数控直流稳压电源课程设计

1、江西理工大学应用科学学院微机控制系统课程设计报告 题 目： 数控直流稳压电源设计 姓 名： 赵振勇 学 号： 08号 专业班级： 电气131班 指导教师： 李振凯 完成时间： 2016年6月12日设计报告综合测试平时总评格式（10分）内容（10分）图表（5分）功能测试（35分）答辩（20分）考勤（20分）指导教师签名：摘要 P89V51RB2/RC2/RD2是一款80C51微控制器，包含16/32/64kB Flash和1024 字节的数据RAM。P89V51RB2/RC2/RD2的典型特性是它的X2方式选项。利用该特性，设计工程师可使应用程序以传统的80C51 时钟频率（每个机器周期包含12

2、个时钟）或X2方式（每个机器周期包含6个时钟）的时钟频率运行，选择X2 方式可在相同时钟频率下获得2倍的吞吐量。从该特性获益的另一种方法是将时钟频率减半而保持特性不变，这样可以极大地降低电磁干扰(EMI)。 P89V51RB2/RC2/RD2也可采用在应用中编程（IAP），允许随时对Flash程序存储器重新配置。目录目录另起页，小二号黑体，居中，内容为小4号宋体，并列出页码。目录内容最少列出第一级标题（章）和第二级标题（节）；前者用4号黑体字，后者用4号宋体字，第三级标题用4号国标楷体。1 绪论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，服务于各行业。电力电子技术是电能的最佳应用技术

3、之一。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，世界各国纷纷对电源产品提出了不同要求并制定了一系列的产品精度标准。只有满足产品标准，才能够进入市场。随着经济全球化的发展，满足国际标准的产品才能获得进出的通行证。数控电源是从80 年代才真正的发展起来的，期间系统的电力电子理论开始建立。这些理论为其后来的发展提供了一个良好的基础。在以后的一

4、段时间里，数控电源技术有了长足的发展。但其产品存在数控程度达不到要求、分辨率不高、功率密度比较低、可靠性较差的缺点。因此数控电源主要的发展方向，是针对上述缺点不断加以改善。单片机技术及电压转换模块的出现为精确数控电源的发展提供了有利的条件。新的变换技术和控制理论的不断发展，各种类型专用集成电路、数字信号处理器件的研制应用，到90 年代，己出现了数控精度达到0.05V的数控电源，功率密度达到每立方英寸50W的数控电源。从组成上，数控电源可分成器件、主电路与控制等三部分。目前在电力电子器件方面，几乎都为旋纽开关调节电压，调节精度不高，而且经常跳变，使用麻烦数字化智能电源模块是针对传统智能电源模块的

5、不足提出的，数字化能够减少生产过程中的不确定因素和人为参与的环节数，有效地解决电源模块中诸如可靠性、智能化和产品一致性等工程问题，极大地提高生产效率和产品的可维护性。电源采用数字控制，具有以下明显优点:1)易于采用先进的控制方法和智能控制策略，使电源模块的智能化程度更高，性能更完美。2)控制灵活，系统升级方便，甚至可以在线修改控制算法，而不必改动硬件线路。3)控制系统的可靠性提高，易于标准化，可以针对不同的系统(或不同型号的产品)，采用统一的控制板，而只是对控制软件做一些调整即可。4)系统维护方便，一旦出现故障，可以很方便地通过RS232接口或RS485接口或USB接口进行调试，故障查询，历史

6、记录查询，故障诊断，软件修复，甚至控制参数的在线修改、调试;也可以通过MODEM远程操作。5)系统的一致性好，成本低，生产制造方便。由于控制软件不像模拟器件那样存在差异，所以，其一致性很好。由于采用软件控制，控制板的体积将大大减小，生产成本下降。6)易组成高可靠性的多模块逆变电源并联运行系统。为了得到高性能的并联运行逆变电源系统，每个并联运行的逆变电源单元模块都采用全数字化控制，易于在模块之间更好地进行均流控制和通讯或者在模块中实现复杂的均流控制算法(不需要通讯)，从而实现高可靠性、高冗余度的逆变电源并联运行系统。1.1 设计要求及设计内容1.1.1 设计任务、设计一台微机控制的数控直流电压源

7、，为电子设备供电。、在设计过程中，选择12个单元电路使用仿真软件（例如Multisim2001等）进行仿真调试。、用计算机绘制所有的电路图和印刷电路图1.1.2 设计要求设计一个数控直流稳压电源能够输出0-12V的直流电压通过一个数码管显示输出的电压大小通过一个合适的A/D转化器对模拟电压进行处理写出详细的设计报告（含操作说明），给出全部电路和源程序2 设计方案介绍2.1 单片机系统板电路介绍   51单片机最小系统原理图。 这张图是组成51单片机的最小系统图，我们把他的功能在这里简单的介绍一下核心器件：    1

8、、震荡器  单片机系统正常工作的保证，如果振荡器不起振，系统将会不能工作；假如振荡器运行不规律，系统执行程序的时候就会出现时间上的误差，这在通信中会体现的很明显：电路将无法通信。他是由一个晶振和两个瓷片电容组成的，x1和x2分别接单片机的x1和x2，晶振和瓷片电容是没有正负的，注意两个瓷片电容相连的那端一定要接地。  2、复位端复位电路给单片机一个复位信号（一个一定时间的低电平）使程序从头开始执行；一般有两种复位方式：上电复位，在系统一上电时利用电容两端电压不能突变的原理给系统一个短时的低电平；手动复位，通过按钮接通低电平给系统复位，这时如果手按着一直不

9、放，系统将一直复位，不能正常工作，需要注意的是用的电容是电解电容，是有正负的，如果接反了，他就会爆炸。  3、电源 第20管脚是地GND，第40管脚是电源VCC，一般我们在电源vcc处。加一个0.1uf的瓷片电容，滤掉电源中的高频杂波，使系统更安全。注意51单片机使用的是5伏直流电源。 4、51单片机最小系统   实际上，51单片机核心外围电路是很简单的，一个单片机一个看门狗一个晶振2个磁片电容。   1.单片机：atmel的89C51系列、winbond的78E52系列，还有philips的系列，都差不

10、多；现在有一些有ISP（在线下载的）。    2.电复位电路：这样的复位电路是不可靠的，更重要的是51系列的单片机比较容易受到干扰；没有看门狗电路是不行的，常规的做法是买一个专门的看门狗电路，完成复位电路和看门狗电路的功能。   3.晶振：一般选用11.0592M，因为可以准确地得到9600波特率和19200波特率；也可以使用36.864M，这个频率是1.8432M的20倍.2.2 用户板电路介绍2.2.1数模转换和放大部分电路图如上图所示,此接法是用DAC0832的直通方式,只要二进制数据送到DAC0832的数据口,则会自

11、动把数据转为相应的电压.但运放是如图的电压则输出一般不可能达到基准电压.要想达到基准电压则要提高运放的电压.当基准为负是,只要提高运放的正电压就可以使输出达到基准电压了,当基准为正是,则为提高运放的负电压,一般的运放提高两伏就可以了,但不同的运放会有些区别.2.2.2 LM317标准应用电路LM317的输出电压：Vout=1.25V（1+R2/R1）+IAdj控制在小于100uA，IAdjR2这一项的误差在多数的应用中可以忽略，这使得输出电压为Vout=1.25V（1+R2/R1）。2.2.3按键部分方案一：采用矩阵键盘，由于按键多可实现电压值的直接键入。 方案二：采用一般的电平判键

12、按钮，实现方法很简单，但一个端口最多只实现8个按键。 由于本数控电源需要用的按键不多，要实现步进为0.1V的设计要求，只需用一个“+”和一个“-”按键，另外再加两个按键用于实现固定电压输出，按键时可直接输出相应电压。4个按键就可实现本题的设计要求，固采用方案二。2.3 主要器件介绍2.3.1 1602字符型LCD基本参数及引脚功能简介 字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模块。1602LCD分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为HD44780，带背光的比不带背光的厚，是否带背光在应用中并无差别。图

13、10-54 1602LCD尺寸图1602LCD主要技术参数：显示容量:16×2个字符芯片工作电压:4.55.5V工作电流:2.0mA(5.0V)模块最佳工作电压:5.0V字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm引脚功能说明：1602LCD采用标准的14脚（无背光）或16脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表10-13所示:编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据7D0数据15BLA背光源正极8D1数据16B

14、LK背光源负极表10-13引脚接口说明表：第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第

15、714脚：D0D7为8位双向数据线。第15脚：背光源正极。第16脚：背光源负极。2.3.2 1602LCD的指令说明及时序1602液晶模块内部的控制器共有11条控制指令，如表2.3.2.1所示：序号指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清显示00000000012光标返回000000001*3置输入模式00000001I/DS4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符发生存贮器地址0001字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址001显示数据存贮器地址9读忙标志或地址01BF计数器地址10写数到CGRAM或DDRAM

16、）10要写的数据内容11从CGRAM或DDRAM读数11读出的数据内容表2.3.2.1控制命令表1602液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。（说明：1为高电平、0为低电平）指令1：清显示，指令码01H,光标复位到地址00H位置。指令2：光标复位，光标返回到地址00H。指令3：光标和显示模式设置 I/D：光标移动方向，高电平右移，低电平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效。指令4：显示开关控制。 D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示 C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标 B：控制光标是否闪烁，

17、高电平闪烁，低电平不闪烁。指令5：光标或显示移位 S/C：高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。指令6：功能设置命令 DL：高电平时为4位总线，低电平时为8位总线 N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示 F: 低电平时显示5x7的点阵字符，高电平时显示5x10的点阵字符。指令7：字符发生器RAM地址设置。指令8：DDRAM地址设置。指令9：读忙信号和光标地址 BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。指令10：写数据。指令11：读数据。与HD44780相兼容的芯片时序表如下：读状态输入RS=L，R/W=H，E=H输出D0D7=状态字写指令输入RS

18、=L，R/W=L，D0D7=指令码，E=高脉冲输出无读数据输入RS=H，R/W=H，E=H输出D0D7=数据写数据输入RS=H，R/W=L，D0D7=数据，E=高脉冲输出无基本操作时序表：读写操作时序如图2.3.2.2和2.3.2.3所示：图2.3.2.2 读操作时序图2.3.2.3 写操作时序 2.3.3 1602LCD的RAM地址映射及标准字库表液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平，表示不忙，否则此指令失效。要显示字符时要先输入显示字符地址，也就是告诉模块在哪里显示字符，图2.3.3.1是1602的内部显示地址。图2.3.3.1 1602LCD

19、内部显示地址例如第二行第一个字符的地址是40H，那么是否直接写入40H就可以将光标定位在第二行第一个字符的位置呢？这样不行，因为写入显示地址时要求最高位D7恒定为高电平1所以实际写入的数据应该是01000000B（40H）+10000000B(80H)=11000000B(C0H)。在对液晶模块的初始化中要先设置其显示模式，在液晶模块显示字符时光标是自动右移的，无需人工干预。每次输入指令前都要判断液晶模块是否处于忙的状态。1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了160个不同的点阵字符图形，如图10-58所示，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等

20、，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”图2.3.3.2 字符代码与图形对应图1602LCD的一般初始化（复位）过程延时15mS写指令38H（不检测忙信号）延时5mS写指令38H（不检测忙信号）延时5mS写指令38H（不检测忙信号）以后每次写指令、读/写数据操作均需要检测忙信号写指令38H：显示模式设置写指令08H：显示关闭写指令01H：显示清屏写指令06H：显示光标移动设置写指令0CH：显示开及光标设置2.4 dac0832中文资料引脚图电路原理DAC0832是采样频率

21、为八位的D/A转换器件,下面介绍一下该器件的中文资料以及电路原理方面的知识。DAC0832内部结构资料:芯片内有两级输入寄存器，使DAC0832具备双缓冲、单缓冲和直通三种输入方式，以便适于各种电路的需要(如要求多路D/A异步输入、同步转换等)。D/A转换结果采用电流形式输出。要是需要相应的模拟信号，可通过一个高输入阻抗的线性运算放大器实现这个供功能。运放的反馈电阻可通过RFB端引用片内固有电阻，海可以外接。 该片逻辑输入满足TTL电压电平范围，可直接与TTL电路或微机电路相接，下面是芯片电路原理图DAC0832引脚图和内部结构电路图DIP塑封引脚图引脚功能  圆形金属壳封装管脚图

22、图3 内部电路原理图LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工 作条件下，电源电流与 电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模组,音频放大器、工业控制、DC增益部件和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。 LM358的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。 特性(Features)： 内部频率补偿。直流电压增益高(约100dB)。单位增益频带宽(约1MHz)。电源电压范围宽：单电源(330V)；双电源(±1.5一±15V)。低功耗电流，适合于电池供电。低输入

23、偏流。低输入失调电压和失调电流。共模输入电压范围宽，包括接地。差模输入电压范围宽，等于电源电压范围。 输出电压摆幅大（0至Vcc-1.5V) 。 参数：输入偏置电流45 nA 输入失调电流50 nA 输入失调电压2.9mV输入共模电压最大值VCC1.5 V 共模抑制比80d 电源抑制比100dB LM317是美国国家半导体公司的三端可调正稳压器集成电路。LM317的输出电压范围是1.2V至37V，负载电流最大为1.5A。它的使用非常简单，仅需两个外接电阻来设置输出电压。此外它的线性调整率和负载调整率也比标 准的固定稳压器好。LM317内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路

24、。通常LM317不需要外接电容，除非输入滤波电容到LM317输入端的连线超过6英寸（约15厘米）。使用输出电容能改变瞬态响应。调整端使用滤波电容能得到比标准三端稳压器高的多的纹波抑制比。LM317能够有许多特殊的用法。比如把调整端悬浮到一个较高的电压上，可以用来调节高达数百伏的电压，只要输入输出压差不超过LM317的极限就行。当然还要避免输出端短路。还可以把调整端接到一个可编程电压上，实现可编程的电源输出。特性简介： 可调整输出电压低到1.2V。保证1.5A输出电流。典型线性调整率0.01%。典型负载调整率0.1%。80dB纹波抑制比。输出短路保护。过流、过热保护。调整管安全工作区保

25、护。标准三端晶体管封装。电压范围：   LM317 1.25V至37V连续可调。  标注应用电路3 系统程序设计3.1程序流程图 主程序流程图 3.2程序设计#include <reg52.h> #define uchar unsigned char  #define uint unsigned intunsigned char code ziku20=  0xc0,0xf9,0xa4,0xb0

26、,0x99, /0,1,2,3,4,  0x92,0x82,0xD8,0x80,0x90, /5,6,7,8,9, 0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86, /A,B,C,D,E 0x8e,0x7f,0xbf,0x89,0xff /F,.,-,H,NULL /0    1    2    3     4  &

27、#160; 5    6    7   8    9     uchar buff2; uchar voltage; uchar ans; uchar x,y; sbit key16 = P10; sbit key8 = P11; 

28、;sbit keyadd = P12; sbit keysub = P13; sbit OUT0 = P20; sbit OUT1 = P21; sbit OUT2 = P22; sbit OUT3 = P23; sbit OUT4 = P24; sbit OUT5 = P25; 

29、;sbit OUT6 = P26; sbit OUT7 = P27; sbit L1 = P36; sbit L2 = P37; /- /函数名称: delay /功能描述:延时(N*8+6) /- void delay(uint N)  uint i; for(i=0;i<N;i+)   &

30、#160; /*函数名：getbuff 功能：将电压值转化为显示码存入buff*/ void getbuff(void)  x = voltage/10; y = voltage%10; buff1 = zikux; buff0 = zikuy;  /*函数名：display 功能：显示buff*/ void display(void)  L1 =

31、 0; P0=buff0; delay(200); L1 = 1; L2 = 0; P0=buff1; delay(200); L2 = 1;  /*函数名：key 功能：键盘扫描和设置*/ /*按下P1.0：输出15V 按下P1.1：输出1V */ /*按下P1.2：输出加1V 按下P1.3：输出减1V */ void key(void)

32、0; key16 = 1; key8 = 1; keyadd = 1; keysub = 1; if(P1&0x0f)!=0x0f)/有键按下  delay(200);/延时去抖动 if (ans=(P1&0x0f)!=0x0f)  do;while(P1&0x0f)!=0x0f);/ 等待键放松 switch (ans)  case

33、 0x0e:voltage=12;break; case 0x0d:voltage=5;break; case 0x0b:if(voltage<15) voltage+;break; case 0x07:if(voltage>2) voltage-;break; default:break;     /*函数名：DAC 功能：直通方式DA转换*/ void DAC(void)  uch

34、ar temp; temp = voltage*16-20;  OUT0 = temp%2; temp = temp/2;  OUT1 = temp%2; temp = temp/2;  OUT2 = temp%2; temp = temp/2;  OUT3 = temp%2; temp = temp/2;  OUT4 = temp%2; temp = temp/2;  OUT5 = temp%2; temp = temp/2;  OUT6 = temp%2; temp = temp/2;  OUT7 = temp%2;  void main(vo