[论文精品]正负可调双路直流稳压电源_论文_已过.pdf

哈工大哈工大毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书 姓 名： 院 （系） ： 专 业：应用电子技术 班 号： 任务起至日期：2009 年 4 月 18 日至 2009 年 6 月 8 日 毕业设计（论文）题目：直流可调电压源 立题的目的和意义： 1学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握模拟电路设计的基本方法、设计 步骤，培养综合设计与调试能力。 2学会直流稳压电源的设计方法和性能指标测试方法。 3培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。 技术要求与主要内容： 1.正负可调双路直流稳压电源的技术指标； 2.电压源的正负可调范围：+2v+12v；-2v-12v； 3.双路跟踪可调； 4.6 位数码管显示。 进度安排：3 月 30 日 导师与学生见面下达设计任务书 4 月 20 日 开题 5 月 18 日 中期检查 6 月 8 日 结题验收 上交论文 同组设计者及分工：独立完成 指导教师签字_ 年 月 日 教研室主任意见： 教研室主任签字_ 年 月 日 哈 尔 滨 工 业 大 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ） i 摘摘 要要 随着时代的发展，数字电子技术已经普及到我们生活、工作、科研及各 个领域。本文将设计一种数控直流稳压电源，本电源由单片机电路、显示电 路、数模/转换电路、放大电路四部分组成。其中单片机电路用于控制电压 信号的输入，数字/模拟转换电路用于将数字信号转换为模拟信号，显示电 路用于显示电源输出电压的大小。 同时本文分析了数字技术和模拟技术相互 转换的概念。该稳压电源与传统的稳压电源相比，本设计具有操作方便，电 源稳定性高及输出电压大小采用数码显示的特点。 关键词关键词 单片机 at89s52；dac0832；lm393；lm7915；数码管 哈 尔 滨 工 业 大 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ） ii 目 录 摘 要 i 第 1 章 绪论 . 1 1.1 课题背景 1 第 2 章 系统设计. 3 2.1 设计目的与要求 . 3 2.1.1 设计目的 3 2.1.2 设计要求 3 2.2 设计步骤 3 2.2.1 总体设计思路 . 3 2.2.2 设计方案 . 3 2.3 方案的选择 4 2.3.1 数字控制部分 . 4 2.3.2 显示及输出部分 . 4 2.4 系统框图 4 2.5 本章小结 5 第 3 章 系统硬件电路设计 6 3.1 主控制部分 . 6 3.1.1 at89s52 简述. 6 3.2 信号控制部分 7 3.2.1 a/d 转换电路 . 7 3.2.2 信号放大电路. 9 3.3 led 数码管显示电路 9 3.3.1 显示驱动电路. 10 3.4 按键部分 .11 3.5 输出部分 . 12 3.5.1 三端稳压芯片 7815 概述 . 12 3.5.2 三端稳压芯片 7915 概述 . 12 哈 尔 滨 工 业 大 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ） iii 3.6 整机原理图 . 13 3.7 本章小结 . 13 第 4 章系统软件设计 15 4.1 软件程序框图 . 15 4.2 数码管显示电路设计. 16 4.3 本章小结 . 16 第 5 章 系统安装及指标测试 18 5.1 系统指标测试 . 18 5.2 系统调试误差分析 18 5.2.1 电路调试过程中错误分析 18 结 论 . 20 致 谢 . 21 参考文献 . 22 附录 1 整机电路原理图 23 附录 2 系统软件设计程序 24 哈 尔 滨 工 业 大 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 1 第 1 章 绪论 1.1 课题背景 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。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、 电子、系统集成、控制理论、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。随着数控电源在电子装置中的普遍使用，普通电源 在工作时产生的误差，会影响整个系统的精确度。电源在使用时会造成很多不 良后果，世界各国纷纷对电源产品提出了不同要求并制定了一系列的产品精度 标准。只有满足产品标准，才能够进入市场。随着经济全球化的发展，满足国 际标准的产品才能获得进出的通行证。数控电源是从 80 年代才真正的发展起 来的，期间系统的电力电子理论开始建立。这些理论为其后来的发展提供了一 个良好的基础。在以后的一段时间里，数控电源技术有了长足的发展。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。新的变换 技术和控制理论的不断发展，各种类型专用集成电路、数字信号处理器件的研 制应用，到 90 年代，己出现了数控精度达到 0.05v 的数控电源，功率密度达 到每立方英寸 50w 的数控电源。从组成上，数控电源可分成器件、主电路与控 制等三部分。目前在电力电子器件方面，几乎都为旋纽开关调节电压，调节精 度不高，而且经常跳变，使用麻烦。 数字化正负可调双路直流稳压电源模块是针对传统智能电源模块的不足 提出的，数字化能够减少生产过程中的不确定因素和人为参与的环节数，有效 地解决电源模块中诸如可靠性、智能化和产品一致性等工程问题，极大地提高 生产效率和产品的可维护性。 电源采用数字控制，具有以下明显优点: 1.易于采用先进的控制方法和智能控制策略，使电源模块的智能化程度更 高，性能更完美。 2控制灵活，系统升级方便，甚至可以在线修改控制算法，而不必改动 硬件线路。 控制系统的可靠性提高，易于标准化，可以针对不同的系统(或不同型号 的产品)，采用统一的控制板，而只是对控制软件做一些调整即可。 哈 尔 滨 工 业 大 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 2 3.系统维护方便，一旦出现故障，可以很方便地通过接口进行调试，故障 查询，历史记录查询，故障诊断，软件修复，甚至控制参数的在线修改、调试 等操作也很方便。 4.系统的一致性好，成本低，生产制造方便。由于控制软件不像模拟器件 那样存在差异，所以，其一致性很好。由于采用软件控制，控制板的体积将大 大减小，生产成本下降。 5.易组成高可靠性的多模块逆变电源并联运行系统。为了得到高性能的并 联运行逆变电源系统，每个并联运行的逆变电源单元模块都采用全数字化控 制，易于在模块之间更好地进行均流控制和通讯或者在模块中实现复杂的均流 控制算法(不需要通讯)，从而实现高可靠性、高冗余度的逆变电源并联运行系 统。 哈 尔 滨 工 业 大 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 3 第 2 章 系统设计 2.1 设计目的与要求 2.1.1 设计目的 1学习基本理论在实践中综合运用的初步经验，掌握模拟电路设计的基本 方法、设计步骤，培养综合设计与调试能力。 2学会直流稳压电源的设计方法和性能指标测试方法。 3培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。 2.1.2 设计要求 1.正负可调双路直流稳压电源的技术指标； 2.电压源的正负可调范围：+2v+12v；-2v-12v； 3.双路跟踪可调； 4.6 位数码管显示。 2.2 设计步骤 2.2.1 总体设计思路 方案一：采用模拟电路与数字电路相结合的方法，搭建电路进行调试，最 终实现设计指标。 方案二：采用数控方法来控制电压的输入输出，整体电路包括键盘电路， 数码管显示电路，单片机电路，数字模拟转换电路，模拟信号放大电路，最终 经负载电路输出。 2.2.2 设计方案 方案一：采用根据设计任务要求，数控直流稳压电源的工作原理框图如图 2-1 所示。主要包括四大部分：数字控制部分、键盘电路，单片机电路，显示 电路，信号处理电路组成。其中信号处理电路包括数字/模拟转换电路，模拟 信号放大电路， 输出信号调整电路， 这些电路都可以使用单片机控制比较方便。 它是采用单片机完成整个数控部分的功能， 同时， 8051 作为一个智能化的可编 程器件，便于系统功能的扩展。 哈 尔 滨 工 业 大 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 4 方案二中，使用模拟器件很多，造成系统电路内部工作复杂，中间相互关 联多，抗干扰能力差。 2.3 方案的选择 为了便于本次设计需要，此次电压源设计选用方案一。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。采用软件方法来解 决数据的预置以及电流的控制，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，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。 2.3.1 数字控制部分 正负可调双路直流稳压电源的数控部分采用 51 单片机为主控制器，通过 键盘来设置直流电源的输出电压值，并由数码管进行显示实际输出的电压值和 电压设定值。 2.3.2 显示及输出部分 该数控电压源的显示部分采用六位数码管显示。通过键盘电路给定所要输 出的电压值，在使用键盘完成输出电压调整后，输出电压对应的数据被送入单 片机，电压值被经过处理后送入数码管显示。该显示电路既可以用来显示所要 输出的电压值，也可以用来显示键盘电路的调整过程，使输出的电压值可以被 直观的观察到。该双路直流稳压电源的输出部分由数字/模拟转换电路，放大 电路，稳压电路组成。由单片机控制输入电源信号的产生，然后将输出的数字 电压信号经数字/模拟转换器产生相应的模拟电压信号，再经放大电路及相应 的稳压调整电路，最后输出所需电压值。 2.4 系统框图 该稳压电源的整体系统电路由键盘电路，单片机电路，显示电路，信号处 理电路组成。其中信号处理电路包括数字/模拟转换电路，模拟信号放大电路， 输出信号调整电路，最后经过稳压的电压值经负载输出。系统框图如下： 哈 尔 滨 工 业 大 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 5 图 2-1 正负可调双路直流稳压电源系统框图 2.5 本章小结 本章主要提出了本次毕业设计的题目与要求，介绍了系统的方案论证与选 择，考虑到设计的精度要求和作品最终的实用性，该电压源的设计方案采用数 控方法设计。基于单片机原理设计该电压源主要有设计方案简洁，精度高，便 于电压调整和系统功能扩展，节省资源等优点。根据设计要求确定了系统方框 图和整机电路图， 该电压源的电路主要包括键盘部分， 单片机部分， 显示部分， 数字/模拟转换部分，电压放大部分，电压调整部分构成。本章主要对各部分 主要内容做了大概的介绍，以便于读者对后面章节内容的了解。 哈 尔 滨 工 业 大 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 6 第 3 章 系统硬件电路设计 3.1 主控制部分 3.1.1 at89s52 简述 at89s52 是一种带 8k 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压， 高性能 cmos8 位微处理器。具有 8k 字节可编程闪烁存储器,可擦除的的只读存储器 (perom), atmel 的 at89s52 是一种高效微控制器。 at89s52 单片机为很多嵌 入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案三级程序存储器锁定、 32 可编 程 i/o 线、两个 16 位定时器/计数器、5 个中断源、可编程串行通道、低功耗 的闲置和掉电模式、片内振荡器和时钟电路。at89s51 引脚图如图下图所示： 电源引脚：电源引脚接入单片机的 工作电源。 vcc（40 脚）：接+5v 电源； vss（20 脚）：接地。 控制引脚： rst：复位输入。当振荡器复位器 件时，要保持 rst 脚两个机器周期 的高电平时间。 ale/prog：当访问外部存储器 时，地址锁存允许的输出电平用于 锁存地址的地位字节。在 flash 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平 时，ale 端以不变的频率周期输出正脉冲信 号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可 用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据 存储器时， 将跳过一个 ale 脉冲。 如想禁止 ale 的输出可在 sfr8eh 地址上置 0。 此时，ale 只有在执行 movx，movc 指令是 ale 才起作用。另外，该引脚被略微 拉高。如果微处理器在外部执行状态 ale 禁止，置位无效。 时钟引脚：两个时钟引脚 xtal1 和 xtal2 外接晶体与片内的反相放大器构 成了一个振荡器，它为单片机提供了时钟控制信号。 xtal1(19 脚)：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输 xtal2（18 脚）：来自反向振荡器的输出。 哈 尔 滨 工 业 大 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 7 i/o 口引脚： p0，p1,p2 口：p0 口为一个 8 位漏级开路双向 i/o 口，每脚可吸收 8 个 ls 型 ttl 负载。当 i/o 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。p0 能够用于外 部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在 fiash 编程时， p0 口作为原码输入口，当 fiash 进行校验时，p0 输出原码，此时 p0 外部必须 被拉高。p1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 i/o 口，p1 口缓冲器能接 收输出 4 个 ls 型 ttl 负载。p1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输 入，p1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。p2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 i/o 口，p2 口缓冲器可接收，输出 4 个 ttl 负载，当 p2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。p2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时，p2 口输出 地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地 址数据存储器进行读写时，p2 口输出其特殊功能寄存器的内容。 p3 口：p3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 i/o 口，可接收输出 4 个 ttl 负载。当 p3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作 为输入，由于外部下拉为低电平，p3 口将输出电流（ill）这是由于上拉的缘 故。p3 口也可作为 at89c51 的一些特殊功能口。p3.0 rxd（串行输入口）p3.1 txd（串行输出口）p3.2 /int0（外部中断 0）p3.3 /int1（外部中断 1）p3.4 t0（记时器 0 外部输入）.5 t1（记时器 1 外部输入）p3.6 /wr（外部数据存 储器写选通）p3.7 /rd（外部数据存储器读选通）p3 口同时为闪烁编程和编程 校验接收一些控制信号。 3.2 信号控制部分 信号处理部分是该系统电路的重要组成部分，其主要作用是处理由单片机 送来的数字信号，将其以模拟稳压的形式输出。电路的组成主要包括 d/a 转换 电路，放大电路。 3.2.1 a/d 转换电路 dac0832 芯片介绍， dac0832 引脚图如图 3-1 所示： dac0832 是一种典型的 8 位转换器，它能直接与 mcs-51 单片机相连接，其主要特性如下： （1）电流输出，稳定时间为 1us； （2）可双缓冲输入，单缓冲输入或直接数字输入； （3）单一电源供电（+5-+15v）； 哈 尔 滨 工 业 大 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 8 图 3-1 dac0832 引脚图 dac0832 的各引脚及功能如下： di0-di7：8 位数字信号输入端，与单片机的数据总线相连，用于接受单片机送 来的待转换的数字量，di7 为最高位。 cs： 为片选端，当cs为高电平时，本芯片被选中。 ile： 数据锁存允许控制端，高电平有效。 1wr： 第一级输入寄存器写选通控制，低电平有效。当cs=0，ile=1，1wr=0 时，数据信号被锁存到第一级 8 位输入寄存器中。 xfer：数据传送控制，低电平有效。 2wr：dac 寄存器写选通控制端，低电平有效。当xfer=0，2wr=0 时，输入 寄存器状态传入 8 位 dac 寄存器中。 iout1:d/a 转换器电流输出 1 端，输入数字量全“1”时，iout 最大，输入数 字量全“0”时，iout 最小。 iout2：d/a 转换器电流输出 2 端，iout1+iout2=常数。 vcc: 电源输入端，可在+5v-+15v 范围内。 dgnd：数字信号地。 agnd：模拟信号地，最好与基准电压共地。一般情况下，这两个地端均并联接 哈 尔 滨 工 业 大 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 9 地。 3.2.2 信号放大电路 该电压放大电路主要由放大器构成,由电路图可知运算放大器的反馈来自 数控电源的输出端，下面是有关运算放大器 lm393 的介绍: 1.单电源供电在 030v； 2.双电源供电；+15v-15v。 3.所有运算放大器都没有“地”引脚，所有正负电源对运放来说都是相对 于脚 vcc 的单电源供电。 3.3 led 数码管显示电路 本双路直流稳压电源的数据显示采用数码管电路来实现。 单片机应用系统 中常使用led作为显示器,在需多位led显示时,为了简化电路,降低成本,常将 所有门的选线并联在一起,由一个 8 位 i/o 口控制,而共阳 i/o 线受控制,实现 各部分时选通。如图 3-3 所示为 6 位 led 动态显示接口电路。显示部分电路图 如下图所示： 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 1 2 3 4 5 6 7 81 2 3 4 5 6 7 81 2 3 4 5 6 7 81 2 3 4 5 6 7 81 2 3 4 5 6 7 8k1k2k3k4k5k6 gnd vcc k1k2k3k4k5k6 oc 1 c 11 1d 2 2d 3 3d 4 4d 5 5d 6 6d 7 7d 8 8d 9 1q 19 2q 18 3q 17 4q 16 5q 15 6q 14 7q 13 8q 12 u105 74hc573 oc 1 c 11 1d 2 2d 3 3d 4 4d 5 5d 6 6d 7 7d 8 8d 9 1q 19 2q 18 3q 17 4q 16 5q 15 6q 14 7q 13 8q 12 u106 74hc573 oc 1 c 11 1d 2 2d 3 3d 4 4d 5 5d 6 6d 7 7d 8 8d 9 1q 19 2q 18 3q 17 4q 16 5q 15 6q 14 7q 13 8q 12 u107 74hc573 oc 1 c 11 1d 2 2d 3 3d 4 4d 5 5d 6 6d 7 7d 8 8d 9 1q 19 2q 18 3q 17 4q 16 5q 15 6q 14 7q 13 8q 12 u108 74hc573 oc 1 c 11 1d 2 2d 3 3d 4 4d 5 5d 6 6d 7 7d 8 8d 9 1q 19 2q 18 3q 17 4q 16 5q 15 6q 14 7q 13 8q 12 u109 74hc573 oc 1 c 11 1d 2 2d 3 3d 4 4d 5 5d 6 6d 7 7d 8 8d 9 1q 19 2q 18 3q 17 4q 16 5q 15 6q 14 7q 13 8q 12 u110 74hc573 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 10 10 u111 10gg 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 10 10 u112 10gg u7 res2 u8 res2 u9 res2 u10 res2 u11 res2 u12 res2 u13 res2 u14 res2 u65 res2 u66 res2 u67 res2 u68 res2 u69 res2 u70 res2 u71 res2 u72 res2 u73 res2 u75 res2 u74 res2 u76 res2 u77 res2 u78 res2 u79 res2 u80 res2 u81 res2 u82 res2 u83 res2 u84 res2 u85 res2 u86 res2 u87 res2 u88 res2 u89 res2 u90 res2 u91 res2 u92 res2 u93 res2 u94 res2 u95 res2 u96 res2 u97 res2 u98 res2 u99 res2 u100 res2 u101 res2 u103 res2 u102 res2 u104 res2 a bf c g d e dpy 10 9 7 5 4 2 1 a b c d e f g 6 dp dp v 3 v 8 d1 led0.39 a bf c g d e dpy 10 9 7 5 4 2 1 a b c d e f g 6 dp dp v 3 v 8 d2 led0.39 a bf c g d e dpy 10 9 7 5 4 2 1 a b c d e f g 6 dp dp v 3 v 8 d3 led0.39 a bf c g d e dpy 10 9 7 5 4 2 1 a b c d e f g 6 dp dp v 3 v 8 d4 led0.39 a bf c g d e dpy 10 9 7 5 4 2 1 a b c d e f g 6 dp dp v 3 v 8 d5 led0.39 a bf c g d e dpy 10 9 7 5 4 2 1 a b c d e f g 6 dp dp v 3 v 8 d6 led0.39 vcc vcc vcc vcc vcc vcc vcc vcc vcc vcc vcc vcc gndgndgndgndgndgnd vccvccvccvccvccvcc 图 3-2 正负双路直流稳压电源的显示电路电路图 由键盘电路将所要输出电压的数值送给单片机，经单片机处理后将该 数值一方面送给信号处理电路，同时该数据被送给显示电路去显示。该显 示电路由数码管和锁存器组成。 数码管的外型结构如图 3-3 a）所示。数码管又分为共阴极和共阳极 哈 尔 滨 工 业 大 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 10 两种类型，其结构分别如图 3-3 b）和图 3-3 c）所示。 a）外型结构 b）共阴极 c）共阳极 图 3-3 数码管内部电路图 本系统电路采用动态显示，其亮度不如静态显示方式，而且在显示位数较 多时， cpu 要依次扫描， 占用 cpu 较多时间， 但采用动态显示方式比较节省 i/o 口，而且硬件电路也较静态显示简单。 3.3.1 显示驱动电路 mcs51 单片机受引脚数的控制，p0 口兼用数据线和低 8 位地址线，为了 将它们分离出来，需要在单片机外部增加显示驱动电路。本设计选用驱动芯片 74hc573。 74hc573 是一种带有三态门的 8d 锁 存器， 其引脚图如图 3-4 所示。 对其 引脚说明如下： d7d0：8 位数据输入线。 q0q7：8 位数据输出线。 g：数据输入锁存选通信号，高电平有效。当该信号为高电平时外部数据选通 到内部锁存器，跳变时，数据锁存到锁存器中。 哈 尔 滨 工 业 大 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 11 图 3-4 锁存器 74hc573 的引脚图 oe：数据输出允许信号，低电平有效。当该信号为低电平时，三态门打开， 锁存器中数据输出到数据输出线。74hc573 功能表如表 3-5 所示： 表 3-5 4hc573 功能表 3.4 按键部分 按键接口具有的功能： 1.键扫描功能，即检测是否有键按下； 2.键识别功能，确定被按下的键所在的行列的位置； 3.产生相应的键的代码； 按键采用中断方式与单片机相连，其中行和列占用了51单片机的p1口，四 列除了分别使用5.1k的电阻上拉至vcc外，还和74hc573的输入相连接，与门 哈 尔 滨 工 业 大 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 12 对应输出接单片机的外部中断输入引脚，用于在有键按下时申请中断。 3.5 输出部分 输出电路主要由三端稳压器 7815 和 7915 构成。这里介绍用一块 7815 和 一块 7915 三端稳压器对称连接，即可获得一组正负对称的稳压电源，经过稳 压处理的电压值最后经负载输出 3.5.1 三端稳压芯片 7815 概述 如图 3-6 所示，引脚号标注方法是按照引脚电位从高到底的顺序标注的。 引脚为最高电位，脚为最低电位，脚居中。从图中可以看出，不论正压 还是负压，脚均为输出端。对于 7815 正压系列，输入是最高电位，自然是 脚，地端为最低电位，即脚。在 7815 系列中，散热片和地相连接。 3-6 lm7815 芯片内部电路图 3.5.2 三端稳压芯片 7915 概述 对于 7915 负压系列， 输入为最低电位， 自然是脚， 而地端为最高电位， 即脚，如图 3-7 所示。 此外，还应注意，散热片总是和最低电位的第脚相连。在 7915 系列中， 散热片和输入端相连接。 哈 尔 滨 工 业 大 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 13 图 3-7 lm7915 内部芯片电路图 3.6 整机原理图 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 1 2 3 4 5 6 7 81 2 3 4 5 6 7 81 2 3 4 5 6 7 81 2 3 4 5 6 7 81 2 3 4 5 6 7 8k1k2k3k4k5k6 gnd vcc k1k2k3k4k5k6 oc 1 c 11 1d 2 2d 3 3d 4 4d 5 5d 6 6d 7 7d 8 8d 9 1q 19 2q 18 3q 17 4q 16 5q 15 6q 14 7q 13 8q 12 u105 74hc573 oc 1 c 11 1d 2 2d 3 3d 4 4d 5 5d 6 6d 7 7d 8 8d 9 1q 19 2q 18 3q 17 4q 16 5q 15 6q 14 7q 13 8q 12 u106 74hc573 oc 1 c 11 1d 2 2d 3 3d 4 4d 5 5d 6 6d 7 7d 8 8d 9 1q 19 2q 18 3q 17 4q 16 5q 15 6q 14 7q 13 8q 12 u107 74hc573 oc 1 c 11 1d 2 2d 3 3d 4 4d 5 5d 6 6d 7 7d 8 8d 9 1q 19 2q 18 3q 17 4q 16 5q 15 6q 14 7q 13 8q 12 u108 74hc573 oc 1 c 11 1d 2 2d 3 3d 4 4d 5 5d 6 6d 7 7d 8 8d 9 1q 19 2q 18 3q 17 4q 16 5q 15 6q 14 7q 13 8q 12 u109 74hc573 oc 1 c 11 1d 2 2d 3 3d 4 4d 5 5d 6 6d 7 7d 8 8d 9 1q 19 2q 18 3q 17 4q 16 5q 15 6q 14 7q 13 8q 12 u110 74hc573 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 10 10 u111 10gg 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 10 10 u112 10gg u7 res2 u8 res2 u9 res2 u10 res2 u11 res2 u12 res2 u13 res2 u14 res2 u65 res2 u66 res2 u67 res2 u68 res2 u69 res2 u70 res2 u71 res2 u72 res2 u73 res2 u75 res2 u74 res2 u76 res2 u77 res2 u78 res2 u79 res2 u80 res2 u81 res2 u82 res2 u83 res2 u84 res2 u85 res2 u86 res2 u87 res2 u88 res2 u89 res2 u90 res2 u91 res2 u92 res2 u93 res2 u94 res2 u95 res2 u96 res2 u97 res2 u98 res2 u99 res2 u100 res2 u101 res2 u103 res2 u102 res2 u104 res2 a bf c g d e dpy 10 9 7 5 4 2 1 a b c d e f g 6 dp dp v 3 v 8 d1 led0.39 a bf c g d e dpy 10 9 7 5 4 2 1 a b c d e f g 6 dp dp v 3 v 8 d2 led0.39 a bf c g d e dpy 10 9 7 5 4 2 1 a b c d e f g 6 dp dp v 3 v 8 d3 led0.39 a bf c g d e dpy 10 9 7 5 4 2 1 a b c d e f g 6 dp dp v 3 v 8 d4 led0.39 a bf c g d e dpy 10 9 7 5 4 2 1 a b c d e f g 6 dp dp v 3 v 8 d5 led0.39 a bf c g d e dpy 10 9 7 5 4 2 1 a b c d e f g 6 dp dp v 3 v 8 d6 led0.39 vcc vcc vcc vcc vcc vcc vcc vcc vcc vcc vcc vcc gndgndgndgndgndgnd adj 1 vout 2 vin 3 u? 7815 adj 1 vout 2 vin 3 u? 7915 2 3 4 6 7 u? clc402 2 3 4 6 7 u? clc402 c? cap c? cap ea/vp 31 x1 19 x2 18 reset 9 rd 17 wr 16 int0 12 int1 13 t0 14 t1 15 p10/t 1 p11/t 2 p12 3 p13 4 p14 5 p15 6 p16 7 p17 8 p00 39 p01 38 p02 37 p03 36 p04 35 p05 34 p06 33 p07 32 p20 21 p21 22 p22 23 p23 24 p24 25 p25 26 p26 27 p27 28 psen 29 ale/p 30 txd 11 rxd 10 u? 80c52 vcc20 iout1 11 lsbdi0 7 iout2 12 di1 6 di2 5 rfb 9 di3 4 di4 16 vref 8 di5 15 di6 14 m sbdi7 13 ile 19 wr2 18 cs 1 wr1 2 xfer 17 agnd 3 dgnd 10 u? 0832 vcc20 iout1 11 lsbdi0 7 iout2 12 di1 6 di2 5 rfb 9 di3 4 di4 16 vref 8 di5 15 di6 14 m sbdi7 13 ile 19 wr2 18 cs 1 wr1 2 xfer 17 agnd 3 dgnd 10 u? 0832 u? elector01 u? xtal1 u? res2 u? res2 u? res2 s? sw-pb vcc 1 2 3 4 5 6 7 8 p1 p2 p3 p4 p5 p6 p7 p8 p1 p2 p3 p4 p5 p6 p7 p8 s? sw-pb s? sw-pb s? sw-pb s? sw-pb s? sw-pb s? sw-pb p1 p2 p3 p4 p5 p6 p7 p8 +15v +15v vcc vcc +5v +5v key1 key2 key3 key4 key5 key6 +18v -18v 0-15v 0+15v -15v -15v vccvccvccvccvccvcc 图 3-8 正负可调双路直流稳压电源电路原理图 3.7 本章小结 本章是该系统设计的重点章节，在本章中对该数控电压源的各部分内容作 哈 尔 滨 工 业 大 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 14 了详细的介绍，将该系统设计重点分为数控部分，显示部分，信号处理部分， 电压放大部分及输出电压调整部分。 在本章中对各部分内容都做了详细的介绍，其中对数控部分介绍主要包括 mcs-51 芯片各引脚功能和对输入信号的处理。 对信号处理部分介绍包括 dac0832 芯片的引脚功能介绍。 对显示电路部分介绍主要详细介绍了数码管显示方式和 8 位锁存器 74hc573 的引脚图，本设计考虑到实际情况采用动态显示方式。 放大电路主要采用两片放大器构成。 电压调整部分采用 lm7815 和 lm7915 构成， 其中 7815 作为+12v 输出， 7915 作为-12v 输出。 哈 尔 滨 工 业 大 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 15 第 4 章系统软件设计 4.1 软件程序框图 正负可调双路直流稳压电源的软件程序框图如图 4-1 所示： 图 41 正负可调双路直流稳压电源程序组成框图 哈 尔 滨 工 业 大 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 16 4.2 数码管显示电路设计 该数控电压源的数据显示采用数码管来实现。在该部分电路设计中，单片 机与显示电路之间的数据传输采用串行通信方式，单片机工作在串行口工作方 式 0，即同步移位寄存器方式。相关的显示子程序如下： xian() p2=taba; p1=1; p1=0; p2=tabb; p1=2; p1=0; p2=tab3; p1=4; p1=0; p2=taba; p1=8; p1=0; p2=tabb; p1=0x10; p1=0; p2=tabc; p1=0x20; p1=0; 4.3 本章小结 本章主要介绍了该数控稳压电源的软件系统设计，在该章中给出了软件 设计的程序框图和部分编程。 首先单片机被初始化，始化工作完成以后，单片机通过执行一条自跳转语 句来等待操作者通过键盘输入产生的中断信号。当操作者按下按键，单片机将 进入外部中断 1 的中断服务程序。中断服务程序中经过软件去抖动，然后判断 哪一个按键被按下。键盘处理，数字/模拟转换器的控制和数据的显示都在外 部中断 1 的中断服务程序中完成。这些工作完成以后，单片机将退出中断，继 续执行自跳转语句来等待操作者再次输入需要产生的输出电压值。 哈 尔 滨 工 业 大 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 17 该数控稳压电源的显示部分采用数码管来实现。单片机与显示电路之间 的数据传输采用串行通信方式，单片机工作在串行口工作方式 0，即同步移位 寄存器方式。 哈 尔 滨 工 业 大 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 18 第 5 章 系统安装及指标测试 5.1 系统指标测试 在设计完成以后，要对单元电路进行联合测试，检验他们是否达到设计要 求。检查的项目包括输出电压范围，在整个输出电压范围内的步进调整值，输 出的最大电流和电路的工作情况。数控电源系统的供电由直流稳压电源提供， 需要提供 3 种电压的电源：+5v，+12v 电源和-12v 电。输出电压范围和步进调 整值由三用表测量。 当数控电源的输出端连接在不同负载电阻时，由于输出电流不同，输出电 压也不同。这里分别列出当负载电阻 rl 为 10 k，500和 100时数控电源 的要求输出电压值。实测电压值，绝对误差和相对误差。 当负载电阻 rl 为 10 k时,：要求输出电压 1.0v 时，绝对误差为 0.02， 相对误差为 2.1 实测输出电压为 0.98v。 当负载电阻 rl 为 500时, 要求输出电压 1.0v 时，绝对误差为-0.02， 相对误差为 2.1，实测输出电压为 0.99v。 当负载电阻 rl 为 100时, 要求输出电压 1.0v 时，绝对误差为-0.02，相 对误差为 1.0，实测输出电压为 1.01v。 5.2 系统调试误差分析 5.2.1 电路调试过程中错误分析 电路线路比较多,容易出现短路现象,数码显示由于短路出现显示不正常 显示,整理线路后能够正常显示. 制作和测试-12v 电源时，由于没有认真参考整流管的接法和 7915 的芯片 资料，出现两次电容爆裂。 数码管显示出现问题,检查电路发现有一位数码管是共阴极,不符合电路 要求,换为共阳极数码管后问题得到解决。 稳压管 7815 的输出端输出电压，检查电路，发现输出端需要增加一个电 容，增加后问题得到解决。 哈 尔 滨 工 业 大 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 19 综合分析可以知道在测试电路的过程中可能带来的误差因素有: 1. 测得输出电流时接触点之间的微小电阻造成的误差; 2. 电流表内阻串入回路造成的误差; 3. 测得纹波电压时示波器造成的误差; 4. 示波器, 万用表本身的准确度而造成的系统误差; 可以通过以下的方法去改进此电路: 1.减小接触点的微小电阻; 2. 根据电流表的内阻对测量结果可以进行修正; 3. 测得纹波时示波器采用手动同步; 4. 采用更高精确度的仪器去检测; 哈 尔 滨 工 业 大 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 20 结 论 通过本次设计,让我们更进一步的了解到直流稳压电源的工作原理以及它 的要求和性能指标.也让我们认识到在此次设计电路中所存在的问题;而通过 不断的努力去解决这些问题.在解决设计问题的同时自己也在其中有所收获. 我们这次设计的这个直流稳压电源电路;采用了电压调整管 dac0832 来实现电 压的调整部分;还通过单片机(at89c52)来实现电路的控制,也实现了扩充多功 能;通过lm7815和lm7915来实现了电路中的稳流部分,至于电路的最后一部分 (dc-dc 变换部分)我们是采用两片升压开关调节器(max770)来实现了电路中的 dc-dc 变换部分.本次设计在电压调整器的电路中,采用了适当的联接方法,可 以实现电压”零”伏起调;测试方法与过程也比较充分,同时也实现了电压的可 调.同时我们四个人在设计此电路的时候也付出了不少,我们几个分工完成了 此电路,虽然电路不是很完善,我们已经尽力的去把它给做好了；由于时间的关 系此电路只有硬件,软件没有时间来完成。 通过本次课程设计，巩固了我们学习过的专业知识，也使我们把理论与实 践从真正意义上相结合了起来；考验了我们借助互联网络搜集、查阅相关文献 资料， 和组织材料的综合能力； 从中可以自我测验， 认识到自己哪方面有欠缺、 不足，以便于在日后的学习中得以改进、提高。 哈 尔 滨 工 业 大 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 21 致 谢 三年的大学学习生活即将结束，借此答辩的机会，我向所有帮助过我的老 师和同学致以诚挚的谢意。 首先我要感谢我的指导教师王哲老师，感谢王老师的辛勤培养和殷切教 诲。王老师严谨的治学态度，一丝不苟的敬业精神，乐观豁达的生活态度将使 我受益终身。 在毕业设计期间，得到了电子系的主任温老师，邢老师以及电子系的许多 老师的热心帮助，在此向他们表示最诚挚的谢意。 总之， 我要忠告各位学弟、 学妹们在大学求学期间， 要珍惜大学里的生活， 不要虚度年华，要学好各门学科，业余时间培养一下自己的特长，实习的时候 要尊敬公司的领导、管理人员以及工人师傅们，要做到腿勤、嘴勤和手勤等， 要遵守公司制定的各项规章制度，只要你做到了以上几点，相信好的机遇会降 临到你的头上的，同时你也将成为学校的一名优秀的毕业生。最后祝愿全院的 老师身体健康、工作顺利！ 祝愿全院的学弟、学妹们学业有成，事业有成！ 哈 尔 滨 工 业 大 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 22 参考文献 (1)康华光.电子技术基础.高等教育出版社 2002 (2)陈大钦.电子技术基础实验.高等教育出版社 2005.12 (3)焦素敏.数字电子技术基础.人民邮电出版社 2005.8 (4)高吉祥.电子技术基础实验与课程设计.电子工业出版社. 2002. (5)吕思忠.数子电路实验与课程设计.哈尔滨工业大学出版社. 2001. (6)谢自美.电子线路设计、实验、测试.华中理工大学出版社. 2003. (7)徐丽香数字电子技术电子工业出版社 20069 哈 尔 滨 工 业 大 学 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 23 附录 1 整机电路原理图 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 1 2 3 4 5 6 7 81 2 3 4 5 6 7 81 2 3 4 5 6 7 81 2 3 4 5 6 7 81 2 3 4 5 6 7 8k1k2k3k4k5k6 gnd vcc k1k2k3k4k5k6 oc 1 c 11 1d 2 2d 3 3d 4 4d 5 5d 6 6d 7 7d 8 8d 9 1q 19 2q 18 3q 17 4q 16 5q 15 6q 14 7q 13 8q 12 u105 74hc573 oc 1 c 11 1d 2 2d 3 3d 4 4d 5 5d 6 6d 7 7d 8 8d 9 1q 19 2q 18 3q 17 4q 16 5q 15 6q 14 7q 13 8q 12 u106 74hc573 oc 1 c 11 1d 2 2d 3 3d 4 4d 5 5d 6 6d 7 7d 8 8d 9 1q 19 2q 18 3q 17 4q 16 5q 15 6q 14 7q 13 8q 12 u107 74hc573 oc 1 c 11 1d 2 2d 3 3d 4 4d 5 5d 6 6d 7 7d 8 8d 9 1q 19 2q 18 3q 17 4q 16 5q 15 6q 14 7q 13 8q 12 u108 74hc573 oc 1 c 11 1d 2 2d 3 3d 4 4d 5 5d 6 6d 7 7d 8 8d 9 1q 19 2q 18 3q 17 4q 16 5q 15 6q 14 7q 13 8q 12 u109 74hc573 oc 1 c