毕业设计（论文）-基于AT89S51单片机的直流稳压电源设计.doc

摘 要 i 摘摘 要要 本系统以单片机 at89s51 为核心部件，由电源、键盘、显示、d/a 转换、 运放、输出等电路模块组成，有效地将单片机数字控制技术有机的融入直流稳 压电源的设计中，利用软件的编程，更加能实现功能的扩展。基于单片机的直 流稳压电源与传统的稳压电源相比具有操作方便，电源稳定性高、调节精度不 高、波纹电压低、有“+“、“-“步进电压调节功能以及其输出电压大小采用数码管 显示的特点，有效地克服了传统电源的不足。而且用单片机控制数控稳压源改 善了电源的性能，使用方便灵活，且成本较低，更适用于本次设计的主旨。 关关键词键词：单片机 at89s51 直流稳压电源 数控 d/a 转换器 目 录 ii 目目 录录 摘摘 要要i 第一章第一章 概述概述.1 1.1 直流稳压电源的简介1 1.2 直流稳压电源的技术指标.2 1.3 数控电源的发展.3 1.4 研究的意义.4 1.5 各章节介绍4 第二章第二章 系统硬件电路的设计系统硬件电路的设计.7 2.1 系统总体结构.7 2.2 at89s51 单片机的最小系统.7 2.3 单元电路设计与分析.9 2.3.1 电源电路9 2.3.2 键盘接口电路10 2.3.3 d/a 转换电路.11 2.3.4 显示电路12 2.3.5 稳压输出电路14 第三章第三章 系统软件设计系统软件设计.17 3.1 主程序.17 3.2 键盘子程序.17 3.3 过流保护程序.18 第四章第四章 总体调试总体调试.19 4.1 系统调试.19 4.2 系统测试.19 第五章第五章 总结与展望总结与展望.21 致致 谢谢.23 参考文献参考文献.25 附录附录 系统总电路图系统总电路图.27 第一章 概述 1 第一章第一章 概述概述 1.1 直流直流稳压电稳压电源源的的简简介介 直流稳压电源是能为负载提供稳定直流电源的一种电子装置。直流稳压电 源的供电电源大都是交流电源，当交流供电电源的电压或负载电阻变化时，稳 压器的直流输出电压都会保持稳定。 直流稳压电源可分为连续导电式与开关式两大类： （1）连续导电式稳压电源：主要有线路简单、纹波小、相互干扰小等优点； 缺点是体积大，耗材多，效率低等。因并联调整方式中的串联电阻以及串联调 整方式中的串接的调整元件都流过负载电流，功耗很大，效率低。 （2）开关式稳压电源：开关型稳压电源的优点是效率高，体积小，重量轻； 缺点是电路比较复杂，有一定的电磁干扰。改变调整元件（开关）的通断时间 比,可调节输出电压的大小，从而达到稳压目的。元件导通时因处在饱和状态， 故功耗小，效率高。从工作方式上可分为以下3大类： 可控整流型开关稳压电源：用晶闸管作调整开关，由交流市电电网直接 或经变压器降压后供电。用改变晶闸管的导通时间来调整输出电压，从而达到 稳定输出电压的目的。 斩波型开关稳压电源：它的输入是不稳定的直流电压，改变开关电路的 通断比，在输出端得到单向的脉动直流，经滤波后得到与输入电压不同的稳定 直流电压。 变换器型开关稳压电源：将不稳定直流电压送入逆变器变换成高频交流 电，再经变压、整流、滤波后得到新的直流输出电压，从输出电压取样，反馈 控制逆变器工作频率，达到稳定输出电压的目的。 直流稳压电源是电子技术常用的设备之一，广泛的应用于电路，教学试验 和科学研究等领域。传统的多功能直流稳压电源功能简单、难控制、可靠性低、 干扰大、精度低且体积大、复杂度高。随着电子设备向高精度、高稳定性和高 可靠性的方向发展，对电子设备的供电电源提出了高的要求。 当前使用的可控直流电源大部分是点动的，利用分立器件，体积大，效率 低，可靠性差，操作不方便，故障率高。随着电子技术的发展，各种电子、电 器设备对电源的性能要求提高，电源不断朝数字化，高效率，模块化和智能化 发展。 以单片机系统为核心而设计的新一代数控直流电源，不但电路简单，结构 紧凑，价格低廉，性能优越，而且由于单片机具有计算和控制能力，利用它对 数据进行各种计算，从而可排除和减少模拟电路引起的误差，输出电压和限定 电流采用键盘输入方式，电源的外表美观，操作使用方便，克服了传统直流电 压源的缺点，具有较高的使用价值。 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 2 单片机对直流稳压电源进行控制，改善了电源的性能，使用方便灵活，且 成本较低，同时控制系统在软件上还可进一步改进，以扩展其功能，而并不需 要增加硬件开销，从而提高电源的性能价格比。 稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路组成，如图 1-1 所 示： 电源变压 器 整流电路滤波电路稳压电 路 u1u2u3u4u5 图 1-1 电源方框及波形图 整流和滤波电路：整流作用是将交流电压 u2 变换成脉动电压 u3；滤波电 路一般由电容组成，其作用是脉动电压 u3 中的大部分纹波加以滤除，以得到较 平滑的直流电压 u4，再通过稳压电路得到平直的直流电压 u5。 1.2 直流直流稳压电稳压电源的技源的技术术指指标标 直流稳压电源的技术指标可以分为两大类：一类是特性指标，反映直流稳 压电源的固有特性，如输入电压、输出电压、输出电流、输出电压调节范围； 另一类是质量指标，反映直流稳压电源的优劣，包括稳定度、等效内阻、纹波 电压及温度系数等。 1、特性指标 （1）输出电压范围：符合直流稳压电源工作条件情况下，能够正常工作的 输出电压范围。 （2）最大输入输出电压差：该指标表示在保证直流稳压电源正常工作条 件下，所允许的最大输入输出之间的电压差值，其值主要取决于直流稳压电 源内部调整晶体管的耐压指标。 （3）最小输入输出电压差：该指标表示在保证直流稳压电源正常工作条 件下，所需的最小输入输出之间的电压差值。 （4）输出负载电流范围：输出负载电流范围又称为输出电流范围，在这一 电流范围内，直流稳压电源应能保证符合指标规范所给出的指标。 2、质量指标 （1）电压调整率sv：电压调整率是表示直流稳压电源稳压性能的优劣的重 要指标，又称为稳压系数或稳定系数，它表示当输入电压ui变化时直流稳压电 源输出电压uo稳定的程度，通常以单位输出电压下的输入和输出电压的相对变 第一章 概述 3 化的百分比表示。 （2）电流调整率si：电流调整率是反映直流稳压电源负载能力的一项主要 自指标，又称为电流稳定系数。它表示当输入电压不变时，直流稳压电源对由 于负载电流（输出电流）变化而引起的输出电压的波动的抑制能力，在规定的 负载电流变化的条件下，通常以单位输出电压下的输出电压变化值的百分比来 表示直流稳压电源的电流调整率。 （3）纹波抑制比sr：纹波抑制比反映了直流稳压电源对输入端引入的市电 电压的抑制能力，当直流稳压电源输入和输出条件保持不变时，纹波抑制比常 以输入纹波电压峰峰值与输出纹波电压峰峰值之比表示，一般用分贝数表 示，但是有时也可以用百分数表示，或直接用两者的比值表示。 （4）温度稳定性k：集成直流稳压电源的温度稳定性是以在所规定的直流 稳压电源工作温度ti最大变化范围内，直流稳压电源输出电压的相对变化的百分 比值。 3、极限指标 （1）最大输入电压：是保证直流稳压电源安全工作的最大输入电压。 （2）最大输出电流：是保证稳压器安全工作所允许的最大输出电流。 1.3 数控数控电电源的源的发发展展 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， 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 4 而且经常跳变，使用麻烦。 数字化智能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。 （3）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。 （4）系统维护方便，一旦出现故障，可以很方便地通过rs232接口或 rs485接口或usb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，也可以通过modem远程操作。 （5）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。 （6）容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，从而实现高可靠性、高冗余度的逆变电源并联运行系统。 1.4 研究的意研究的意义义 在家用电器和其他各类电子设备中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。 但在实际生活中，都是由220v的交流电网供电，这就需要通过变压、整流、滤 波、稳压电路将交流电转换成稳定的直流电。滤波器用于滤去整流输出电压中 的纹波，一般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代， 则可缩小直流电源的体积，减轻其重量，且晶体管滤波直流电源不需直流稳压 器就能用作家用电器的电源，这既降低了家用电器的成本，又缩小了其体积， 使家用电器小型化。 传统的直流稳压电源通常采用电位器和波段开关来实现电压的调节，并由 电压表指示电压值的大小。因此，电压的调整精度不高,读数欠直观，电位器也 易磨损，而基于单片机控制的直流稳压电源能较好地解决以上传统稳压电源的 不足。 随着科学技术的不断发展，特别是计算机技术的突飞猛进，现代工业应用 的工业控制产品均需要有低纹波、宽调整范围的高压电源，特别是在一些高能 第一章 概述 5 物理领域，急需电脑或单片机控制的低纹波、宽调整范围的电源。 1.5 各章各章节节介介绍绍 本系统采用以at89s51单片机为核心的控制器件。首先，第一章，是对直流 稳压电源的介绍，介绍了直流稳压电源、稳压电源的技术指标、发展的前景以 及研究的意义。第二章，开始进行对系统硬件电路的设计，包括对单片机单片 机at89s51电路的设计以及键盘电路、d/a转换电路、显示电路、稳压输出电路 等各个单元电路的设计与分析。第三章，进行系统软件的设计，画出了设计电 路的主要程序框图，包括电路主程序、键盘程序、d/a转换程序、步进步减程序 以及过流保护程序等。第四章，进行了程序的调试与分析，通过调试，分析电 路是否有问题，从而改进电路的设计方案。最后，第五章是对这次毕业设计的 一些总结和展望。 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 6 第二章 系统硬件电路的设计 7 第二章第二章 系统硬件电路的设计系统硬件电路的设计 2.1 系系统总统总体体结结构构 本系统是以 at89s51 单片机为核心控制器，具有电压可预置、可步进调整、 输出的电压信号和预置的电压信号可同时显示的数控直流电源。系统由 at89s51 控制电路、电源电路、键盘电路、预置显示电路、d/a 转换电路、运 放电路、短路保护及报警电路、稳压输出电路等部分组成。系统通过“开关”、 “+”、“-”三个按键来控制预置电压的升降，并通过数码管显示。at89s51 单片机 送出相应的数字信号，在 d/a 转换之后输出电流，经集成运放转换、三极管放 大、rc 网络滤波，最终稳定，同时由数码管显示输出电压。如图 2-1 所示： “+” “-” 按键 显示电路 at89s51 最 小 系 统 电源电路 dac0832 基准电压 电流放大稳压输出 图 2-1 系统原理框图 2.2 at89s51 单单片机的最小系片机的最小系统统 at89s51 是一个低功耗，高性能的 cmos 8 位单片机。片内含有 4kbytes isp （in-system programmable）的可反复擦写 1000 次的 flash 只读程序存储器， 器件采用 atmel 公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准 mcs-51 指 令系统及 80c51 引脚结构，芯片内集成了通用 8 位中央处理器和 isp flash 存储 单元，功能强大的微型计算机的 at89s51 可为许多嵌入式控制应用系统提供高 性价比的解决方案。 at89s51 的引脚管脚说明如图 2-2 所示： vcc：供电电压。 gnd：接地。 p0口：p0口为一个8位漏级开路双向 i/o 口，每脚可吸收 8ttl 门电流。 p1口：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4ttl 门电流。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。在 flash 编程和校验时， p1口作为第八位地址接收。 p2口：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 ， 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 8 输出4个 ttl 门电流；p2口在 flash 编程和校验时接收高八位地址信号和 控制信号。 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 门电流。 i/o 口：作为输入口时有两种工作方式，即所谓的读端口与读引脚。 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。 /psen：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每 个机器周期两次 /psen 有效，但在访问外部数据存储器时，这两次有效的 /psen 信号将不出现。 /ea/vpp：当/ea 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（ 0000h- ffffh） ，不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1时，/ea 将内部锁定 为 reset；当/ea 端保持高电平时 ，此间内部程序存储器 。在 flash 编程 期间，此引脚也用于施加 12v 编程电源（ vpp） 。 xtal1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 xtal2：来自反向振荡器的输出。 p1.0 1 p1.1 2 p1.2 3 p1.3 4 p1.4 5 p1.5 6 p1.6 7 p1.7 8 rst/vpd 9 p3.0/rxd 10 p3.1/txd 11 p3.2/int0 12 p3.3/int1 13 p3.4/t0 14 p3.5/t1 15 p3.6/wr 16 p3.7/rd 17 xtal2 18 xtal1 19 gnd 20 p2.0 21 p2.1 22 p2.2 23 p2.3 24 p2.4 25 p2.5 26 p2.6 27 p2.7 28 psen 29 ale/prog 30 ea/vpp 31 p0.7 32 p0.6 33 p0.5 34 p0.4 35 p0.3 36 p0.2 37 p0.1 38 p0.0 39 vcc 40 at89s51 图 2-2 at89s51 引脚图 at89s51最小系统结构框图如图2-3所示，它要完成键盘控制、预置电压显 示控制、短路保护控制及报警控制等功能。单片机的最小系统是指单片机工作 必须具备的硬件条件，主要包括以下四个部分： 1、电源 单片机的工作电源是+5v，40脚接 vcc，20脚接 gnd。 第二章 系统硬件电路的设计 9 2、时钟电路 at89s51单片机的时钟电路是在18脚和19脚外接6mhz 的晶振，和内部的高 增益反相放大器构成自激振荡电路，振荡频率取决于晶体的频率。c1、c2是补 偿电容，起频率微调和稳定的作用。 3、复位电路 单片机系统都必须有上电复位功能，第9脚由电阻 r 和 c 构成 at89s51单片 机的上电复位电路，r 和 c 组成微分电路。 复位的条件：高电平复位。 复位后：从头开始执行。 4、第31引脚/ea 接高电平。 p1.0 1 p1.1 2 p1.2 3 p1.3 4 p1.4 5 p1.5 6 p1.6 7 p1.7 8 rst/vpd 9 p3.0/rxd 10 p3.1/txd 11 p3.2/int0 12 p3.3/int1 13 p3.4/t0 14 p3.5/t1 15 p3.6/wr 16 p3.7/rd 17 xtal2 18 xtal1 19 gnd 20 p2.0 21 p2.1 22 p2.2 23 p2.3 24 p2.4 25 p2.5 26 p2.6 27 p2.7 28 psen 29 ale/prog 30 ea/vpp 31 p0.7 32 p0.6 33 p0.5 34 p0.4 35 p0.3 36 p0.2 37 p0.1 38 p0.0 39 vcc 40 at89s51 r +5v c1 20pf c2 20pf c 6mhz +5v +5v 8.2k 10uf 图 2-3 at89s51 最小系统结构框图 2.3 单单元元电电路路设计设计与分析与分析 2.3.1 电电源源电电路路 用 lm78/lm79 系列三端稳压 ic 来组成稳压电源所需的外围元件极少，电 路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格 便宜。该系列集成稳压 ic 型号中的 lm78 或 lm79 后面的数字代表该三端集成 稳压电路的输出电压，如 lm7805 表示输出电压为+5v，lm7909 表示输出电压 为-9v。因为三端固定集成稳压电路的使用方便，电子制作中经常使用。 lm7805 引脚图如图 2-4 所示： 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 10 vin 1 gnd 2 vout 3 lm7805 图 2-4 lm7805 引脚图 为了获得大的负载电流，稳压部分使用了最大输出电流为 1a 的 lm7805 三 端集成稳压块。lm7805 原本是输出固定电压为 5v 的集成稳压块，但可以外接 电路来改变输出电压值。输入 220v，50hz 交流电，经全桥整流，滤波，稳压后 得到15v 和+5v 三种输出，+5v 部分供单片机及 d/a、显示等部分使用，电 流最大约 400ma；+15v 和-15v 部分供运放使用，最大电流不超过 50ma。电源 电路见图 2-5 所示： 1 2 3 4c1 c3c2 lm7805 +5 v 220v 1 2 3 4 vin 1 vo ut 3 vin 1 vo ut 3 lm7815 lm7915 13 vinvo ut gndgnd gnd 2 2 2 c7 c8 c1 2 c1 1 c6 c5c9 c1 0 gn d gn d +1 5v -15 v 图 2-5 电源电路 2.3.2 键盘键盘接口接口电电路路 键盘是有无数个按键组成的开关矩阵，它是一种廉价的输入设备。一个键 盘通常包括数据键，字母键以及一些功能键。操作人员可以通过键盘向计算机 输入数据、地址、指令或其他的控制命令，实现简单的人机对话。 用于计算机系统的键盘通常有两种：一类是编码键盘，即键盘上闭合键的 识别有专用硬件识别；另一类是非编码键盘，即键盘上键入及闭合键的识别由 软件实现。 键盘接口应具有的功能：一是键扫描功能，即检测是否有键按下；二是键 识别功能，确定被按下建所在的行列的位置，产生相应的键的代码，消除按键 弹跳及对付多键串键。 键盘接口电路如图2-6所示。键盘设计由三个按键控制即：“开关”键、“+”键、 第二章 系统硬件电路的设计 11 “-”键， 并外接三个上拉电阻控制键盘去抖。此三键分别连接到单片机的 p3.5、p3.6、p3.7接口进行控制。 sw 1 sw 2 r3 0 10 k r3 1 10 k r3 2 10 k +5 v ke y3 ke y2 ke y1 sw 3 图 2-6 键盘接口电路 2.3.3 d/a 转换电转换电路路 1、d/a转换基本原理： 将输入的数字编码，按其权值大小转换成相应的模拟量，然后将代表个位 的模拟量相加，所得的总模拟量与数字量成正比。即实现了从数字量到模拟量 的转换。 2、dac0832的引脚图以及各引脚功能如图2-7所示： vcc：电源电压，vcc 的范围为+5v+15v； gnd：地线输入端 d0d7：8 位数字量输入引脚。单片机由这 8 根线传送给 d/a 转换数字量。 d7 为最高有效位，d0 为最低有效位。 vref：参考电压端，范围在-10v+10v。 /cs：片选信号，当/cs 为低电平时候，芯片被选中工作。 ile：允许数字量输入线，高电平有效。 /xref：传送控制输入线，低电平有效。 /wr1，/wr2：写命令输入线，即写选通信号，低电平有效。 rfb：运算放大器反馈线，是内接反馈电阻，rfb=15k。 iout1，iout2：模拟电流输出线，iout1+iout2为一常数。其中iout1和运放反 相输入相连，iout2和运放同相输入端相连并接地。 当 ile=1，cs=0，wr=0，输入数据 d7d0 存入 8 为输入寄存器中，当 wr=2，xfer=0，输入寄存器中所存内容进入 8 位 dac 寄存器并进行 d/a 转 换。 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 12 cs 1 w r1 2 gn d 3 d3 4 d2 5 d1 6 d0 7 vref 8 rfb 9 gn d 10 lou t1 11 lou t2 12 d7 13 d6 14 d5 15 d4 16 xr ef 17 w r2 18 il e 19 vc c 20 dac0832 图2-7 dac0832引脚图 3、dac的主要技术指标： （1）分辨率：分辨率用输入二进制的有效比特数表示。 （2）转换速度：用完成一次转换所需的时间来衡量。 （3）转换精度：转换精度是指输出模拟电压的实际值与理论值之间的 差值。 4、d/a转换电路如下图2-8所示： dac0832 最具特色是输入为双缓冲结构，数字信号在进入 d/a 转换前，需 经过两个独立控制的 8 位锁存器传送。其优点是 d/a 转换的同时，dac 寄存器 中保留现有的数据，而在输入寄存器中可送入新的数据。系统中多个 d/a 转换 器内容可用一公共的选通信号选通输出。 p1.0 1 p1.1 2 p1.2 3 p1.3 4 p1.4 5 p1.5 6 p1.6 7 p1.7 8 rs t/vpd 9 p3.0/rxd 10 p3.1/txd 11 p3.2/in t0 12 p3.3/in t1 13 p3.4/t0 14 p3.5/t1 15 p3.6/w r 16 p3.7/rd 17 xt al2 18 xt al1 19 gn d 20 p2.0 21 p2.1 22 p2.2 23 p2.3 24 p2.4 25 p2.5 26 p2.6 27 p2.7 28 ps en 29 al e/prog 30 ea /vpp 31 p0.7 32 p0.6 33 p0.5 34 p0.4 35 p0.3 36 p0.2 37 p0.1 38 p0.0 39 vc c 40 ic 1 at89s51 x1 12m c5 10u/16v c3 33 c2 33 r14 10k +5v vd d1 +15v +5v +5v cs 1 w r1 2 gn d 3 d3 4 d2 5 d1 6 d0 7 vref 8 rfb 9 gn d 10 lout1 11 lout2 12 d7 13 d6 14 d5 15 d4 16 xr ef 17 w r2 18 il e 19 vc c 20 dac0832 d1 图2-8 d/a转换电路 2.3.4 显显示示电电路路 1、74ls244 的引脚作用及功能表 第二章 系统硬件电路的设计 13 74ls244 是一种高速八总线三态缓冲器，本设计选用译码驱动器 74ls244， 主要是用来驱动数码管显示电路。引脚图如图 2-9 所示： 1g 1 2y 3 9 1y 0 18 2a 0 17 1y 1 16 2a 1 15 1a 3 8 2y 2 7 1a 2 6 gn d 10 2y 1 5 1y 2 14 2a 2 13 1y 3 12 2a 3 11 1a 1 4 2y 0 3 1a 0 2 2g 19 vc c 20 74ls244 图 2-9 74ls244 引脚图 vcc，是正电源端。 gnd,是接地端。 1a01a3,2a02a3 为输入端。 1g,2g 为三态允许端（低电平有效）。 1y01y3,2y02y3 为输出端。 74ls244 的功能表如表 2-1 所示： 表 2-1 74ls244 的功能表 输入输出 gay lll lhh hxz l 为低逻辑电平。 h 为高逻辑电平。 x 为高或低的逻辑电平。 z 为高阻抗。 2、显示电路 显示电路分别由单片机 p0.0p0.7 接口控制。数码管共阴极控制端由 p2.5p2.7 接口控制，并用三极管 c1815 来控制数码管的显示。电路如图 2-10 所 示： 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 14 p1.0 1 p1.1 2 p1.2 3 p1.3 4 p1.4 5 p1.5 6 p1.6 7 p1.7 8 rs t/vpd 9 p3.0/rxd 10 p3.1/txd 11 p3.2/int0 12 p3.3/int1 13 p3.4/t0 14 p3.5/t1 15 p3.6/w r 16 p3.7/rd 17 xtal2 18 xtal1 19 gnd 20 p2.0 21 p2.1 22 p2.2 23 p2.3 24 p2.4 25 p2.5 26 p2.6 27 p2.7 28 ps en 29 ale/prog 30 ea/vpp 31 p0.7 32 p0.6 33 p0.5 34 p0.4 35 p0.3 36 p0.2 37 p0.1 38 p0.0 39 vc c 40 ic 1 89s51a bf c g d e dpy 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp ds 1 a bf c g d e dpy 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp ds 2 a bf c g d e dpy 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g 8 dp dp ds 3 v1 c1815 v2 c1815 v3 c1815 comcomcom r4 10k r5 10k r6 10k r1 150 r2 150 r3 150 +5v 1g 1 2y3 9 1y0 18 2a0 17 1y1 16 2a1 15 1a3 8 2y2 7 1a2 6 gnd 10 2y1 5 1y2 14 2a2 13 1y3 12 2a3 11 1a1 4 2y0 3 1a0 2 2g 19 vc c 20 74ls244 d 图 2-10 显示电路 2.3.5 稳压输稳压输出出电电路路 tl082 是一通用的 j-fet 双运算放大器。其特点有：（1）较低的输入偏置 电压和偏移电流；（2）输出设有短路保护；（3）输入级具有较高的阻抗； （4）内建频率补偿电路；（5）较高的压摆率。最大工作电压： vccmax=18v。封装如图 2-11 所示： 1 脚：输出 1。 2 脚：反向输入 1。 3 脚：正向输入 1。 4 脚：负电源。 5 脚：正向输入 2。 6 脚：反向输入 2。 7 脚：输出 2。 8 脚：正电源。 output1 1 iin1 2 none iin1 3 gnd 4 none iin2 5 iin2 6 output 2 7 vcc 8 tl082 图 2-11 tl082 封装图 第二章 系统硬件电路的设计 15 稳压输出部分是将控制部分送来的电压控制字数据转换成稳定的电压输出。 它由转化器（dac0832）、集成运放、晶体三极管、基准电压源（+15v）、过 流检测电路组成。 稳压输出模块包括过流检测电路，当电源过流时，过流检测 电路输出为低电平其，送到cpu的int0申请中断，cpu接收后，延迟5ms，如图 2-12所示： r7 20 0/1w r1 0 1k r1 1 5k j1 dc 6v ic 3 tl o82 1 2 3 4 8 rf 5k +1 5v -15 v r9 47 k r1 2 0.2 7/3w c4 22 00u/2 5v d1 vd d1 +5 v vd d2 +1 5v 015 v保保 vout 3 gnd 2 vin 1 lm 781 5 p2.3 图2-12 稳压输出电路 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 16 第三章 系统软件设计 17 第三章第三章 系统软件设计系统软件设计 软件控制程序由主程序和过流保护程序两部分，其主要实现步进加减、d/a 转换、键盘扫描、数码管显示、电流报警等功能。 3.1 主程序主程序 首先初始化系统，即 at89s51 单片机系统的初始化，再对系统时间进行设 置，调用按键处理子程序，判断是否有按键按下，若有就调用显示处理程序， 显示处理程序在数码管上显示预置电压，由单片机控制的信号经 d/a 转换后， 通过检测电路判断是否短路，若短路则启动中断保护，否则，实现稳压输出。 主流程图如图 3-1 所示： 开始 系统初始化 按键扫描 是否有按键按 下 调用显示处理程序 d/a 转换 y n 图 3-1 主程序流程图 3.2 键盘键盘子程序子程序 如图3-2是键盘子程序框图： 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 18 判断按键 + - 设 置其 它 步进，步减 子程序 设 置子程序 返回 开始 图3-2 键盘子程序框图 3.3 过过流保流保护护程序程序 从数模转换电路转换出的信号，一路经过流检测电路，把检测到的信号， 送入单片机最小系统进行处理，若过流，则蜂鸣器鸣叫。过流保护程序流程图 如图 3-3 所示： 有电流？ 过流？ 蜂鸣处理 n n y y 信号输出 结束 图 3-3 过流保护流程图 第四章 总体调试 19 第四章第四章 总体调试总体调试 4.1 系系统调试统调试 判断单片机芯片及时钟系统是否正常工作有一个简单的方法，就是用万用 表测量单片机晶振引脚（18、19 脚）的对地电压，以正常工作的单片机用数字 万用表测量为例：18 脚对地约 2.24v，19 脚对地约 2.09v。对于怀疑是复位电 路故障而不能正常工作的单片机也可以采用模拟复位的方法来判断，单片机正 常工作时第 9 脚对地电压为 0v，可以用导线短时间和+5v 连接一下，模拟上电 复位，如果上电复位，单片机能正常工作，说明这个复位电路没有问题。 电源部分调试：先断开所有除输入电源以外的其他电源接入线，在外部电 源输入部分加入20v 的电压，通过 l7815 的 1 脚，和 l7915 的 2 脚，后用万 用表测量 l7815 的 3 脚为+15v，l7915 的 3 脚为-15v，l7805 的 3 脚为+5v， 同时测试单片机、da0832 和放大器等底座接口供电，电源部分正常。 调试数码管显示：编制简单的显示小程序验证正常。 按键测试：用程序验证。 dac 测试：调 iout1/iout2 的整基准电压使输入 255v 时输出电压 7.5v。用 软件测试输出。 硬件调试：首先检查整个电路，电路连接完好，没有明显的错连，漏连。 接上电源，电源指示灯亮，数码管显示初始电压值5v，用万用表的两只表笔 测试 lm7805 的输出电压为 4.96v。当按下 s1 键一次，数码显示电压值变为 4.9v，万用表读数变为 4.85v。再按下 s2 键一次，数码显示电压值变为 5.0v， 万用表读数再次变为 4.96v。 4.2 系系统测试统测试 通过改变显示电压值，用万用表测得几组输出电压数据见表4-1： 表4-1电压调试所测数据对比分析表 单位：v 预设电路0.01.03.05.08.810.0 实际电压0.010.961.161.351.453.014.968.759.92 误差0.010.040.040.050.050.010.040.050.08 系统平均误差d0.41v。 误差原因分析： （1）工作电源不够稳定，不能为数字集成块提供精确工作电压。 （2）电路参数设定不够精确。 （3）提供给d/a转换的参考电压不够精确，使得转换过程存在误差。 （4）单片机的p0口传输给d/a转换的数据不够准确，使得输出出现误差。 （5）系统缺少电压电流采样电路。 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 20 从电路的原理框图可以看出，系统的误差主要是 dac0832 的量化误差， dac0832 为 8 位 d/a 转换器，满量程为 10v 的量化误差为 0.5lmbs20mv。按满度归一化的相对误差为0.2%，放大器放大的线性 失真引起的误差，以及经过零点的调零误差，基准电压温漂引入的误差。 第五章 总结与展望 21 第五章第五章 总结与展望总结与展望 在本次设计的过程中，我发现很多的问题，给我的感觉就是很难，很不顺 手，看似很简单的电路，要动手把它给设计出来，是很难的一件事，主要原因 是我们没有经常动手设计过电路，还有资料的查找也是一大难题，这就要求我 们在以后的学习中，应该注意到这一点。更重要的是我们要学会把从书本中学 到的知识和实际的电路联系起来，这不论是对我们以后的就业还是学习，都会 起很大的促进和帮助。同时，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。通 过使用电路 cad 软件、protel99se , 也让我们了解到计算机辅助设计(cad)的智 能化，有利于提高工作效率。 本设计以单片机为核心设计一种智能稳压电源，输出电压采用数字显示， 输人采用键盘方式，电源的外表美观，操作使用方便，具有较高的使用价值。 通过所学模拟电子技术、数字电子技术和单片机等基础课程的知识，使我们深 刻的体会到理论联系实践，指导实践和服务于实践的内涵。只有掌握基础知识， 才能真正灵活的应用于实践。虽然理论设计能实现的电路原理，但实际调试运 行时不一定行得通。 忙忙碌碌了好长一段时间，终于把毕业设计给搞好了。这毕竟是我们三年 学习的知识的一次总体展示，同时这也是一次学习的过程。这次毕业设计的制 作，我们查阅了大量的资料，了解到当前最新的电源技术和发展方向，激发我 们进一步深入学习和研究。其实我们学生真应该多去电子市场逛逛，了解了解 电子器件，对于我们的学习和生活有很大的帮助。对于设计的过程，我再一次 明白了各部分电路的作用以及如何实现它的作用的，各种元器件的参数设置也 相当的重要。设计是基本都达到了预期的效果，但由于自己能力的关系，总觉 得有些不尽如人意，数据不是很详细、精确等等。 感谢各位老师和同学们的帮助！ 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 22 致 谢 23 致致 谢谢 在论文完成之际，我首先向关心帮助和指导我的指导老师徐建丽老师表示 衷心的感谢！ 本次关于数控直流稳压电源的设计是在徐老师以及其他辅导老师的精心指 导下，和同组内其他同学的共同交流下才得以顺利完成。这次毕业设计，既锻 炼了我们的实际操作能力，又使理论知识得以加强和升华，激发了创新意识。 在论文工作中，遇到了好多的问题，一直得到徐老师的亲切关怀和悉心指导， 使我在困难面前没有被打败，勇敢的面对，徐老师以其渊博的学识、严谨的治 学态度、求实的工作作风和她敏捷的思维给我留下了深刻的印象，再一次向她 表示衷心的感谢，感谢她为学生营造的浓郁学术氛围! 值此论文完成之际，谨向 徐建丽老师致以最崇高的谢意! 在学校的学习生活即将结束，回顾两年多来的学习经历，面对现在的收获， 我感到无限欣慰。为此，我向热心帮助过我的所有老师和同学表示由衷的感谢! 特别感谢我的同学和老师对我的学习和生活所提供的大力支持和关心，还要感 谢一直关心帮助我成长的室友！ 再次感谢老师和同学们各帮助！ 最后，衷心地感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位专家、教授! 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 24 参考文献 25 参考文献参考文献 1.刘华毅,李霞,徐景德;基于单片机的宽带范围连续可调直流稳压电源j.电力电 子技术,2001 2.蔡明生.电子设计m.北京:高等教育教育出版社,2004 3.何希才.新型集成电路及其应用m.北京：科技出版社,2003 4.高鹏,安涛等编著.protel99 入门与提高m.北京:人民邮电出版社,2003 5.余家春编著.protel99se 电路设计实用教程m.北京:中国铁道出版社,2003 6.张志良.单片机原理与控制技术m.北京:机械工业出版社,2005 7.戴士弘.模拟电子技术试验m.北京:电子工业出版社,1999 8.梁廷贵.现代集成电路使用手册m.北京:科学技术文献出版社,2003 9.段九州.电源电路实用设计手册m.沈阳:辽宁科学技术出版社,2002 10. 徐仁贵.微型计算机接口技术及应用m.北京:机械工业出版社,1999 11. 何立民.单片机应用技术选编(1)m.北京:北京航空航天大学出社,1993 12. 何小艇.电子系统设计m.杭州:浙江大学出版社,2000 13. 董儒胥.电工电子实训m.北京:高等教育出版社,2003 14. 江晓安:董秀峰.数字电子技术m.西安:西安电子科技大学出版社,2000 15. 闫石.数字电子电路m.北京:中央广播电视大学出版社,1993 16. 张友德.单片微型机原理、应用与实验m.上海:复旦大学出版社,1992 17. 杨文龙.单片机原理与应用m. 西安:西安电子科