毕业设计（论文）-数控直流稳压电源的设计.pdf

陕西理工学院毕业设计 数控直流电源的设计 作者：王蕾 （陕西理工学院电子信息科学与技术专业 1202 班,陕西 汉中 723000） 指导老师：张政才 摘要本设计介绍了数控直流稳压电源的设计过程，系统以STC89C51 为控制核心，包含DAC0808 转换器件 和LM317 三端稳压块，实现了电压的连续可调，并通过LED数码管显示相应的电压值。系统由初步整流稳压部分、 单片机控制部分、DAC、稳压部分和显示部分组成。该稳压电源可步进调节、实时显示，弥补了传统稳压电源的不 足。 关键词单片机，稳压电源，连续步进可调，DAC Design Of Numerical Control DC Power Supply Author：Wang Lei (Grade12,Class2,Major Electronic Information Science and Technology,Shannxi University of Technology,Hanzhong,723000，Shaanxi) Tutor :Zhang Zhengcai Abstract: :The design introduced the process of NC DC power supply , system block STC89C51 is the core of control， containing DAC0808 conversion devices and LM317 three terminal regulator block to achieve a continuously adjustable voltage, and displayed the corresponding voltage value by LED digital tube . Primary system consists of rectifier regulator part, microprocessor control section, DAC, the regulation portion and a display portion. The power supply can adjust step by step , real-time display, which make up for the shortcomings of traditional regulated power supply. Keywords: :MCU, Regulated Power Supply, Stepping and adjustable row,DAC 陕西理工学院毕业设计 目 录 1 研究目的、意义及发展方向.1 2 系统设计方案.2 2.1 常用稳压电源设计.2 2.1.1 基本原理.2 2.1.2 常用设计的方案.2 2.2 基于单片机的稳压电源系统设计.4 2.2.1 按键控制模块.4 2.2.2 D/A 数字模拟转换模块.5 2.2.3 输出稳压模块.5 2.2.4 显示模块.5 2.2.5 电源模块.5 3 主要器件介绍.5 3.1 STC89C51 简介.5 3.2DAC0808 工作原理.7 3.3 数码管显示原理.7 3.3.1 数码管结构.7 3.3.2 数码管工作原理.7 3.3.3 数码管字形编码.8 3.3.4 LED 数码管驱动. 8 4 硬件电路分析.8 陕西理工学院毕业设计 4.1 整流滤波、初步稳压.8 4.2 STC89C51 主控部分.9 4.3 数模转换 DAC0808.10 4.4 输出部分.10 4.5 显示电路.10 5 软件设计. 11 5.1 开发工具介绍.11 5.2 软件流程图.11 6 数据测试与结果分析. 12 结束语.12 致谢.12 参考文献.13 附录 A 系统源程序.14 附录 B 系统电路原理图.16 附录 C 系统 PCB 图.17 附录 D 实物图. 18 陕西理工学院毕业设计 第 1 页 共 18 页 1 研究目的、意义及发展方向 在当代科技与经济快速发展的过程中，电源起到了关键的作用。尤其是数控电源技术是门实践 性很强的工程技术，它服务于各行各业，电力电子技术是电能的最佳应用技术之一。当今电源技术 包含了电气、电子、系统集成、控制理论、等许多学科领域。伴随着计算机与通讯技术发展而来的 信息技术革命，为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。普通电 源工作时所产生的误差，明显地影响了整个系统的精确度，在使用的时候可能造成很多不良后果， 随着数控电源在电子领域的普遍使用，由电源引起的故障大大的降低了，因此电源数字化控制将会 是人们追求的目标之一，它给人带来的方便也是不可否定的。其中，数控直流电源就是一个典型例 子，人们对它的要求也越来越高，要想为现代人的工作、科研、生活提供更好的、更方便的设施就 要从数字电子技术入手，一切向数字化、智能化的方向发展。 采用单片机的数字可调稳压电源价格低廉采用普遍使用的元件就能实现其功能， 显示清晰直 观，传统的模拟可调稳压电源没有读数，在读数过程中很不方便，并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用先进的数显技术，使测量结果一目了然，只要仪表不发生跳数 现象，测量结果就是唯一的，不仅保证读数的客观性与准确性，还符合人们的读数习惯，能缩短 读数和记录的时间。模拟可调稳压电源大多是通过调节电位器的阻值改变输出直流电压，电位器 特别容易磨损，使用一段时间后就会出现接触不良，引起输出电压不稳定。数字可调稳压电源是 通过接触按钮以步进方式选取不同的输出电压，再有数码管显示输出电压机器工作状态，工作稳 定可靠。 采用单片机的数字可调稳压电源， 它具有输出电压容易改变、 价格低廉、 显示清晰直观、 准确度高、扩展能力强等特点1。 在研制高精度、高性能、多功能的测量控制仪表时，几乎都会考虑到采用微处理器的。以微处 理器为主体代替传统仪器仪表的常规电子线路，将计算机技术与测量控制技术相结合在一起，组成 新一代的“智能化测量控制仪表”。智能化仪器解决了许多传统仪表不能或不易解决的难题，同时还 能简化系统的电路，提高系统的可靠性，加快产品的开发速度。直流稳压电源一方面为仪器仪表提 供电能量，是仪器仪表的“动力源”；另一面它本身就是仪器仪表。因此，它很有可能而且应当智能 化。具体地说来，智能化的直流稳压电源电源应当具有以下功能特点: 操作自动化；具有自检测功能；具有友好的人机对话能力；网络管理能力2。 电力电子技术已发展成为一门完整的、自成体系的高科技技术。电源技术属于电力电子技术的 范围。电源技术主要是为信息产业服务的，信息技术的发展又对电源技术提出了更高的要求，从而 促进了电源技术的发展，两者相辅相成才有了如今蓬勃发展的信息产业和电源产业。迄今为止，电 源已成为非常重要的基础科技产业，并被广泛的应用于各种行业，从日常的生活到最尖端的科学， 都离不开电源技术的参与和支持，它的发展趋势为高频、高效、高密度化；低压、大电流化和多元 化。同时，封装结构、外形尺寸越来越接近国际的标准化，以便适应全球的一体化市场的要求。 在我国，以电力电子学为核心技术的电源产业，从二十世纪 60 年代中期已经开始形成，到了 90 年代以来，电源产业进入了快速的发展时期。一方面， 电源产业规模的发展在加快；另一方面， 在国家的自然科学基金的资助下或创新意识的指导下，我们国家的电力电子技术的研究从吸收消化 和一般跟踪，发展到前沿跟踪和基础创新，电源产业界涌现了一些技术难度比较大，且具有国际先 进水平的产品，而且，还产生了一大批具有代表性的研究成果和产品。目前，国内还开展了跟踪国 际多方面的前沿性课题的研究和基础创新的研究。但是，我们国家的电源产业与发达国家相比较， 还存在着很大的差距和不足。在电源产品的质量、可靠性、开发投入、生产规模、工艺水平、先进 检测设备、智能化、网络化、持续创新能力等方面的差距为 10-15 年，尤其是在实现直流稳压电源 的智能化、网络化方面的研究不是很多。目前，国内在这两方面研究比较多的大学是成都电子科技 大学和广州华南理工大学， 它主要是利用单片机和可编程系统器件(PSD)来控制开关直流稳压电源或 数字化电压单元达到数控的目的，但是和国外的方法比较起来，效果不是那么的理想，还存在着很 大的差距。国内厂家生产的直流稳压电源，虽然也在向数字化方向发展，但是大多限于对输出显示 陕西理工学院毕业设计 第 2 页 共 18 页 的实现数码显示，或者是实现多组数值的预置。总的来说，国内的直流稳压电源技术在实现智能化 等方面相对是比较落后的。面对激烈的国际竞争，数控直流稳压电源技术是个严重的挑战3。 本此设计论文总体概括了单片机实现数字化可调稳压电源的原理、着重介绍了单片机实现数字 式可调稳压电源的硬件电路设计和软件设计。在各章节中，突出讲述了各功能模块的设计思路，具 体设计情况，以及模块之间的联系。 本此设计主要研究的是数字式可调稳压电源如何实现数控、稳压和电压输出显示等，其中包含 一些必要的硬件设计和软件设计。 2 系统设计方案 本此设计设计的是数控直流稳压电源，它主要是要符合智能化、数字化以及模块化的特点。智 能化是指系统有可编程模块可以对系统进行智能控制。数字化是指系统输出电压通过LED数码管显 示，并且可以通过按键对输出电压进行连续步进数字化调节。模块化是指系统由各个相关模块的组 成，提高了系统的可靠性。 此次毕业设计从开始选题的时候就目的明确，设计课题确定下来以后，通过运用大学四年所学 的专业知识和查阅参考了一系列的资料加以完成。针对本次设计的要求，首先，对整个设计思路进 行了规划。例如：要用到哪些模块，模块之间应该怎样的分布，怎样去协调好这些模块；然后，针 对方案的可行性进行反复的参照与对比，敲定最终的设计方案，在敲定了方案之后，查阅并参考相 关资料进行硬件电路的各个模块的设计，软件模块也要同步进行，经过不断地检测、编译，将正确 的代码烧写入单片机存储单元中，最后进行一次次的调试系统，通过不断的修改来完善本次的课题 设计。 2.1 常用稳压电源设计常用稳压电源设计 2.1.1 基本原理基本原理 直流稳压电源是由电源变压器、整流、滤波和稳压电路四个部分共同组成的，它的原理框图如 下图 2.1 所示。电网供给的交流电压U1(220V,50Hz) 经过电源变压器变压后，得到了符合电路的所 需要的交流电压U2，然后经由整流电路变换成方向不变、大小随着时间变化的脉动电压U3，再用滤 波器滤去其交流分量，这样就可以得到比较平直的直流电压Ui。但是得到的直流输出电压，还是会 随着交流电网的电压的波动或负载的变动而改变的。在对要求是用直流电提供电的较高的场合，还 是会需要使用有稳压电路的电路，这样一来就能够保证输出的直流电压会更加的稳定。 图 2.1 直流稳压电源框图 2.1.2 常用设计的方案常用设计的方案 方案一：采用三端稳压器来实现电路的稳压，电路图如下图 2.2 所示。 陕西理工学院毕业设计 第 3 页 共 18 页 图 2.2 三端稳压器稳压电路 78XX系列集成稳压器的典型应用电路如图 2.2 所示， 这是一个输出电压为正 5V的直流电压的稳 压电源电路。它的工作原理是：假设变压器的输出电压为U2,当变压器副边电压U2 处于正半周并且 数值大于电容两端电压Uc时，二极管D1、D3 导通，电流一路流经负载电阻RL,另一路电容充电。当 U2 的负半周幅值变化到恰好大于Uc时，D2、D4 因加正向电压变为导通状态，U2 再次对C充电，Uc 上升到U2 的峰值后又开始下降；下降到一定数值时D2、D4 变为截止，电容C对负载电阻放电，Uc 按指数规律下降；放电到一定数值时D1、D3 变为导通，重复上述过程。IC采用集成稳压器LM7805， C3、C2 分别为输入端和输出端滤波电容，RL负载电阻为RL。当输出电流较大时，LM7805 应配上 散热板。 方案二：采用LM317 系列可调三端稳压器稳压，电路图如下图 2.3 所示。 图 2.3 可调三段稳压器稳压电路 LM317 是常见的可调集成稳压器，最大的输出电流为 1.5A，输出的电压范围为 1.25V37V。 不过，在使用的时候要注意功耗和散热的问题。LM317 有三个引脚，一个是输入，一个是输出，还 有一个是电压调节。1、3 引脚之间为 1.25V电压基准。为了可以保证稳压器的输出的性能，R1 应小 于或等于 240，改变R2 的电阻值可以调整稳压电压值。输出电压：Uo=(1+R2/R1)*1.25。 方案三：由运放组成的串联型稳压电源，电路图如下图 2.4 所示。 图 2.4 串联型稳压电路 陕西理工学院毕业设计 第 4 页 共 18 页 串联型的稳压电路是由调整管、基准电压电路、取样电路、比较电路等部分组成的。图 2.4 中 Q1、Q2 构成了调整管；控制电压的输入值即为基准电压；R1、R3 组成了取样电路；TL082 当作比 较器。可以通过改变基准电压的电压值来改变输出电压的电压值以达到稳压的作用，该电路引入深 度电压负反馈的方式来稳定输出的电压，具有良好的稳压性能，并且可以进行相应的步进调节。 串联型稳压电路的方框图如图 2.5 示。 输入输出电压关系：Uo=(1+R1/R2)Ui。 图 2.5 串联型稳压电路方框图 方案一与方案二都可以实现稳定的电压的输出，而且，电路的结构都是非常的简单，但是，方 案一的电压的输出比较稳定；方案二既可以实现稳定的电压的输出，又可以使输出的电压进行连续 步进的调节，满足了本次设计的要求。在方案二的设计中用到了运放、单片机、数模转换DAC0808 等电子器件。这些电子器件都需要用到稳定的工作电压，因此经过反复的比较，最终选择了方案一 与方案二相结合的设计方法。采用方案一的设计可以实现本次设计所需要的稳定的工作电压，采用 方案二的设计可以实现本次设计所需要的稳压电源的连续步进可调4。 2.2 基于单片机的稳压电源系统设计基于单片机的稳压电源系统设计 本次设计系统是由各个模块组成的，这些模块组成的系统框图如下图 2.6 所示。 图 2.6 系统框架图 2.2.1 按键控制模块按键控制模块 方案一：采用了矩阵键盘，因为矩阵键盘按键比较多，可以实现输入的电压值的直接输入。 方案二：采用了一般的电平判键按钮，实现的方法非常简单，但是，一个端口最多只能实现 8 个按键。 由于本次设计的数控直流电源，它所需要用到的按键不多，因此，要想实现步进为 0.1V的设计 陕西理工学院毕业设计 第 5 页 共 18 页 要求，只需要用两个按键就可以了，它们分别是一个按键“+”、一个按键“-”。另外，因为电压范围相 对于步进调节的步长来说有点大，所以我另外添加了一个复位按键。3 个按键就可以实现本次的设 计要求，因此本次设计采用的方案是方案二。 2.2.2 D/A数字模拟转换模块数字模拟转换模块 方案一：采用MX7541，MX7541 是高速高精度的 12 位数字/模拟转换器芯片，它的功耗低，而 且它的线性失真可以低达 0.012%，特别适合用于精密模拟数据的获得和控制。 方案二：采用DAC0808，DAC0808 是一种常用的 8 位的数字/模拟转换芯片。 DAC0808 是具有 16 个引脚的双列直插式 8 位D/A转换器件。它的引脚功能分别为：1 脚为空； 2 脚为GND；3 脚为VEE；4 脚为DAC的输出引脚；512 脚为数据的输入引脚；13 脚为VCC；14 脚为基准电压（VREF） ；15 脚为基准电压（VREF） ；16 脚为COMPENSATION。 当数据的输 入量全部都为 0 时，它的 4 脚的输出的电压值最低，几乎接近零；当数据的输入量全部都为 1 时， 它的 4 脚的输出的电压值最高，电压值是由基准电压VREF决定。因此，基准电压的精确度决定了 D/A转换的精确度。 本文所用的基准电压为 15V，而数据的输入量在 00HFFH之间变化，即D/A输出的电压值共有 256 种。从而不难算出本电源的精确度15V2560.05859V0.06V。假设，如果我们想要得到 6V 的直流电压，数据的输入量6V0.06V100，注意，这里的数据 100 是十进制的，但是，单片机 不能够识别出十进制的数据，所以要把十进制的数据转换成为二进制的数据或十六进制的数据（但 转换的时候可以用WINDOWS自带的科学计算器进行） 。 十进制 100 转换成十六进制后为 64H。 只要 给芯片DAC0808 输入 64H，它就可以输出 6V的电压值（注意：理论值和实践值有所出入，当具体 运用时要适当的调节数据的输入量） ，该电压经运放 TL082 之后，再去推动LM317，由LM317 输出 我们所需要的电压值，去实现电压数控调节。本次设计是基于 51 单片机的数控直流电源的设计，8 位的单片机，而且由于MX7541 是 12 位的数字输入的，因此，比须用到锁存器。因为此数控电源要 求单步 0.1V、稳压输出 0V9.9V，DAC0808 完全可以达到，所以选择常用的芯片DAC0808。 2.2.3 输出稳压模块输出稳压模块 采用串联型稳压电路，基本过程：采样电路从输出端采样电压；与DAC模块的输出电压进行比 较，DAC模块的输出电压由单片机所控制，用来作为参考电压较为稳定；进而改变调整管的压降来 改变输出的电压值，以稳定输出电压的电压值。 2.2.4 显示模块显示模块 方案一：选用数码管来显示输出电压，用普通的数码管显示较为简单的数字、符号、字母。 方案二：选用液晶来显示输出电压,显示的内容更加的丰富。 因为设计的要求，本次设计显示的只是最终的电源输出值的十位、个位以及小数点后一位电压 值，所以，只需要显示出 3 个数字，因此数码管更加的实惠，所以本次设计选择了方案一的数码管 作为显示模块。 2.2.5 电源模块电源模块 采用 2.1.2 常用设计方案中的方案一， 使 220V交流电经过降压、 整流以后， 然后经过LM7805C、 LM7815C芯片进行稳压,分别为本次设计系统提供 5V、+15V的工作电压，使单片机芯片、显示模块、 稳压模块、DAC模块等能够进行正常的工作。 3 主要器件介绍主要器件介绍 3.1 STC89C51 简介简介 本次毕业设计设计的是数控直流稳压电源， 它的核心的控制器件选用了STC89C511。 STC89C51 是一种自带 4K字节闪烁的可编程、 可擦除、 只读存储器 （FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能的CMOS8 位微处理器，俗称其为单片机。该控制器件采用了 ATMEL高密度非易失存储器的制造技术制造，与工业标准的MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。由 于将多功能 8 位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，宏晶公司的STC89C51 是一种高效微控制器， 为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性较高并且价廉的方案。它的引脚图如图 3.1。 陕西理工学院毕业设计 第 6 页 共 18 页 图 3.1 STC89C51 芯片引脚图 STC89C51 的主要特性 与MCS-51 兼容 4K字节可编程闪烁存储器 寿命：1000 写/擦循环 数据保留时间：10 年 全静态工作：0Hz-24Hz 三级程序存储器锁定 128*8 位内部RAM 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 主要特性的概述: STC89C51 提供了以下标准功能：4k字节的Flash闪速存储；128 字节的内部RAM；32 个I/O端 口的口线；两个 16 位的定时/计数器；一个 5 向量的两级中断结构；一个全双工的串行通信口；片 内振荡器以及时钟电路。与此同时，STC89C51 还可以降至 0HZ的静态逻辑操作，并且，支持两种 软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但是，允许RAM、定时/计数器、串行通信口 以及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但是，振荡器停止工作并且禁止其它的所有 部件工作直到下一个硬件的复位。 图 3.2DAC0808 原理框图 陕西理工学院毕业设计 第 7 页 共 18 页 3.2DAC0808 工作原理工作原理 数控直流稳压电源的数模转换采用了通用的芯片DAC0808。 DAC0808 的原理框图如图 3.2 所示。 芯片DAC0808 主要由 8 位输入寄存器、 8 位DAC寄存器、 8 位D/A转换器以及输入控制电路四部分组 成。8 位的输入寄存器用于存放主机送来的数字量，使输入的数字量能够得到缓冲和锁存，由此加 以控制；8 位的DAC寄存器用于存放等待转换的数字量，由此加以控制；8 位的D/A转换器输出与数 字量成正比的模拟电流；由与门、非与门组成的输入控制电路来控制 2 个寄存器的选通或锁存状态。 Vcc芯片电源电压,+5V+15V VREF参考电压,-10V+10V RFB反馈电阻引出端, 此端可接运算放大器输出端 AGND模拟信号地 DGND数字信号地 DI7 DI0 数字量输入信号其中:DI0 为最低位，DI7 为最高位。 当WR2 和XFER同时有效时，8 位的DAC寄存器端为高电平“1”，于此同时DAC寄存器的输出端 Q跟随输入端D也就是输入寄存器的Q端的电平变化；反之，当DAC寄存器端为低电平“0”时，第一级 的 8 位输入寄存器Q端的状态则锁存到第二级的 8 位DAC寄存器中，以便于第三级的 8 位DAC转换 器进行D/A的转换。一般的情况下为了能够简化接口电路，使第二级的 8 位DAC寄存器的输入端到 输出端直通，只有把第一级的 8 位输入寄存器置成可选通的、可锁存的单缓冲的输入方式。当然， 在特殊的情况下可以采用双缓冲输入的方式，即把两个寄存器都分别接成受控方式。 3.3 数码管显示原理数码管显示原理 3.3.1 数码管结构数码管结构 输出的电压值采用了 7 段数码馆进行显示。数码管是由 8 个发光的二极管构成的，通过不同的 组合可以用来显示数字 0 9、字符A F、H、L、P、R、U、Y、符号“-”以及小数点“.”。该 7 段数 码管的外型结构如下图 3.4（a）所示。数码管又可以分为共阴极和共阳极两种结构，分别如下图 3.4 （b）和下图 3.4（c）所示。 （a) 外型结构（b）共阴极(c) 共阳极 图 3.4数码管结构 3.3.2 数码管工作原理数码管工作原理 共阳极的数码管的 8 个发光的二极管的阳极（二极管正端）连接在一起，通常公共阳极接高电 平，其它的管脚接段驱动电路的输出端。当某段驱动电路的输出端为低电平时，则该端所连接的字 段导通并且点亮，根据发光的字段的不同组合可以显示出各种的数字，字符或字母。此时，就要求 段驱动电路能够吸收额定的段导通电流，并且，还需要根据外接的电源以及额定的段导通电流来确 定相应的限流电阻。 共阴极的数码管的 8 个发光的二极管的阴极（二极管负端）连接在一起，通常公共阴极接低电 平（一般是接地的） ，其它的管脚接段驱动电路的输出端，当某段驱动电路的输出端为高电平时，则 该端所连接的字段导通并且点亮，根据发光的字段的不同组合可以显示出各种的数字、字符或字母。 陕西理工学院毕业设计 第 8 页 共 18 页 此时，就要求段驱动电路能够提供额定的段导通电流，并且，还需要根据外接的电源以及额定的段 导通电流来确定相应的限流电阻。 3.3.3 数码管字形编码数码管字形编码 要使数码管能够显示出相应的数字、字符或字母，就必须使段数据口输出相应的字形编码。对 照图 3.4（a），字型码得各位定义如下： 数据线D0 与a字段相对应，D1 字段与b字段相对应，依此进行类推。如果使用共阳极的数码管， 数据为 0 时表示相对应的字段亮，数据为 1 时表示相对应的字段暗；如果使用共阴极的数码管，数 据为 0 时表示相对应的字段暗，数据为 1 时表示相对应的字段亮。如果要显示出“0”，共阳极数码管 的字型的编码应该为： 11000000B （即C0H） ； 共阴极数码管的字型的编码应为： 00111111B （即 3FH） 。 依此进行类推就可以求得数码管的字形编码。 3.3.4 LED数码管驱动数码管驱动 设计使用 4 个PNP8550 三极管驱动四位一体共阳极LED数码管，电路如下图 3.5 所示： 图 3.5 LED数码管 4 硬件电路分析硬件电路分析 4.1 整流滤波、初步稳压整流滤波、初步稳压 整流的作用就是把交流电变成脉动的直流电的过程，整流的基本器件是二极管，利用二极管的 单向导电性就可以把交流电转换成脉动的直流电，桥式整流电路图如下图 4.1 所示5。 图 4.1 滤波电路图 滤波的作用就是为了降低输出电压的脉动成分，以便得到较为平滑的直流电源，常用的滤波电 路有电容滤波、RC（LC）型滤波等滤波形式。电容是一个能储存电荷的元件。有了电荷，电容的 两极板之间就有了电压Uc=Q/C。在电容量保持不变的时候，要想改变电容两端的电压，就必须改变 电容两端的电荷，而电荷的改变速度，由充放电的时间常数来决定。时间常数越大，电荷改变得就 陕西理工学院毕业设计 第 9 页 共 18 页 越慢，那么，电压变化的也越慢，也就是说交流分量就越小，因此就“滤除”了交流分量，经过滤波 以后，输出电压的纹波减小，直流成分就会得到提高。 固定三端稳压器稳压电路图如下图 4.2 所示，在输入端与公共端之间、输出端与公共端之间分 别接了电容,以便来防止产生自激振荡。 图 4.2 三端稳压电路 4.2 STC89C51 主控部分主控部分 本次设计系统的控制核心是单片机STC89C51， 其主要的作用是通过控制数摸转换的方式来实现 对数控直流电源的调节，并且达到控制显示电路的效果，电路图如下图 4.3 所示6。 图 4.3 STC89C51 主控电路 主控电路中包括了STC89C51 工作的基本电路，他们分别是复位电路和晶振电路。当然除此之 外还有两个按键，分别是S1 键和S2 键。这两个按键的作用是控制输出电压的增加与减小，进而进行 数控直流电源的步进调节。 陕西理工学院毕业设计 第 10 页 共 18 页 4.3 数模转换数模转换DAC0808 本次设计的整个系统的纽带是DAC模块，它连接着控制和稳压两个部分，电路图如下图 4.4 所 示。 图 4.4 数模转换电路 该数模转换电路的输出方式是采用了DAC0808 单极性输出方式，输出Vo=-B*Vref/256，其中B 的值为D0D7 组成的 8 位的二进制数据，它的取值范围为 0-255。Vref是参考电压，该电压V由电阻 分压所得到，通过调节可变电阻后就可以得到改变的参考电压Vref。 4.4 输出部分输出部分 本次设计的系统的实现核心是输出部分，LM317 模块输出的信号决定了最终的输出电压，电路 图如下图 4.5 所示7。 图 4.5 输出电路 4.5 显示电路显示电路 显示电路是对本次设计系统输出电压进行的实时显示，显示电路使得整个系统更加的合理化， 由于只是显示出输出的电压，所以显示器件采用了数码管，数码管使用三极管驱动，如下图 4.6 示。 陕西理工学院毕业设计 第 11 页 共 18 页 图 4.6 数码管显示电路 5软件设计软件设计 5.1 开发工具介绍开发工具介绍 单片机的用途除了使用硬件以外，同样也要有软件的使用。在写汇编程序编程CPU可执行的机 器码有两种方法：一种是通过手工汇编，另一种是通过机器汇编。机器汇编通过汇编软件变为机器 码，用于MCS-51 单片机的汇编软件有早期的A51，伴随着单片机的开发技术的不断发展，从使用普 通汇编语言到使用高级语言的不断发展过程中， Keil是目前最流行的开发MCS-51 系列单片机的软件。 Keil C51 可编译汇编语言和C语言两种编程语言，界面友好。Keil是美国keil software公司出品的 51 系列兼容单片机C语言开发系统。 Keil C51 软件提供了丰富的库，与汇编语言相比，C语言在功能上、结构上、可读性、可维护性 上有着明显的优势，因而容易学习和应用，是函数功能强大的集成开发的调试工具，全Windows界 面。另外重要的一点是只要看一下编译后产生的汇编代码，就能体会到Keil C51 生成的目标代码效 率是非常之高的，多数语句生成的汇编代码都很紧凑，容易理解，在开发大型软件的时候更能体现 出高级语言的优势。 5.2 软件流程图软件流程图 图 5.1（a）图 5.1（b） 图 5.1系统软件流程图 陕西理工学院毕业设计 第 12 页 共 18 页 系统软件的流程图直观地描述了如何去实现对系统输出电压的调节。首先对系统的输出电压进 行初始化， 然后通过判断按键是“+”键或是按键“-”键对系统的输出电压进行相应的调节， 并且保证输 出电压不超出设定的范围，具体的调节过程如图 5.1（a）与 5.1（b）所示8-10。 6 数据测试与结果分析数据测试与结果分析 数据测试主要是测试输出电压值与设定值之间的误差。测试数据如表 6.1。 表 6.1测试数据 从表6.1中的数据可以看出第7组以后输出电压值与显示值之间误差较大， 显示电压在0V4.5V 时输出电压误差不大。但是随着电压的增加输出电压与显示电压的误差逐渐的增加，可能是随着时 间的增加电阻的阻值因发热变大，导致了输出电压的变小。 结束语 此次毕业设计，从一开始接到任务书到最后完成整个系统的设计，总体上按要求完成了毕业设 计的工作。尽管设计的过程是十分繁琐的、枯燥的，但是当领悟到一个个知识点，将所发现的问题 一一解决的时候，就会有无比的成就感，让自己更加有信心的坚持下去。在这一方面，我也认识到 要想做成一件事是不容易的，当中必定有很多的阻力，但是我们一定要有恒心，细心地认真地找出 问题的所在，再一点一点去解决它，这样就会到达成功的彼岸。 该设计采用的是闭环反馈调整的方法， 设计出了实用的数控直流电源， 其电压输出的级数与D/A 的位数有着紧密的关系，本次毕业设计采用了 8 位的D/A，如果采用 12 位或 16 位的D/A转换器进行 相应的闭环调整，数控直流电源的精度将会进一步得到提高。由于该数控直流电源在结合了串联型 稳压电源优点的基础上还加入了单片机的控制，不仅小巧、轻便、输出特性良好而且还操作简单， 具有控制智能化等许多特点。因此，该电源十分适用于各种科学实验与小功率的电子设备中，相信 会有很好的应用前景。 致谢 本文是在老师的指导下完成的，在设计完成之际，首先向我的指导老师表示衷心的感谢，同时 也要对几位同学表示诚挚的感谢，他们在我的毕业设计过程中各个方面都给予了我悉心帮助，例如 原理图设计、电路仿真、PCB设计、论文编写等方面都给予了我不少帮助。在整个毕设过程中几位 师傅渊博的知识、创新思维的方式、缜密的逻辑推理、认真的工作态度给我留下了深刻的印象，必 将在我的人生道路上产生深远的影响，值得我一生去学习。 同样要感谢学院领导和电子系各位老师，感谢您们在这次毕业设计课题研究中给与我课题上的 许多帮助，使我的设计思路渐渐清晰，能顺利的完成。 最后对各位老师仔细审阅我的设计论文表示感谢，期盼给予批评指正。 陕西理工学院毕业设计 第 13 页 共 18 页 参考文献 1杨长春.论数字技术J.电子报合订版.成都：科学技术出版社，2012.12. 2Power Integration.Inc.Notional semiconductor datasheets R.2000. 3Jun-Lian Zhang and Jian-Xun Jin.Analysis of DC Power Transmission Using High T_C Superconducting CablesJ.Journal of Electronic Science and Technology of China,2008. 4童诗白,华成英.模拟电子技术基础M. 北京：高等教育出版社,2001，523545. 5童诗白,华成英.模拟电子技术基础M. 北京：高等教育出版社,2001，200215. 6范立南.单片微型计算机控制系统设计M . 北京:人民邮电出版社,2004，28142. 7蔡明生.电子设计M . 北京:高等教育教育出版社,2004，57214. 8赵文博,刘文涛.单片机程序设计M. 北京：人民邮电出版社,2005，25215. 9谭浩强,张基温,唐永炎.C语言程序设计教程M. 北京：高等教育出版社,1992，163198. 10陈小忠，黄宁，赵小侠.单片机接口技术实用子程序.北京:人民邮电出版社,2004，405412. 陕西理工学院毕业设计 第 14 页 共 18 页 附录A 系统源程序 #include /通用 52 单片机头文件 #define uchar unsigned char sbit RESET=P33;/DA 转换数值复位端口位定义 sbit keyup=P34;/步进加端口位定义 sbit keydown=P35;/步进减端口位定义 sbit LEDwei1=P27;/低位数码管位选 sbit LEDwei2=P26;/高位数码管位选 #define duan P0/段选宏定义 void delay(int);/延时函数声明 void display(uchar);/显示函数声明 uchar code LEDcode=0 xc0,0 xf9,0 xa4,0 xb0,0 x99, 0 x92,0 x82,0 xF8,0 x80,0 x90,0 x8e;/共阳数码管 0-9 和 F（为段选所用） uchar code byte= 0 x00,0 x02,0 x04,0 x06,0 x08,0 x0a,0 x0c,0 x0e,0 x10,0 x12,0 x14,0 x16,0 x18,0 x1a,0 x1c,0 x1e, 0 x20,0 x22,0 x24,0 x26,0 x28,0 x2a,0 x2c,0 x2e,0 x30,0 x32,0 x34,0 x36,0 x38,0 x3a,0 x3c,0 x3e, 0 x40,0 x42,0 x44,0 x46,0 x48,0 x4a,0 x4c,0 x4e,0 x50,0 x52,0 x54,0 x56,0 x58,0 x5a,0 x5c,0 x5e, 0 x60,0 x62,0 x64,0 x66,0 x68,0 x6a,0 x6c,0 x6e,0 x70,0 x72,0 x74,0 x76,0 x78,0 x7a,0 x7c,0 x7e, 0 x80,0 x82,0 x84,0 x86,0 x88,0 x8a,0 x8c,0 x8e,0 x90,0 x92,0 x94,0 x96,0 x98,0 x9a,0 x9c,0 x9e, 0 xa0,0 xa2,0 xa4,0 xa6,