单片机数控恒压源.

1、合肥 师 范 学 院毕业论文系别：电子信息工程学院姓 名：尹 星专业：10通信工程指导老师：2013年6月30日摘要直流稳压电源的应用非常的广泛， 质量优良的直流稳压电源， 才能满足各种 电子线路的要求。 所以, 直流稳压电源的设计颇为重要， 特别是数控制稳压电源。 本文主要介绍数控直流稳压电源的设计， 对其中涉及的 D/A 转换、单片机等也有 详细介绍。将单片机数字控制技术 , 有机地融入直流稳压电源的设计中 , 就能设 计出一款高性价比的多功能数字化通用直流稳压电源。关键词直流稳压电源 , 单片机 , 数字控制1AbstractImplementation of direct curren

2、t stabilized voltage power source is extensive. Direct current stabilized voltage power source that is supenrior in quality,is able to satisfy with the require of all kinds of electron circuit.So,the design of direct current stabilized voltage power source is very important ， especially numerical co

3、ntol direct current stabilized voltage power source.The text mostly introduce design of a numerical contol direct current stabilized voltage power source, versus thereinto touch on D / Aconversion, SCM wait too have got detail introduce. The DESign middle of the should SCM numerical control technolo

4、gy organically molten greet direct current regulator,thought out one entertain high sexual valence specific multifunction digitalization currency direct current regulator.Keywordsregulated power supply of direct current; single2ch ip m icrocomputer, digital control目录摘要 1Abstract 2目录 3绪论 1第一章直流稳压电源原理

5、 21.1整流电路21.1.1 单相桥式整流电路 21.2滤波电路31.2.1 电容滤波电路 31.2.2 电感滤波电路 51.3稳压电路 6第二章数控恒压源的实现方案 72.1设计目标 72.2实现框图7第三章供电和稳压输出部分 83.1稳压输出部分仿真图 83.2供电和稳压输出电路图 8第四章数字控制部分 104.1 单片机部分 104.2 D/A 转换部分104.3 A/D 转换部分114.4 绘制9 PCB 134.5 总电路软件实现流程图 14结论 17谢辞 18参考文献 19附录 203闽西职业技术学院绪 论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。

6、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

7、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。目前，国外直流稳压电源已朝着多功 能和数字化的方向发展。M atthew等提出了采用多路D?A分别设定多路输出电 压，以及以多路A ?D进行输出检测的微机数控电源。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， 而且还可程控实现对电源的可编程监 控，如模拟电压跌落、间断或起伏等情况

8、，即可编程电源也可以看作一种功率型 的低频信号发生器。程控电源可以任意设定输出电压或电流， 所有功能由面板上 的键盘或通过RS-232C串口连接的上位微机实现，给电路实验带来极大的方便 ， 提高了工作效率。1闽西职业技术学院第一章直流稳压电源的基本原理在电子电路中，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、滤波电路和稳压电路等四部分组成。图1直流稳压电源的工作原理电源变压器是将交流电网 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

9、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流右的波动）、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。1.1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。我主要研究了单项桥式整流电路。1.1.1单相桥式整流电路图2单相桥式整流电路图2中Tr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

10、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3单相桥式整流滤波电路波形图3闽西职业技术学院#闽西职业技术学院在整流之后需加滤波电路，将单向脉动电压要使之接近于理想的直流电压, 中的交流分量尽量多地滤掉。1.2滤波

11、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。滤波电路的形式有很多，分为电容输入式和电感输入式。1.2.1电容滤波电路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5交流电压U的波形如图4,由于电容C1并联在负载电阻R1上，所以电容C1两端的电压Uc就 是负载的电压u。，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

12、向电容ci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Uc将随着电压u按正弦规律逐渐升高，当u增大到最大值时，Uc也随之上升到最大值。 然后u开始下降，uc也开始下降，但他们按不同规律下降，u按正弦规律下降， 而电容ci则通过负载R1放电，电容端电压Uc按指数规律下降，由于放电时间 常数较大，u c下降缓慢。除了刚过最小值的一小段时间内，仍有u c =u的关系外，之后就出现uj c的情况，二极管承受反向电压，处于截止状态。电压uc5闽西职业技术学院按指数规律缓慢下降到 wt=2二以后，虽然电压U又为正值，但由于UjC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，U

13、c又随着u上升。如此继续下去，电压 Uc也就是负载电压 Ul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的荣康、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。1.2

14、.2电感滤波电路图6电感滤波电路如图6是电感滤波电路，它是在整流电路的输出端和负载电阻R之间串联一个电感线圈。电感中流过的电流发生变化时，线圈中要产生自感电动势阻碍电 流的变化。当电流增加时，自感电动势的方向与电流方向相反，自感电动势阻碍 电流的增加，同时将能量储存起来，使电流增加缓慢。反之，当电流减小时，自 感电动势的方向与电流的方向相同，自感电动势阻止电流的减小，同时将能量释 放出来，使电流减小缓慢，因而使负载电流和负载电压脉动大为减小。如果要求输出电流较大，输出电压脉动很小时，可在电感滤波电路之后再接 电容C。组成LC滤波电路。电感滤波之后，利用电容再一次滤掉交流分量，这 样，便可得到更

15、为平直的直流输出电压。 上面讨论的整流滤波电路，输出电压已 较平滑，但却不稳定，当用一个不稳定的电压对负载供电时， 会引起负载工作不 稳定，甚至不能正常工作。为了得到稳定的直流输出电压，在整流滤波电路之后， 需要增加稳压电路。1.3稳压电路稳压电路用的比较多是用集成稳压管稳压电路。如图7是集成稳压管稳压电路，由集成稳压管7805构成稳压电路，。7闽西职业技术学院第二章 数控恒压源的实现方案传统的直流稳压电源输出是通过粗调波段开关及细调电位器来调节的，并由电位表指示电压值的大小。这种直流稳压电源存在读数不直观、稳压精度不高、 不易调准、电位构成复杂、体积大等缺点，而基于单片机控制的数控直流电源不

16、 但实现了直流稳压的功能，而且没有上述的缺点。2.1设计目标1）电源输出电压范围0.0V-10.0V，步长0.1V，输出电压值由5110液晶显示器 显示。2）用户对数控恒压源的控制，通过 AD采集电位器的电压进行控制。3）整机由自制稳压电源供电，输入交流 220V,输出直流+5V。2.2实现框图整个电源（如图10）分成三个主要部分：供电部分、稳压输出部分和数控部分。图8稳压直流电源总框图#闽西职业技术学院第三章 供电和稳压输出部分3.2供电和稳压输出部分电路图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，电路主要由供 电、整流滤波、稳压输出、过流保护和延时启动等几部分组成。（如图10）D

17、/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9）,在电路中，Q1-C519为调整管，UA-LM358为比较放大器，R9 R10, R1,组成 反馈网络。D/A转换电路的输出电压DAOU接到UA的同向端，稳压电源的输出 经R19 R10, R1,组成的取样电路分压后送到运放 UA的反向端，经运放比较放 大后，驱动调整管Q1。当电路平衡时，D/A电路的输出电压Vdaout与取样后的电压Vref相等。稳压输出部分的过流保护电路由 R21和Q2组成。设lm为保护动作电流，则当电源输出电流I增加到Im时，R21上的压降

18、Im*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。电路供电部分9闽西职业技术学院#闽西职业技术学院图10稳压输出部分#闽西职业技术学院第四章数字控制部分4.1单片机部分图11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 STC12C5A60S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。4.2 D/A转换部分系统设置D/A转换接口，采用美国TI公司的高速串行10位模数转换器 TLC5615串行数模转换器。11闽西职业技术学院#闽西职业技术学院TCC1Jl|HI10frmr*.TMDOUTtjtut

19、EOTTTAXjriTD1TT+IlJt -I*4#闽西职业技术学院#闽西职业技术学院图12 D/A转换部分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。10位字长的D/A转换器具有1024种状态。当电压控制字从0, 1, 2,到1024时，电源输出电压为 0.0, 0.01 ,10.0。TLC5615是十位的串行输入电压输出的数模转换器。其时序图如图13:“ rrrrrrrrrrr rrLOAD图13TLC5620数模转换时序图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：二 REF业2256REF为参考电压，

20、data为输入8位的比特数据;我们这里用的REF=2.5v;4.3 A/D转换部分A/D采集采用STC12C5A60S这款单片机内部自带的8路A/D转换电路。AD转换器接口在P1 口( P1.0-P1.7 )。有8路，8位高速A/D转换器，速度可达250KHZ/S使用单片机自带AD的好处，就是可以节约成本，使电路简单化，抗干扰能力争强。A/D转换器使用的使的时钟是外部时钟，这样的好处是可以提高A/D转换速度。P2.2|L浊PS.3IK締rst|a26RxD/R.O4F25lipzra. i5Sc24&Q:盖业nmvpa.,26 * 2nrrr/M. 3怜、20ios旧aK0LTL.pi!.KA

21、/Tl/P3.S|oisF2.4|L12117叫13X16v$514時P2L0Fl. 7/ADCTPL: AXaPL 4/ADC4PL J/ADC3PL2yADC2Fl, 11/iWCIPL.D-1DC0P3.7KA0/PFMGPJ.7伦百A/D转换在Pl 口，P1.0 - Pl. 7共八路13闽西职业技术学院#闽西职业技术学院自带A/D的按键4.4绘制PCB#闽西职业技术学院#闽西职业技术学院图15总电路的PCB#闽西职业技术学院15闽西职业技术学院4.5总电路软件实现流程图图16总流程图程序见后面附录#闽西职业技术学院结论本文先对直流稳压电源原理进行了论述， 主要是对整流电路、滤波电路和稳

22、压电 路等几部分功能进行了论述；，最终确定了数控恒压源的方案。绘制 PCB版，制9 作完成硬件部分，然后对硬件进行了测试；编写单片机程序实现软件部分；通过 对整个数控衡压源的调试完善，最终实现了数控恒压源的制作，实现了数字控制 稳定电压输出的功能。但在制作上还有进一步提高的可能，如开机预置电压输出， 过流保护警报指示等等。#闽西职业技术学院致谢大学生活即将结束，回想这三年有苦有甜。在最后的毕业设计过程中，我得 到了很多老师和同学的帮助，也学到了很多平时在学习中无法学到的东西。 在此， 我要感谢所有曾经教导过我的老师和关心过我的同学， 是他们在我的成长过程中 给予了我足够的帮助。本文能够顺利的完

23、成，要特别感谢我的指导老师谢海瑞， 黄钟生，老师的关怀和教导；助，使我能够顺利完成毕业设计。17闽西职业技术学院参考文献1 7 040072416康华光 电子技术基础高等教育出版社2 1000 5013（ 2001）04 037105 AT89C51单片机数控多路直流稳压电源华侨大学学报（自然科学报）第22卷第4期2001年10月3 1002 8743（2004） 02 0055 05串联型直流稳压电源的仿真分析广西师范学院学报 第21卷第2期4 高稳定度稳压电源（GWE-1的研制西南石油学院学报 第17卷第3期1年8月1671 1041（ 2003）010013 02基于TL431的直流稳压

24、电源设计设计师笔记 基于单片机的高品质直流电源电子产品世界2005,1/下半月7 基于先进集成电路多输出线性直流稳压电源设计中文核心期刊微计算机信息（测控自动化）2005年第21卷第1期8 1673 0062（ 2005）0063- 04 数字可调式高压直流稳压电源的设计南华大学学报（自然科学版）第19卷 2005年 9月9 用单片机制作的直流稳压可调电源电子世界2005年第11期10 刘华毅，李霞，徐景德 电力电子技术第35卷第六期2001年12月11 7-81012-969-4何立民 单片机中级教程北京航空航天大学出版社12 7-115-13713-7陈小忠、黄宁、赵小侠 单片机接口技术实

25、用子程序人民邮电出版社13 Matthew R, Robi n T. M icrop rocessor con trolled pow er supplyJ .ElectronicWorldW -irelessWorld, 1994,95 （1 639） : 524 527#闽西职业技术学院附录/ D/A5615 程序#in clude#defi ne uchar un sig ned char#defi ne uint un sig ned int#include 5615.hvoid da5615(uint da)uchar i;da=6;CS_DA=0;SPI_CLK=0;for (i=

26、0;i12;i+)SPI_DATA=(bit)(da&0x8000);SPI_CLK=1;da=1;SPI_CLK=0;CS_DA=1;SPI_CLK=0;for (i=0;i12;i+);/*/液晶5110显示程序#in clude/#i ncludeSTC12C5A60S2.H#i nclude n okia_5110.h#i nclude en glish_6x8_pixel.h#i nclude write_chi nese_stri ng_pixel.h#define X_Col_Addr 0x80/定位到第0列指令(列起始地址)(0 - 83)#define Y_Page_Addr

27、 0x40/定位到第0页指令(页起始地址)(0 - 5)#defi ne LCD_write_dat(dat) LCD_write_byte(dat, 1) / 写入数据/*LCDnit: 3310LCD 初始化编写日期：2004-8-10最后修改日期：2004-8-101us延时函数*/ void delay_1us(void) _ un sig ned int i;for(i=0;i1000;i+); void LCDni t(void) _/产生一个让LCD复位的低电平脉冲LCD_RST = 0;delay_1us();LCD_RST = 1;/关闭LCD LCD_CE = 0;dela

28、y_1us();/使能LCD LCD_CE = 1;delay_1us();LCD_write_byte(0x21,0);/使用扩展命令设置 LCD模式LCD_write_byte(0xba, 0);/设置偏置电压 baLCD_write_byte(0x06, 0);/温度校正LCD_write_byte(0x13, 0);/1:48LCD_write_byte(0x20, 0);/使用基本命令LCD_clear();/ 清屏LCD_write_byte(0x0c, 0);设定显示模式，正常显示/关闭LCDLCD_CE = 0;/*LCD_clear: LCD 清屏函数编写日期：2004-8-

29、10最后修改日期：2004-8-10*/ void LCD_clear(void)un sig ned int i;LCD_write_byte(OxOc, 0);LCD_write_byte(0x80, 0);for (i=0; i504; i+) LCD_write_byte(0, 1); 一 一/*LCD_set_XY:设置LCD坐标函数输入参数：X:0- 83Y:0- 5编写日期：2004-8-10最后修改日期：2004-8-10*/void LCD_set_X Y(un sig ned char X, un sig ned char Y)LCD_write_byte(0x40 | Y

30、, 0);LCD_write_byte(0x80 | X, 0);/ colu mn/ row/*LCD_write_char :显示英文字符输入参数：c:显示的字符；编写日期：2004-8-10最后修改日期：2004-8-10*/void LCD_write_char( un sig ned char x, un sig ned char y, un sig ned char c) 一 一un sig ned char line;c -= 32;x += 8;LCD_set_XY(x,y);for (li ne=0; li ne6; li ne+)LCD_write_byte(fo nt8x

31、16cli ne, 1);LCD_set_XY(x,y+1);21闽西职业技术学院for (li ne=6; li ne12; li ne+) LCD_write_byte(fo nt8x16cli ne, 1);/*LCD_write_chinese_string:在 LCD 上显示汉字输入参数：X、Y:显示汉字的起始X、Y坐标ch_with:汉字点阵的宽度num:显示汉字的个数；line:汉字点阵数组中的起始行数row:汉字显示的行间距编写日期:2004-8-11最后修改日期:2004-8-12测试：LCD_write_chi(0,0,12,7,0,0);LCD_write_chi(0,2

32、,12,7,0,0);LCD_write_chi(0,4,12,7,0,0); */ void LCD_write_chi nese_stri ng(u nsig ned char X, un sig ned char Y un sig ned char ch_with, un sig ned char num, un sig ned char line,un sig ned char row)un sig ned char i,n;LCD_set_XY(X,Y);/设置初始位置for (i=0;i nu m;)II写一个汉字/写汉字的下半部分for (n=0; n ch_with*2; n+

33、)if (n=ch_with) _if (i=0) LCD_set_XY(X,Y+1); elseLCD_set_XY(X+(ch_with+row)*i),Y+1);LCD_write_byte(write_chi neseli ne+i n,1); 一一 一i+;LCD_set_XY(X+(ch_with+row)*i),Y);LCD_write_byte :使用 SPI 接口写数据到 LCD输入参数：data:写入的数据；comma nd :写数据/命令选择；编写日期：2004-8-10最后修改日期：2004-8-13*/void LCD_write_byte( un sig ned c

34、har dat, un sig ned char comma nd) un sig ned char i;/PORTB &= LCD_CE ;/ 使能 LCDLCD_CE = 0;if (comma nd = 0)/ PORTB &= LCD_DC ;/ 传送命令LCD_DC = 0;else/ PORTB |= LCD_DC ;/ 传送数据LCD_DC = 1;for(i=0;i8;i+)if(dat& 0x80)SDIN = 1;elseSDIN = 0;SCLK = 0;dat = dat 1; SCLK = 1;LCD_CE = 1;液晶字符输出(6*8字体)/x: 0 -13/y:

35、0 - 5void LCD_pri ntc(un sig ned char x, un sig ned char y, un sig ned char c_dat) 一 一un sig ned char i;c_dat -= 32;查表x += 8;/宽 6LCD_set_XY(x, y);坐标for(i = 0; i 6; i+)LCD_write_dat(fo nt8x16c_dati);LCD_set_XY(x, y+1);坐标for(i = 6; i 23闽西职业技术学院函数名：毫秒级CPU延时函数/*/void DELAY_MS(unsigned int a) 延时函数 IMS/次u

36、n sig ned int i;while( -a != 0)for(i = 0; i 600; i+); 一个;表示空语句,CPU 空转。/i从0加到125，CPU大概就耗时1毫秒/*/函数名：8位A/D转换初始化#闽西职业技术学院/ADC转换的速度（0XX0 0000其中XX控制速_nop_(); ADC_CONTR |= CHA;_nop_();ADC_CONTR |= 0x80;DELAY_MS(1);void Readnit (un sig ned char CHA)unsigned char AD_FIN=0; 存储 A/D 转换标志CHA &= 0x07;选择ADC的8个接口中的

37、一个(0000 0111清 0高5位）ADC_CONTR = 0x40;度，请根据数据手册设置）/选择A/D当前通道/启动A/D电源使输入电压达到稳定（1ms即可）#闽西职业技术学院函数名：8位A/D转换初始化#闽西职业技术学院void Read_i nit1 (un sig ned char CHA) unsigned char AD_FIN=0; 存储 A/D 转换标志CHA &= 0x07;选择ADC的8个接口中的一个(0000 0111清0高5位)ADC_CONTR = 0x40;度，请根据数据手册设置)_nop_();ADC_CONTR |= CHA;_nop_();ADC_CONTR |= 0x80;DELAY_MS(1);/ADC转换的速度（0XX0 0000其中XX控制速/选择A/D当前通道/启动A/D电源使输入电压达到稳定（1ms即可）25闽西职业技术学院_nop_();ADC_CONTR |= CHA;_nop_();ADC_CONTR |= 0x80;DELAY_MS(1);函数名：8位A/D转换初始化*/void Readnit2 (un sig ned char CHA)unsigned char AD_FIN=0; 存储 A/D 转换标志CHA &= 0x07;0高5位)选择ADC的8个接口中的一个（0000 0111清AD