大学论文基于单片机的可控式稳压电源设计WORD档p24

1、基于单片机的可控式稳压电源设计摘要现实生活中，常常要用到各种各样的电源，电压要求亦多样化。如何设计一个电压稳定，输出电压精度高，并且调节范围大的电压源，成了电子技术应用的热点。在市面上，电源产品各式各样，但是普遍存在一些问题：转换效率低，功耗大，输出精度不高，可调节范围过小，不能满足特定电压的要求，输出不够稳定，纹波电流过大，并且普遍采用可调电阻器调节，操作难度大，易磨损老化。采用单片机数控电源技术则能实时变换电压满足输出要求，使电压源精度更高，调节范围更大，方便日常生产生活及实践使用。本文所设计的电源输入交流220V，输出电压直流0V至9V，并能够显示预设电压和输出电压值。电源的控制电路以A

2、T89C51单片机为核心，主电路采用D/A转换电路、A/D转换电路、电压调整模块。该电源具有线路简单，响应迅速，稳定性好，效率高等特点。关键词：单片机；可控式；稳压电源The Design of Controllable Regulated Power Supply Based on MCUABSTRACTA variety of power is often used in peoples daily life, and the voltage has to be diverse to meet the different demands. It is a hotspot in the el

3、ectronic technology that how to design a voltage source with stable power, high accuracy in output and extensive range of adjustment. The power products cover a wide range in the market. However, they all counter the same issues in character: low efficiency in conversion, large electric consumption,

4、 low accuracy in output, and small adjustable range. All of these characters cannot meet the specific requirements for power. The output power is not stable enough, the ripple current is too large, and the power products always use the adjustable resistors which make difficult operation and easy wea

5、r, aging. While MCU digital controlled power technology can change the power at times to meet the demand in output. It also makes a higher accurate in power source, and the adjustable range is larger. So it is convenient for people in production and practice. In this thesis, the designed power input

6、 is AC 220V, and the output voltage DC is from 0V to 9V. It is able to display the default voltage and output voltage values. The control circuit of the power regards the AT89C51 MCU as the core. The main circuit uses the D / A conversion circuit, the A / D conversion circuit, and the voltage regula

7、tor modules. The power has the following characters: simply circuit, rapid response, good stability and high efficiency.Key words: SCM;controllable; regulated power supply目录1 绪论31.1 概述31.2 课题背景及研究意义31.3 国内外研究现状32 系统方案选择32.1 方案选择32.2 最终方案33 系统的硬件设计33.1 系统的总体框图与基本原理33.2 系统硬件设计34 系统的软件设计34.1 系统流程图34.2

8、软件设计35 系统测试与性能分析35.1 显示模块和键盘的调试35.2 系统测试35.3 精度分析35.4 误差分析35.5 系统性能分析36 设计总结和展望36.1 设计总结36.2 展望3参考文献3附录3致谢3基于单片机的可控式稳压电源设计1 绪 论1.1 概述直流稳压电源又称为直流稳压器。现代应用的稳压电源种类有很多，分类方式也有很多。按稳定对象分，有直流稳压电源和交流稳压电源，是直流还是交流要看稳压电源输出的电压是直流还是交流。按稳定方式分，可分为参数型稳压电源和反馈调整型稳压电源。参数型稳压电源的电路比较简单，主要利用元件的非线性实现稳压功能，结构也比较简单。反馈调整型稳压电源实际上

9、是一个负反馈闭环自动调整系统，它是根据稳压电源输出电压的变化量，经过采样、比较、放大，然后再反馈给控制调整元件，从而使输出电压得到补偿而趋近于基准值，达到稳定的目的。此电路比较复杂，但稳定程度高。按稳压电源的调整元件和负载的联接方式分，可分为并联型稳压电源和串联型稳压电源。调整元件和负载并联的稳压电源称为并联型稳压电源或分流型稳压电源，它主要是通过改变流过调整元件的电流的大小来适应输入电压的变化，以保证输出电压的稳定。该稳压电源的效率比较低，只有某些专用场合才适用。调整元件和负载串联的稳压电源称为串联型稳压电源。在这种稳压电源中，在输入端和输出端之间串联有调整元件，依靠调整元件改变自身的等效电

10、阻来维持输出电压的稳定。按调整元件的工作状态分，有开关稳压电源和线性稳压电源。开关稳压电源，就是其调整管工作在开关状态，其主要的优点就是变换效率高，可达70%至95%。线性稳压电源，就是其调整管工作在线性放大区。这种稳压电源的主要优点是调压范围宽、稳定度高，但变换效率低。适用于中、小功率和对电性能指标要求比较高的场合1。1.2 课题背景及研究意义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。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。直流稳压电源是电子技术常用的仪表设备之一，广泛的应用于教学、科研等领域，是电子实验员、电子设计人员及电路开发部门

11、进行试验操作和科学研究不可缺少的电子仪器2。在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流电源来供电。而整个稳压过程是由电源变压器、整流、滤波、稳压等四部分组成。然而这种传统的直流稳压电源存在功能简单、可靠性差、不好控制、精度不高、干扰较大、复杂度高。普通的直流稳压电源品种有很多，但均存在以下两个问题：输出电压需要通过粗调（波段开关）及细调（电位器）来调节。这样，当要求输出电压精确度高，或需要在一个较小范围内改变时，难度就较大；另外，随着其使用时间的加长，波段开关和电位器难免出现接触不良的现象，对输出会产生影响。因此，常常需要通过硬件对过载进行限流或截流型保护，且电路复杂，稳压精度也低。传统的直流稳压

12、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3。随着科学技术的不断发展，特别是计算机技术的突飞猛进，现代工业应用的工控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。1.3 国内外研究现状上世纪九十年代末以来，要求系统具有更高效率和更低功耗的趋势越来越显著，电信和数据通讯设备的技术更新，推动了电源行业中DC/DC电源转换器向更高灵活性和智能化的方向发展。在80年代中产生的第一代分布

13、式供电系统开始转向为20世纪末更为先进的第四代分布式供电结构和中间母线结构，DC/DC电源行业正面临着新的挑战：如何在现有系统上加入嵌入式电源智能系统和数字化控制系统4。在90年代，半导体生产商们就开发出了数控电源管理技术，然而在当时，这种方案的性价比与当时广泛使用的模拟控制方案相比处于劣势，因此没能被广泛采用。现如今随着直流电源技术的飞速发展，直流电源越发智能化，具有了遥测、遥信、遥控的三遥功能，基本上实现了直流电源的无人值守。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

14、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，再有液晶显示输出电压值，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、准确度高等特点4。2系统方案选择2.1 方案选择 基本电路方案选择稳压电源的基本电路有两种方案：方案一：开关

15、稳压电源开关稳压电源是调整管工作在开关状态，通过改变开关管的导通时间来得到稳定的电压输出。由于开关频率较高，甩掉了工频变压器和低通滤波器，从而达到减小整机体积重量，提高工作效率的目的。开关电源以其效率高、重量轻、体积小等优点，正逐步取代传统的线性电源。近十年来由于功率半导体器件的快速发展，使开关电源的应用越来越广泛。开关电源的发展从来都是与半导体器件以及磁性元件等的发展惜惜相关的。高频化的实现，需要相应的高速半导体器件和性能优良的高频电磁元件。我国在60年代开始研制，至今在开关频率和单机功率等方面都获得了较快的发展。开关稳压电源的控制电路一般采用“电压-脉冲宽度调制器”。开关频率（FK）的选择

16、对开关稳压器的性能影响也很大。FK越高，需要使用的电感（L）、电容（C）值越小。这样，系统的尺寸和重量将会减小，成本随之降低。另一方面，开关频率的增加将会使开关调整管单位时间转换次数增加。使开关调整管的功耗增加，而效率降低。目前，随着开关BJT、电容、电感材料、工艺性能的改进，FK可提高到15KHz至500KHz以上。方案二：线性稳压电源线性直流电源是调整元件工作在放大区域的电源。通过改变调整元件的控制信号强弱来调节其等效电阻大小，进而稳定输出的电压或电流。稳定输出电压的称之稳压电源。目前线性直流电源正朝着多功能、高效率、高性能、高集成化方向发展，采用CAD、新颖元器件及新颖电路形式。线性稳压

17、电源有笨重，体积较大等缺点，其致命弱点是效率低，尤其是宽范围可调输出电源，在输出低电压时，效率仅达10%。现在可以看到这类电源大都采用可控和开关电源作预稳压，限制调整管的Uce，即限制调整管的功耗，以提高其效率。但是线性稳压电源具有稳定度高、可靠性好、成本低等优点，适用于中、小功率和对电性能指标要求比较高的场合。比如可在科研和教学实验室、计量室作为可调电源或基准电源使用。近十多年来多制成的集成稳压模块品种规格较多，便于使用，价格便宜，因而很受欢迎。尤其是集成稳压电源使用方便，性能优越。尤其三端稳压电源78系列正电源、79系列负电源己成世界各国大半导体厂基本产品。目前广泛使用的输出电分类有L(0

18、.1A)、M(0.5A)、C(1.5A)，还发展大电流产品T(3A)、H(5A)和P(10A)5。控制电路方案选择数控稳压电源是电子设备的重要部分，其质量好坏直接影响着电子设备的可靠性，而且电子设备的故障60%来自电源。因此电源越来越受到人们的重视。电子电路及电子设备对电源最基本的要求就是电源的输出电压或输出电流要稳定。通过查阅大量资料，控制电路是本电路的核心部分，对它的选择有以下三种方案：方案一：采用模拟电路采用模拟电路的可调稳压电路就是用一个多档开关来控制输出电压,而所谓的显示系统只是在多档开关的每个档的旁边注明电压值。随着电子行业的发展，它不耐用的弊端已经使它逐渐离开历史的舞台。方案二：

19、采用纯数字电路纯数字电路的稳压电源避免了硬件之间的磨损，使得使用寿命大大提高，而且其输出电压也不会随时间产生误差。但是它的电路较为复杂，制作时很困难，由于电路的复杂产生的问题也会很多。方案三：采用单片机的方法采用单片机的数字稳压电源是将数字电路和单片机很好地结合在一起，不但能够达到数字电路的效果，而且能够大大地简化复杂的纯数字电路。采用单片机后，还可以用软件实现保护功能，要扩展其他的功能也非常容易5。数字显示方案选择目前流行的数字显示有以下两种方案：方案一：LED显示响应速度可以达到纳秒级，但是分辨率稍低于液晶材料。因为其功率较大，所以其功耗较大。方案二：LCD显示LCD显示器件具有工作电流小

20、、重量轻、功耗低、寿命长、字迹清晰美观等特点，在便携式仪表、低功耗应用的仪器仪表中得到了广泛的应用6。2.2最终方案经过全方位的对比，使电路的设计更加合理化，切合技术指标的标准，最终采用以线性稳压电源为基础、以单片机为控制核心、以LCD为显示器件的设计方案。其主要用于实验教学及中、小功率和对电性能指标要求比较高的场合。在传统稳压设计下，为增强人机界面功能，所以扩展外接矩阵式键盘、LCD显示、并伴有按键声音提示。3系统的硬件设计3.1 系统的总体框图与基本原理3.1.1系统的主要性能指标稳压电源的技术指标有两种：一种是特性指标，包括允许的输入电压、输出电压、输出电流以及输出电压可调节范围等；另一

21、种是质量指标，用来衡量输出直流电压的稳定程度，包括稳压系数、输出电阻、温度系数以及纹波电压等。本文所设计的稳压电源是主要用于实验和检测需求而设计的直流稳压电源。因实验中的设备不尽相同，所需电压因此也有所不同。为了能够满足多数实验设备用电需求及对电源稳定的高要求，则需要的直流稳压电源要具有电压调整范围宽，且连续可调，稳定度高，可靠性好等特点。其主要性能指标如下：输入电压：交流 220V输出电压：直流0V至9V可调精确度：1mV显示功能：能显示输入电压和输出电压设定电压功能：通过键盘设定所需电压、蜂鸣器在按键输入时发提示音3.1.2原理框图该直流稳压电源输入220V交流电，经过变压、整流、滤波、调

22、压转换为0-9V可调的直流电。采用4*4键盘，可对输出电压进行设置显示于液晶屏（LCD）。AT89C51单片机通过TLC5615C(L)D数模转换模块，其输出电压经过LM324进行电压转换，并由LM324反馈实现稳压，再将电压通过TLC1543模数转换模块经AT89C51单片机和74LS08和74LS02显示于LCD。原理框图如图3-1所示。图3-1系统原理框图3.2 系统硬件设计如图2-1所示，在满足设计要求下，需要设计供电电路将220V交流电转换为稳定直流电给单片机、LCD、D/A芯片、A/D芯片供电。控制芯片AT89C51及其外设电路（键盘，显示，提示音）提供方便的人机界面和控制输出电压

23、的大小。D/A转换用于键盘输入电压值。A/D转换用于实时采样输出电压更新LCD的显示电压。3.2.1电源模块本文设计的可控式稳压电源采用220V交流电源供电。电源模块输入交流220V，经变压、整流、滤波和稳压器件7812输出±12V电压。电路图如图3-2所示。图3-2 电源模块电路图稳压模块稳压模块采用运放LM324。LM324系列器件是带有真差动输入的四运算放大器。它们具有一些非常显著的优点：该运算放大器能工作在低至3伏或者高至32伏的电压下，其静态电流仅为MC1741的五分之一，且它的共模输入范围包括负电压，因此消除了在许多应用场合中需要采用外部偏置元件的必要性。它的每一组运算放

24、大器都有5个引出脚，其中“+”、“-”是两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电压端，“Vo”为输出端。其信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运算放大器输出端Vo的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运算放大器输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。LM324系列由四个独立的，高增益，内部频率补偿运算放大器，其中专为从单电源供电的电压范围经营。从分裂电源的操作也有可能和低电源电流消耗是独立的电源电压的幅度。应用领域包括传感器放大器，直流增益模块和所有传统的运算放大器现在可以更容易地在单电源系统中实现的电路。例如，可直接操作的LM324系列，这是用来在数字系统中，轻

25、松地将提供所需的接口电路，而无需额外的±15V电源标准的5V电源电压7。3.2.3D/A转换电路D/A转换器是一种把数字信号转换成模拟信号的器件。在此设计中，主要是将AT89C51输出的数字量转化成模拟电压量对输出电压进行调整。D/A转换器常用的性能指标如下：（1）分辨率，指输入数字量的最低有效位（LSB）发生变化时，所对应的输出模拟量（常为电压）的变化量。它反映了输出模拟量的最小变化值。（2）线性度，实际转换特性曲线与理想直线特性之间的最大偏差。（3）绝对精度，指在整个刻度范围内，任一输入数码所对应的模拟量实际输出值与理论值之间的最大偏差。（4）建立时间，指输入的数字量发生满刻度变

26、化时，输出模拟信号达到满刻度值的 1/2LSB所需时间。由于本次设计要求输出电压变化范围为09V，最小分辨率为1mV，因此选用TLC5615C(L)D作为转换芯片。TLC5615为美国德州仪器公司1999年推出的产品，是具有串行接口的数模转换器，其输出为电压型，最大输出电压是基准电压值的两倍。带有上电复位功能，即把DAC寄存器复位至全零。性能比早期电流型输出的DAC要好。只需要通过3根串行总线就可以完成10位数据的串行输入，易于和工业标准的微处理器或者微控制器(单片机) 接口, 适用于电池供电的测试仪表、移动电话，同样也适用于数字失调与增益调整以及工业控制场合8。TLC5615C(L)D引脚图

27、如图3-3所示。D/A转换电路如图3-4所示。图3-3TLC5615C(L)D引脚图 3.2.4 A/D转换电路将模拟量转换为数字量的器件称为模/数转换器（ADC）。A/D转换器的主要技术指标如下：（1）分辨率：指输出数字量变化一个相邻数码所需输入模拟电压的变化量。（2）量化误差：ADC把模拟量变为数字量，用数字量近似表示模拟量，这个过程称为量化。量化误差是ADC的有限位数对模拟量进行量化而引起的误差。分辨率高的A/D转化器具有较小的量化误差。图3-4D/A转换电路（3）偏移误差：指输入信号为零时，输出信号不为零的值，所以有时候又称为零值误差。（4）满刻度误差：指满刻度输出数值所对应的实际输入

28、电压与理想输入电压之差。（5）线性度：指转换器实际的转换特性和理想直线的最大偏差。（6）转换速率：指能够重复进行数据转换的速度，即每秒转换的次数9。根据本次设计中A/D转换的目的和在满足设计要求下，最终决定采用TLC1543芯片。TLC1543是由美国TI司生产的多通道、低价格的模数转换器。采用串行通信接口，具有输入通道多、性价比高、易于和单片机接口等特点，可广泛应用于各类数据采集系统 。 TLC1543为20脚DIP装的CMOS 10位开关电容逐次A/D逼近模数转换器，引脚排列如图3-5 所示。其中A0A10（19、11、12脚）为11个模拟输入端，REF+（14脚，通常为VCC）和REF-

29、（13脚，通常为地）为基准电压正负端，CS（15脚）为片选端，在CS端的一个下降沿变化将复位内部计数器并控制和使能ADDRESS、I/O CLOCK（18脚）和DATA OUT（16脚）。ADDRESS（17脚）为串行数据输入端，是一个1的串行地址用来选择下一个即将被转换的模拟输入或测试电压。DATA OUT为A/D换结束3态串行输出端，它与微处理器或外围的串行口通信，可对数据长度和格式灵活编程。I/O CLOCK数据输入/输出提供同步时钟，系统时钟在片内产生。芯片内部有一个14通道多路选择器，可以选择11个模拟输入通道或者3个内部自测电压中的任意一个进行测试。片内设有采样/保持电路，在转换结

30、束时，EOC（19脚）输出端变高表明转换完成。内部转换器具有高速（10µS转换时间），高精度（10分辨率，最大±1LSB不可调整误差）及低噪声的特点10。因此，TLC1543芯片完全可以胜任。A/D转换电路如图3-6所示。图3-5 TLC1543引脚排列图3-6A/D转换电路 人机交换电路.1 AT89C51简介AT89C51是一个自带4K字节FLASH存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 的8位微处理器，俗称单片机。AT89C51单片机自带2K字节闪存可编程可擦除只读

31、存储器。它的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件是采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，可以和工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。其主要特性如下：·与MCS-51 兼容 ·4K字节可编程FLASH存储器 ·寿命：1000次写/擦循环 ·数据保留时间：10年 ·全静态工作：0Hz-24MHz ·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 ·

32、;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AT89C51 提供以下标准功能：4K 字节Flash 闪速存储器，128字节内部RAM，32 个I/O 口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并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，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位9。3.2.5.2人机界面电路设计键

33、盘与显示电路功能介绍：键盘是由13个按键组成的。操作员通过键盘输入电压值，实际输出电压由LCD显示，实现简单的人机对话。本文设计采用4 *4矩阵式键盘。接法可参见图3-6。09数字键用于设定调整电压；确定键用于确认输入的电压；返回键用于修改输入电压值的上一位的值；复位键用于对系统进行初始化。本文设计采用LCD显示，用于显示当前电压。其中LCD选用字符型液晶显示模块（16字 2行）接法可参见图3-7。AT89C51的P0.0P0.7输出端接LCD的D0D7口线，用于数据输入。LCD的VDD接+5V数字电压，VSS接数字地，RS、RW、E口线分别接P2.0P2.2接口10。对于单片机的复位与时钟电

34、路做简单介绍。本文采用内部时钟方式。在单片机内部有一振荡电路，只要在单片机的XTAL1和XTAL2引脚外接石英晶体就构成了自激震荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号。图中电容器的作用是稳定频率和快速起振，采用30pF电容，晶振采用12MHz。对于单片机采用上电与按键复位方式，参数如图3-7所示，原理这里不再赘述。图3-7键盘与显示电路.3 蜂鸣器电路蜂鸣器电路的作用是在按键输入电压时，发出提示音。电路图如图3-8所示。当按键时，单片机引脚P33输出高电平，使三极管Q1导通，蜂鸣器BUZ1发出声音。图3-8蜂鸣器电路4系统的软件设计4.1 系统流程图系统流程图如图4-1所示。图4-1 系统流程图流

35、程：首先对系统进行初始化；之后在判断是否有键按下，当有键盘有按键按下时，伴有按键声音，接收来自键盘的电压输入值，并通过D/A把输入的数字量转换成模拟电压值，控制输出电压的大小。然后采样输出电压的大小，并与输入电压值进行比较放大，由电压调整电路调整输出电压的大小，直到输出电压与输入电压相等。A/D采样输出电压并进行模数转换，通过LCD显示更新的电压值。4.2软件设计4.2.1键盘的软件设计键盘是一个简单的开关：当按键被按下时，就相当于开关闭合；当按键松开时，就相当于开关断开。按键在闭合及断开时，触点就会出现抖动现象，按键的抖动时间一般为5ms10ms。消除办法为软件延时10ms的方法，即当单片机

36、检测到有按键被按下时先延时10ms，然后再检测按键状态，若仍闭合状态则认为真正有按键按下。当检测到按键释放时，也需要同样处理。当键盘上某一键闭合时，该键所对应的行线与列线短路。此时该行线的电平将由被短接的列线电平决定所决定。因此，可以采用以下方法完成是否有按键按下及按下的是哪一个键。首先，判断有无按键按下。将行线接至AT89C51的P1.4P1.7的输入口，列线接至AT89C51的P1.0P1.3输出口，使所有的列线为低电平，然后读取行线状态。若行线均为高电平，则没有按键按下；若读出的行线状态不全为高电平，则可以判断有键按下。例如，先让按键0、4、8所在列为低电平，其余列线为高电平，再读行线状

37、态，如行线状态不全为“1”，则说明有键按下，否则不再该列。然后，依次类推列线，判断其它列是否有按键按下。最后进行键处理，是根据所按键散转进入相应的功能程序。为了散转的方便，通常应先得到按下键的建号。键号是键盘的每个键的编号，可以为十进制或十六进制。键号=所在行*盘列数+所在列号根据键号就可以方便地通过散转进入相应键的功能程序10。键盘子程序流程图如图4-2所示。图4-2 键盘子程序流程图4.2.2显示的软件设计本次设计中LCD与单片机接口为间接访问方式。间接访问方式是指把LCD显示模块作为外设接在并行接口上，通过对并行接口的操作间接控制液晶显示模块。LCD的数据总线与AT89S51的P1口相连

38、，用P2.0P2.2口做其控制总线，P2.0接接RS，P2.1接R/W，P2.2作使能信号E。在写操作时，先设置RS和R/W状态，再设置数据，然后产生E使能信号脉冲（下降沿有效），最后复位RS、R/W状态。在读操作时，先设置RS和R/W状态，在设置E使能信号为高电平，就可以从数据口读出数据，然后将E使能信号设置成低电平，最后复位RS和R/W状态。LCD子程序流程图如图4-3所示。图4-3 LCD子程序流程图4.2.3 D/A的软件设计由原理图可知，TLC5615C(L)D的引脚SCLK与P3.0口相连，片选信号CS与AT89C51的P3.1口相连，DIN与P3.2口相连。TLC5615C(L)

39、D有两种工作方式：（1）16位移位寄存器分为高4位虚拟位、低两位填充位以及10位有效位。在单片TLC5615工作时，只需要向16 位移位寄存器按先后输入10位有效位和低2位填充位，2位填充位数据任意。这是第一种方式，即12位数据序列。（2）第二种方式为级联方式，即16位数据列。可以将本片的DOUT接到下一片的DIN，需要向16位移位寄存器按先后输入高4位虚拟位、10位有效位和低2位填充位，由于增加了高4位虚拟位，所以需要16个时钟脉冲。D/A转换子程序流程图如图4-4所示。4.2.4 A/D的软件设计本电路中，TLC1543的SDO引脚与AT89C51的P3.4口相连，ADDR、CS、CLK分

40、别与单片机的P2.4、P2.5、P2.6口相连，EOC与P3.6口相连。软件设计时，应注意区分TLC1543的11个模拟输入通道和3个内部测试电压地址（后3个地址只用来测试你写的地址是不是正确的，真正使用时不用后三个地址）。程序软件编写应注意TLC1543通道地址必须为写入字节的高四位，而CPU读入的数据是芯片上次A/D转换完成的数据。A/D转换子流程图如图4-5所示。图4-4 D/A转换子流程图图4-5 A/D转换子流程图5系统测试与性能分析5.1 显示模块和键盘的调试因为显示与键盘在实际电路中与仿真下不会有太大区别，直接从Proteus下能仿真通过的程序就能用于实际电路。其仿真如图5-1所

41、示。图 5-1显示模块和键盘仿真图仿真过程：在Proteus软件中打开仿真电路，将Keil工程烧录到AT89C51单片机中，然后进行调试；首先，系统初始化，LCD第一行显示为“INPUT (V)：0.000”，第二行显示为“OUTPUT (V)：0.000”。然后按下标号为“5”的键，LCD第一行显示为“INPUT (V)：5.000”，第二行显示为“OUTPUT (V)：0.000”。此时，若按“返回键”，LCD第一行显示为“INPUT (V)：0.000”，第二行显示为“OUTPUT (V)：0.000”；若按“确定键”，即输入电压为5V，此时，LCD第一行显示为“INPUT (V)：5.

42、000”，第二行显示为“OUTPUT (V)：5.000”（如图5-1所示）。最后按“复位键”，则LCD第一行显示为“INPUT (V)：0.000”，第二行显示为“OUTPUT (V)：0.000”。如此重复调试几次，结果均无误，则表明：显示模块和键盘系统正确无误。5.2系统测试本设计要求输出电压范围为0-9V，根据系统原理图可知，将模拟量转换为数字量送给模数转换电路；然后输出模拟量。对本系统进行性能指标仿真测试,其中数字控制量和空载输出电压关系如表5-1所示。 当输出端接空载时，测试数据如表5-1所示：表5-1 测试数据预设电压/V(LCD)显示输出电压/V(LCD)显示误差/V误差率/%

43、0.0000.000001.0000.9980.0020.22.0001.9960.0040.23.0003.0040.0040.1334.0004.0020.0020.055.0005.000006.0005.9980.0020.037.0006.9960.0040.0578.0008.0040.0040.059.0008.9920.0080.0895.3 精度分析绝对误差：U=(0+0.002+0.004+0.004+0.002+0+0.002+0.004+0.004+0.008)/10=0.003V相对误差：RA= (0%+0.2%+0.2%+0.133%+0.05%+0+0.03%+0

44、.057%+0.05%+0.089%)/10=0.081%灵敏度：K=1mV可以看出：系统绝对误差为0.003V，相对误差为0.081%，灵敏度为1mV。说明本设计满足精确度高的要求。5.4误差分析由于电路和器件的原因，输出电压会存在一定误差。从电路的原理图可以看出，系统的误差主要来源于一下几个方面：DAC的量化误差、基准电压温漂引入的误差、稳压器电路引起的误差、其他器件和线路由于温漂、不稳定引起的误差从表5-1可以看出看，误差率均不大于0.2%，误差在允许范围之内，说明电路正确，满足设计要求。5.5系统性能分析本设计经过系统测试可知：理论电压与实际输出电压差值为毫伏级别，并且输出电压稳定无波动。可知系统稳定性好、可靠性高、准确度高。满足了设计要求所需的各项指标。在系统设计过程中，力求硬件线路简单、明了，充分发挥软件变成方便灵活的特点，来满足系统设计要求。6设计总结和展望6.1 设计总结本文设计的可控式稳压电源以线性电源为基础电路，以高性能单片机为控制核心，组成数据处理电路，在控制软件支持下，通过对线性电源输出电压进行数据采样并与给定数据比较，从而调整输出电压，使之达到给定数值的要求。以AT89C51单片机为核心的控