路图如图中所示。

CS
Wr1
GND
D13
D12
D11
VREF
RFB
GND
VCC
ILE
WR2
XFER
D14
D15
D16
D17
LOUT2

　 D/A转换部分的输出电压作为稳压输出电路的参考电压。稳压输出电路的输出与参考电压成比例。8位字长的D/A转换器具有256种状态。当电压控制字从0，1，2，……到256时，电源输出电压为0.0，0.06，……15.0。

　其时序图如图所示、

CLK
LOAD

　Clk为时钟端，，LOAD为输入控制信号。
　每路电压输出值的计算：
V0=REF*data/256*2
　REF为参考电压，data为输入8位的比特数据；
　　 我们这里用的REF=5v；

4.2.3 A/D转换部分
　A/D转换部分我们采用美国国家半导体公司生产的一种8 位分辨率、双通道A/D转换芯片ADC0832。：

ADC0832 是美国国家半导体公司生产的一种8 位分辨率、双通道A/D转换芯片。由于它体积小，兼容性，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，其目前已经有很高的普及率。学习并使用ADC0832 可是使我们了解A/D转换器的原理，有助于我们单片机技术水平的提高。
1. ADC0832 具有以下特点：
8位分辨率；
　　· 双通道A/D转换；
　　· 输入输出电平与TTL/CMOS相兼容；
　　· 5V电源供电时输入电压在0~5V之间；
　　· 工作频率为250KHZ，转换时间为32μS；
　　· 一般功耗仅为15mW；
　　· 8P、14P—DIP（双列直插）、PICC 多种封装；
· 商用级芯片温宽为0°C to +70°C，工业级芯片温宽为−40°C to +85°C；
2. 芯片接口说明：
· CS_ 片选使能，低电平芯片使能。
· CH0 模拟输入通道0，或作为IN+/-使用。
　 CH1 模拟输入通道1，或作为IN+/-使用。
　　 · GND 芯片参考0 电位（地）。
　　· DI 数据信号输入，选择通道控制。
　　· DO 数据信号输出，转换数据输出。
　　· CLK 芯片时钟输入。
· Vcc/REF 电源输入及参考电压输入（复用）。

ADC0832 为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在0~5V之间。芯片转换时间仅为32μS，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。通过DI 数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。

单片机对ADC0832 的控制原理：
正常情况下ADC0832 与单片机的接口应为4条数据线，分别是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端与DI端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计时可以将DO和DI 并联在一根数据线上使用。当ADC0832未工作时其CS输入端应为高电平，此时芯片禁用，CLK 和DO/DI 的电平可任意。当要进行A/D转换时，须先将CS使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端CLK 输入时钟脉冲，DO/DI端则使用DI端输入通道功能选择的数据信号。在第1 个时钟脉冲的下沉之前DI端必须是高电平，表示启始信号。在第2、3个脉冲下沉之前DI端应输入2 位数据用于选择通道功能。

4.3 键 盘 部 分
由于要实现人机对话，要显示0—9.9V的电压值，我们自制3*4按键的键盘来完成整个系统控制。
按键的具体意义如下：
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
*
ENTER

4.4 显 示 部 分
本方案采用YM12864型lcd，可直接显示4*8个汉字，界面友好，支持串并行两种连接方式.
　YM12864是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为128×64, 内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示8×4行16×16点阵的汉字。 也可完成图形显示.

4.4.1.串行接口。
管脚号 名称 LEVEL 功能
1 VSS 0V 电源地
2 VDD +5V 电源正（3-5V）
3 VO 对比度调整
4 CS H/L 模组片选端
高电平有效
5 SID H/L 串行数据
输出端
6 CLK H/L 串行同步时钟
15 PSB L 串口方式
17 RESET H/L 复位端，低电
平有效
19 A VDD 背光源电压+5V
20 K VSS 背光源负端 0V

注释：（1）如在实际应用中仅使用串口通讯模式，可将PSB接固定低电平，也可以将模块上的J8和“GND”用焊锡短接。
（2）模块内部接有上电复位电路，因此在不需要经常复位的场合可将该端悬空。
（3）如背光和模块共用一个电源，可以将模块上的JA、JK用焊锡短接。

4.4.2 .并行接口

管脚号
管脚名称
电平
管脚功能描述
1
VSS
0V
电源地
2
VCC
3.0+5V
电源正
3
V0
-
对比度（亮度）调整
4
RS(CS）
H/L
RS=“H”,表示DB7——DB0为显示数据
RS=“L”,表示DB7——DB0为显示指令数据
5
R/W(SID)
H/L
R/W=“H”,E=“H”,数据被读到DB7——DB0
R/W=“L”,E=“H→L”, DB7——DB0的数据被写到IR或DR
6
E(SCLK)
H/L
使能信号
7
DB0
H/L
三态数据线
8
DB1
H/L
三态数据线
9
DB2
H/L
三态数据线
10
DB3
H/L
三态数据线
11
DB4
H/L
三态数据线
12
DB5
H/L
三态数据线
13
DB6
H/L
三态数据线
14
DB7
H/L
三态数据线
15
PSB
H/L
H：8位或4位并口方式，L：串口方式（见注释1）
16
NC
-
空脚
17
/RESET
H/L
复位端，低电平有效（见注释2）
18
VOUT
-
LCD驱动电压输出端
19
A
VDD
背光源正端（+5V）（见注释3）
20
K
VSS
背光源负端（见注释3）
注释 （1），如在实际应用中仅使用并口通讯模式，可将PSB接固定高电平，也可以将模块上的J8和“VCC”用焊锡短接。
（2），模块内部接有上电复位电路，因此在不需要经常复位的场合可将该端悬空。
（3），如背光和模块共用一个电源，可以将模块上的JA、JK用焊锡短接。

系统总流程图
系统初始化
读EEROM中上次使用的电压编号
根据编号读电压
把电压数据送到DA
允许定时器中断显示
扫描键盘
是否KET1
下一个电压处理子程序
是否KEY2
电压增加0.1V子程序
是否KEY3
电压减少0.1V子程序

6．电源测试结果
6.1，电压测试

预置电压（V）
显示电压（V）
测量电压（V）
1
1.05
1.05
1.2
1.10
1.17
1.4
1.35
1.38
1.6
1.55
1.61
1.8
1.75
1.78
2
1.95
2.00
2.6
2.55
2.60
3
3.00
3.03
3.7
3.70
3.68
5
5.00
5.01
7
7.00
6.97
8
8.10
8.06
9
8.75
8.75
9.7
9.65
9.63

6.2，性能测试

性能指标
测量条件
测量结果
测量仪表
全程输出电压

0-9.9V
DM-311型数字万用表
负载电流
=5V, =25
206mA
过流保护

330mA

结论
本文介绍的是利用采用AT89S52单片机作为整机的控制单元，通过改变DAC0832的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的直流稳压电源，并详细说明了软件和设计方法及仿真、硬件实现。在设计过程中可以看出，汇编语言有着其独特的魅力，它简单易学，语法错误容易纠正；用单片机实现直流稳压电源的的设计是比较方便和易于实现的。
通过直流稳压电源的设计和制作，加深了对单片机的理解，能够更熟练地应用单片机实现预期的功能，对今后的工作有很大的帮助
用单片机控制电源时，输出直流0-9.9V，液晶屏显示清晰正确，误差较小，完美的实现了数控恒压源这一课题。
　　 但在功能上还不够强大,没有显示预置电压等等，还可以进一步得到提高。
致 谢

在后期系统设计中，我得到了指导老师的细心指导和其他同学的热心帮助，他们使我的开发进度没有出现停滞，让我少走了不少弯路。这也使我明白了一个道理，没有人可以事无巨细，全部做到没有遗漏，总有些你能力无法企及的地方。相互交流才是解决这些问题的最佳方法。通过这次的毕业论文设计，不仅提高了我解决问题的能力，更是锻炼了我自己动手编程能力，为我今后的发展提供了宝贵的实践经验。

签名：
年 月 日
参考文献
[1] 康华光    电子技术基础【M】   高等教育出版社
[2] 串联型直流稳压电源的仿真分析【N】   广西师范学院学报 第21卷第2期
[3] 用单片机制作的直流稳压可调电源【J】   电子世界  2005年第11期
[4] 刘华毅，李霞，徐景德  电力电子技术【J】   第35卷第六期2001年12月
[5] 陈小忠、黄宁、赵小侠  单片机接口技术实用子程序【M】  人民邮电出版社
[6] 楼然苗 单片机课程设计指导[M] 北京航空航天大学出版社
[7] 何希才 新型开关电源及其应用【M】 人民邮电出版社