可调式直流稳压电源的设计

1、可调式直流稳压电源的设计摘 要随着现代科技的不断发展，各种各样的电气、电子设备已经广泛的应用于日常工作、科研、学习等各个方面。电源作为电气、电子设备必不可少的能源供应部件，需求日益增加，而且对电源的功能、稳定性等各项指标也提出了更高的要求。对电源的研究和开发已经成为新技术、新设备开发的重要环节，在推动科技发展中起着重要作用。21世纪，科学技术的发展日新月异，科技的进步带动了电源技术的发展，现代控制设备的性能和结构发生了翻天覆地的变化。我们已经进入了高速发展的信息时代。本设计采用LM317三端稳压芯片做稳压器件设计直流稳压电源，通过相关知识计算出各电路中各个器件的参数，使电路性能达到设计要求中等

2、各项指标。并且可以通过用单片机控制调节输出电压，使其在功能上具有一定智能化。本设计采用新型STC12C5628AD单片机,集成A/D转换器，直接采集输出电压和流入交流网侧电流信号，然后通过单片机对送来的电压、电流进行计算，并将此结果送入数码管,并显示出来。单片机控制电路,具有设计电路简单, 制作容易, 操作方便, 显示直观, 性能可靠, 功能完善等特点。关键词：直流稳压电源；LM317三端稳压芯片稳压电路；单片机；智能化The design of AdjustableDC power supplyAbstractWith the development of modern science al

3、l kinds of electrical and electronic equipment has been widely used in daily work, scientific research, learning and other aspects. Electrical power is, as electric, electronic equipment, essential parts of the energy supply, demand has increased, and the function, stability and all kinds of indicat

4、ors of electrical power also are put forward higher request. The research and development of electrical power has become the important link of a new technology, new equipment development and plays an important role in promoting the development of science and technology. The 21st century, the rapid d

5、evelopment of science and technology, advances in technology led to the development of measurement technology, modern control equipment performance and structure of earth-shaking changes have taken place. We have entered a rapid development of the information age. This design designs DC Power Supply

6、 with the LM317 three-terminal regulator chip regulator circuit, through the related knowledge calculated parameters of each device in the circuit, making the circuit performance meet all kinds of indicators of the design requirements. And by using single chip microcomputer control to adjust output

7、voltage, makes its intelligent on the function. This design uses the new STC12C5628AD single chip microcomputer, integrating A/D converter, directly collects output voltage and flow into exchange network side current signal, and then through the single chip microcomputer calculated the voltage, curr

8、ent, and the results into digital tube, and shows it. Single-chip microcomputer control circuit, which has simple circuit design, easy-making, convenient operation, showing intuitionally, reliable performance, and the perfect function etc.Key words：DC Power Supply; the LM317 three-terminal regulator

9、 chip regulator circuit; Single chip microcomputer; intelligent目 录第1章 绪论11.1 电源技术的分类与应用11.2 电源技术21.2.1 电源技术的现状31.2.2 电源技术的创新41.3 主要内容和预期目标51.3.1 主要内容61.3.2 预期目标6第2章 方案设计72.1 设计思路72.2 稳压方案的选择7第3章 主电路设计93.1 整流、滤波电路设计93.1.1 单相桥式整流电路93.1.2 滤波电路113.2 稳压电路设计133.2.1 LM317芯片简介133.2.2 LM317应用电路图143.3 控制电路设计1

10、53.3.1 STC12C5620AD系列单片机简介163.3.2 TLC5616数模转换器芯片简介183.3.3 OP07芯片简介203.3.4 控制电路分析203.4 显示电路设计233.4.1 四位共阳极数码管243.4.2 s8050三极管作用243.5 辅助电源电路263.5.1 24V基准电压源263.5.2 5V基准电压源273.5.3 -5V基准电压源273.6 本章小结29第4章 软件设计304.1 主要程序304.2 调试34第5章 结论365.1 直流稳压电源的发展趋势365.2总结与展望37参考文献39谢辞41附录一 元器件清单42附录二 单片机的管脚分配4344第1章

11、 绪论人类的经济活动已经进入工业经济时代，并正在转入高新技术产业迅猛发展的时期。电源是位于市电（单相或三相）与负载之间，向负载提供优质电能的供电设备，是工业的基础。电源技术是一种应用功率半导体器件，综合电力变换技术、现代电子技术、自动控制技术的多学科的边缘交叉技术。随着科学技术的发展，电源技术又与现代控制理论、材料科学、电动机工程、微电子技术等许多领域密切相关。目前电源技术已逐步发展成为一门多学科互相渗透的综合性技术学科；它为现代通讯、电子仪器、计算机、工业自动化、电力工程、国防及某些高新技术提供高质量、高效率、高可靠性的电源起着关键的作用5。当代许多高新技术均与市电的电压、电流、频率、相位和

12、波形等基本参数的变换与控制相关。电源技术能够实现对这些参数的精确控制和高效率的处理，特别是能够实现大功率电能的频率变换，从而为多项高新技术的发展提供有力的支持。因此，电源技术不但本身是一项高新技术，而且还是其他多项高新技术的发展基础。电源技术及其产业的进一步发展必将为大幅度节约电能、降低材料消耗以及提高生产效率提供重要的手段，并为现代生产和生活带来深远的影响9。电源如今已是非常重要的基础科技和产业，从日常生活到最尖端的科技，都离不开电源技术的参与和支持，电源技术也正是在这种环境中一步步发展起来的。1.1 电源技术的分类与应用一般将提供电能的设备称为电源，可分为三类：（1）把其他能量转换成电能，

13、例如水力、火力、风力及核能发电等，一般称这种电源为一次电源（即供电电源，俗称电网或市电）。（2）在电能传输过程中，在供电电源与负载之间对电能进行转换或稳定处理，一般称这种电源为二次电源（即对已有的电源进行控制）。（3）平时把能量以某种形式储存起来，使用时再变成电能供给负载，典型的器件就是人们常见的各种蓄电池。随着科学技术的发展，对电源技术的要求越来越高，规格品种越来越多，技术难度越来越大，涉及的学术领域也越来越广。就其技术本身而言，可分为三类10：（1）直流稳定电源，输入量可以是交流电或直流电，交流电可以是单相交流电或三相交流电，输出量是直流电（含稳压或稳流），包括线性控制和开关控制两种。（2

14、）交流稳定电源，输入量多为单相或三相交流电，输出量仍为交流电（单相或三相，当输入量为直流电时成为逆变器），含稳压、稳流、稳频、不间断供电等类型。（3）特种电源（工业电源），例如电镀、电解、电焊、激光、高压等类型电源，输入量多为交流市电，输出量有直流、交流或脉冲形式。电源设备广泛应用于科学研究、经济建设、国防设施及人民生活等方面，是电子设备和机电设备的基础，它与国民经济各个部门相关，在工农业生产中应用得最为广泛。可以说，凡是涉及电子和电工技术的一切领域都要用到电源设备（或器件），它不仅提供优质电能，还对科学技术的发展产生巨大的影响，例如超小型、高效率的高频开关电源的出现，促进了航天和舰船技术的发

15、展；不间断供电电源（UPS）的研制成功，大大提高了计算机、通信、导航、医疗等设备的可靠性；脉冲电源广泛用于电焊、电镀等行业，节省了大量电能和原材料。从而可以看出电源技术的研究对国民经济的发展具有重大意义。1.2 电源技术一般情况下，电源技术的主要内容包括以下几部分：电力电子器件、功率变换电路、电源整机及系统等。1.2.1 电源技术的现状电源技术对科学技术及工农业生产具有明显的促进作用，世界各国都很重视这一技术的发展。我国的电源技术紧跟国际先进水平，近十年来已有长足的进步，这里仅就直流稳定电源和交流稳定电源两大类的现状做以介绍9。（1）直流稳定电源，包括线性控制型和开关控制型两种方式。线性电源的

16、主要特点是功率器件工作在放大状态，具有稳定度高、可靠性好、成本较低等优点，但有效率低、笨重、体积较大等缺点，适用于中、小功率和对电性能指标要求比较高的场合。例如，在科研和教学实验室、计量室作为可调电源或基准电源使用。近十多年来，多制成集成稳压模块，其品种规格较多，便于使用，价格便宜，从而受到欢迎。开关电源的主要特点是功率器件工作在开关状态，由于开关频率较高（几十至几百千赫），甩掉了工频变压器及低频滤波电感器，从而达到减小整机体积、重量，提高工作效率的目的。近十年来由于功率半导体器件的迅速发展，使开关电源的应用越来越广泛。我国在20世纪60年代开始研制，至今在开关频率和单机功率等方面都获得了较快

17、的发展。输入电源主要为直流和工频交流，输出多为直流，高频变换器为中间环节，有多种电路形式。控制方式有脉宽调制式（PWM）、脉频调制式（PFM）和谐振式等。这种电源多用于计算机、程控电话交换机、通信设备及电子仪器等。（2）交流稳定电源，是交流稳压电源、稳频电源和不间断电源等具有交流稳定性能电源的总称。目前主要指交流稳压电源和不间断电源两个方面，是电源技术领域中的重要分支。由于我国交流市电电源的电压波动较大、干扰较多、有停电等情况发生，交流稳压电源和不间断电源已成为许多电子设备不可缺少的供电装置。交流稳压电源的种类较多，主要有参数调整型、自动调压型（含补偿型）及开关型等类型，从结构上看有单一型和组

18、合型，有工程应用型和基准源型，有的兼有稳频和稳压功能，有的还有变频调压功能。不间断电源（UPS）有动态式（利用机械惯性）和静止式（利用电子控制）两种，一般多采用后者。根据输出电压性质不同有直流UPS和交流UPS，后者用得较多，交流UPS又分为后备式和在线式两大类。根据交流输入输出的相数不同，分为单相输入单相输出、三相输入单相输出和三相输入三相输出等方式。根据输出功率的大小分为小功率、中功率和大功率三种。UPS广泛应用于计算机、程控交换机、数据处理系统、医疗诊断仪及精密电子仪器等不能中断供电的场合。20世纪90年代 UPS在世界范围内的销售额逐年增加，1995年达到50亿美元左右，每年以14的速

19、率增长。1.2.2 电源技术的创新1947年底晶体管问世，随后不到十年，可控硅整流器（SCR，现称晶闸管）在晶体管渐趋成熟的基础上问世，从而揭开了电源技术长足发展的序幕。半个世纪以来，电源技术的发展不断创新。（1）高频变换是电源技术发展的主流电源技术的精髓是电能变换，即利用电能变换技术，将市电或电池等一次电源变换成适用于各种用电对象的二次电源。开关电源在电源技术中占有重要地位，从20kHz发展到高稳定度、大容量、小体积、开关频率达到兆赫级的高频开关电源，为高频变换提供了物质基础，促进了现代电源技术的繁荣和发展。高频化带来的最直接的好处是降低原材料消耗，电源装置小型化，加快系统的动态反应，进一步

20、提高电源装置的效率，有效抑制环境噪声污染，并使电源进入更广阔的领域特别是高新技术领域，进一步扩展了它的应用范围。（2）新理论、新技术的指导谐振变换、移相谐振、零开关PWM、零过渡PWM等电路拓扑理论，功率因数校正、有源箝位、并联均流、同步整流、高频磁放大器、高速编程、遥感遥控、微机监控等新技术，指导了现代电源技术的发展。（3）新器件、新材料的支撑绝缘栅双极型晶体管（IGBT）、功率场效应晶体管（MOSFET）、智能IGBT功率模块（IPM）、MOS栅控晶闸管（MCT）、静电感应晶体管（SIT）、超快恢复二极管、无感电容器、无感电阻器、新型铁氧体、非晶和微晶软磁合金、纳米晶软磁合金等元器件，装备

21、了现代电源技术，促进产品升级换代。（4）控制的智能化控制电路、驱动电路、保护电路采用集成组件。控制电路采用全数字化，控制手段用微处理器和单片机组成的软件控制方式，达到了较高的智能化程度，并且进一步提高了电源设备的可靠性。（5）电源电路的模块化、集成化电源技术发展的特点是电源电路的模块化、集成化。单片电源和模块电源取代整机电源，功率集成技术简化了电源的结构，已经在通讯、电力获得广泛应用，并且派生出新的供电体制-分布式供电，使集中供电单一体制走向多元化。（6）电源设备的标准规范今天的市场已是超越区域融贯全球的一体化市场，电源设备要进入市场，必须遵从能源、环境、电磁兼容、贸易协定等共同准则，电源设备

22、生产厂家必须接受安全、EMC、环境、质量体系等各种标准规范的认证。1.3 主要内容和预期目标本设计电路主要采用三端可调式集成稳压器LM317,构成正负输出可调的稳压电源电路,并用数码管直观显示电压数值。使用时,只需调节电源电压调节器,即可得到所需的电压,并在数码管上显示电压数值,使用方便,显示直观,适应范围较广。本电源电路其主要由变压器、整流、滤波、稳压、辅助电源、采样电路、数码显示等部分所组成。1.3.1 主要内容（1）设计变压电路：选用合适的电源变压器将电网电压降到所需要的交流电压值。（2）设计整流滤波电路：降压后的交流电压，通过整流电路整流变成单向脉动直流电压。直流脉动电压经过滤波电路变

23、成平滑的、脉动小的直流电压，即滤除交流成分，保留直流成分。滤波电路一般由电阻电容组成，其作用是把脉动直流电压中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压。（3）设计稳压电路：稳压电路的作用是在外界因素（电网电压、负载、环境温度）发生变化时，能够输出不受影响而维持稳定的直流电压。(4)电路的仿真及搭建：安装仿真软件，元器件采购整理器件排版安装焊接。1.3.2 预期目标使用目前应用较为灵活的LM317三端集成稳压器调节输出电压，但是采用这种输出电压可调且内部有过载保护的三端集成模块，其输出电压调整范围宽度一般为稳压器的基准电压为1.25V37V，得不到0V1.25V之间的电压，如要求电压从0V起

24、连续可调，则需要设计电压补偿电路才可实现030V连续可调。并且采用两种方式进行调节，一种利用电位器调节，另一种利用单片机控制调节，两种调节方式可以互相切换满足不同的需要。并且含有数字显示部分，分别可以显示输出的直流电压和流入电网的交流电流。第2章 方案设计2.1 设计思路直流稳压电源一般由电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路、显示电路、控制电路组成7。图2.1 直流稳压电源方框图故本设计直流稳压电源要完成以下工作：（1）设计变压电路：选用合适的电源变压器将电网电压降到所需要的交流电压值。（2）设计整流滤波电路：降压后的交流电压，通过整流电路整流变成单向脉动直流电压。直流脉动电压经过滤波电路

25、变成平滑的、脉动小的直流电压，即滤除交流成分，保留直流成分。滤波电路一般由电阻电容组成，其作用是把脉动直流电压中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压。（3）设计稳压电路：稳压电路的作用是在外界因素（电网电压、负载、环境温度）发生变化时，能够输出不受影响而维持稳定的直流电压。（4）设计显示电路：显示电路的作用是显示输出侧输出的直流、电压的数值，主要通过单片机采样，经过计算输送到数码管显示输出值。（5）设计控制电路：控制电路的作用是通过单片机控制稳压部分输出更精确稳定的直流电压。2.2 稳压方案的选择稳压方案设计的主要难点在可调电压部分，其要求是输出电压从0V 开始一直到30V 应连续可调

26、。因此，以下对当前流行的二种调压方案进行比较与选择。(1)稳压方案：使用晶体管串联式直流稳压电路。交流电压经整流滤波后，得到平滑的直流电压，并作为稳压电路的输入电源。同时采用了比较放大电路，它的核心是取样调整，输出电压的稳定是晶体管的压降相应改变，使输出电压保持稳定。(2)稳压方案：采用稳压专用集成电路。一般采用输出电压可调且内部有过载保护的三端集成模块，其输出电压调整范围宽，一般稳压器的基准电压为1.2537V，如要求电压从0V 起连续可调，则需要设计电压补偿电路才可实现。分析：方案一，简易可用，但调压范围大时，稳压精度要差一些。方案二，利用稳压专用集成电路模块，具有精度高，操作方便，性能可

27、靠，适用于要求较高的场合。故采用第二种设计方案。第3章 主电路设计3.1 整流、滤波电路设计在电子电路及设备中，一般都需要稳定的直流电源供电。本设计的电源为小功率直流稳压电源，输入为50Hz，220V交流电压，输出为直流030V电压，电流最大值1.25A。变压器副边电压通过整流电路由交流电压转换为直流电压，即将正弦波电压转换为单一方向的脉动电压。半波整流电路和全波整流电路的输出波形均含有较大的交流分量，会影响负载电路的正常工作。为了减少电压的脉动，需要通过低通滤波电路滤波，使输出电压平滑。理想情况下，应该将交流分量全部去除，使滤波电路的输出电压仅有直流电压。然而，由于滤波电路为无源电路，所以接

28、入负载后势必会影响其滤波效果。对于稳定性要求不高的电路，整流、滤波后的直流电压可以作为供电电源。交流电压通过整流、滤波后虽然变为交流分量较小的直流电压，但是当电网电压波动或负载变化时，其平均值也将随之变化。稳压电路的功能是使输出直流电压基本不受电网电压的波动和负载大小的变化，从而可以获得足够高的稳定性。3.1.1 单相桥式整流电路单项桥式整流电路的变压器中只有交流电流流过，而单相半波和全波整流电路中均有直流分量流过，所以单相桥式整流电路的变压效率比较高，在同样的功率容量条件下体积可以小一些。单相桥式整流电路的总体性能优于单相半波和全波整流电路，故本设计采用单相桥式整流电路。（1）工作原理单相桥

29、式整流电路是将交流转换为直流的最基本的电路，其电路图和波形图如图3.1所示。图3.1单相桥式整流电路在分析整流电路工作原理时，整流电路中的二极管是作为开关使用的，具有单向导电性。根据图3.1的电路图可知：当正半周时，二极管D1、D3导通，在负载电阻上得到正弦波的正半周。当负半周时，二极管D2、D4导通，在负载电阻上得到正弦波的负半周。在负载电阻上，正负半周经过合成，得到的是同一个方向的单相脉动电压。（2）参数计算输出电压是单相脉动电压。通常用它的平均值与直流电压等效。输出平均电压为：流过负载的平均电流为：二极管所承受的最大的反向电压为：（3）单相桥式整流电路的负载特性曲线单相桥式整流电路的负载

30、特性曲线是指输出电压与负载电流之间的关系曲线，该曲线如图3.2所示。曲线的斜率代表了整流电路的内阻。图3.2 负载特性曲线3.1.2 滤波电路经过整流后的直流电幅值变化很大,会影响电路的工作性能。可利用电容的“通交流,隔直流”的特性,在电路中并入两个并联电容作为电容滤波器,滤去其中的交流成分。滤波电路利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，实现滤波。电容器对直流开路，对交流阻抗小，所以应该并联在负载两端。经过滤波电路后，既可保留直流分量，又可滤掉一部分交流分量，改变了交直流成分的比例，减小了电路的脉动系数，改善了直流电压的质量。电容滤波电路是最常见也是最简单的滤波电路,在整流电路的输出端(即负载电

31、阻两端)并联一个电容即构成电容滤波电路。滤波电容容量较大,因此一般均采用电解电容,在接线时要注意电解电容的正负极。电容滤波电路利用电容的充、放电作用,使输出电压趋于平滑。如果将两个滤波电容相连接,且连接点接地,就可同时得到输出电压平滑的正负电源1。电容滤波整流电路如图3.3所示，在负载电阻上并联了一个滤波电容。若电路处于正半周，二极管D1、D3导通，变压器次端电压给电容器充电。此时C相当于并联在上，所以输出波形同，是正弦波形。当到达时，开始下降。先假设二极管关断，电容就要以指数规律向负载RL放电，指数放电起始点的放电速率很大。在刚过时，正弦曲线下降的速率很慢，所以刚过时二极管仍然导通。在超过后

32、的某个点，正弦曲线下降的速率越来越快，当刚超过指数曲线起始放电速率时，二极管关断。图3.3 单相桥式整流电容滤波电路所以，在t1到2时刻，二极管导电，充电，C0按正弦规律变化；2到3时刻二极管关断，C0按指数曲线下降，放电时间常数为L。电容滤波过程见图3.4。图3.4 桥式整流、电容滤波时的电压、电流波形需要指出的是，当放电时间常数L增加时，1点要右移，2点要左移，二极管关断时间加长，导通角减小，见图3.4滤波曲线；反之，当L减少时，导通角增加。显然，当L很小，即L很大时，电容滤波的效果不好，见滤波曲线中的2；反之，当L很大，即IL 很小时，尽管较小，L仍很大，电容滤波的效果也很好，见滤波曲线

33、中的3。所以电容滤波适合输出电流较小的场合。故本设计滤波电路采用电容滤波电路,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。本电路采用2200/50V 的大电容和0.1 使输出电压更加平滑。电容滤波的计算比较麻烦，因为决定输出电压的因素较多。工程上有详细的滤波曲线可供查阅。一般常采用以下近似估算法：一种是用锯齿波近似表示，即另一种是在的条件下近似认为。3.2 稳压电路设计LM317 是固定集成稳压器芯片，经过对外围电路的改进设计，可以达到大范围的输出电压调整，不仅能满足一般小功率设备对直流电源的要求，已能满足教学上各种综合实验的需要，是各类高校理工类电子技术及相关专业开展综合整机线

34、路设计的理想器件之一，本文将对可调式电源设计作比较详细的分析2。3.2.1 LM317芯片简介LM317作为输出电压可变的集成三端稳压块，是一种使用方便、应用广泛的集成稳压块。LM317 是美国国家半导体公司的三端可调正稳压器集成电路。LM317的电压输出范围是1.25V37V，负载电流最大为1.5A,仅需两个外接电阻来设置输出电压，连续可调。此外,它的线性调整率为0.01和负载调整率0.1%也比标准的固定稳压器好。此外该器件内置过载保护电路、安全保护等多重保护功能。内阻小、电压稳定、噪音极低、输出纹波小8。图3.5为LM317管脚图，如图所示为 LM317 稳压器管脚功能1、ADJ调整端，2

35、、Vo输出端，3、Vi输入端。图3.5 LM317管脚图3.2.2 LM317应用电路图图3.6 LM317的标准应用电路图因为经常控制在小于100这一项误差在多数应用中被忽略所以输出电压可近似计算为仅仅从公式本身看，R1、R2的电阻值可以随意设定。然而作为稳压电源的输出电压计算公式，R1和R2的阻值是不能随意设定的。 首先LM317稳压块的输出电压变化范围是所以R2/R1的比值范围只能是028.6。要保证LM317 在空载时能够稳定地工作,只要保证就可以了。1.5mA 为LM317稳压块的最小稳定工作电流。我选择R1、R3 分别为10k和270的固定电阻。改变R2的值可以调节输出电源值,输出

36、电压计算公式如下:有以上公式可以看出输出电压的最小值是1.25V为了保证输出电压030V连续可调，故引入辅助电源电路产生-5V直流电压使电路产生分压比，实现电源一直保持能从0V起调。3.3 控制电路设计本设计采用滑动变阻器和单片机控制两种方式控制稳压器输出可调电压，单片机控制与滑动变阻器控制相比较，其优点在于操作简单、精度高、易于调节、输出电压稳定、抗干扰能力强。本设计采用的是新型STC12C5620AD系列单片机，起集成A/D转换器，为下一步显示电路的设计更加简便，容易实现。控制电路中包括单片机，数模转换器TLC5615，运算放大器OP07。其核心思想是将单片机输出的数字信号转换成模拟信号，

37、在经过OP07放大后直接接到LM317的控制端，控制输出电压。下面我们介绍一下主要的元器件。3.3.1 STC12C5620AD系列单片机简介STC12C5620AD系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路,4路PWM,8路高速10位A/D转换,针对电机控制，强干扰场合3。1）增强型 8051 CPU，1T，单时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统8051。2）工作电压： 5.5V - 3.5V。3）工作频率范围：035MHz。4）片上集成768

38、字节 RAM。5）通用I/O口，复位后为：准双向口/弱上拉（普通8051传统I/O口）可设置成四种模式：准双向口/弱上拉，强推挽/上强拉，仅为输入/高阻，每个I/O口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不要超过55mA。6）ISP（在系统可编程）/ IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片。7）有EEPROM功能。8）看门狗。9）内部集成MAX810专用复位电路（外部晶体20M以下时，可省外部复位电路）。10）时钟源：外部高精度晶体/时钟，内部R/C振荡器用户在下载用户程序时，可选择是使用内部R/C振荡器还是外

39、部晶体/ 时钟常温下，内部R/C振荡器频率为：5.2MHz 6.8MHz，精度要求不高时，可选择使用内部时钟，但因为有制造误差和温漂，以实际测试为准。11）PWM(4路）/PCA（可编程计数器阵列,4路）。12） A/D转换, 10位精度ADC，共8路。13)通用全双工异步串行口(UART)，由于STC12系列是高速的8051，也可再用定时器软件实现多串口。图3.7 STC12C5620AD系列（集成A/D转换）管脚图3.3.2 TLC5616数模转换器芯片简介TLC5615 为美国德州仪器公司 1999 年推出的产品，是具有串行接口的数模转换器，其输出为电压型，最大输出电压是基准电压值的两倍

40、。带有上电复位功能，即把 DAC 寄存器复位至全零。性能比早期电流型输出的 DAC 要好。只需要通过 3 根串行总线就可以完成 10 位数据的串行输入， 易于和工业标准的微处理器或微控制器(单片机) 接口, 适用于电池供电的测试仪表、移动电话,也适用于数字失调与增益调整以及工业控制场合。图3.8 TLC5615引脚图管脚功能简介DIN（1脚）： 串行数据输入端；SCLK（2脚）： 串行时钟输入端；（3脚）： 芯片选用通端，低电平有效；DOUT（4脚）： 用于级联时的串行数据输出端；AGND（5脚）： 模拟地；REFIN（6脚）：基准电压输入端, 2.5V；OUT（7脚）： DAC 模拟电压输出

41、端；VDD（8脚）： 正电源端，4.55.5V,通常取 5V。TLC5615 工作时序图3.9 TLC5615 工作时序TLC5615工作时序如上图所示, 可以看出,只有当片选 CS 为低电平时, 串行输入数据才能被移入 16位 移位寄存器。当CS 为低电平时,在每一个SCLK时钟的上升沿将DIN的一位数据移入16位移寄存器。注意, 二进制最高有效位被导前移入。接着,CS的上升沿将16位移位寄存器的10位有效数据锁存于10位DAC寄存器, 供DAC电路进行转换; 当片选CS为高电平时,串行输入数据不能被移入16位移位寄存器。注意,CS的上升和下降都必须发生在SCLK为低电平期间。3.3.3 O

42、P07芯片简介OP07芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。由于OP07具有非常低的输入失调电压（对于OP07A最大为25V），所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP07同时具有输入偏置电流低（OP07A为2nA）和开环增益高（对于OP07A为300V/mV）的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面24。图3.10 OP07管脚图OP07芯片引脚功能说明：1和8为偏置平衡(调零端)，2为反向输入端，3为正向输入端，4接地，5空脚，6为输出，7接电源。3.3.4 控制电路分析图3.11为控制电路的电路图

43、，单片机的P1.2、P1.3分别接在TLC5615的SCLK、连接为TLC5615提供脉冲时间和芯片选通（低电平有效）。P3.3、P3.4、P3.5为键盘端口，分别接键盘S3、S2、S1，S3控制切换显示电压电流，S2控制电压加，S1控制电压减。图3.11 单片机控制电路单片机的P3.2与TLC5615的串行输入端口DIN端相连接，输出数字控制信号。单片机输出的数字信号不能够直接控制稳压器输出稳定的电压，必须经过TLC5615转换为模拟信号。但是得到的模拟信号电压范围为05V不足以控制LM317故有经过OP07放大。本设计将OP07接成反相比例放大电路如下图所示6，图3.12 反相比例放大器1

44、反相比例放大电路的特点由运算放大器组成的反相比例放大电根据集成运算放大器的基本原理4，反相比例放大电路的闭环特性为：闭环电压增益：输入电阻： 输出电阻：其中： Auo为运放的开环电压增益，环路带宽：其中：为运放的开环带宽。最佳反馈电阻：上式中：Rid为运放的差模输入电阻，Ro为运放的输出电阻。平衡电阻： 由以上公式可取，取，所以，故选取，。从以上公式可以看出，由运算放大器组成的反相输入比例放大电路具有以下特性：（1）在深度负反馈的情况下工作时，电路的放大倍数仅由外接电阻R1和 Rf 的值决定。（2）由于同相端接地，故反相端的电位为“虚地”，因此，对前级信号源来说，其负载不是运放本身的输入电阻，

45、而是电路的闭环输入电阻R1。由于，因此反相比例放大电路只适用于信号源对负载电阻要求不高的场合（小于500k）（3）在深度负反馈的情况下，运放的输出电阻很小。3.4 显示电路设计在本设计中此部分电路主要用来显示输出的电压值和流过总电路的电流值，其主要器件有单片机、数码管、s8050三极管。此电路的设计因为采用了新型的STC12C5620AD系列单片机它集成了共8路10位精度ADC，因此简化了数码显示电路的设计。STC12C5620AD系列单片机在本部分电路的设计中不再做过多的介绍。3.4.1 四位共阳极数码管首先数码管有共阴极和共阳极之分，区别他们的方法是若公共端接地，其他端接电源，若各段测试能

46、亮，说明是共阴极的数码管，反之为共阳极的数码管；若公共端接电源，其他端分别接地，测得各端亮，则说明是共阳的，反之为共阴的。世面上的四位一体的数码管一般都没有数据表，所以掌握他们管脚的分布是很重要的一个环节。下面是一张四位一体数码管引脚分布图图3.13 四位一体数码管引脚分布图4位一体数码管，其内部段已连接好，引脚如图所示（正面朝自己，小数点在下方）。a、b、c、d、e、f、g、dp为段引脚，1、2、3、4分别表示四个数码管的位。3.4.2 s8050三极管作用在本设计中s8050三极管主要利用其开关作用，控制数码管的四位共阳极的通断。1脚：射极2脚：基极3脚：集电极 图3.14 s8050管脚

47、图图3.15 数码显示电路3.5 辅助电源电路3.5.1 24V基准电压源1）LM7824芯片简介LM7824是三端稳压集成电路IC芯片元器件，适用于各种电源稳压电路，输出稳定性好、使用方便、输出过流、过热自动保护12。图3.16 LM7824管脚图图3.16为LM7824管脚图，1脚：Input输入；2脚：GND接地；3脚：Output输出。2）LM7824典型应用电路图3.17 24V电源电路此电路同样是采用单相桥式整流电路，整流后的直流电压经过电容C1、C2滤波后用集成三端稳压模块LM7824稳压，输出稳定的24V直流电压。此电路所得24V直流电压主要为OP07提供工作电压和为LM780

48、5提供输入电压。3.5.2 5V基准电压源1）LM7805芯片简介用LM7805三端稳压器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11。图3.18 LM7805管脚图图3.18为LM7824管脚图，1脚：Input输入；2脚：GND接地；3脚：Output输出。2）LM7805典型应用电路图3.19 5V电源电路此电路直接使用LM7824稳压出来的直流电压进行稳压，得到5V电压，为单片机，数码管等芯片提供工作电源。3.5.3 -5V基准电压源1）LM7905芯片简介LM7905是我们最常用到的稳压芯片了，它的使用方便，用很简单

49、的电路即可以输入一个直流稳压电源,它的输出电压为-5V。它有很多的系列如ka7905，ads7905，cw7905等，性能有微小的差别,最常用是LM7905,下图为其结构见图：图3.20 lm7905管脚图图3.20为LM7824管脚图，1脚：GND接地；2脚：Input输入；3脚：Output输出。2）LM7905典型应用电路图3.31 -5V电源电路此电路同样是采用单相桥式整流电路，整流后的直流电压经过电容C1、C2滤波后用集成三端稳压模块7905稳压，输出稳定的-5V直流电压。3.6 本章小结本章主要介绍了整流滤波电路、稳压电路、控制电路、显示电路、辅助电源电路的设计方法、元器件的选择以

50、及各部分电路图，本章节也是本次设计的主要部分。第4章 软件设计本设计中主程序是单片机控制输出程序和数码显示程序两部分,在程序运行的过程中必须先经过初始化，包括键盘程序，中断程序，以及各个控制端口的初始化工作。4.1 主要程序本设计中单片机中存储的程序如下:#include reg51.h#include sbit P1_0=P10;sbit P1_1=P11;sbit P1_2=P12;sbit P1_3=P13;sbit P1_4=P14;sbit P1_5=P15;sbit P1_6=P16;sbit P1_7=P17;sbit P2_0=P20;sbit P2_1=P21;sbit P2

51、_2=P22;sbit P2_3=P23;sbit P2_4=P24;sbit P2_5=P25;sbit P2_6=P26;sbit P2_7=P27;sbit P3_0=P30;sbit P3_1=P31;sbit P3_2=P32;sbit P3_3=P33;sbit P3_4=P34;sbit P3_5=P35;sbit P3_6=P36;sbit P3_7=P37;sfr AUXR = 0X8E; sfr ADC_CONTR = 0xC5; /ADC control registersfr ADC_DATA = 0xC6; /ADC high 8-bit result registe

52、rsfr ADC_LOW2 = 0xBE; /ADC low 2-bit result registersfr P1M0 = 0x91; /P1 mode control register0sfr P1M1 = 0x92; /P1 mode control register1sfr P0M0 = 0x93; /P1 mode control register0sfr P0M1 = 0x94; /P1 mode control register1sfr P2M0 = 0x95; /P1 mode control register0sfr P2M1 = 0x96; /P1 mode control

53、 register1/*Define ADC operation const for ADC_CONTR*/#define ADC_POWER 0x80 /ADC power control bit#define ADC_FLAG 0x10 /ADC complete flag#define ADC_START 0x08 /ADC start control bit#define ADC_SPEEDLL 0x00 /420 clocks#define ADC_SPEEDL 0x20 /280 clocks#define ADC_SPEEDH 0x40 /140 clocks#define AD

54、C_SPEEDHH 0x60 /70 clocks#define uint unsigned int#define uchar unsigned char#define _Nop() _nop_()/定义全局变量unsigned char ss=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;unsigned char sss=0X40,0X79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x10;bit g=0;unsigned char n=0,m=0,q,w,e,r,k=200;uint ad=0,ssss=0;/* 名称：delay 功能：延时模块 输入参数：n要延时的周期数 输出参数：无*/void delay