基于单片机的数控直流稳压电源

太原科技大学毕业设计（论文）TAIYUAN UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY毕业设计（论文）题目：基于单片机的数控直流稳压电源学 生 姓 名 赵浩男 学 号 201215010339 班 级 电气 121503 所属院（系） 电子信息工程学院 指 导 教 师 刘立群 2016 年 6 月 10 日太原科技大学毕业设计（论文）摘 要 .IAbstract .II第 1 章 绪论 .- 3 -1.1 课题背景 .- 3 -1.2 设计任务及技术要求 .- 3 -1.2.1.设计任务： .- 3 -1.2.2.技术要求： .- 3 -第 2 章 方案的论证与设计 .- 4 -2.1 方案选择 .- 4 -2.2 方案的确定 .- 4 -2.3 方框图的设计 .- 4 -第 3 章 单元电路设计 .- 6 -3.1.1 AT89C51 单片机 .- 6 -3.1.2 单片机在电路中应用 .- 6 -3.2 数/模转换电路设计 .- 7 -3.2.1 DAC0832 芯片简介 .- 7 -3.2.2 DAC0832 在电路中的应用 .- 7 -3.3 放大电路设计 .- 7 -3.3.1 OP07 简介 .- 7 -3.3.2 OP07 在电路中的应用 .- 7 -3.4 辅助电源电路设计 .- 8 -3.5 键盘显示电路设计 .- 9 -3.5.1 键盘电路设计 .- 9 -3.5.2 显示电路设计 .- 9 -3.6 稳压电路设计 .- 10 -3.6.1 TL431 典型电路 .- 10 -3.6.2 10V 分压电路 .- 10 -3.6.3 加法运算电路 .- 11 -3.6.4 LM317 的输出电压设计电路 .- 11 -第 4 章 软件程序设计 .- 13 -4.1 系统主程序流程图 .- 13 -4.2 子程序流程图 .- 14 -第 5 章 系统测试与误差分析 .- 15 -5.1 测试电路与测试方法 .- 15 -5.2 测试数据与结果分析 .- 15 -第 6 章 总结 .- 17 -参考文献 .- 18 -致 谢 .- 19 -太原科技大学毕业设计（论文）摘 要数控直流稳压电源是最常用的电子仪器设备之一，也是电子仪器设备的一个重要组成部分。本文介绍了一种数控直流稳压电源的设计原理和实现方法，他是以 51 单片机为核心的，其主要由键盘部分、单片机部分、辅助电源部分、显示部分、D/A 转换部分、稳压控制部分等六部分构成。该系统原理是以数模转换芯片 DAC0832 输出参考电压，以控制电压转换模块 LM317 输出电压，以 AT89C51 单片机为控制单元，同时输出稳压恒流。本系统具有显示直观、使用方便、电压的可预置、可步进增减调整等特点。在本文的最后，对该系统进行了系统测试和误差分析，并对本次设计做出了总结。关键词：单片机；数/模转换器；数控直流稳压电源；太原科技大学毕业设计（论文）AbstractThe numerical controller DC power supply is the most commonly used numerical control equipment, It is also an important part of electronic instruments and equipment. The method of this paper based on the 51 MCU core of the numerical controller DC power supply design theory and realization. There are six modules of this system, which is mainly consisted of keyboard module, micro-controller module, power supply module, display module, D/A converters module, DC Regulators module. The system is based on the principle of single-chip microcomputer to control the unit AT89C51 to DAC0832 digital-to-analog converter chip reference voltage to control the output voltage LM317 output voltage conversion module size. The system has the following features, such as intuitive showing, easy using, the voltage can be preset, step changes in adjustment, etc.At the end of this paper, the system test and error analysis are carried out, and the design of this system is summarized.Keywords: MCU, DAC, the numerical controller DC power supply.太原科技大学毕业设计（论文）- 1 -第 1 章 绪论基于单片机的数控直流稳压电源造价比较低，通过使用较为普遍的原件就能实现应有的功能，清晰直观。数控直流稳压电源利用先进的数字显示技术，输出电压很容易读出，只要仪器不出现故障，输出结果就是唯一的，这不仅准确客观，而且符合人们的读数习惯。传统的稳压电源是通过调节电位器的阻值进而改变输出电压，长时间使用后，就会有接触不良等故障出现，导致输出电压不稳定。数控直流稳压电源利用步进的方法，选取到不一样的输出电压，并用数码管显示出来，工作稳定。基于单片机的数控直流稳压电源，具有造价低，显示清晰，输出电压容易改变等优点。1.1 课题背景数字控制电源技术是一种实践性很强的工程技术，存在于各行各业。当今电源技术融合了电子、电气、材料等诸多领域,直 流 稳 压 电 源 是 一 种 常 用 的 仪 表 设 备 ， 普 遍 地 应 用于 教 学 、 科 研 等 领 域 ， 是 科 学 研 究 和 电 子 设 计 师 与 电 路 开 发 部 进 行 试 验 操 作 不 能 缺 少 的电 子 仪 器 。随 着 电 子 技 术 的 发 展 ， 电 源 技 术 中 遇 到 的 许 多 难 题 都 可 以 通 过 找 寻 新 器 件 的 办 法 解决 。 各 式 各 样 的 D/A 转 换 器 已 经 被 广 泛 利 用 ， 可 以 便 捷 地 对 电 压 值 进 行 数 字 控 制 ， 这样 自 然 就 可 以 便 宜 地 实 现 数 控 直 流 稳 压 电 源 的 电 路 。目 前 ， 利 用 单 片 机 构 成 的 数 控 稳 压 电 源 产 品 越 来 越 多 ， 并 且 已 被 广 泛 用 于 家 庭 电 器 、工 业 电 器 等 领 域 ， 由 于 它 扩 展 能 力 很 强 ， 功 能 日 趋 完 善 ， 现 在 已 经 应 用 到 人 们 生 活 的各 个 方 面 ， 人 类 的 生 产 生 活 也 因 为 电 源 技 术 的 进 步 而 获 得 了 许 多 的 便 利 。1.2 设计任务及技术要求1.2.1.设计任务：基 于 单 片 机 的 数 控 直 流 可 调 稳 压 电 源1.2.2.技术要求：1 ).输 出 电 压 为 (110)v2).步 进 电 压 为 0.1V3).最 大 输 出 电 流 5A太原科技大学毕业设计（论文）- 2 -第 2 章 方案的论证与设计2.1 方案选择方 案 一 ： 模 拟 电 路基 于 模 拟 电 路 的 可 调 稳 压 电 路 ， 是 用 一 个 电 位 器 来 调 整 输 出 电 压 ,电 位 器 的 每 个 档旁 边 标 明 的 电 压 值 构 成 了 它 的 显 示 系 统 。 随 着 电 子 技 术 的 发 展 ， 它 的 不 耐 用 的 缺 点 已 经使 它 渐 渐 离 开 了 历 史 舞 台 ， 并 被 其 他 电 源 所 替 代 。方 案 二 ： 纯 数 字 电 路基 于 纯 数 字 电 路 的 可 调 稳 压 电 源 巧 妙 地 通 过 减 少 硬 件 之 间 的 磨 损 使 其 使 用 寿 命 得到 了 提 高 ， 而 且 输 出 电 压 不 会 随 时 间 产 生 太 大 的 误 差 。 然 而 他 的 缺 点 是 电 路 较 为 复 杂 ，制 作 很 困 难 ， 衍 生 问 题 比 较 多 。方 案 三 ： 单 片 机 的 电 路基 于 单 片 机 的 数 字 稳 压 电 源 将 数 字 电 路 和 单 片 机 很 好 地 结 合 在 一 起 ， 不 仅 能 够 达 到纯 数 字 电 路 的 效 果 ， 并 且 能 够 极 大 地 简 化 纯 数 字 电 路 。 应 用 单 片 机 后 ， 还 可 以 通 过 软 件实 现 保 护 功 能 ， 日 后 扩 展 其 他 的 功 能 也 非 常 方 便 。2.2 方案的确定经 过 认 真 的 比 对 ， 本 着 设 计 合 理 、 切 合 指 标 、 经 济 划 算 的 标 准 ， 最 终 认 为 方 案 三 符合 本 次 毕 业 设 计 的 要 求 。2.3 方框图的设计图 2.1 是数控直流稳压电源的设计方框图。由以下几个部分组成：键盘部分、显示部分、单片机部分、D/A 转换部分、辅助电源部分、电压输出调整部分。太原科技大学毕业设计（论文）- 3 -220V89C51单片机DAC0832键盘输入电压输出调整电路电压输出LED 显示自制辅助电源-15V +5V+15V至各单元电路基准电压图 2.1 设计原理图太原科技大学毕业设计（论文）- 4 -第 3 章 单元电路设计3.1 单片机电路设计3.1.1 AT89C51 单片机AT89C51 是自带 4K 字节 FLASH 的存储器，它拥有高性能、低电压的 CMOS 8 位微处理器。很多嵌入式控制系统，在利用 51 单片机后，灵活性高，并且价格低廉。AT89C51 有下面的标准功能： 32 个 I/O 口线，一个全双工串行通信口，两个 16 位定时/计数器。3.1.2 单片机在电路中应用图 3.1 是单片机系统的中心部分，如同其他单片机系统一样，单片机是完成该功能的核心控制部分。由电容和电阻组建了单片机的上电自动复位电路，在上电瞬间，电容相当于短路，此时在 RST 端出现一段时间的高电平，只要高电平保持适当长的时间，就可以使 MCS-51 单片机有效复位。由晶振和微调电容构成了内部振荡方式，产生振荡时钟脉冲，其中晶振值为 12MHz。单片机芯片的 40 脚接5V，20 脚接地。图 3.1太原科技大学毕业设计（论文）- 5 -3.2 数/模转换电路设计3.2.1 DAC0832 芯片简介DAC0832 是一种 8 分辨率的 D/A 转换集成芯片。它与微处理器完全兼容。它由四部分构成，分别是：D/A 转换电路，输入锁存器，DAC 寄存器及转换控制电路。3.2.2 DAC0832 在电路中的应用因为设计的数控电源仅仅需要一路输出，所以为了简化程序设计以及电路组装，DAC0832 的硬件电路采用如图 3.2 所示的单缓冲接口电路。管脚 8 接+10V 的参考电压，Vcc 选择为+5V 的参考电压。图 3.23.3 放大电路设计3.3.1 OP07 简介OP07 芯片是一种非斩波稳零、低噪声的双极性运算放大器集成电路，主要用于微弱信号的放大。3.3.2 OP07 在电路中的应用DAC0832 的输出连接 OP07 运算放大器，采用差动输出形式，输出电压为-