基于单片机双路直流稳压可调电源

1、论文题目：基于单片机双路直流稳压可调电源专 业：微电子学本 科 生： 签 名 指导老师： 签 名 摘 要数控直流稳压电源以其优良的输出特性，广泛应用于各种电子线路中。质量优良的数控电源，能满足电子线路各种要求。因此,数控电源的设计颇为重要。本文主要介绍了基于51单片机数控直流稳压电源的设计过程，分为以下4部分：（1）详细介绍数控直流稳压电源中包含的整流电路、滤波电路、稳压电路、运放电路及保护电路等。（2）设计出了各部分电路、键盘和显示电路的电路图，并完全硬件焊接。（3）给出了系统的软件设计思路及软件流程图。（4）通过硬件制作，实验和分析，设计出的电源能完全满足设计要求，可以对输出电压进行0V1

2、2V的任意调制，并且有过流保护功能。此外，本设计的直流稳压电源能够适应所带负载的启动性能，电路稳定可靠，且能够输出较大的电流。关键词：直流稳压电源，单片机，过流保护Subject： Based on SCM dual voltage dc adjustable powerSpecialty：MicroelectronicsName： Wen Xiaogang Signature Instructor：Gao Yu Signature ABSTRACTwith its excellent output characteristics, Numerical control dc voltage s

3、tabilizer is used in all kinds of electronic circuits widely. Quality control of power electronic circuits, and can satisfy the requirements. Therefore, the design of the control power is important. This paper mainly introduces the 51-series microcomputer based on numerical control dc voltage source

4、 of design process, divided into the following four parts: (1) the detailed introduction of nc dc voltage stabilizer contains rectifier circuit, filter circuits, circuit, amplifier and protect circuit, etc. (2) designed circuit, the keyboard and each part of the circuit diagram shows, and complete h

5、ardware welding. (3) presented system software design ideas and software flow chart. (4) through the hardware production, experiment and analysis, design of power supply can completely satisfy the design requirements of output voltage, can make the 12V 0V and over-current protection function.In addi

6、tion, the design of the dc voltage stabilizer which can adapt to bring load start-up performance, stable and reliable, and can be circuit of current output.Keywords：regulated power supply of direct current,Single Chip Micyoco, overcurrent protection目 录摘 要1ABSTRACT5目 录6前 言7第1章 选题意义101.1 设计要求101.2 电源简

7、介101.3 方案比较11第2章 基于单片机双路直流稳压可调电源的基本原理142.1 直流稳压电源总体结构142.2 电源变压器152.3 整流电路152.4 滤波电路172.5 稳压电路182.6 运放电路192.6.1电压运放192.6.2 功率运放192.7保护电路：20第3章 直流稳压可调电源硬件设计213.1硬件设计原理和思路213.1.1系统硬件的基本组成部分213.1.2电源部分设计213.1.3稳压电路的设计223.1.4运放电路的设计223.1.5 过流保护电路的设计233.2 硬件设计243.2.1单片机部分243.2.2 D/A转换部分253.2.3 按键部分293.2.

8、4数显部分303.2.5功率放大部分：303.2.6总硬件图：31第4章 直流稳压可调电源软件设计324.1 主程序流程图324.2 按键响应流程图：334.3 程序运行原理33第5章 结论与展望345.1 电源测试345.1.1电压数值测试345.1.2电压输出波形测试（DS-5022ME示波器）：355.1.2.1 直流12V输出波形355.1.2.2 直流5V输出波形365.1.2.3 直流012V输出波形365.1.3 电流测试365.1.4 性能测试375.2电路扩展385.2.1抑制纹波385.2.2开机电压预置385.2.3过流保护报警38结 论39致 谢40参考文献41附录42

9、前 言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，比如：测量仪器的准确度降低，交流放大器的噪声增大，直流放大器的零点漂移等等。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

10、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（线性稳压电源），另一种是数字方法（开关电源）。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。所谓线性稳压电源,是指在稳压电源电路中的调整管是工作在线性放大区。将220V、50Hz的工频电压经过线性变压器降压以后,经过整流、滤波和稳压,输出一个直流电压。线性稳压源的优点是：电源稳定度及负载稳定度较高；输出纹波电压小；瞬态响应速度快；线路结构简单,便于维修；没有开关干扰。缺点是：功耗大、效率低,体积大、质量重、不能微小型化；必须有较大容量的滤波电容开关稳压电源的调整管工作在开关状态,主要优越性是交换效率可高达7095

11、%。开关稳压电源的优越性还体现在：功耗小、效率高。晶体管在激励信号的激励下,交替的工作在导通-截止的开关状态,转换速度很快,频率一般为50kHz左右。开关晶体管的功耗很小,电源的效率可以大幅度的提高,达到80%以上。体积小、重量轻。开关稳压电源里没有采用笨重的工频变压器。调整管上的耗散功率大幅度降低以后,省去了较大的散热片。稳压范围宽。开关电源的输出电压是由激励信号的占空比来调节的,输入信号电压的变化可以通过调频或调宽来控制,在工频电网电压变化较大时,它仍能保证有效的稳定输出电压。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，服务于各行各业。电力电子技术是电能的最佳应用技术之一。当今电

12、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

13、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不足提出的，数字

14、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

15、，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。第1章 选题意义1.1 设计要求随着电力电子技术的迅速发展，直流电源应用非常广泛，其好坏直接影响着

16、电气设备或控制系统的工作性能。直流稳压电源是电子技术常用的设备之一，广泛的应用于教学、科研等领域。传统的多功能直流稳压电源功能简单、难控制、可靠性低、干扰大、精度低且体积大、复杂度高。而基于单片机控制的直流稳压电源能较好地解决以上传统稳压电源的不足。本文介绍了采用硬件电路和单片机的编程控制，实现了一端5V和12V稳定电压输出，一端012V间可调电压输出的双路直流稳压电源。最大输出电流为 0.25A。在最大电流输出时，电压稳定度小于0.01V，控制步进为0.1V要有键盘显示功能和保护功能。通过三个控制按钮实现两路输出电压，可以对输出电压进行设定，显示值与输出电压值的误差不超过10mv。并可通过按

17、键实现电压设定。具体描述如下：按键：按键1：输出电压调整，步进为+1V； 按键2：输出电压调整，步进为-1V； 按键3：输出电压调整，步进为+0.1V。显示：四位LED显示可调端输出电压值。参数：电压设定步进：+1V，-1V，+0.1V，显示误差：0.01V工作区：输出1：5V输出2：12V输出3：012V 1.2 电源简介电源是电子设备的心脏部分，其质量的好坏直接影响着电子设备的可靠性，而且电子设备的故障60%来自电源，因此作为电子设备的基础元件，电源受到越来越多的重视。现代电子设备使用的电源大致有线性稳压电源和开关稳压电源两大类。所谓线性稳压电源，是指在稳压电源电路中的调整管是工作在线性放

18、大区。将220V、50Hz的工频电压经过线性变压器降压以后，经过整流、滤波和稳压，输出一个直流电压。线性稳压源的优点是：电源稳定度及负载稳定度较高；输出纹波电压小；瞬态响应速度快；线路结构简单，便于维修；没有开关干扰。缺点是：功耗大、效率低，其效率一般只有3560%；体积大、质量重、不能微小型化；必须有较大容量的滤波电容。其中，交换效率低下是线性稳压电源的重要缺点，造成了资源的严重浪费。在这种背景下，开关稳压电源应运而生。任何电子设备均需直流电源来供给电路工作。特别是采用电网供电的电子产品。为了适应电网电压波动和电路的工作状态变化，更需要具备适应这种变化的直流稳压电源。随着电子技术的发展，人们

19、对如何提高电源的转换效率，增强对电网的适应性，缩小体积，减轻重量进入了深入的研究。开关电源应运而生。七十年代，便应用于电视机的接收，现在已经广泛用于彩电，录像机，计算机，通讯设备，医疗器械，气象等行业。开关稳压电源的调整管工作在开关状态，主要优越性是交换效率可高达7095%。开关稳压电源的优越性还体现在：功耗小、效率高。晶体管在激励信号的激励下，交替的工作在导通-截止的开关状态，转换速度很快，频率一般为50kHz左右。开关晶体管的功耗很小，电源的效率可以大幅度的提高，达到80%以上。体积小、重量轻。开关稳压电源里没有采用笨重的工频变压器。调整管上的耗散功率大幅度降低以后，省去了较大的散热片。稳

20、压范围宽。开关电源的输出电压是由激励信号的占空比来调节的，输入信号电压的变化可以通过调频或调宽来控制，在工频电网电压变化较大时，它仍能保证有效的稳定输出电压。开关稳压电源实现稳压的方法也较多，可以根据实际应用的要求，灵活的选用各种类型的开关稳压电源。电路形式灵活多样。开关稳压电源的主要问题是电路比较复杂。输出纹波电压较高，瞬态响应差，并且存在较为严重的开关干扰。当今，开关稳压电源的进一步推广应用的困难是它的制作技术难度大，维修麻烦和成本较高。开关稳压电源的效率是与开关管的变换速度成正比的。开关稳压电源中采用了开关变压器，使之由一组输入，得到极性，大小各不相同的多组输出。要进一步提高效率，必须提

21、高电源的工作频率。但是，当频率提高以后，对整个电路元器件的要求，有了进一步的提高。这是需要解决的第二个问题。工作在线性状态的稳压电源，具有稳压和滤波的双重作用，因而串联线性稳压电源不产生开关干扰，且纹波电压输出较小。但是，在开关稳压电源中的开关管工作在开关状态，其交变电压和输出电流会通过电路中的元器件产生较强的尖峰干扰和谐振干扰。这些干扰会进入市电电网，影响邻近的电子设备的正常工作。克服这一缺点，进一步提高它的使用范围，是要解决的第三个问题。1.3方案比较稳压电源的设计可以通过几种方法实现，根据具体的设计要求，通过比较论证来确定我们到底要用哪个方案。方案一：采用模拟的分立元件，通过电源变压器、

22、整流滤波电路以及稳压电路，实现稳压电源稳定输出正、负5V、12V并能可调输出012电压。如图1.1所示。 但由于模拟分立元件的分散性较大，各电阻电容之间的影响很大，因此所设计的指标不高，而且使用的器件较多，连接复杂，体积较大，供耗也大，给焊接带来了麻烦，同时焊点和线路较多，使成品的稳定性和精度也受到影响。U4U0u4U3U2U1负载220V变压器整流电路滤波电路稳压电路输入图1.1 模拟直流稳压电源基本组成框图方案二：以一稳压电源为基础，以高性能单片机系统为控制核心，以稳压驱动放大电路、过流检测电路为外围的硬件系统，在检测与控制软件的支持下实现对电压输出的数字控制，通过对稳压电源输出的电流、电

23、压进行数据采样与给定数据比较，从而调整和控制稳压电源的工作状态及监测开关电路的。采用单片机作为控制器的简易数控直流电源设计方案如图1.2所示。设计方案采用单片机作为控制器完成数控部分、键盘、显示器接口控制。输出部分采用D/A0832与运算放大器UA714，输出电压波形由单片机的输出数据控制，不仅可以输出直流电平，而且只要预先生成波形的量化数据，就可以产生多种波形输出。利用软件和硬件结合的方法来设计稳压电源，其精度和稳定性都有所提高； 图1.2数控直流电源设计方案结论：以上两种方案均可以达到输出稳压电源的要求。方案一是利用纯硬件来实现其功能的，方案二是以单片机核心控制器件，采用软硬件结合来实现的

24、。方案一电源功能简单、难控制、可靠性低、干扰大、精度低且体积大、复杂度高。而方案二基于单片机控制的直流稳压电源能较好地解决以上传统稳压电源的不足。本电源采用全集成电路设计制成，具有短路过载自动保护功能。精度高，连续可调，可用于多路实验用电。所以本设计采用方案二。第2章 基于单片机双路直流稳压可调电源的基本原理2.1 直流稳压电源总体结构在电子电路中，通常都需要电压稳压的直流电源供电。日常生活中也需要将交流电转变成直流电，形成直流稳压电源。一般直流稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路、运放电路和保护电路等六部分组成。图2.1 直流稳压电源的工作原理（基本框图）总述：电源变压器是将交

25、流电网220V的电压变为所需要的电压值，然后通过整流电路将交流电压变为脉动的直流电压，由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤除，从而得到平滑的直流电压。但这样的电压还随电网电压波动（一般10%左右的波动）、负载和温度的变化而变化。因而在整流、滤波电路之后，还需接稳压电路。稳压电路的作用是当电网电压波动、负载和温度变化时，维持输出直流电压稳定。2.2电源变压器图2.2 15V变压器变压器是利用电磁感应原理，从一个电路向另一个电路传递电能或传输信号的一种电器，是电能传递或作为信号传输的重要元件。变压器是一种静止电机，根据电磁感应的原理，能够将一种电压的电能转换为另一种电压的电

26、能，以满足不同负荷的需要。变压器的主要部件是一个铁心和套在铁心上的两个绕组。其中，与电源相连的线圈，接收交流电能，称为一次绕组；与负载相连的线圈，送出交流电能，称为二次绕组。2.3 整流电路整流电路的任务是将交流电变换成直流电。完成这一任务主要靠二级管的单向导电作用。因此二极管是构成整流电路的关键元件。常见的几种整流电路有单相半波、全波、桥式和倍压整流。图2.3 单相桥式整流电路图2.3中左端为电源变压器，它的作用事将交流电网电压变成整流电路要求的交流电压。单相桥式整流电路是由四个二极管接成电桥的形式构成的。设电源变压器二次侧电压U=Usinwt(v)，在U的正半周，极性为上正下负，此时二极管

27、D1、D3承受正向电压而导通，D2、D4反向截止，电流i的通路是aD1RLD3b。负载RL上又得到半波电压。在U的负半周，极性为上正下负，此时二极管D2、D4导通，D1、D3反向截止，电流i的通路是bD2RLD4a。负载RL上又得到半波电压。RL上得到的电压U是单方向全波脉动(图3)。图2.4 单相桥式整流滤波电路波形图要使之接近于理想的直流电压，在整流之后需加滤波电路，将单向脉动电压中的交流分量尽量多地滤掉。2.4 滤波电路滤波电路用于滤去整流输出电压中的纹波，一般由电抗元件组成，如在负载电阻两端并联电容器C，或与负载串联电感器L，以及由电容、电感组合而成的各种复式滤波电路。滤波电路的形式有

28、很多，分为电容输入式和电感输入式。采用一只容量较大的电解质电容器，所以要注意其极性，其正极要接电路高电位端，负端要接电路低电位端。若极性接反，过高的反向电压可能击穿电容器。图2.5 桥式整流、电容滤波电路 图2.6 直流电压U的波形如图2.5，由于电容C1并联在负载电阻R1上，所以电容C1两端的电压就是负载的电压，交流电压U的波形（如图5）；假设，电路接通时，恰恰在电压U由负到正过零的时刻，这时二极管开始导通，电压U通过二极管向电容C1充电，由于二极管的正向电阻很小，所以充电时间常数很小，电压将随着电压U按正弦规律逐渐升高，当U增大到最大值时，也随之上升到最大值。然后U开始下降，也开始下降，但

29、他们按不同规律下降，U按正弦规律下降，而电容C1则通过负载R1放电，电容端电压按指数规律下降，由于放电时间常数较大，下降缓慢。除了刚过最小值的一小段时间内，仍有=U的关系外，之后就出现U的情况，二极管承受反向电压，处于截止状态。电压按指数规律缓慢下降到wt=2以后，虽然电压U又为正值，但由于U以后，二极管才又导通，电容C1由放电状态重新变为充电状态，又随着U上升。如此继续下去，电压也就是负载电压就变得平滑了，因而负载电压的平均值也有所增大了。如果电容滤波电路接于桥式整流电路，则在交流电压的一个周期内，电容C1有两次充、放电，其放电时间比上述半波整流后所接电容滤波电路要短，故输出电压更为平滑。电

30、容滤波使整流输出电压波形变得平直的原因，还可以从电容C1对脉动电流中的交流成分具有旁路作用来理解。由于电容C1与负载电阻R1并联，C1的容量愈大，整流后所得的脉动电流交流分量的频率愈高，则电容C1的容抗愈小，而电阻R1 的阻值与频率无关，因此，脉动电流中的交流成分主要通过电容C1而被旁路，R1上的电流和电压便较为平直了。2.5 稳压电路图2.7集成稳压电路稳压电路采用三端稳压集成器7805和7812。三端IC是指这种稳压用的集成电路，只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。它的样子象是普通的三极管，TO- 220 的标准封装，也有9013样子的TO-92封装。用78/79系列三端稳压I

31、C来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。该系列集成稳压IC型号中的78或79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如7805表示输出电压为正5V，7812表示输出电压为正12V。在实际应用中，应在三端集成稳压电路上安装足够大的散热器（当然小功率的条件下不用）。当稳压管温度过高时，稳压性能将变差，甚至损坏。2.6 运放电路2.6.1电压运放图2.8 电压放大2.6.2 功率运放图2.9 功率放大2.7保护电路：图2.10 保护电路第3章 直流稳压可调电源硬件设计3.1硬件设计原理和思路3.1.1系统硬件的基本组成部分基

32、本组成本直流电源由四个基本模块组成：电源部分，控制部分，功率放大部分，数字显示,输出电压电路。采用硬件电路和单片机的编程控制，实现了一端5V和12V稳定电压输出，一端012V间可调电压输出的双路直流稳压电源。最大输出电流为0.25A。在最大电流输出时，电压稳定度小于0.01V。实现传统基本直流稳压电源的突破和创新。电源变压器：采用降压变压器将电网交流电压220V变换成复合需要的交流电源。此交流电压经过整流后可获得电子设备所需要的直流电压。整流电路：利用单相桥式整流电路把方向和大小都大小都变化的50Hz的交流电变换为方向不变但大小仍有脉动的直流电。其优点是电压较高，纹波电压较小，整流二极管所承受

33、的最大反向交流电流流过，变压器的利用率高。滤波电路：利用储能元件-电容C两端的电压不能突变的性质，采用RC滤波电路将整流电路输出的脉动成分大部分滤除，得到比较平滑的直流电。稳压电路：使整流滤波后的直流电压不随交流电网和负载的变化扰动而变化 控制电路：为适应不同场合的需要而将电压置为可调。数字显示部分：采用四位的LED数字显示，挺高了精度和准确性，从而克服了模拟表头的造成的读数误差。利用51单片机控制，可以实现精度。由于采用大量高性能的集成模块，从而简化了电路的结构，突出了电源变换问题中的关键部分。通过努力的调试与检测，电路整体性能良好，可以较好的实现设计目的。本电源不仅可以单独使用，还可以置于

34、其它电子设备中作为变压稳压或稳流源使用。3.1.2电源部分设计该部分是电源的基础，也是输出电压能否达到高精度和良好的稳定性的保障。考虑到平时使用的电源大多在012V之间，而且7812的极限电压30V，所以选用电源电压为15V，经过7812集成稳压管，则每一路输出为12V。按照输出电流I=0.25A，则单路最大输出功率：P=UI=120.25A=3W单路消耗的总功率为：Pi=UiI=150.25A=3.75W两路共消耗的功率为P=7.5W考虑其效率，设为则电源消耗的功率为所以选用220V 12W的变压器。，a、电源变压器：采用12W双15V，环形变压器降压变压器将电网交流电压220V变换成15V

35、左右的交流电源，主副线圈匝数比约15 ：1。此交流电压经过整流后可获得电子设备所需要的直流电压。b、整流电路：利用单相桥式整流电路把方向和大小都变化的50Hz的交流电变换为方向不变但大小仍有脉动的直流电。其优点是电压较高，纹波电压较小，整流二极管所承受的最大反向交流电流流过，变压器的利用率高。c、滤波电路：利用储能元件-电容C两端的电压不能突变的性质，采用RC滤波电路将整流电路输出的脉动成分大部分滤除，得到比较平滑的直流电。采用2200uF,16V滤波电容达到较好的滤波效果。3.1.3稳压电路的设计采用7812和7805，因为本设计中需要用到5V和12V稳压电源，7805和7812最大允许输入

36、电压是30V所以选用7812和7805作为稳压电路核心元件。3.1.4运放电路的设计本设计需要四个集成运算放大器,LM324N为四个运算放大器的集成，故用LM324N作为电压放大元件 图3.1 电压放大电路将单片机的输出端调为最大输出，此时数码管显示为12.0V，经过DAC0832数模装换后在DAC0832的Vref端有一个确定的电压输出，此电压设为Vin，由于 且设定R6为2K所以R5=Uout*R6/Uin-R6=4.557K 故将电位器的阻值调为4.557K后，模拟端输出电压等于数码管显示电压实现同步，通过使用放大器，从而实现电压放大。3.1.5 过流保护电路的设计图3.2过流保护电路U

37、1=R8*ImaxU1=U2根据NPN管8050的特性，当Vbe0.7V, 集电极和发射机导通， 所以U4=0，因为npn的集电极连接的使功率管的基极，所以就起到了过流保护的目的。因此：Imax=253mAPmax=3.036W因变压器选用15V、12W。所以此数值符合过流保护的条件。所以电阻的选取为：R7=10K， R8=460， R9=2K3.2 硬件设计 3.2.1单片机部分STC89C51单片机介绍： STC89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4K bytes的可反复擦写的只读程序存储器(EPROM)和128 bytes的随机数据存储器（RAM）

38、，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器(CPU)和Flash存储单元，功能强大STC89C51单片机可提供高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。因此，在这里我选用STC89C51单片机来完成。主要性能参数：与MCS-51产品指令系统完全兼容4K字节可重擦写Flash闪存存储器1000次擦写周期全静态操作：0hz-24hz三级加密程序存储器128x8字节内部RAM32个可编程I/O口线2个16位定时/计数器6个中断源可编程串行UART通道低功耗空闲和掉电模式AT89C51 内存空间1、内部程序存储器（FLASH）4K

39、 字节。2、外部程序存储器（ROM）64K 字节。3、内部数据存储器（RAM）256 字节。4、外部数据存储器（RAM）64K 字节。图4.1 单片机控制部分控制部分是系统整机协调工作和智能化管理的核心部分，采用STC89C51单片机实现控制功能是其关键，采用单片机不但方便监控，并且大大减少硬件设计。STC89C51单片机P1口作为数码管的数据接口。P3.0，P3.2，P3.3分别作文外部中断接口 P0.0P0.3为数码管的选择接口。P2口作为数据接口和DAC0832进行数据通讯。RESET为外电路复位接口。XTAL1，XTAL2为12M晶振接口。工作原理：单片机通过接受外部中断向量，调用自身

40、中断程序，实现特定的数据输出同时通过P0和P1口，采用动态扫描的方法将数据进行显示。3.2.2 D/A转换部分图4.2 D/A转换部分D/A转换部分采用DAC0832：图 4.3 DAC0832内部结构框图和，同时为低电平时，ILE为高电平，输入寄存器的输出随输入变化；当 变成高电平时ILE变为低电平，输入数据被锁存在输入寄存器中。：写信号2，即DAC寄存器的写选通信号，低电平有效。 ：数据传送控制信号，低电平有效。DAC寄存器的锁存信号LE2由 、 的逻辑组合产生，当 和 同时为低电平时，LE2为1，DAC寄存器的输出随它的输入而变化；当 变为高电平后，LE2变为0，LE2的负跳变将输入寄存

41、器中的数据锁存在DAC寄存器中。 DI0DI7：8位数字输入端，DI0为最低端，DI7为最高端。 Iout1：DAC电流输出端1，为数字输入端逻辑电平为1的各位输出电流之和。DAC寄存器内容随输入端代码线性变化，DAC寄存器的内容为全1时，Iout1最大；全为0时，Iout1最小。 Iout2：电流输出端2。Iout2等于常数减去Iout1，即Iout1+ Iout2=常数。此常数对应于一固定基准电压的满量程电流。 Rfb：反馈电阻。反馈电阻被制作在芯片内部，用作DAC提供输出电压的运放的反馈电阻。 Vref：基准电源输入端。Vref一般在-1010V范围内，由外电路提供。 Vcc：逻辑电源输

42、入端，取值范围为+5+15V，+15V最佳。 AGND：模拟地，为芯片模拟电路接地点。 DGND，数字地，为芯片数字电路接地点。在使用时，如环境电磁干扰不严重的情况下模拟地可与数字地相连。否则应分别走线，在保护地点汇合，一点接地。为保证DAC0832可靠地工作，要求 和 的宽度不小于500ns，若Vcc=15V， 则可为100ns。对于输入数据的保持时间不应小于90ns。这在与微机接口时都容易满足。同时，不用的数字输入端不能悬空，应根据要求接地或接Vcc。DAC0832的三种工作方式 DAC0832有以下三种数据输入方式： （1）双缓冲方式：即数据经过双重缓冲后再送入DA转换电路，执行两次写操

43、作才能完成一次DA转换。这种方式可在DA转换的同时，进行下一个数据的输入，可提高转换速率。更为重要的是，这种方式特别适用于要求同时输出多个模拟量的场合。此时，要用多片DAC0832组成模拟输出系统，每片对应一个模拟量。 图 4.4 DAC0832双缓冲方式接口电路 2）单缓冲方式：不需要多个模拟量同时输出时，可采用此种方式。此时两个寄存器之一处于直通状态，输入数据只经过一级缓冲送入DA转换电路。这种方式只需执行一次写操作，即可完成DA转换。图 4.5 DAC0832单缓冲方式接口电路 3）直通方式：此时两个寄存器均处于直通状态，因此要将 、 、 AGND和DGND 端都接数字地，ILE接高电平

44、，使LE1、LE2均为高电平，致使两个锁存寄存器同时处于放行直通状态，数据直接送入DA转换电路进行DA转换。这种方式可用于一些不采用微机的控制系统中或其他不须0832缓冲数据的情况。DAC0832工作原理：DAC0832是8位D/A转换器件，当输入数据全为0时，其输出电压接近0，当输入数据全为1时，其输出电压最高，电压值由基准电压VREF决定，采用基准电压为15V，而输出数据在00HFFH之间变化，即D/A输出的电压有256种。由此计算出电源的精度=15/256=0.06V。若要输出6V的直流电压，则输入数据=6/0.06=100，转换成16进制为64H。调整电阻W1,W2使DAC0832输出

45、15V时，OUT1输出24V，即放大倍数为1.6倍3.2.3 按键部分按键功能：设定输出电压，以递增方式。按键1：输出电压调整，步进为0.1V；按键2：输出电压调整，步进为0.5V；按键3：输出电压调整，步进为1V。键盘接口应具有的功能：键扫描功能，即检测是否有键按下键识别功能，确定被按下建所在的行列的位置产生相应的键的代码消除按键弹跳及对付多键串键图4.3按键电路3.2.4数显部分图4.4数显电路9012PNP控制数码管片选端，需要对某个数码管输入数据时，P0口控制对应数码管输出低电平，此时PNP导通，数码管片选端高电平置位，此时在此数码管可将P1口输入数据显示，采用动态扫描的方式，节省了器

46、件，不需要逐个译码。3.2.5功率放大部分：图4.5功率放大电路3.2.6总硬件图：图4.6 总硬件图第4章 直流稳压可调电源软件设计软件要实现的功能是：单片机检测键盘按键情况，并调用相应中断子程序。实现特定的数据输出，通过P2口送到8位数模转换器（DAC0832）；同时调用相应显示程序将对应的数据输入到四位数码管实现数码显示。 4.1主程序流程图图5.1主程序流程图4.2按键响应流程图：图5.2按键响应流程图：4.3程序运行原理程序的C文件请参阅附录.首先定义局部变量a,b. 定义数组shu, 给自变量和数组以及中断初始化，然后进入主程序（死循环），将当前的自变量数值通过动态扫描在四位数码管

47、显示同时通过单片机P2口输出到DAC0832的数据输入口。 经过60次重复扫描后等待外部中断（按键电路），有外部中断，响应中断请求，调用中断程序，对自变量进行响应的操作，中断响应结束，进入主程序重复新自变量响应。 第5章 结论与展望5.1 电源测试5.1.1电压数值测试预置电压（V）显示电压（V）测量电压（V）0.00.00.350.80.80.801.21.21.201.91.91.902.32.32.292.82.82.803.03.03.003.63.63.604.54.54.494.74.74.705.05.05.005.85.85.806.66.66.607.07.07.008.28

48、.28.208.98.98.909.89.89.8010.510.510.5110.910.910.9111.211.211.2111.811.811.8112.012.012.01表5.1电压输出值的测试图5.1电压输出曲线结论：输出电压基本为线性。5.1.2电压输出波形测试（DS-5022ME示波器）：5.1.2.1 直流12V输出波形图5.2 直流12v电压输出波形5.1.2.2 直流5V输出波形图5.2 直流5v电压输出波形5.1.2.3 012V输出图5.3 直流0V12V电压输出波形 图5.4 直流0V12V电压输出波形（放大5倍）结论：电压输出波动范围在要求之内，直流5V和12V

49、输出端的偏差在+-0.1V之间，直流稳压可调端0V12V输出端的偏差在+-0.03V之间。5.1.3 电流测试 电阻预设为983。1直流5v输出电流为5.05mA2直流12V输出电流为12.05mA3.0v12v输出端的电流为： 预置电压（V）显示电流（mV）0.00.010.50.561.41.382.72.724.84.866.06.077.57.598.99.0110.410.5312.012.17电流输出曲线图5.1.4性能测试性能指标测量条件测量结果测量仪表全程输出电压空载012VVc9801A型数字万用表负载电流=5V,=10K0.505mA短路电流=12V=0.24A过流保护=12V 253mA用单片机控制电源时，输