基于单片机的数控直流稳压电源

机密类别编号湖北工业大学毕业论文基于51单片机的数控直流稳压电源的设计院(系)别(小二号宋体中央)专家班级姓名取得学位指导教师2014年4月9日43目录一、绪论1.1直流稳压电源31.2数控直流稳压电源31.3数控直流稳压电源的要求3二、数控直流稳压电源方案的设计与论证2.1硬件原理块42.2方案介绍42.3单片机的选择与论证52.4DA计划选择62.5稳定化输出的选择与论证72.6显示模块82.7输入按钮92.8电源单元选择9三、硬件电路设计3.1供电电路设计103.2单片机最小系统123.3DA输出设计133.4稳定化输出153.5电压采样电路183.6数码显示电路19四、系统软件设计4.1系统软件设计流程图214.2AD转换程序214.3DA转换程序22五、系统调试和仿真235.1硬件调试235.2软件调试255.3模拟软件protues的介绍265.4DA模拟图285.5AD仿真图28六、总结29基于51单片机的数控直流稳压电源的设计摘要：随着科技的发展，电子产品对电源的要求也越来越高。 设计了一种适用于一般直流电源不能调节或调节范围狭窄的缺点，调节范围宽的直流稳压电源。 该直流稳压电源系统以STC单片机公司的12C5408AD单片机为核心，以8位DA芯片DAC0832为DA输出，利用单片机12C5408AD内部的AD转换器对输出电压进行采样用c语言进行程序控制，使输出为0 9.9V，扩大0-9.9V的输出范围，步进0.1V的精密稳定化输出。关键词：直流电源单片机12C5408AD DAC0832highprecisiondccurrentsourcebasedon 51m CuAbstract:withthedevelecomplementofscienceandtechnology.electronectionpromentsofthepowersismoreandmorehigh.forsregulardirectc urtrentverver yisnothigh， and the adjusting range is small wedesignedadirectvoltagestabilizer和highprecessandwideadjustingrange.thissystemisbasedonthemcupof 12 c byst c.usingachichidac 0832 which with8bitasadaoutput.byusingthemcminternationaddconvertoprocentertheoutputvoltage.usetheclanguage sothatitcanoutput09.9v、extend to 0-9.9 V、andsteppingfor 0.1 vadjustmentfunction。keywords : dccurrentmcu 12 c 5408 addac 0832一、绪论1.1直流稳压电源介绍现在的社会人大大享受着电子设备的便利，但是每个电子设备都有共同的电路电源电路。 从大型到超级计算机、小型计算机，所有电子设备都必须在电源电路的支持下运行。 当然，这些电源电路的模式、复杂性千差万别。 电源电路可以说是所有电子设备的基础。 没有电源电路，就没有这样多种多样的电子设备。由于电子技术的特性，电子设备对电源电路的要求持续稳定，能够供给满足负载要求的电力，而且通常要求供给稳定的直流电力。 提供这种稳定直流能量的电源是直流稳压电源。 直流稳压电源在电源技术中占有非常重要的地位。1.2数控直流稳压电源介绍一般线性电源具有不可调节或可线性调节等特点。 其调节范围狭窄，精度低，精度要求高的情况下无法应对。数控直流稳压电源主要与微处理器等其他控制设备配合，控制电源的电压输出，实现数控调整、高精度输出、过电流保护、数字显示等。 利用其调节范围广、高精度的DA变换器，实现数控电源的高精度输出，同时可进行步进调整。 这种高精度的数控稳定电源可以满足对电源的要求比较高的情况。数字控制直流稳压电源也可以通过对输出电压值进行采样处理，返回至微处理器进行处理，来实现输出的闭环控制。 此外，还可检测输出的电流，输出过载时，可立即切断输出，保护电源免受烧毁。1.3数控电源的特点和要求1 .输出电压值在额定输出电压值以下任意设定，可正常动作。2 .输出电流的稳定电流值在额定输出电流值以下任意设定，可正常动作。3 .直流稳压电源的稳压和稳流状态可以自动切换，有相应的状态指示。4 .输出的电压值和电流值要求正确的显示和识别。5 .对输出电压值和电流值有正确要求的直流稳压电源的直接数字输入。6 .需要完整的保护电路。 输出侧发生短路或异常动作状态时，请勿损坏直流稳压电源。 异常消除后立即正常工作。二、数控直流稳压电源方案的设计与论证2.1硬件设计框图键输入稳定化输出DA输出负荷51系列单片机电脑12C5408AD显示部分发出警报取样调查渡河供给电源图2-1硬件设计框图2.2方案概述该方案以STC 51系列单片机12C5408AD为控制核心，单片机控制DA输出模拟电压，通过运算放大器放大电压，通过功率管放大电流。 利用单片机内部的10位a/d转换器对输出电压值进行采样，以实现闭环控制。 单片机处理采样值，并在显示器上显示设置电压值和输出电压值。 如果输出超过当前设置的值，单片机将在发出警报的同时关闭输出以保护电源。2.3单片机的选择与论证一、选择单片机：场景1 :采用扩展的51单片机，内部有DA和AD场景2 :采用增强的51单片机，内部有AD方案采用MCS-51系列89S52单片机二、方案论证：我们在网上寻找了许多增强型单片机，发现内部有AD和DA，一般内部有第8位的AD和DA，第10位和第12位的AD和DA价格太高，考虑到成本问题，我们放弃了提案建议3采用89S52单片机，单片机价格下降，但收集输出电压必须增加AD收集电路。 由于采用了2路电压，电路变得复杂，硬件电路难度增加。方案2所采用的单片机内部有AD，选择STC公司的12C5408AD，该单片机具有8路10位的AD，可满足设计要求。 对于方案3，电路简化，价格也不太高。综合考虑，我们选择了方案2。12C5408AD概述：图2-2 12C5408针脚图STC 12C5408AD系列单片机是宏晶体科学技术生产的单时钟/机械周期(1T )单片机，是高速、低功耗的51系列单片机，指令代码与传统8051完全兼容，速度为8内置MAX810专用复位电路、4路PWM、8路高速10位A/D转换。12C5408AD的工作电压5.5V-3.5V工作频率0-35MHz芯片上集成了512字节RAM、8K ROM2.4 DA的选择与论证DA选择方案1 :采用我们熟悉的8个DA，DAC0832案例2 :采用我们熟悉的第10名DA，TLC5615场景3 :采用内部具有基准源的12位DA MAX531验证方案：DA输出的电压计算公式Uout=X(Rf/DA ) (式1 )其中，Rf是电压基准源，DA是选择的单片机的位数，DA=2N X是单片机的程序控制的步进值。 当选择电压基准电源Rf=2.5V、步长值为1时，8位AD的最小输出电压为Uout=10.01V (式2 )将DA输出值进一步放大10倍后，输出电压的范围为0.1V-25V，满足设计要求。场景1中选择的DAC0832满足主题要求。 因此我们选择了剧本1。场景2为10位DA，其输出的精确度更高，但是考虑到价格问题，场景2放弃。在方案3中，MAX531内部有2.048V的参考源，输出精度高，但价格过高，在尽可能满足设计要求节约成本的前提下放弃方案3。图2-3 DAC0832针脚图2.5稳定化输出方案的选择与论证选择方案方案1，输出LM317扩大综合运输DA输出D2 31 ADJ图2-4方案的原理框图在提案1中，集成运算放大器放大DA输出的电压，将放大后的电压输出至LM317的调节端，由LM317调节输出，以实现稳定输出。方案2，输出DA输出扩大综合运输图2-5的方案2原理框图提案2中，通过集成运算放大器放大DA输出的电压，将放大后的电压连接到达林顿管的基极，通过达林顿管放大电流，实现稳定的电压输出。案论方案1能够实现稳定输出，但由于LM317自身的调节范围为1.2V-37V，因此在设计时要求从0V到9.9V的输出，因此不令人满意，LM317不能输出负电压。 设计要求输出负电压0-9.9V，方案1中的输出负电压必须使用LM337。 因此，该方案不符合设计要求。利用情景2达林顿管的性质，建立闭环回路控制。 其输出电压不受负载的影响。 DA输出为0时，其输出也为0，因此满足设计要求。综述，我们选择了方案二。2.6显示模块采用场景1、1602液晶面板作为显示模块情景2，采用数字码管作为显示模块验证方案：场景1中，1602可显示两行英文字母和数字，电路连接简单，占用单片机的I/0接口较少。 缺点是表示文字小，难读，价格高，程序复杂。图2-6液晶屏1602的实物视图采用情景2数字管至少需要4位，占用12个I/O端口，显示数字管时动态扫描功耗低。 显示清晰，易于识别。 方案编制简单，价格低。 缺点是显示信息量少，不能显示符号。图2-7 4位数字电码管的实物图综合考虑，我们决定选择方案二。2.7输入按钮采用方案1、4*4键盘方案2，2按钮，采用一个“”和一个-”验证方案：场景1中主要采用4*4的矩阵键盘，可以设定0-9和步骤、小数点等键，快速输入。 但是，4*4键盘所占的PCB面积大，PCB成本增加，PCB布线困难，必须占用8台单片机的I/0端口。 由于我们选择的12C5408AD单片机的I/O端口有限，因此该方案不受欢迎。在场景2中，不能直接输入0-9，但可以在“ ”和“-”中实现0-9的数字输入，只占用两个单微机I/O