直流稳压电源的设计.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除目 录摘 要：IAbstract:I前 言11.1 题目的来源与开发意义11.2 系统功能概述32系统总体方案设计32.1系统总体方案比较32.2 系统设计框图43 系统硬件设计43.1 AT89S52单片机最小系统设计43.2 D/A转换设计83.3 A/D转换设计103.3.1 ADC0832 具有以下特点：103.3.2 单片机对ADC0832 的控制原理113.4 功率输出电路设计123.5 键盘/显示电路设计133.5.1 键盘部分133.5.2显示部分14 串行接口15 并行接口163.6 稳压系统部分功能设计173.6.1 稳压输出原理与电路173.6.2 稳压输出部分仿真图184 系统软件设计19.1 总电路软件实现流程图194.2 部分模块源程序195电路扩展285.1抑制纹波285.2 过流保护设计296 测试结果296.1电压测试296.2 性能测试307 结束语30参考文献31致谢33附录一 电路原理图34附录二 系统总程序35此文档仅供学习与交流直流稳压电源的设计姓 名：王 瑜 专 业：电子信息科学与技术指导教师：郭 颖摘 要：本系统以直流电压源为核心，AT89S52单片机为主控制器，通过键盘来设置直流电源的输出电压，设置步进等级可达0.1V，输出电压范围为09.9V，最大电流为330mA，并可由液晶屏显示实际输出电压值。系统有过流保护电路，当输出电流过大时功率管自动截至，而且有红色指示灯发出警报。本系统由单片机程控输出数字信号，经过D/A转换器（AD0832）输出模拟量，再经过运算放大器隔离放大，控制输出功率管的基极，随着功率管基极电压的变化而输出不同的电压。实际测试结果表明，本系统实际应用于需要高稳定度小功率恒压源的领域。关键词：直流稳压电源；单片机；数字控制 Switching power source with a digital controlName：Wang yuMajor：Electronics information scince and technologyTutor：Guo yingAbstract: This system to dc voltage source as the core, mainly AT89S52 SCM, through the keyboard controller to install dc power supply output voltage, setting stepping class can reach.01v output voltage, the range of 0-9.9 V, the maximum current 330mA for, and can show the actual pipe by digital output voltage values. This system consists of microcontroller program output digital signal, through D/A converter (AD0832) output analog amplifier, through isolating amplifier output power, control of base, with the power to change the passive tube voltage output of different voltage. Test results show that this system application in need of high stability of small power constant-voltage source fields.Keywords: Regulated power supply of direct current; Single2ch ip m icrocomputer; Digital control前 言1.1 题目的来源与开发意义几乎所有的电子设备都需要稳定的直流电源，因此直流稳压电源的应用非常的广泛。 直流稳压电源1的电路形式有很多种,有串联型、开关型、集成电路、稳压管直流稳压电源等等。在电子设备中，直流稳压电源的故障率是最高的（长期工作在大电流和大电压下,电子元器件很容易损坏）但在直流稳压电源中，通过整流、滤波电路所获得的直流电源的电压往往是不稳定的。输出电压在电网电压波动或负载电流变化时也会随之有所改变。电子设备电源电压的不稳定,将会引起很多问题。设计出质量优良的直流稳压电源，才能满足各种电子线路的要求。因此,直流稳压电源的研究就颇为重要。目前产生直流稳压电源的方法大致分为两种:一种是模拟方法，另一种是数字方法。前者的电路均采用模拟电路控制，而后者则是通过数字电路进行自动控制。直流稳压电源朝着数字化方向发展。因此对于数控恒压源的研究是必要的。随着科学技术飞速发展,对电源可靠性、输出精度和稳定性要求越来越高,利用D/ A 转换器的高分辨率和单片机的自动检测技术设计程控电源就显示出其优越性。程控电源既能方便输入和选择预设电压值又具有较高精度和稳定性，而且可以任意设定输出电压或电流，所有功能由面板上的键盘控制单片机实现，给电路实验带来极大的方便,提高了工作效率。电源技术尤其是数控电源技术4是一门实践性很强的工程技术，服务于各行各业。电力电子技术是电能的最佳应用技术之一。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11是针对传统智能电源模块的不足提出的，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。1.2 系统功能概述本系统以直流电压源为核心，AT89S52单片机为主控制器，通过键盘来设置直流电源的输出电压，设置步进等级可达0.1V，输出电压范围为09.9V，最大电流为330mA，并可由液晶屏显示实际输出电压值。系统有过流保护电路，当输出电流过大时功率管自动截至，而且有红色指示灯发出警报。本系统由单片机程控输出数字信号，经过D/A转换器（AD0832）输出模拟量，再经过运算放大器隔离放大，控制输出功率管的基极，随着功率管基极电压的变化而输出不同的电压。实际测试结果表明，本系统实际应用于需要高稳定度小功率恒压源的领域。2系统总体方案设计2.1系统总体方案比较方案一：采用各类数字电路来组成键盘控制系统，进行信号处理，如选用CPLD等可编程逻辑器件。本方案电路复杂，灵活性不高，效率低，不利于系统的扩展，对信号处理比较困难。 方案二：采用AT89S52单片机作为整机的控制单元，通过改变DAC0832的输入数字量来改变输出电压值，从而使输出功率管的基极电压发生变化，间接地改变输出电压的大小。为了能够使系统具备检测实际输出电压值的大小，可以将输出电压经过ADC0832进行模数转换，间接用单片机实时对电压进行采样，然后进行数据处理及显示。此系统比较灵活，采用软件方法来解决数据的预置以及电压的步进控制，使系统硬件更加简洁，各类功能易于实现，能很好地满足题目的要求。比较以上两种方案的优缺点，方案二简洁、灵活、可扩展性好，能达到题目的设计要求，因此采用方案二来实现。 2.2 系统设计框图键盘数码显示键盘显示接口AT89S52电压预置DAC0832基准电压电流放大过流保护液晶显示输出图2-1 系统设计框图Figure 2-1 Design of sequential and logical block for control system3 系统硬件设计3.1 AT89S52单片机最小系统设计数控部分采用AT89S52单片机最小系统，包括AT89S52单片机、时钟电路、复位电路、扩展的片外数据存储器和地址锁存器、8个并行键盘（S1-S4及S6-S9）/6个共阳极LED数码管（LED1-LED6）。该最小系统还提供有基于8279的通用键盘显示电路、液晶显示模块、A/D及D/A转换等众多外围器件和设备等接口。单片机最小系统原理方框图如图1-3所示，最小系统电路原理图如图3-2所示。AT89S52单片机与MCS-51系列的产品兼容，具有8 KB Flash存储器，256*8 RAM。AT89S52的内部结构与引脚封装形式如图3-3所示。图中：P0.0-P0.7、P1.0-P1.7、p2.0-p2.7、p3.0-p3.7为8位双向口线。P0.0-p0.7通常作为数据线和低8位地址线；p1.0-p1.7通常作为I/O线；p2.0-p2.7通常作为I/O线和高8位地址线；p3.0-p3.7通常作为I/O线，也具有等RXD、TXD第二功能。 在AT89S52的引脚端XTAL1和XTAL2跨接晶振Y1（12MHz）和电容C5、C6(30pF)构成时钟电路。LED数码管并行键盘外部RAM锁存器2锁存器1译码器MCUAT89S52系统时钟复位电路图形液晶接口键盘接口字符型液晶接口图3-1 AT89S52单片机最小系统原理框图Figure 3-1 the functional block diagram of MCU AT89S52 MASYS图3-2 最小系统原理图Figure 3-2 Little system in the schematic diagram AT89S52单片机采用上电自动复位和按键手动复位方式。上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。手动复位要求在电源接通的条件下，在单片机运行期间，用按钮开关操作使单片机复位。上电自动复位通过外部复位电容C4充电来实现；按键手动复位通过复位开关S10经电阻和Vcc接通来实现。AT89S52单片机小系统扩展了一批32KB的数据存储器62256。数据线D0-D7直接与单片机的数据地址复用口P0相连，地址的低8位A0-A7则由U15锁存器74LS373获得，地址的高7位则直接与单片机的p2.0-p2.6相连。片选信号由地址线U15（P2.7引脚）产生，低电平有效。数据存储器占用系统0 x0000H-0 x7FFFH的DATA空间。 小系统板还设置了8个并行键盘（S1-S4及S6-S9）、6个共阳极LED 数码管LED1-LED6。AT89S52单片机最小系统与外部芯片连接采用总线连接方式，P0口味数据总线和地址总线低8位，P2口为地址总线高8位。P2口的P2.6、P2.7引脚作为键盘显示控制器8279和DAC0832转换的选通信号。P3.0-P3.7使用RXD、TXD等第二功能。主要应用接口如下所列。VCC：电源GND：地P0 口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在 flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p1 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体如下表所示。在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。引脚号 第二功能P1.0 T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出P1.1 T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）P1.5 MOSI（在系统编程用）P1.6 MISO（在系统编程用）P1.7 SCK（在系统编程用）图3-3 AT89S52引脚图Figure 3-3 PIC-E of AT89S52P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR）时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址（如MOVX RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，p2 输出缓冲器能驱动4 个TTL 逻辑电平。对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。表3-1 P3口引脚及功能Table 3-1 Pins and Function of P3引脚号 第二功能P3.0 RXD（串行输入）P3.1 TXD（串行输出）P3.2 INT0(外部中断0)P3.3 INT0(外部中断0)P3.4 T0（定时器0外部输入）P3.5 T1（定时器1外部输入）P3.6 WR(外部数据存储器写选通)P3.7 RD(外部数据存储器写选通) RST: 复位输入。晶振工作时，RST脚持续2 个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST 脚输出96 个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8 位地址的输出脉冲。在flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作将无效。这一位置“1”，ALE 仅在执行MOVX 或MOVC指令时有效。否则，ALE 将被微弱拉高。这个 ALE 使能标志位（地址为8EH的SFR的第0位） 的设置对微控制器处于外部执行模式下 无效。PSEN: 外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。当 AT89S52从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN在每个机器周期被激活两次而在访问外部数据存储器时，PSEN将不被激活。EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H 到FFFFH的外部程序存储器读取指令，EA必须接GND。为了执行内部程序指令，EA应该接VCC。在flash编程期间，EA也接收12伏VPP电压。XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。3.2 D/A转换设计D/A转换器采用DAC0832转换器芯片，该芯片是一个8位D/A转换器，器基准电压VREF由稳压管LM336提供，电源为-5.0V。DAC0832的输出连接OP-077运算放大器，采用差动输出形式，输出电压为0-5.0V。AT89S52单片机与DAC0832的接口电路如图3-4所示。图中：DB7-DB0为转换数据输入，CS/为片选信号输入（低电平有效），WR1/和WR2/位第1和第2写信号（低电平有效），XFER/数据传送控制信号（低电平有效）。系统设置D/A转换接口，采用8位模数转换器DAC0832。其电路如图5.图3-4 D/A转换部分Figure 3-4 D/A transformational componentD/A转换部分的输出电压作为稳压输出电路的参考电压。稳压输出电路的输出与参考电压成比例。8位字长的D/A转换器具有256种状态。当电压控制字从0，1，2，到256时，电源输出电压为0.0，0.06，15.0。其时序图如图6：图3-5DAC0832数模转换时序图Figure 3-5 DAC0832 D/A transformational timing diagram注：Clk为时钟端，Data为输入数据，LOAD为输入控制信号。每路电压输出值的计算： REF为参考电压，data为输入8位的比特数据；我们这里用的REF=5v；3.3 A/D转换设计A/D转换部分我们采用美国国家半导体公司生产的一种8 位分辨率、双通道A/D转换芯片ADC0832。其电路图如图3-6所示：图3-6 A/D转换部分Figure 3-6 A/D transformational compentADC0832 是美国国家半导体公司生产的一种8 位分辨率、双通道A/D转换芯片。由于它体积小，兼容性，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，其目前已经有很高的普及率。学习并使用ADC0832 可是使我们了解A/D转换器的原理，有助于我们单片机技术水平的提高。3.3.1 ADC0832 具有以下特点：8位分辨率；双通道A/D转换；输入输出电平与TTL/CMOS相兼容；5V电源供电时输入电压在05V之间；工作频率为250KHZ，转换时间为32S；一般功耗仅为15mW；8P、14PDIP（双列直插）、PICC 多种封装；商用级芯片温宽为0C to +70C，工业级芯片温宽为40C to +85C；芯片接口说明：CS_ 片选使能，低电平芯片使能。CH0 模拟输入通道0，或作为IN+/-使用。CH1 模拟输入通道1，或作为IN+/-使用。GND 芯片参考0 电位（地）。DI 数据信号输入，选择通道控制。DO 数据信号输出，转换数据输出。CLK 芯片时钟输入。Vcc/REF 电源输入及参考电压输入（复用）。 ADC0832 为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在05V之间。芯片转换时间仅为32S，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。通过DI 数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。3.3.2 单片机对ADC0832 的控制原理正常情况下ADC0832 与单片机的接口应为4条数据线，分别是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端与DI端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计时可以将DO和DI 并联在一根数据线上使用。当ADC0832未工作时其CS输入端应为高电平，此时芯片禁用，CLK 和DO/DI 的电平可任意。当要进行A/D转换时，须先将CS使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端CLK 输入时钟脉冲，DO/DI端则使用DI端输入通道功能选择的数据信号。在第1 个时钟脉冲的下沉之前DI端必须是高电平，表示启始信号。在第2、3个脉冲下沉之前DI端应输入2 位数据用于选择通道功能。其时序图如图3-7.如图所示，当此2 位数据为“1”、“0”时，只对CH0 进行单通道转换。当2位数据为“1”、“1”时，只对CH1进行单通道转换。当2 位数据为“0”、“0”时，将CH0作为正输入端IN+，CH1作为负输入端IN-进行输入。当2 位数据为“0”、“1”时，将CH0作为负输入端IN-，CH1 作为正输入端IN+进行输入。到第3 个脉冲的下沉之后DI端的输入电平就失去输入作用，此后DO/DI端则开始利用数据输出DO进行转换数据的读取。从第4个脉冲下沉开始由DO端输出转换数据最高位DATA7，随后每一个脉冲下沉DO端输出下一位数据。直到第11个脉冲时发出最低位数据DATA0，一个字节的数据输出完成。图3-7 ADC0832时序表 Figure 3-7 ADC0832 timing table也正是从此位开始输出下一个相反字节的数据，即从第11个字节的下沉输出DATD0。随后输出8位数据，到第19个脉冲时数据输出完成，也标志着一次A/D转换的结束。最后将CS置高电平禁用芯片，直接将转换后的数据进行处理就可以了。 3.4 功率输出电路设计功率输出电路由运算放大器LF356和达林顿管TIP122与TIP127构成闭环推挽输出电路形式，可保证输出电压较好地跟踪D/A转换的输出。电原理图如图3-8所示。图中VR1用来调节电路放大倍数，VR2用来调节运算放大器的输出平衡。达林顿管TIP122与TIP127的集电极电流为5A，VCEO为100V，功耗为65W。图3-8 功率输出电路原理图Figure 3-8 Power output circuit schematic diagram3.5 键盘/显示电路设计3.5.1 键盘部分 由于要实现人机对话，要显示09.9V的电压值，我们自制3*4按键的键盘来完成整个系统控制。电路原理如图3-9所示。按键的具体意义如下：表3-2 按键位置Table 3-2 The position of keypads按 键 及 位 置1234567890*ENTER图3-9 键盘与显示电路图Figure 3-9 The keyboard and show circuit diagram3.5.2显示部分本方案采用YM12864型lcd，可直接显示4*8个汉字，界面友好，支持串并行两种连接方式，其电路连接如图3-10所示：YM12864是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为12864, 内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示84行1616点阵的汉字。 也可完成图形显示。图3-10 LCD12864与单片机连接图Figure 3-10 LCD12864 and MCU connet drawing 串行接口表3-3 串行接口功能Table 3-3 Function of Serial interface管脚号名称LEVEL功能1VSS0V电源地2VDD5V电源正(3.0v-5.5v)3VO对比度调整4CSH/L模组片选端，高电平有效5SIDH/L串行数据输入端6CLKH/L串行同步时钟：上升沿是读SID数据15PSBLL:串口方式（见注释一）17/RESETH/L复位端，低电平有效（见注视二）19AVDD背光源电压5V（见注视三）20KVSS背光源负端0V（见注释三）*注释1：如在实际应用中仅使用串口通讯模式，可将PSB接固定低电平，也可以将模块上的J8和“GND”用焊锡短接。*注释2：模块内部接有上电复位电路，因此在不需要经常复位的场合可将该端悬空。 *注释3：如背光和模块共用一个电源，可以将模块上的JA、JK用焊锡短接。 并行接口表3-4 并行接口功能Table 3-4 Function of Parallel interface管脚号管脚名称电平管脚功能描述1VSS0V电源地2VCC3.0+5V电源正3V0-对比度（亮度）调整4RS(CS）H/LRS=“H”,表示DB7DB0为显示数据RS=“L”,表示DB7DB0为显示指令数据5R/W(SID)H/LR/W=“H”,E=“H”,数据被读到DB7DB0R/W=“L”,E=“HL”, DB7DB0的数据被写到IR或DR6E(SCLK)H/L使能信号7DB0H/L三态数据线8DB1H/L三态数据线9DB2H/L三态数据线10DB3H/L三态数据线11DB4H/L三态数据线12DB5H/L三态数据线13DB6H/L三态数据线14DB7H/L三态数据线15PSBH/LH：8位或4位并口方式，L：串口方式（见注释1）16NC-空脚17/RESETH/L复位端，低电平有效（见注释2）18VOUT-LCD驱动电压输出端19AVDD背光源正端（+5V）（见注释3）20KVSS背光源负端（见注释3）*注释1：如在实际应用中仅使用并口通讯模式，可将PSB接固定高电平，也可以将模块上的J8和“VCC”用焊锡短接。*注释2：模块内部接有上电复位电路，因此在不需要经常复位的场合可将该端悬空。 *注释3：如背光和模块共用一个电源，可以将模块上的JA、JK用焊锡短接。3.6 稳压系统部分功能设计3.6.1 稳压输出原理与电路这部分将数控部分送来的电压控制字转换成稳定电压输出。D/A转换部分的输出电压作为稳压输出电路的参考电压。稳压输出电路的输出与参考电压成比例。稳压输出电路采用的是串联式反馈稳压电路（如图3-11），在电路中，Q1TIP122为调整管，U6ALM358 为比较放大器，R19、R22组成反馈网络。D/A转换电路的输出电压DAOUT接到 U6A 的同向端，稳压电源的输出经R19、R22组成的取样电路分压后送到运放U6A的反向端，经运放比较放大后，驱动调整管Q1。路平衡时，D/A电路的输出电压 与取样后的电压 相等。稳压输出部分的过流保护电路由R21和Q2组成。设 为保护动作电流，则当电源输出电流I增加到 时，R21上的压降 *R21使得Q2管导通，分掉了Q1上的基极电流，使输出I不再增加，起到了过流保护作用。图3-11 稳压输出电路Figure 3-11 Regulated voltage output circuit3.6.2 稳压输出部分仿真图图3-12 稳压电路仿真图Figure 3-12 Regulated voltage circuit protues一般的直流稳压电源是用可变电阻来实现输出电压的调节，那么要在直流稳压电源的基础上实现数字控制的话，实际上很简单，我们只要将可变电阻换成数字控制部分来代替，就能实现数控恒压源这一课题。所以，首先要做的，就是选择合适的稳压输出电路并对其可行性进行了仿真。如图3-12，很容易就验证了此稳压输出电路的可靠。4 系统软件设计.1 总电路软件实现流程图系统初始化读EEROM中上次使用电压编号根据编号读电压把电压数据送到DA允许定时器中断显示扫描键盘下一个电压处理子程序电压增加0.1V子程序电压减少0.1V子程序是否KEY1是否KEY2是否KEY3YYYNNN图4-1 总流程图Figure 4-1 Overview flow chart 4.2 部分模块源程序l 键盘扫描子程序保护现场消抖延时求取信号恢复现场键盘中断中断返回有键按下YN图4-2 键盘中断子程序流程图Fig.4.3 The subprogram flow chart of keyboard interruptKEYSCAN:PUSH PSW PUSH ACC PUSH DPH PUSH DPL CLR RS1 SETB RS0 ;选择1区工作寄存器 LCALL DELAY MOV A,P1 CPL A ANL A,#0FH JZ FINISH MOV DPTR,#TAB1 MOV P1,#0EFH ;扫描第一行 LCALL DELAY MOV P1,#0EFH MOV A,P1 CPL A ANL A,#0FH JZ K1 ;第一行没键按下，则扫描第二行 SJMP KENDK1: MOV P1,#0DFH ;扫描第二行 LCALL DELAY MOV P1,#0DFH MOV A,P1 CPL A ANL A,#0FH JZ K2 ;第二行没键按下，则扫描第三行 ADD A,#5 SJMP KENDK2: MOV P1,#0BFH ;扫描第三行 LCALL DELAY MOV P1,#0BFH MOV A,P1 CPL A ANL A,#0FH JZ K3 ;第三行没键按下，则扫描第四行 ADD A,#10 SJMP KENDK3: MOV P1,#7FH ;扫描第四行 LCALL DELAY MOV P1,#7FH MOV A,P1 CPL A ANL A,#0FH JZ FINISH ;第四行没键按下，则返回 ADD A,#15KEND:MOVC A,A+DPTR MOV KEYBUF,A; MOV 33H,#01H ;置有中断标志 SJMP FINISHFINISH:MOV P1,#0FH ;为下一次扫描作准备 POP DPL POP DPH POP ACC POP PSW RETITAB1:DB 00H,01H,02H,00H,03H;,00H,00H,00H,33H DB 00H,04H,05H,00H,06H;,00H,00H,00H,00H DB 00H,07H,08H,00H,09H;,00H,00H,00H,0AH DB 00H,0AH,00H,00H,0BH;,00H,00H,00H,46Hl LCD的初始化子程序INI: MOV COM,#30H ;功能设定,基本指令 LCALL WCOM MOV COM,#30H ;基本指令,8-bit模式,基本指令 LCALL WCOM MOV COM,#0CH ;显示开,游标关,反白关 LCALL WCOM MOV COM,#01H ;清除显示 LCALL WCOM MOV COM,#06H ;进入设定点,游标7右移,画面不移动 LCALL WCOM RET W_LINE: MOV COM,ADDR LCALL WCOM MOV R4,40H ;连续写入N/2个中文或者N个西文字符 W_L1: MOV A,#00H MOVC A,A+DPTR MOV CODER,A LCALL WCODE INC DPTR DJNZ R4,W_L1 RET W_LINE1: MOV COM,ADDR LCALL WCOM W_L11: MOV A,70H ANL A,#0FH MOVC A,A+DPTR MOV CODER,A LCALL WCODE MOV A,#0BH MOVC A,A+DPTR MOV CODER,A LCALL WCODE MOV A,71H SWAP A ANL A,#0FH MOVC A,A+DPTR MOV CODER,A LCALL WCODE MOV A,71H ANL A,#0FH MOVC A,A+DPTR MOV CODER,A LCALL WCODE MOV A,#0AH MOVC A,A+DPTR MOV CODER,A LCALL WCODE ;DJNZ R4,W_L1 RET WCOM: LCALL STWC MOV A,COM LCALL W4_D ;送入高四位指令 LCALL W4_0 ;连续送入四个0 LCALL W4_D ;送入高四位指令 LCALL W4_0 ;连续送入四个0 CLR CS LCALL DEL_2MS RET WCODE: LCALL STWD MOV A,CODER LCALL W4_D LCALL W4_0 LCALL W4_D LCALL W4_0 CLR CS LCALL DEL_2MS RET STWC: SETB CS SETB SID MOV R3,#5 ;连续送入5个1,起始 STWC1: SETB SCLK CLR SCLK DJNZ R3,STWC1 CLR SID MOV R3,#3 STWC2: SETB SCLK ;RW=0,RS=0,第八位0 CLR SCLK DJNZ R3,STWC2 RET STWD: SETB CS SETB SID MOV R3,#5 ;连续送入5个1,起始 STWD1: SETB SCLK CLR SCLK DJNZ R3,STWD1 CLR SID ;RW=0 SETB SCLK CLR SCLK SETB SID ;RS=1 SETB SCLK CLR SCLK CLR SID ;第八位0 SETB SCLK CLR SCLK RET W4_D: MOV R3,#4 W4_D1: RLC A MOV SID,C SETB SCLK CLR SCLK DJNZ R3,W4_D1 RET W4_0: MOV R3,#4 W4_01: CLR SID SETB SCLK CLR SCLK DJNZ R3,W4_01 RET 5电路扩展5.1抑制纹波本系统对纹波要求非常高，对于本系统，造成纹波的主要因素是工频干扰、负载波动和数字调节的过冲噪声。其中第三项是数字控制系统必然存在的，不可避免；因此，主要从抑制工频干扰和提高负载容量上来抑制纹波。在电源端即进行滤波。系统的工频干扰主要由电源变压器引入，因此在电源端进行滤波对抑制工频干扰是十分必要和十分有效的。本系统的两个电源都在输出端进行了三极管有源滤波。5.2 过流保护设计过流保护电路如图1-11所示，由晶体管9015和9014组成，VR4用来调节过流保护电流大小。正常工作时，晶体管9015截止，集电极电平为-15V，使晶体管9014截止，输出为高电平，不触发AT89C52单片机中断INT0/（低电平有效）。当输出电流过大时，晶体管9015导通，集电极电平升高，使晶体管9014也导通，输出变为低电平，触发INT0/，执行中断保护程序。 过流保护电路还采用了一个声音报警电路，当过流时产生报警。电路如图1-12所示。图5-1 过流保护电路Figure 5-1 Over-current protective circuit6 测试结果6.1电压测试表6-1 电压测试Table 6-1 Voltage test预置电压（V）显示电压（V）测量电压（V）11.051.071.41.351.381.61.551.611.81.751.7821.9522.62.552.6333.08555.01776.9788.18.0698.758.759.79.659.636.2 性能测试 表6-2 性能测试Table 6-2 Performance test性能指标测量条件测量结果测量仪表全程输出电压0-9.9VDM-311型数字万用表负载电流=5V, =25 206mA过流保护330mA用单片机控制电源时，输出直流0-9.9V，液晶屏显示清晰正确，误差较小，完美的实现了数控恒压源这一课题。但在功能上还不够强大,没有显示预置电压等等，还可以进一步得到提高。7 结束语 本文结合各种新技术设计出一种基于单片机芯片AT89S52的数控直流恒流源。对该恒流源的测量结果表明，该恒流源具有较高的精度和稳定度，基本满足设计要求。具体的研究成果和结论如下:(1)完成了硬件电路图的设计，具体包括+5V、士15V稳压电源的设计，A/D, D/A转换电路的设计，键盘输入及输出显示等。该恒流源实现了键盘输入预置值，LCD显示输出预置值和实际输出值的功能。并具步进+、-2mA，纹波电流小于0.2mA，精度和稳定度都比较高。 (2)本系统在软件设计上采用了增量式PID控制算法，增量式控制虽然只是算法上作了一点改进，却带来了不少优点:算式中不需要累加。控制增量A u(k)的确定仅与最近3次的采样值有关，容易通过加权处理获得比较好的控制效果;计算机每次只输出控制增量，即对应执行机构位置的变化量，故机器发生故障时影响范围小、不会严重影响生产过程;本系统在软硬件设计上仍然有很多需要完善之处。例如:在PCB板的元件布置和布线上要更加合理以减少干扰的引入;其电磁兼容性还需进一步的测试;系统的制式化、规范化、标准化也需要进一步研究;在控制算法上，还可以用不同的现代算法进行编程对比，以求达到更好。 参考文献1 Saeed B.Niku.机器人学导论分析、系统及应用M.孙富春，朱纪洪，刘国栋等译.北京：电子工业出版社，2004：1722 210212 218223 2712822新华网.美国宇航局给火星车洗脑EBOL/w/2004-04-15/08342310808s.shtml，20043王彦朋.大学生电子设计与应用M.北京：中国电力出版社，2007：1221564黄智伟.全国大学生电子设计竞赛系统设计M.北京：北京航空航天大学出版社，2006：3253375李全利，仲伟峰，徐军.单片机原理及应用M.北京：清华大学出版社，2007：2012336付晓光.单片机原理与实用技术M.北京：清华大学出版社，2006：1721907刘胜利现代高频开关电源技术北京:电子工业出版社，2001.98何立民.单片机应用系统设计M.北京：航空航天大学出版社，2006：25 46509楼然苗.51系列单片机设计实例M.北京：北京航空航天大学出版社，2006：21124510包金英，梁辉.高频高压软开关DC/AC电源的仿真研究.世界电子元器件，2003.811何希才，姜余祥.新型稳压电压及其应用.北京：北京航空航天大学出版社，1998.1112张占松.开关电源的原理与设计.北京：电子工业出版社，2003.513陆治国.电源的计算机仿真技术.北京：国防工业出版社，2002.114周志敏电力电子器件与现代电力技术电气时空，2004,815刘选忠，杨拴科实用电源技术手册一模块式电源分册沈阳:辽宁科学技术出版社，199916纪宗南单片机外围器件实用手册一输入通道器件分册北京:北京航空航天大学出版社，2003.317 Muhammad H.Rashid. 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