简易数字编程稳压电源.doc

课程设计题目 简易数字编程稳压电源 二级学院 专 业 班 级 学生姓名 学号 指导教师 考核项目设计50分平时成绩20分答辩30分设计质量20分创新设计15分报告质量15分熟练程度20分个人素质10分得分总分考核等级教师签名关键词：AT89C51，接口电路，键盘，数模转换器，直流稳压，摘 要：本次设计是数控直流稳压电源，实现电压在312V之间可调，步进0.1的功能。整个设计方案系统包括键盘/显示器及接口电路、单片机与D/A转换电路、输出放大电路、采样显示电路、供电电源电路几个部分。设计以AT89C51单片机和数模转换DAC0832芯片为控制核心。总体概括了单片机实现数字式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。目录一、概述 1.1简易数字编程稳压电源的研究背景及意义4 1.2 个人所做工作4 1.3系统的主要功能4二、硬件电路的设计及描述 2.1设计方案的选择及思想52.2所用核心芯片原理及应用6 2.3 电路原理图及各模块说明10 2.4 元件清单列表12三、软件设计流程及描述 3.1系统软件流程图及描述133.2源程序代码及描述14四系统测试与分析20五、总结21参考文献一、概述1.1简易数字编程稳压电源研究背景及意义随着对系统更高效率和更低功效的需求，电信与数据通讯设备的技术更新推动电源行业中直直电源转换器向更高灵活性和智能化方向发展。整流系统由以前的分立元件和集成电路控制发展为微机控制，从而使直流电源智能化。在当代科技与经济高速发展的过程中，电源起到关键性的作用。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一3。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，因此电源的数字化控制无疑是人们追求的目标之一,它所给人带来的方便也是不可否定的,其中数控直流稳压电源就是一个很好的典型例子,人们对它的要求也越来越高,要想为现代人工作、科研，生活、提供更好的，更方便的设施就需要从数字电子技术入手，一切向数字化，智能化方向发展。本设计采用单片机和其它元器件及外围电路，开发一个简易可编程可调稳压电源。能够设定输出电压值、电压值输出显示、存储等功能。通过此系统的设计，让开发者更深刻的掌握单片机基本原理，并熟悉一些外围电路的扩展，以及进一步提高C语言的硬件编程能力。1.2 个人所做工作针对题目的要求，我们团队首先对整个设计思路进行规划，例如：要用到什么模块，模块应该怎样分布，怎么协调好这些模块。然后针对方案的可行性进行反复的参照对比，敲定最终设计方案，在敲定方案之后，查阅参考相关资料进行硬件电路的各个模块的设计，同时软件模块也同步进行，经过不断的检测，编译，将正确的代码下载到硬件电路中，最后一次次的调试系统，通过不断的修改来完善系统。其中我负责查找资料以及设计方案和仿真系统。1.3系统的主要功能（1）、利用DA转换芯片输出可控的312V电压信号。（2）、可设定输出电压信号值并用数码管显示出来。（3）、输出电压调节，可实现步进0.1V。二、硬件电路的设计及描述2.1方案的选择及设计思想（1）方案选择。方案一：数控部分用单片机带动数模转换芯片提供线性稳压电压的参考电压。优点：对于单片机，系统工作在开环状态，对数模转换的精度要求较高，设计成本低。缺点：功耗较大，LED数码管输出显示不是系统的精确输出电压，须对它进行软件补偿。方案二：数控部分用AVR单片机的PWM组成开关电源，再利用AVR的AD转换对输出电压进行实时转换，利用软件进行电压调整以达到稳压4。系统框图如图2.1 AVR单片机A/D PWMPWM开关管波动电压稳定电压采样图2.1 方案二框图优点：硬件简单，稳压的大部分工作由软件完成，对单片机的运行速度要求很高，利用手头的ATmaga16L单片机最高8MHz工作频率很难达到速度要求。对软件要求较高，功耗小。缺点：输出纹波电压较大，对硬件的要求很高。经比较方案一和方案二，方案一满足本次课程设计要求，并且实现相对方案二简单和更容易实现，软件要求也相对低一些，所以选用方案一。（2）设计思想以AT89C51为核心的单片机控制，通过编程，并通过按键来进行数据的改变，并通过P2口将数据传给DA0832芯片输出电流信号，再通过LM324芯片将电流转换称电压并放大再经过滤波作为LM317的基准电压实现可调的稳压直流电源复杂，同时单片机P0口输出相应代码使数码显示相应的电流值。设计的关键调好DA0832的基准电压，作品的精度就能过实现。2.2所用核心芯片原理及应用1.AT89C51管脚图及使用介绍 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。当P1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：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，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。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。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。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，如下表所示：口管脚 备选功能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）P3.5 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。 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。 /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。振荡器特性： XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。芯片擦除： 整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。为了您的安全，请只打开来源可靠的网址 打开网站取消2 DAC0832管脚图及使用介绍AC0832由两个寄存器和一个8位D/A转换器组成，它的引脚功能如下：1、Vcc：芯片电源电压, +5V+15V；2、VREF：参考电压, -10V+10V ；3、RFB：反馈电阻引出端, 此端可接运算放大器输出端；4、AGND/DGND：模拟信号地/数字信号地；5、DI7 DI0：数字量输入信号；6、ILE：输入锁存允许信号, 高电平有效；7、CS：片选信号, 低电平有效；8、WR1：写信号1，低电平有效；9、WR2：写信号2，低电平有效；10、XFER：转移控制信号，低电平有效；11、IOUT1、IOUT2：电流输出引脚。DAC0832属电流输出型，两输出电流之和是常数。当要得到与输入数字成正比的电压，可把此两引脚输出的电流信号转换为电压形式。 DAC0832的工作方式有三种：1、直通方式：/LE1和/LE2均为1，外来数据直接通过两级锁存器到达D/A转换器。2、单缓冲方式：一个寄存器工作于直通状态，一个工作于受控锁存器状态。3、双缓冲方式：两个寄存器均工作于受控锁存器状态。 在此设计中，考虑到所需转换的数据量不大，DAC0832采用直通方式的硬件接法。5、7805介绍及应用。7805是我们最常用到的稳压芯片了，他的使用方便，用很简单的电路即可以输入一个直流稳压电源,他的输出电压恰好为5v，刚好是51系列单片机运行所需的电压，他有很多的系列如ka7805，ads7805，cw7805等，性能有微小的差别,用的最多的还是lm7805,下面我简单的介绍一下他的3个引脚以及用它来构成的稳压电路的资料。6 、LM317lm317是可调节3端正电压稳压器，在输出电压范围1.2伏到37伏时能够提供超过1.5安的电流，此稳压器非常易于使用。 LM317作为输出电压可变的集成三端稳压块，是一种使用方便、应用广泛的集成稳压块。317系列稳压块的型号很多：例如LM317HVH、W317L等。电子爱好者经常用317稳压块制作输出电压可变的稳压电源。 稳压电源的输出电压可用下式计算，Vo1.25（1R2/R1）。仅仅从公式本身看，R1、R2的电阻值可以随意设定。然而作为稳压电源的输出电压计算公式，R1和R2的阻值是不能随意设定的。 首先317稳压块的输出电压变化范围是Vo1.25V37V（高输出电压的317稳压块如LM317HVA、LM317HVK等，其输出电压变化范围是Vo1.25V45V），所以R2/R1的比值范围只能是028.6。 在应用中，为了电路的稳定工作，在一般情况下，还需要接二极管作为保护电路，防止电路中的电容放电时的高压把317烧坏。 其中1接整流器输出的+电压，2为公共地(也就是负极)，3就是我们需要的正5V输出电压2.3 电路原理图及模块说明简易数字编程稳压电源总图（1）数模转换电路此设计中利用模数转换芯片DAC0832将键盘输入数字量转换成模拟量（电流），以实现数控功能。DAC0832是一种电流型芯片，数字式可调稳压电源的设计中，采用了该芯片的直通工作方式（ILE、VREF接5V电源），它的数据输入口D0D7分别与单片机的P2.0-P2.7相连，从IOUT1引脚输出模拟量（电流）接比例放大电路。如下：（2）按键接口电路。在本设计课题中利用5个按键来实现电压输入值的设定、步进、确定等功能以实现数控，按键分别与单片机P1.0P1.4相连。键盘的功能：键扫描功能，即检测是否有键按下；键识别功能，确定被按下键所在的位置，产生相应的键的代码，消除按键弹跳及对付多键串键。其硬件连接图如图：（3）数码管显示电路。本设计中显示部分采用八段共阳数码管，74LS08作驱动，I 、II、III选通位，1K电阻为上拉电阻，将选通位电平拉高。因根据设计要求，需要三位数码管即可实现在输出电压值范围内的显示。（4）LM317稳压电路三端稳压器的输出电压调节范围为3到12V，内有过热和过流保护电路。2.4 元件清单列表品名型号、规格数量价格单片机AT89C511D/A转换芯片DAC0832LCN1运放芯片LM324N1驱动芯片74LS08N1三端稳压LM317 、78051、1数码管SM4105A3晶振12MHZ1按键6电阻1K16200欧姆210K 100 2001 、1 、1电容22uf 100uf2 、1470uf 10uf1 、 10.01uf4二极管IN401123.1系统软件流程图及描述初始化硬件有键按下？按键服务程序主程序流程：是否去抖动，确有按键按下是调整键吗？是设定键吗？是确认键吗？是吗？有键按下吗？是复位键吗？键盘服务程序：注：所有未加标注的判断框均是下行为“否”，侧向为“是”否调整子程序是确认子程序步进+-子程序复位设定值子程序3.2源程序代码及描述 C语言在单片机的应用中，由于其逻辑性强，可读性好，比汇编语言灵活，简练，市场上几种常见的单片机均有其C 语言开发环境。因此，在本系统中，采用了C语言作为软件设计语言。程序代码#includesbit TZ=P10;sbit UP=P11;sbit OK=P12;sbit BUJINADD=P13;sbit BUJINMIN=P14;sbit CS=P16;sbit OUTWRITE=P17;unsignedchar LEDTAB=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00;unsigned char LEDSELECT=0xfe,0xfd,0xfb;unsigned char SSflag=0,0,0;unsigned char LEDNUM3;unsigned char select;unsigned char SS;bit SSfh;unsigned char jishu,tiaoflag;int VSET;void delay(int x) int i;for(i=0;i9) LEDNUMSS-1=0; void okkeycl() /确定键 VSET=LEDNUM0*100+LEDNUM1*10+LEDNUM2; SSflag2=0;SSflag0=0;SSflag1=0; if(VSET120) VSET=120;vsetzh(); if(VSET120) VSET=120; vsetzh(); outda();void bujinminkeycl() /步进减 VSET=VSET-1; if(VSET2) select=0;void main() VSET=30; vsetzh(); select=0; P2=0; TH0=(65536-2000)/256; TL0=(65536-2000)%256; TH1=(65536-50000)/256; 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