《基于单片机的数控直流电源的设计与实现》8800字（论文）

基于单片机的数控直流电源的设计与实现基于单片机的数控直流电源的设计与实现TOC\o"1-2"\h\z\u318401.引言 1163481.1课题背景 136451.2主要设计思想 230231.3研究的意义 2326132.各模块方案的论证 2113772.1控制方案比较 2265792.2稳压输出方案比较 382663.系统的硬件电路设计 3247053.1主控制器模块 399103.2D/A转换模块 4134373.3稳压输出模块 6192353.4按键控制模块 7255183.5数码管显示模块 8284913.6振荡电路设计模块 10297413.7复位电路设计模块 10304084.系统软件设计 1135954.1系统程序设计流程图 1115654.2键盘扫描程序 13115294.3屏幕显示程序 13288825.调试结果与分析 1325585.2硬件调试 1598145.3测试结果 1565055.4测试结论 1610444参考文献 16摘要：电子信息技术的发展趋势引起了电子设备信息技术的越来越普遍，电子产品的种类也在增加。随着大，中，小型电子产品的应用越来越广泛，还需要建立稳定的开关电源以实现大，中，小型电子产品的功能损失。根据此定义，本文设计并生产了达到目标的用于CNC车床的DC稳定电源。该系统以STC89C51单片机为主要控制芯片设计方案，并根据计算机键盘设置直流稳定开关电源的输出电压。交流伺服电机的差分信号可以设置为0.1V，输出电压范围为0-9.9V，大电流为330MA，并且可以在显示屏上显示唯一的输出电压值。系统软件具有用于过电流维护的电路。当输出电流大时，稳压管将自动切断，红色的指示灯将发出警报。该系统软件由单芯片设计方案控制，以控制输出差分信号。在D/A转换器之后，输出模拟仿真输入，然后保持计算放大器电路增加，并操纵整流管的基极，并遵循稳压管基极的标准工作电压转换。并输出不同的工作电压。关键词：稳压电源STC89C51单片机数控直流D/A转换数字信号1.引言电源技术在如今的发展中占据着极其重要的位置，数控机床的电子电源在这方面似乎更为重要，它可以为各行各业的新项目提供服务。如今，电子电源已经集成了许多课程的内容和行业，例如电气设备，电子设备，管理信息系统，控制理论和原材料的集成。随着计算机和通信技术的发展趋势，当代信息技术的改革和创新显示了电力电子技术的广阔发展前景，并明确指出了更高的能源供应政策和法规。随着电子控制系统中数控车床开关电源的广泛应用，工作中通用开关电源所造成的差异将严重危害整个系统的精度。开关电源在使用时会造成很多伤害，造成不利影响，因此电源的数字化操作无疑是追求完美的每个人的总体目标之一。它给人们带来的便利也是不可否认的。其中，数控机床的直流电源稳定。这是一个很好的典型例子，每个人对此的法规越来越高。工作科学研究，日常生活并为当代人生产更坚固，更便捷的设备，则必须从数字电子技术开始。一切都数字化，智能系统的发展趋势。传统的直流稳压电源的输出电压是通过电源开关和微调电位器根据粗调来调节的，工作标准电压值的大小由电流表指示。这种直流稳压电源的缺点是读数不太准确，传感器极易损坏，稳压器精度低，调节困难，电源电路复杂，体积大。但是，可以基于单片机来处理数据类型。调整稳压电源可以更合理地解决上述问题。单片机设计以及其他电子产品和外围电路用于开发设计和设计数据可调稳压电源。能够设置输出电压值，并掌握一些外围电路的扩展，进一步提高了用C语言编写系统配置程序流程的能力。1.1课题背景电源技术，特别是稳压电源技术，已广泛应用于建筑工程设计中，并已广泛应用于各行各业。用于直流稳定电源的电路方法有多种，例如串联连接型，电源开关型，集成有集成电路的集成电路芯片，稳压管和直流稳定电源。该链路中使用的大多数直流稳压电源是线性稳压电源，由公司的分立组件组成。该公司的这种分立元件体积大，效率高，可靠性低，并且在操作和应用上不方便。声音安全意识不好，并且其机械和设备的故障率很高（长期）。在大电流和高压下的工作中，电子组件容易被损坏。但在直流可调稳压电源中，由电子整流器获得的直流开关电源的工作电压相对较低，滤波器通常不稳定。当工作电压波动或负载电流转移到外部时，输出电压也会出现一定水平。连接，电子产品的开关电源的不稳定都会给机械设备带来很多问题。因此，仅基于高质量直流可调稳压电源的设计，才能满足各种电子产品电源电路的要求。常用的工具实际上是在1980年代开发和设计的。在此链接中，刚刚创建了用于系统软件的电力电子技术的一些理论基础。这种基础知识和科学研究为开关电源的后续开发和设计奠定了良好的基础。在电力电子技术的后技术发展趋势中，加工中心开关电源的技术发展趋势取得了长足的进步。但是，其产品具有不能满足数控机床要求，分辨率不足，功能损耗低，可靠性差等缺点。单片机的设计方案技术和工作电压转换模块的出现，为开发高精度数控车床开关电源提供了有效的规范。新的转换技术和控制理论的不断发展趋势，各种专用集成电路芯片和信号转换设备的开发和应用。1.2主要设计思想在此环节中，市场上各种直流稳压电源的基本环节基本相同，包括通信，交流变压器，逆变器电路，滤波稳压电源电路等。程序设计采用单片机设计自动控制系统遵循直流稳压电源的方法和原理，完成稳压电源数控机床的调整。从结构上看，系统配置电路由单片机，变压器，电子设备整流电路，滤波电路，可调稳压电源输出电路，D/A转换电路和鉴别电路组成。高精度模数转换器的应用和加工中心单片机的设计，开关电源的自动检索技术指标具有很高的可靠性，可以自由设定输出电压。从0.0V至10.0V的以下类别。所有功能均根据实际操作进行控制。面板上的计算机键盘已实现。采用计算机键盘设计来控制单片机，为电路检查提供了极大的方便，提高了工作效率。1.3研究的意义与传统的直流电源相比，基于单片机的加工中心直流电源具有独到之处，突出了其自主创新能力。它不仅可以用作基础电子设备和科研实验的开关电源电路，而且可以使可调稳压电源按照编程方法连续改变输出电压，具有很高的性价比。开关电源由计算机系统控制，具有以下显着优点：（1）优秀的智能控制系统和控制方法的应用表明，开关电源的先进智能控制系统具有更突出的特点。（2）系统软件易于升级，实际操作更加灵活。仅需更改自动控制系统，而无需更改系统配置路由器。（3）提高了自动控制系统的稳定性，使其更易于标准化。同一控制面板可与不同的系统软件（或具有不同型号规格和规格的产品）一起使用，并且仅需要对移动电话应用程序的操作进行一些调整。（4）系统标准电压输出的一致性好，成本低廉，量产方便。2.各模块方案的论证2.1控制方案比较方案1：应用各种数字电路设计解决方案来生成计算机键盘操纵系统并执行信号分析，例如可编程逻辑设备（例如CPLD）的应用。该方案电路复杂，协调性不高，效率低，不利于系统的扩展，信号分析困难。方案2：本系统的实际操作控制模块是为STC89C51单片机设计的，它可以根据TLC5615AD转换和LM358工作电压调整来更改系统软件的输出电压。标记的工作电压值是输出电压的大小。该系统更加灵活。手机应用程序的应用解决了数据信息预置和电压大小控制问题，使系统配置更加简洁，各种功能易于实现，很好地满足了问题类型的要求。与上述两种方案的优缺点相比，第一种方案使用大型，中型和小型机械设备来执行系统的部分数控车床。应用了很多集成设备，这使得控制电路内部的电源插座的信号变得复杂，并且中间有许多内部连接。影响不是很好。在第二种方案中，使用单片机实现所有CNC机床的一部分也有利于系统的扩展。2.2稳压输出方案比较方案一:采用线性调压电源改变其标准电压的方法不仅要增加/减少输出，而且还必须考虑由电子整流器滤除的谐波失真对输出造成的损害。方案二:使用运算放大器对电压的比较放大由于测量放大器电路的开关电源电路的电压抑制比在电源电路的工作中非常大，因此，可以大大降低输出谐波。方案1中的输出电压不能跟踪工作电压的快速变化，方案2中的输出电压波形与TLC5615相同。不仅可以输出直流输出功率的音频信号，而且还必须事先转换成定性的研究数据信息，从而使信号源具有一定的驱动能力。2.3总体方案框图系统总体方案框图如图1所示。按键按键单片机D/A转换运放调整管输出LED显示电源取样图1系统总体方案框图3.系统的硬件电路设计3.1主控制器模块该方案设计选择采用PDIP封装的STC89C51集成电路芯片作为核心控制器，如图2所示。微控制器具有以下优点：（1）耗电量极低掉电模式：典型的功能损耗为0.5uA，可以通过外部中断来唤醒。停止并返回后，将执行初始程序流程。所有正常工作模式：自由模式：典型功耗为1mA。所有正常工作模式：典型性能损失为2mA-4mA。（2）抗干扰能力强I/O端口，开关电源，数字时钟，看门狗1，延迟电路都是独特的解决方案。工作电压宽，不怕开关电源震颤，工作电压范围为3.4-6V。高抗静电性（高ESD维护），很容易超过2000V。快速充的影响。图2STC89C51芯片引脚图操纵部分是系统整体机械设备合作和智能控制系统管理的核心部分。STC89C5微控制器的操纵应用非常关键。微控制器的应用不仅有利于监督，而且大大减少了硬件设计开发。原理图如图3所示。图3

单片机控制部分3.2D/A转换模块(1)D/A转换芯片TLC5615介绍TLC5615是具有串行通信的模数转换器。包含上电校准功能，即将DAC存储器校准为全零。在性能改善的初始阶段，具有电流输出类型的DAC更好。10位数据信息的串行通信输入只能使用3条串行总线，这便于与行业标准的微控制器或微处理器（微控制器）接口，并且适用于测试可充电电池供电系统的仪表板和移动电话，也适用于数据不平衡和增益值调整及其工业控制系统场所。TLC5615引脚图如图4所示。图4D/A转换TLC5615引脚DIN：串行通讯数据信息输入端子；SCLK：串行通讯时钟输入端子；CS：集成ic采用通过端子，低频合理；DOUT：级联时用于输出串行通讯数据信息；AGND：模拟模拟地；REFIN：标准电压输入端子，2V〜（VDD-2）；OUT：DAC模拟模拟电压输出端子；VDD：开关电源正极，4.5〜5.9V，通常为5V。（2）D/A转换控制部分该系统配备了一个D/A转换插座，并选择了10个模数转换器TLC5615。该电路如图5所示。D/A转换后的部分输出电压用作齐纳输出电源电路的参考工作电压。齐纳二极管的输出功率与参考工作标准电压呈正相关。TLC5615的集成ic选择分别由微处理器的P11，P13和P12引脚控制的数据信号和串行通信数据信息以及数据时钟。时序图如图6所示。

图5D/A转换控制部分原理图图6TLC5615数模转换时序图3.3稳压输出模块(1)稳压控制芯片LM358LM358包含两个输出功率放大器电路和一个具有内部频率补偿的双运放电路。它适用于具有宽工作电压范围的单开关电源电路，以及双电源开关的工作过程。其应用范围包括传感器放大器，DC增益值模块和其他区域性应用，其中所有运算放大器都可以由单个开关电源系统供电。LM358的引脚图如图7所示

图7LM358引脚图(2)稳压输出原理与电路DA转换选择TLC5615串行通讯通讯，不占用MCU设计的IO资源，操作流程简单，且DA转换率高。确保将微控制器设计中的二进制数据信息转换为微控制器设计中的二进制数据信息，以获得仿真仿真工作所需的工作电压，然后使用LM358计算放大器电路改善微控制器设计的输出。RP1是10k高精度可调电位计测试产品反馈，该反馈被反馈到LM358的第二个引脚，以生成带有一系列晶体管的稳压电源电路。C7是用于确保开关电源电路可靠性的输出电压滤波器。JP1是输出端子。对于商品，它是两个灰黑色和鲜红色的铁夹。如图8所示。图8稳压输出电路(3)稳压输出模块仿真图通常，DC稳压电源使用可调电阻器来调节输出电压，因此必须基本执行DC稳压电源的数字控制。实际上，仅必须使用数字控制的一部分来替换可变电阻器。能够进行数控车床直流稳压电源的研究课题。因此，首先要做的是选择一个合适的变压器电源电路，并对其可行性进行仿真仿真。如图所示9。图9稳压电路仿真图3.4按键控制模块按钮控制模块如图10所示。在这种设计中，选择了一个独立的按钮来执行微控制器设计的集成功能按钮icSTC89C5的实际输入操作。每个按钮的一端具有接地设备，另一端具有单芯片设计引脚。按钮“”，“-”，“0V”完成功能：调节工作电压步进电机的0.1V和0V输出。图10键盘控制电路图3.5数码管显示模块(1)图11为典型的数码管。图117段LED数码管图12共阴极与共阳极LED显示器如图11，LED显示屏也称为数字显示管。表1列出了共阳极和熔融阴极LED显示屏之间的对应关系，指示数据，英文字母和指示代码。表1代码对应表显示字符共阴极段码共阳极段码显示字符共阴极段码共阳极段码03FC087F80106F996F9025BA4A778834FB0B7C8346699C39C656D92D5EA167D82E7986707F8F718E（2）LED显示器显示方式 有两种点亮LED显示屏的方式：一种是静态数据显示；另一种是静态数据显示。另一个是静态数据显示。另一个是动态显示。在方案的设计中，选择了动态显示。换句话说，它是静态数据显示。换句话说，每个显示器必须占用一个单独的I/O扩展插槽，该插槽具有用于单词的笔画段字体样式编号的锁存功能。这样，微控制器设计仅需要将显示的字体代码发送到通信插孔，而无需关心。它将消息推送到新的字体代码，直到要显示新的数据信息。因此，对于这种方法，单芯片设计中的CPU成本较低。这种电路的优点是可以额外显示不同的标识符。但缺点是占用大量服务器端口资源。从图13可以看出，每个LED显示屏必须分别占用8条服务器端口线。因此，当存在大量数据信息时，通常不使用这种方案设计，而是使用动态显示方法。程序设计使用这种类型的显示方法。图13静态显示图图14动态显示图由于所有段选择代码都链接在一起，因此只能同时显示相同种类的标记。但是，如果要标记其他标识符，则必须由位选择代码来操纵它们。（如果LED是公共负极，则P2.0~~P2.3的输出为低频，如果LED是公共阳极氧化，则P2.0~~P2.3的输出为上拉电阻。）3.6振荡电路设计模块微控制器的时钟周期也称为振荡周期，并且振荡周期可以理解为微控制器的晶体振荡器的数量。例如，在本设计方案中使用的由STC89C52微控制器设计的上层晶体振荡器为12MHz，因此振荡周期为12MHz和1/12μs之一。它也是MCU的最小时钟频率模块，由其他组件组成。例如，计时码表是电子计数器的默认设置，可以实际操作单个脉冲。机器周期是操作过程的时间单位（例如获取周期时间的命令，获取周期时间的命令等）。MCU无法自动复位，并且外部电源电路必须执行实际的复位操作。一旦从外界获得所需的电源电路，微控制器将在向微控制器的复位引脚添加上拉电阻超过2个机器周期后复位。修复到初始情况，然后等待下一次计算。如图15所示。图15振荡电路3.7复位电路设计模块3.7.1CPUA内部复位电路由于STC89C51产品系列的MCU设计使用高级校准，因此其内部复位电路如图16.17所示。高级校准单脉冲RST引脚被输入到内部Harris开关原理中，并发送到CPU的内部复位电路。CPU在每个振荡周期的S5P2连接中对Sanders进行采样，以打开基本原理的输出端子。如果太高，它将驱动工业设备进入复位状态。为了更好地确保CPU中每个模块的电源电路的可靠复位，请务必复位RST引脚的单个脉冲的高电平脉冲维持在2个机器周期以上（即24个振荡周期）。图16内部复位电路图17外部复位电路4.系统软件设计4.1系统程序设计流程图该系统软件使用了STC89C51微控制器设计的一部分：键盘扫描器，终端显示，D/A输出。程序流程图如图19所示。开始开始LCD1602初始化子程序置电压初始值键盘扫描子程序结束图19程序流程图该系统使用STC89C51微处理器设计方案的一部分：键盘扩展，程序流停止，I/O实际操作。它们中的大多数与源程序无关，但是键盘扫描枪基于查询程序流的方式，因此键盘扫描枪程序流应在源程序中打开。主程序流程图如图20所示，电压加载子程序流程图如图20所示，并且组装了键盘扫描仪解决方案。如图21所示。开始开始调用LCD写指令子程序调用LCD写指数据子程序结束图20写电压子程序流程图系统初始化系统初始化电压数据送到D/A允许定时器中断扫描键盘，是否按下按下复位按键按下电压增加按键按下电压减少按键电压复位电压增加0.1电压减少0.1YNNYYN图21键盘扫描处理子程序4.2键盘扫描程序此设计的1*3列键盘是选择扫描仪以明确按下功能键的方法，每个功能键依次为“校准功能键”，“电压升高0.1”和“电压降低0.1”更好地消除人为因素功能键的机械设备振动。使用程序编程可消除此类危害。程序解释说明见附录14.3屏幕显示程序如果液晶控制模块LCD1602要指示输出电压，则程序需要根据LCD1602的实际指令对其进行操作。首先要做的是使液晶以指示模式工作，即以编写指令的方式使液晶控制模块工作，然后使液晶显示用户按下的英文字母，然后让液晶显示器显示用户按下的英文字母。液晶工作写入数据信息。模式。实际的指令已经在上面讨论过了，这里不再赘述。LCD的写指令程序见附录2。由于微控制器设计中的存储器和计时器电子计数器都具有初始值，因此，如果该值不用于此类控制模块，则微控制器设计可能会引起混乱，并且无法根据初始值编写程序，所以要添加一个重置程序来增强系统的稳定性。液晶模块如果不进行初始化的话会一直显示上次输出的电压或者停留在上次掉电时的状态下。所以初始化程序必不可少。说明见附录35.调试结果与分析5.1软件调试KeilC51是由KeilSoftware在国外生产的51个产品系列，并且与单片机C语言软件开发系统兼容。与选择相比，C语言在功能，结构，易读性和可伸缩性方面具有显着优势，因此易于理解和使用。应用汇编程序后，我使用C进行开发和设计，并且感到更深入。该绘图软件编译器使用uVision2c语言表达编译器。在图22的“选择CPU规格和型号”提示框中选择CPU制造商和控制集成ic。从Atmel中选择AT89C51集成编译器。图22选择芯片界面设置编写编程代码后，必须编译程序链接并将其转换为总体目标代码，然后进行硬件配置调整或仿真模拟。可以单击编译器代码，也可以单击计算机键盘上的键盘快捷键F7。编译后的结果如图23所示。图23软件编译结果界面选择Atmel的AT89C51集成编译器的移动应用程序后，应一键将代码下载到STC89C5MCU。在这里，我们使用STC-ISP下载软件程序流程。如图24所示。图24STC程序下载界面5.2硬件调试在检查系统配置并且电路没有短路故障或短路故障之后，连接开关电源电路，并检查每个集成集成IC的电源电压是否合适。满足要求并且单片机晶体振荡器电路是否振荡，只有单片机晶体振荡器电路正常，单片机才能工作。经检查，上述情况均属正常。首次进行硬件配置仿真时，这意味着它将闪烁，这需要对数据显像管进行单独调试。经过仔细观察，我发现明显的时间延迟过长，并且在减少了延迟时间后消除了闪烁。在调试所有硬件配置的整个过程中也遇到了困难。即，输出电压与标记电压不同。从那时起，增加了一个电阻器将反馈反馈电压调整为无限指示的电压。如果要调试手机软件，则必须小心。通常，一两个C语言编译器很难成功。在调试手机软件的整个过程中，必须仔细推导每个软件。有时只有多个语法错误，并且检查时间相对较长。这可能是由于缺乏自己的移动书写软件标准所致。该程序的编写不仔细，细腻且不规范。在调试手机软件的情况下，有一个问题引起我非常适当和很大的怀疑，即每个子方法都没有问题，最终结果与估计不符。我正在努力学习。经过老师的委托，我终于意识到这主要是程序建设的问题。根据对该问题的科学研究和调试结果，有必要掌握一个详细的程序，尤其要注意其结构，并尽可能少地在程序中使用一些复杂的句子，而这并不是一个简单的总结。每个子程序。整个程序并不意味着它不能被应用，而是它在可以应用时不被尽可能多地应用，因为每次执行该命令时，都需要执行堆栈实际操作，并且该设计方案中有更多的子例程，因此延长了程序的执行时间。5.3测试结果测试结果如表2所示。表2测试结果显示电压（V）测量电压（V）10.981.31.261.51.471.61.571.81.7821.982.62.593.13.083.73.6855.0066.0088.0599.039.79.739.99.875.4测试结论当使用单片机设计并实际操作开关电源电路时，输出直流电源为0.0-10.0V，数据显示管显示清晰，适度，且相差很小。它是直流电源稳压器的主题。数控车床的资源长期以来一直是完美的。但是，初始设计不够坚固，并且由于在制造过程中遇到一些困难，因此未标记预设的工作标准电压。因此，没有执行初始设计所需的过电流量维持和过电压维持电路，并且可以进一步改善设计。5.5小结大学毕业课程是在我自己的努力下，在同学的帮助下以及在老师的特殊指导下进行的。结果很重要，而且过程也很有价值。因为我必须经历一个艰难的过程才能获得良好的结果，并且从这个充满信心的过程中，我获得了宝贵的工作经验和教训。全心全意的收集对我自己将是一种质的改善。这是关于这个新项目毕业后的结果的简要报告：(1).数控机床直流可调稳压电源的详细设计方案；(2).模块化设计的“C”源代码；(3).工作电压最小调节范围：Sv=0.1V；(4).选择数字显示管以指示输入的设定工作电压作为功能键；CNC机床的电源设备用于电能的转换和功率的传输。它是具有新技术内容，开放专业知识和快速升级的产品。如今，它已广泛用于工业生产，电磁能，运输，运输，信息，航空，航天，航运，国防安全和安保，教育，文化创造等领域。在信息时代，上述所有产业都在快速发展，其发展趋势显然为整个开关电源电路产业链设定了更高的法规。因此，在下一步中，可以进一步改善设计。根据手机软件的变化，可以改善过流保护，过压保护，声光报警电路，扩大输出电压范围，可以方便地应用于许多电子设备开关电源系统软件。参考文献[1]宋开军,杨国渝.智能稳压电源设计[J].电子技术,2003(10):48-49.[3]冯泽虎,朱相磊,滕春梅.基于单片机的可编程直流稳压电源设计[J].中国高新技术企业,2009(21):36-37.[4]高松.基于单片机的数控直流稳压电源[J].陶瓷研究与职业教育,2008(2):43-44.[5]谢明亮,马学强,苏向阳.数控直流稳压电源[J].数字技术与应用,2009(12):10-11.[7]胡桂阳,卢月琼,李昌禧.用单片机制作的直流稳压可调电源[J].电子世界,2005(12):24-25.[8]刘桂英,刘高潮,黄国华.串联型直流稳压电源的仿真分析[J].广西师范学院学报,2004,21(2):55-59.[9]赵亮.液晶显示模块LCD1602应用[J].电子制作,2007(3):58-59.[10]高伟.STC89C51单片机原理及应用（第一版）[M].北京:国防工业出版社,2008.[11]潘永雄.新编单片机原理与应用[M].西安：西安电子科技大学出版社,2007.[12]江太辉.MCS-51系列单片机原理与应用[M].广州：华南理工大学出版社,1900.[13]汤竞南,沈国琴.STC89C51单片机C语言开发与实例[M].北京：人民邮电出版社,2008.[14]张萌，和湘，姜斌.单片机应用系统开发综合实例（第一版）[M].北京：清华大学出版社，2007.附录1ucharkeyscan() //键盘扫描启动 { P3=0xfe; temp=P3; temp=temp&0xf0;// while(temp!=0xf0)// { delay(5);// 调用延时程序。确保被按下的键能够成为有效输入。 temp=P3; temp=temp&0xf0;//与初始状态比较，确认那个键被按下。 while(temp!=0xf0)//按下延时，消除按下抖动 { temp=P3; switch(temp)