应用电子毕业设计（论文）-数控步进直流稳压电源的设计.doc

河南职业技术学院毕业设计（论文）题 目 数控步进直流稳压电源的设计 系（分院）机械电子工程系 学生姓名 学 号 专业名称 应用电子 指导教师 2011年2月26日河南职业技术学院 机械电子工程 系（分院）毕业设计（论文）任务书姓 名专 业应用电子技术班 级084毕业设计（论文）题 目数控步进直流稳压电源的设计毕业设计（论文）选题的目的与意义电源、导线、负载是电路的三大组成部分。而电源是必不可少的，是提供能量的是电路的动力。目的：巩固所学的基础知识，会熟练运用所学的各种元器件，了解电路设计的流程、掌握学习方法。意义：提高自己在电子信息技术方面的能力，学到一技之长，将来走向社会成为有用的人才。毕业设计（论文）的资料收集情况（含指定参考资料）1陈忠，电子制作m.电子制作杂志社，2009，1：1791832杨志忠，数字电子技术m.高等教育出版社，2006，4：146150.3胡宴如，模拟电子技术m.高等教育出版社，2006，11：4556.4王秀珍，姜林，电子技术基础m.中国电力出版社，2006：78855韩伟，数字电子技术及其应用m.国防工业出版社，2005：215221毕业设计（论文）工作进度计划1、2010年11月11日接到毕业设计任务。2、2010年12月20日收集相关资料并确定设计方案。3、2010年12月30日完成硬件电路的制作和软件程序的设计。4、2011年1月6日完成软硬件调试工作，书写论文并交送老师审阅。 5、2011年3月1日完成毕业设计任务。接受任务日期 ：2010年11 月11日要求完成日期 ：2011年3月10日学 生 签 名：年 月 日指导教师签名：年 月 日 系（分院）主任（院长）签名：年 月 日毕业设计（论文）指导教师评阅意见表姓 名学 号性 别男专 业应用电子技术班 级084毕业设计（论文）题 目数控步进直流稳压电源评阅意见成绩指导教师签字年 月 日毕业设计（论文）答辩意见表姓 名学 号性 别男专 业应用电子技术班 级084毕业设计（论文）题 目答辩时间地 点答辩小组成员姓 名职 称学 历从事专业组 长成 员秘 书答辩小组意见 答 辩 成 绩：答辩小组组长签名：年 月 日 数控步进直流稳压电源的设计xxx摘要：电源可分为交流电源和直流电源，它是任何电子设备都不可缺少的组成部分。交流电源一般为220v、50hz电源，但许多家用电器设备的内部电路都要采用直流电源作为供电电源，如收音机、电视机、带微控制处理的家电设备等都离不开这种电源。直流电源又分为两种：一类是能直接供给直流电流或直流电压，如电池、蓄电池、太阳能电池、硅光电池、生物电池等；另一类是将交流电变换成所需的稳定的直流电流或电压，这类变换电路统称为直流稳压电路。现在所使用的大多数电子设备中，几乎都必须用到直流稳压电源来使其正常工作。关键词：稳压电源、单片机、数控步进一、设计的目的、任务和技术指标1、设计目的巩固所学的基础知识，会熟练运用所学的各种元器件，了解电路设计的流程、掌握学习方法。2、设计任务制作一台数控步进直流稳压电源。通过“+”、“-”键进行调整输出电压，可调范围0+12v，幅度0.5v。输出电压和电流值通过4位led显示，显示精度分别为0.1v和0.01a。通过按键可实现电压、电流的切换。开机默认显示电压，按功能切换键进行电压，电流的切换，led末位显示“a”电流或电压“v”。3、技术指标（1）交流输入电压范围：220v10%（2）输出电压范围：0+12v（3）输出电流范围: 01a（4）过流保护动作电流：1.1a二、数控电源系统设计（一）、系统概述本系统是一个输出电压可调节的直流稳压电源。它采用stc89c51rc单片机为核心控制器，用输出信号采集调理电路对输出的电压、电流进行实时采样，然后把采样的值送入控制器进行ad转换，转换后的值又经stc89c51rc处理，后在数码管上显示当前输出的电压或电流值。通过按键可以自己设定输入电压值，然后由da转换电路将设定值转换后由模拟电路输出。本电路具有过流保护和报警提示功能。本系统主要由stc89c51rc核心控制电路、数码管显示电路、键盘电路、稳压电源输出电路、信号采集调理电路、da转换电路、adc转换电路、输出电压调理电路，声光报警电路和为系统供电的电源电路等组成。（二）、硬件电路说明1、系统工作原理图系统工作原理图如图1所示：键盘电路为系统供电的电源电路声光报警电路数码管显示电路stc89c51rc核心控制电路控制信号调理电路采集信号调理电路da转换稳压电源输出电路图1 系统工作原理2、各电路工作原理（1）stc89c51rc核心控制电路电路如图2所示。由于单片机对时钟的要求比较精确，在此采用12晶振和两个30p的独石电容，从而保证单片机的正常精确工作。c401、r401和按键s1组成单片机的上电复位兼手动复位电路。当开始上电时，由于电容两端电压不能突变，单片机的9脚相当于接一个高电平，随着对c401的充电9脚电位会逐渐升高，上电复位完成。在单片机运行中，当按下按键s1后，单片机9脚出现高电平使单片机复位。在单片机复位后，松开按键s1，单片机即可开始进行正常的运行程序。图2 stc89c51rc核心控制电路单片机的p20p23管脚是按键的输入端口，作用分别为加和减0.1v、电压电流转换显示、无。单片机接收不同的键值会做出相应的处理，同时在数码管上显示。adc0809作为模数转换芯片，通过采集ad0、ad1两路信号，由单片机处理后可以得到显示所需要的电压值和电流值。p1口作为数码管显示输出口，p35、p36、p31、p34分别作为显示驱动端，通过三极管驱动数码管显示。单片机p0口作为dac0832的数据端。（2）按键电路 电路如图3所示：图3 按键电路key0、key1、key2、key3分别和p20p23相连接。按键功能如下：按键key0：每次按下此键输出电压加0.1v；按键key1：每次按下此键输出电压减0.1v；按键key2：实现电压、电流转换；按键key3：功能没有设定。（3）稳压电源输出电路 电路如图4所示：cba图4 稳压电源输出电路从变压器次级输出的15v交流电经过整流二极管d201、d202、d203、d204的整流、电容c201、c202的滤波后送给调整管tip122，同时由a点控制输出电压，其中a点为控制点，b、c分别为电流、电压采样点。（4）信号采集调理电路 电路如图5所示：abc图5 信号采集调理电路由图4、图5可知b点的采样值是采样电阻r202分压所提供的，采样值送给由r8、r9、r10和u4b组成的同相加法器进行放大,uo=（1+r9/r8）ub，后经过r11（限流电阻，起到保护lm324的作用）后同时送给adc0809的in1通道和比较器u4c，比较器的基准电压是12v电压经过10k电阻限流然后经过lm385稳压管稳压和一个10k的电位器并联调节得到的，比较器的输出控制二极管d10的导通和截止，并能影响a点的电位变化，从而调整tip122的基极电压，从而改变输出电压，同时也起到过流保护的作用。由图4、图5可知c点的采样值是采样电阻r203、r204和电位器rp201分压得到的，采样值首先送给由u5a构成的电压跟随器，实现电流的放大，然后送给由电阻r13、r14和u5b构成的1:1的反比例放大器，然后经过电阻r15后送由adc0809进行转换。（5）da转换电路电路如图6所示：图6 da转换电路da0832的cs与单片机的p37相连接；wr与p24连接；di0di7:数据输入端，在本电路中与单片机的p0相连接；ile：数据锁存允许控制信号输入端，高电平有效；cs：片选信号输入端，低电平有效；xfer：数据传送控制信号输入端，低电平有效；vref:基础电压输入端，在本电路中接vcc；rfb：反馈信号输入端输入端，反馈电阻在芯片内部；iout1：电流输出端，当输入全为1时，其值最大；iout2:电流输出端，其值与iout1之和为一常数；vcc：电源输入（+5+15），在本电路中接vcc；agnd:模拟地；dgnd：数字地；因为dac0832是电流型输出型，在本电路中用a1构成的放大电路，将电流转换成电压输出。（6）adc转换电路图7 adc0809转换电路add-a、add-b、add-c通道选择端，在本系统中仅用两个通道，所以add-b、add-c直接接地，p00p07数据输出端，其他的各控制端由单片机控制。（7）控制信号调理电路a电路如图8所示：b 图8 控制信号调理电路 dac0832的输出电压送给图14中的da，并作为u4a构成的比较器的基准电压，从图10和图14可以看出采样电压ub与参考电压比较控制a点电压变化，而a点电位变化使调整管tip122动作，从而使输出电压改变，输出电压变化进而使输出采样电压变化，这样就构成了一个闭环的自动调节电路，只需改变da数值便可以改变输出电压值。（8）声光报警模块此模块电路图如图9所示，其原理是当输出电路过载时采样端送往由u301构成的比较器的3脚，从而改变1脚的输出电压，当达到设定值时，led2导通，使tlp521-1工作，进而使三极管9013导通驱动蜂鸣器发出声音。图9 声光报警模块（9）数码管显示电路图10 数码管显示电路图10中，三极管9015驱动数码管的位，74hc245驱动数码管的段，disp0disp7通过排线与单片机连接。（三）、程序设计1、程序设计条件程序设计必须在硬件电路完好的情况下实验，这在统调过程中是非常重要的。硬件条件：dac0832基准电压设定为5.0v；ad转换的基准电压设定为5.0v； +12v、-12v和+5v电压正常。2、程序流程图程序流程图如图11所示：图11 程序流程图结束语 经过几个月的努力，终于完成了毕业设计，达到了设计目标。从最初的硬件电路结构设计到软件程序的编写，我查阅了大量的资料，推展了知识面。在毕业设计过程中碰到了不少了问题，通过在互联网上查询资料、到图书馆借阅书籍和老师的细心指导逐一克服了困难。每一次困难的排除，都使我收获颇丰，令我信心倍增。最令我感受深刻的是，在稳压调节电路环节中，我很长时间没有搞明白稳压调节的实现方法，最终在一个偶然的瞬间，我突然悟出了其中的奥妙，理解了比例积分控制的方法。不过，采用比例积分控制器控制的电路实现精度还是超出了我原先的设想，令我不禁感叹模拟电路的深奥。通过本次数控步进直流稳压电源项目的设计、制作与调试使我更深入认识了模拟电路的应用和单片机的开发技术，培养了我分析问题解决问题的方法，更重要的是增强了自信心，坚定了我更深入学习电子技术并成为一位优秀的电子设计工程师的信念。附录：程序清单/* 程序说明此程序需要将dac832的vref调整到5.15v另，此程序使用240个a/d d/a单元格作为满量程，每0.1伏对应2单元格*/#include #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define da_ad_data p0#define led_port p1/= uchar tab1=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f, 0x3e, 0x77 ;/定义数组0-9, v, a段码 共阴 uchar buffer=0,0,0,0,0;uint buff_a,buff_v; /缓冲区void jisuan( void );void delay1(uint delay_time) ;void display();unsigned char caiji();uchar disp_sn=0;/-/-sbit adc_start =p33;sbit adc_ale =p26;sbit adc_oe =p27;sbit dac_cs =p37;sbit dac_wr =p24;sbitadc_eoc =p32;sbit adc_a =p25;sbitled_wk0 =p31;sbitled_wk1 =p34;sbitled_wk2 =p35;sbitled_wk3 =p36;sbit voltage_up =p20;sbit voltage_down =p21;sbit switch_a_v =p22;uchar da_data; bit sign=0;/*功能：采用通道0采集模拟量经0809转换由数码管显示。start adc_start eoc adc_eoc oe adc_oe ale adc_ale a adc_a b adc_b */=void jisuan() if(sign=0)/电压buff_v=buff_v*50;buffer0=buff_v/10000;/十位 buffer1=(buff_v%10000)/1000;/个位 buffer2=(buff_v%1000)/100;/小数点后第1位buffer3=10; /电压的单位velse /电流 i=1buff_a=buff_a/0.185; /当输出电流为1a时，ad0点电压约为3.63vbuffer0=buff_a/1000;/个位 buffer1=(buff_a%1000)/100;/小数点后第1位 buffer2=(buff_a%1000)%100)/10;/小数点后第2位buffer3=11; /电流的单位a/= /*采集函数*/= unsigned char caiji() uchar buff;da_ad_data=0xff; adc_start=0;adc_oe=0; /初始化设置adc_ale=1; _nop_();_nop_();_nop_();_nop_();adc_ale=0; /通道送入锁存区 adc_start=1;_nop_();_nop_();_no