基于51的多功能直流稳压电源.doc

摘要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。普通直流稳压电源品种很多但均存在以下问题：输出电压是通过粗调（波段开关)及细调(电位器)来调节。本设计是一种可预置输出，步进调整，数字显示的数控直流电流源。是以AT89C51为核心设计而成，经仿真，其步进为7mA。系统具有功耗低、性能可靠、结构简单等优点。关键字：数控，直流源，步进数控直流电流源的设计与实现设计者：杨柳 班级：电信0902 学号：01209093102041、引言直流稳压电源是电子技术常用的设备之一，广泛的应用于教学、科研等领域。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。普通直流稳压电源品种很多但均存在以下问题：输出电压是通过粗调（波段开关)及细调(电位器)来调节。这样，当输出电压需要精确输出，或需要在一个小范围内改变时（如 1.02103V)，困难就较大。那么直流稳压电流源就是在直流稳压电压源的基础上进行适当改造，不但继承了稳压源的优点，还有自己独特的方面。2、系统硬件设计2.1、系统总体框图本系统是以AT89C51 单片机为核心控制器，具有电压可预置、可步进调整、输出的电流信号和预置的电流信号可同时显示的数控直流电源。系统由AT89C51 控制电路、键盘电路、电源电路、D/A 电路、功放电路、稳压输出电路、电压转换电流电路、LED 显示电路八部分组成。系统通过“开关”、“+”、“-”三个按键来控制预置电流的升降，并通过数码管显示。AT89C51 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LM358 转换、三极管放大、RC 网络滤波，最终稳定。同时由LED 数码管显示输出电流；由数字万用表测量实测值。另外，单片机送出来的是数字信号，经过DA电路后转换成电压模拟信号，然后需要经过一个电压电流转换器，将电压转换成对应的电流，从而成为一个数控直流电流源。系统的硬件原理框图如图1所示，89c51最小系统“+” “-”按键预置电流显示电源电路DAC0808电流源图12.2、数控部分（用proteus与keil结合仿真）主要由AT89C51 最小系统控制，它要完成键盘控制、预置电压显示控制等功能，由键盘和数码管（由于proteus中没有三位连一起的数码管，所以仿真采用了4位的）共同来完成数控部分。即上电之后，数码管首先显示0，然后按键“+”，并用万用表测输出端电流大小，数码管所显示的应与万用表读数一致，同理按键“-”也是如此。复位按键按下去后，数码管清零，输出端电流也为0。单片机的最小系统应该包括晶振电路和复位电路，晶振电路是单片机的心脏，只有合适的晶振才能使单片机起振并正常工作。复位电路可以使单片机恢复的上电之后的初始状态，以方便测试。独立键盘是单片机的一个输入，而数码管是单片机的一个输出，输入与输出之间通过单片机内部电路和C程序联系起来，从而达到按键与数码管显示同步，即数控的目的。Proteus是一款强大的单片机仿真软件，其含有丰富的IC库和MCU库，含有单片机所有的输入硬件与输出硬件，只要是正确的电路和正确的程序，都可以仿真出来所需要的结果。数控部分电路如图2所示，图2单片机P2口接共阴数码管的8段（包含小数点）；P10、P11、P12接数码管的位选，分别控制对应的数码管亮或者灭；P002口分别接三个按键，KEY1按键控制复位，KEY2按键控制加，KEY3按键控制减。需要注意的是P0口在接的时候必须接上拉电阻，大小1-10K均可以，此处接为1K，上拉电阻接Vcc，三个按键接地。2.3、电源部分电源部分输入220V、50Hz 交流电，输出全机所需的三种电压：+5V、+12V、-12V。其中+5V用来给单片机供电以及DA芯片供电；正负12V用来给运放供电。2.3.1、+5V电源（用multisim仿真）+5V电源电路图如图3所示图3图中，XFG1是信号发生器，应设置为220V，50HZ的交流电（峰峰值为380V），如图4图4图4经过变压器后，变为约9V的交流电，而后经过一个全桥整流，交流电变为脉冲直流。在进入三端稳压器LM7805之前，经过极性电容C1，其作用仍是将交流电变为直流电，然后经过三端稳压器变为直流电压，输出端接了电容C2，用以改善负载的瞬态响应，消除电路的高频噪声，同时也具有消振作用，由于C2较大（110uF），其优点是可以提高稳压电源的脉冲响应，输出较大的脉冲电流。其仿真结果如图5图52.3.2、正负12V电源电路图如图6，图6该图是产生正负12V双电源的电路原理图，采用的是LM7812和LM7912的集成稳压芯片组成的具有同时输出正负12V的稳压电路。该电路对称性好，温度特性也近似一致。电源输出端接有保护二极管D1和D2.如果不接保护二极管，LM7812输出电压通过负载加到7912的输出端，必将7912烧毁。在正常工作情况下，D1和D2均处于截止状态，不影响电路的工作。 其仿真过程和情况与上述5V的大致一样，这里不再赘述。2.4、输出电流源2.4.1、输出电压源由单片机送出来的数字信号经过DA芯片转好之后成为模拟信号，然后经过一个运算放大器放大为电压信号，这部分电路图如图7所示图7其中，A1-A8是数据的输入端，V0是输出电压端。对于DAC0808这个芯片来说，V0=VREF（A1/2+A2/4+A8/256），此处VREF采用正负12V电源中的正12V电源即可。因此V0最大输出电压约为12V。2.4.2、电压源转换成为电流源电路如图8图8由图可见，电路中的主要元件为一运算放大器LM358和三极管及其他辅助元件构成，V0为偏置电压，Vin为输入电压即待转换电压，R 为负载电阻。其中运算放大器起比较器作用，将正相端电压输入信号与反相端电压V-进行比较，经运算放大器放大后再经三极管放大，射级电流Ie作用在电位器Rw上，由运放性质可知：V-= IeRw= (1+ k)IbRw (k为BG9013的放大倍数) 流经负荷R 的电流Io即集电极电流等于kIb。令R1=R2，则有V0+Vm= V+= V-= (1+k)IbRw= (1+1/k)IoRw，其中k1，所以Io (Vo+Vin)/Rw。 由上述分析可见，输出电流Io的大小在偏置电压和反馈电阻Rw为定值时，与输入电压Vin成正比，而与负载电阻R 的大小无关，说明了电路良好的恒流性能。改变V0的大小，可在Vin=0时改变Io的输出。在V0一定时改变Rw的大小，可以改变Vin与Io的比例关系。由Io(V0+Vi)/Rw 关系式也可以看出，当确定了Vin 和Io之间的比例关系后，即可方便地确定偏置电压V0和反馈电阻Rw。例如将05V 电压转换成05mA的电流信号，可令V0=0，Rw=1k，其中Vo=0相当于将其直接接地。若将05V电压信号转换成15mA电流信号，则可确定V0=1.25V，Rw=1.25k。同样若将420mA 电流信号转换成15mA电流信号，只需先将420mA转换成电压即可按上述关系确定V0和Rw的参数大小，其他转换可依次类推。对于DA送出来的电压，变化范围是0-12V，即Vin=0-12要转换成200mA-2000mA的电流，则应该满足：0.2A=V0/RW;2A=(V0+12)/RW;可解得V0=4/3V，RW=20/3。DA的步进为12/256=0.046875V,所以电流步进为0.046875/RW=7.03125mA,满足小于等于10mA的要求。3、系统软件设计本设计采用C语言编程，方便简洁。并且与keil和proteus结合进行仿真，快速方便，主程序流程图如入9。图9本设计编写的C程序如下：#include#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit k1=P00;sbit k2=P01;sbit k3=P02;sbit LS138A = P10; sbit LS138B = P11;sbit LS138C = P12;uint shu=0; uchar code table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;uchar LedOut3;uchar temp=0; void delay(unsigned char i) char j; for(i;i0;i-) for(j=200;j0;j-);void keyscan() int m=0; while(k2=0) shu=shu+2; if(k2=0)while(!k2); delay(5); while(!k2);temp+;LedOut0=tabletemp%10;LedOut1=tabletemp%100/10|0x80;LedOut2=tabletemp/100; for(m=0;m3;m+)P2=LedOutm;switch(m) case 0:LS138A=1; LS138B=0;LS138C=0; break; case 1:LS138A=0; LS138B=1;LS138C=0; break; case 2:LS138A=0; LS138B=0;LS138C=1; break; delay(100); while(k3=0) shu=shu-2; if(k3=0) while(!k3); delay(5); while(!k3);temp-=1200/256;LedOut0=tabletemp%10 ;LedOut1=tabletemp%100/10|0x80;LedOut2=tabletemp/100; for(m=0;m3;m+)P2=LedOutm