基于单片机的路灯稳压控制系统(共62页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上设计（论文）目的及要求一、任务针对我国在城市照明上所存在的巨大的能源消耗而设计一套基于单片机智能路灯节能控制系统。通过智能控制器对功率单元进行控制，进而操控可变电抗变换器来改变路灯的输出电压，通过改变路灯的光照来实现节能。二、目的1.在学习完单片机及相关课程的基础上，进一步加深和巩固所学的知识，培养和提高学生查找资料、整理资料的能力。2.通过硬件设计、软件编写，使学生掌握用单片机组成应用系统的方法，提高硬件设计、制作、焊接，软件编写、调试的能力。3.通过本次设计巩固单片机的接口、定时、中断等基本知识，掌握外围芯片的基本知识。4.熟练掌握用Protel 99 绘制电路图

2、及PCB板的制作。三、要求1. 设计要求完成的基本功能：稳压控制功能；软启动功能；自动启停功能；智能调压控制功能等。2技术参数要求：1）稳压精度： 2）响应时间：0.048s3设备要求：计算机、MCS51单片机仿真开发系统、常用集成电路芯片、三极管、按键和LED数码管。 4设计说明书要求包括：目录、标题、概述、方案总体设计（硬件、软件、 框图）、单元电路和单元软件程序、电路总图、硬件实物及软件清单、系统调试说明、设计总结及改进意见、参考文献等。5论文字数2万3万字内。6. 论文格式严格按照学校规定的论文格式编排。四、附件1. 系统电路原理图 2. 列出完整元器件清单 3. 印刷电路板图 4.完

3、整的程序清单五、进度安排 1. 2010年12月20日2011年1月10日 要求理解毕业设计任务书，查阅相关资料；完成开题报告；完成中英文资料翻译；2. 2月16日4月6日 要求根据所查阅的资料，完成论文提纲；理解设计原理，进行程序设计；设计相关电路设计、调试；产品基本实现功能。3. 4月7日4月12日 完成完整的毕业设计初稿；4. 4月13日5月3日 完成完整的毕业设计论文终稿；一校：总体功能与思路；二校：功能细节、格式细节；5. 5月4日5月17日准备毕业设计论文答辩；65月18日5月29日 进行毕业论文答辩。 六、参考书目 1. 李广第.单片机基础M.北京航空航天出版社.2何立民.单片机

4、应用技术选编M.北京航空航天出版社. 3康华光.电子技术基础（模拟部分）M.高等教育出版社. 4康华光.电子技术基础（数字部分）M.高等教育出版社.5陈明荧.8051单片机课程设计实训教材M.清华大学出版社. 6吴金戍.8051 单片机实践与应用M.清华大学出版社.7黄志伟.全国大学生电子竞赛培训教程M.电子工业出版社.8. 扬本文,郑旭东城市路灯照明节能方案及运行管理J湖北电力2006(8)：61-629. 江思敏. Protel电路设计教程M.清华大学出版社 .10. 邹常茂,韩庆军国内智能照明节电器设备的现状与技术特J节能与环保，2(X)3(12)：52-53 指导教

5、师：李月华 2010年 12月 18日专心-专注-专业本科生毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目 基于单片机的路灯稳压控制系统的设计设计（论文）题目来源自选课题设计（论文）题目类型工程设计起止时间 2010.12至2011.6一、 设计（论文）依据及研究意义：如今，照明路灯的数量越来越多，使得路灯的用电量占城市用电总量的比重越来越大，在用电高峰期时，电网超负荷运行，电网电压都低于额定值，在用电低谷期供电电压又高于额定值，当电压高时不但影响照明设备的使用寿命，而且耗电量也大幅增加（电源电压若增加20%，则耗电量增加44%），当低谷时，照明设备又不能正常工作。所以，对城市路灯的设计已经成为了当

6、务之急，特别是午夜之后车流量急剧减少时，应该适当的关闭路灯，节省用电。但是我国的既能省电又能延长路灯寿命的技术相比国外却是落后了，特别是要针对我国的现状并且吸取国外的技术经验才能设计出符合我国的路灯控制技术。目前我国市场上有多种路灯节能控制产品，能达到一定节能效果，但就功能和效果上还不能尽如人意，主要由以下几类情况：采用自祸变压器及磁饱和电抗器的降压技术。其不足是由于反应速度较慢，用电高峰时电压降到非稳定区，容易造成灯光闪灭，不能自动调节，同时如果电压突然升高，则不能避免灯具受到市电的瞬时高压冲击，对灯具的保护能力较差;相对来说稳压功能较差。针对于磁饱和电抗器来说，除了上述不足外，其效率也普遍

7、偏低。采用电气器件构成的可控硅式设备。该设备主要采取简单的相控技术，不足之处是元件容易发热烧坏，由于采用相控技术产生谐波污染电网，使荧光灯和气体灯小停闪动，减损灯具寿命及相关附件的使用寿命，降低照明质量，不绿化不环保，国家相关规定已经明确禁止使用这种无功补偿技术设备，以系统节电滤波形式，主要是净化电网，补充无功功率，补偿电网，而对于有功电度表计量系统，缺少实际节电效果。如今随着直流电源技术的飞跃发展，整流系统由以前的分立元件和集成电路控制发展为微机控制，从而使直流电源智能化，具有遥测、遥信、遥控的三遥功能，基本实现了直流电源的无人值守。并且，在当今科技快速发展过程中，模块化是直流电源的发展趋势

8、，并联运行室电源产品大容量化地一个有效手段，可以通过设计N+1冗余电源系统，实现容量扩展，提高电源系统的可靠性、可用性，缩短维修、维护时间。电流模块电源采用电流型控制模式，集中式散热技术，实时多人物监控，具有高效、高可靠、超低辐射，维护快捷等优点，机箱结构紧凑，防腐与散热也作了多方面的加强。它的应用将会克服大功率电源的制造、运输及维修等困难。而且和传统可控硅电源相比节电20%-30%节能优势，奠定了它将是未来大功率直流电源的首选。 近20年来，美国和日本照明节能集中在使用紧凑型荧光灯(CFL)和荧光灯采用镇流器两个方面。国外照明节能技术的发展具有以下特点. (1)大力推动绿色照明，在光源的材料

9、，使用规范上加以有效管理，出台了一系列的标准和管理要求，将照明节能推广到全民范围;(2)不断提高功率器件性能要求，主要体现在镇流装置上技术提高。通过对镇流器技术改进来提高照明设备的功率因素。本设计可以通过对外界光线和电压信号的采集来控制路灯的自动启停以及智能调压从而减少城市路灯照明耗电量，又对输入电压进行稳压调节来提高用电效率，缓解许多地方电力供应紧张和城市化加快对路灯需求数量增加之间的矛盾，同时可以延长照明设备使用寿命。参考文献：1 邹红.数字电路与逻辑设计M.北京:人民邮电出版社，2008.32 李祥臣.模拟电子技术基础教程M.北京:清华大学出版社.2005.33 先锋工作室编著.单片机程

10、序设计实例M.北京:清华大学出版社,20024 汤毅刚,彭喜元,孟升卫,刘兆庆.MCS-51单片机使用子程序设计M.哈尔滨:工社,2003业大学出版5 陈明荧.8051单片机课程设计实训教材M.北京:清华大学出版社,20036 扬本文,郑旭东城市路灯照明节能方案及运行管理J.湖北电力,2006(8)：61-627 邹常茂,韩庆军国内智能照明节电器设备的现状与技术特性J节能与环保，2(X)3(12)：52-538 王新贤.通用集成电路速查手册M.济南:山东科学技术出版社，2002.99 马忠梅.单片机的C语言应用程序设计M.北京:北京北航出版社，2003.10 潘新民 王燕芳.微型计算机控制技术

11、M.北京:高等教育出版,2004.11 Jun-Lian Zhang and Jian-Xun Jin,Analysis of DC Power Transmission Using High Superconducting CablesJ.Journal of Electronic Science and Technology of China,2008.(2-10)12 S.Levialdi,NATO AST on Sigital image processingJ.1980(105-145)13 Power Integration.Inc.Topswich-GX datasheetsR.

12、2000(TOP242-249)14 Power Integration.Inc.National semiconductor datasheetsR.200515 Clovis L.Tondo.Scott E.Gimpel.The C Answer Book Solutions to the Exercises in The C Programming LanguageR.2000二、 设计（论文）主要研究的内容、预期目标：（技术方案、路线）主要研究内容：1. 利用光传感器来控制继电器开关路灯的设计；2. 对路灯电压进行稳压控制的设计；3. 对路灯电压/电流进行反馈采样的设计；4. 对采样电

13、压进行调压的设计。总体设计方案如下：1. 采集外界光信号，通过A/D转换后输入控制器。当外界光信号强度低于一定数值时，通过软启动开启路灯。当光信号强度高于一定数值时，通过软启动关闭路灯。这样能起到节电的作用。光控电路流程图如图1所示。2. 采集输入电压信号，通过交流/直流转换、A/D转换后输入控制器，与已设定的标准电压值进行比较，并对输入电压进行稳压，然后将该电压输出并驱动路灯。3. 通过时钟来对路灯亮度进行调节，在午夜之后将路灯亮度进行降低，这样既能维持路面的照明，又能节约用电。开启路灯光信号信号采集控制器判断是否有光照射？N关闭路灯Y图1 自动光控启停控制程序流程图保留显示设定值|实际值-

14、设定差值|大于1?原来的显示设定值+差值恢复现场显示结果返回NNYY保护现场实际值<设定值？原来的显示设定值-差值图2 稳压判断控制程序流程图将采集到的电压信号与额定电压相比较，如果采样电压与额定电压差值大于1，则判断差值是否为负；否则显示额定值。在判断差值正负时，如果为负，在显示值为额定值与差值之和，否则显示值为额定值与差值之差。稳压控制程序流程图如图2所示。模数转换器三端稳压器电压采样电流采样电源单片机液晶屏显示键盘控制数模转换器三端稳压器光信号采集灯信号反馈继电器驱动电压放大图3 总体设计图总体设计图如图3所示。本设计是以单片机控制为核心，通过采集三端稳压器输出的电压并将该电压与设

15、定电压进行比较，进而调整输出电压的大小，达到稳压的目的。预期目标：能够实现以下几个功能：稳压控制功能；自动启停功能；智能调压控制功能三、设计（论文）的研究重点及难点：研究重点：1、对路灯电压进行稳压控制；2、对路灯进行智能启停；3、对路灯电压进行智能调压。研究难点：1、电路电压不稳定，电压波动幅度不能确定。2、不能确定在进行补偿后的电压是否与额定电压相等。四、 设计（论文）研究方法及步骤（进度安排）：1、2010年12月20日2011年1月10日 要求理解毕业设计任务书，查阅相关资料；完成开题报告；完成中英文资料翻译；2、2月16日4月6日 要求根据所查阅的资料，完成论文提纲；理解设计原理，进

16、行程序设计；设计相关电路设计、调试；产品基本实现功能。3、4月7日4月12日 完成完整的毕业设计初稿；4、4月13日5月3日 完成完整的毕业设计论文终稿；一校：总体功能与思路；二校：功能细节、格式细节；5、5月4日5月17日准备毕业设计论文答辩；6、5月18日5月29日 进行毕业论文答辩五、 进行设计（论文）所需条件：硬件：计算机，AT89C51单片机，集成电路芯片，LED数码管，运算放大器，LED显示屏，三极管，按键。软件：MCS51单片机仿真开发系统，单片机开发板。在该设计中，软件的设计起到举足轻重的作用，因为系统工作的可靠性以及稳定性都是靠软件（程序）来控制的。六、 指导教师意见：签名：

17、 年 月 日摘 要：在生活中，路灯照明是必不可少的，它能使我们的道路更加明亮，使我们的城市更加美观。本文主要设计了一种基于51单片机为核心控制器的数控稳压控制系统。该电路具有电压可步进调制，对输出电压和电流信号进行调整以及显示，根据光照情况进行LED灯的开关功能。本文设计的路灯稳压控制系统主要以STC89C52单片机为核心控制单元，先以光信号采集电路进行继电器驱动，再以数模转换芯片DAC0832输出参考电压，并控制三端稳压器LM317输出电压，同时对输出电压/电流进行采样，接着采用A/D转换芯片ADC0832对采样的电压、电流转换为数字信号，再通过单片机实现闭环控制。随着科学技术的不断发展，特

18、别是计算机技术的突飞猛进，人们节电意识的不断提高，稳压控制电源将会成为城市建设的首选。关键词：单片机（MCU）；数模转换器（DAC）；模数转换器（ADC）；闭环控制Abstract: In life, street lamp lighting is indispensable, it can make our way more bright, to make our city more beautiful. This paper designed a kind of 51 single-chip microcomputer as the core controller based on the

19、 numerical control voltage control system. This circuit has voltage can be stepping modulation, output voltage and current signal to adjust and display light situation, according to the switch function leds. This design voltage control system mainly lamps STC89C52 singlechip control unit, first with

20、 the light signal acquisition circuit relay drivers, again with analog-to-digital conversion chip DAC0832 output, and controls the three reference voltage stabilizer LM317 output voltage, the output voltage/current simultaneously on sampling, then adopts A/D conversion chips for sampling ADC0832 vol

21、tage, current into digital signals, then through the SCM realizing closed-loop control. Along with the development of science and technology, especially the rapid development of computer technology, people power saving consciousness rise ceaselessly, the control of the power supply voltage will beco

22、me urban construction of choice.Keywords: Micro Controller Unit (MCU)；digital-to-analog converters (DAC)；digital converter (ADC)；closed-loop control 目录电是工业的动力，是人类生活的源泉，如果没了电，人类将失去光明，人类生活将变成一片混乱。电能给我们带来幸福，我们却时时刻刻在浪费它，特别是我们用的照明路灯，浪费得特别严重。现在，各个城市，大街小巷都装有路灯，路灯已成为家喻户晓的照明设备。但我们并不知道，随着照明路灯的剧增，路灯的用电量也在急剧增加。

23、而且路灯基本都采用高压钠灯（该灯功率大），区域内供电电压极不稳定，波动范围大。尤其是在下半夜，电压通常高达250V以上，致使灯泡损耗率极高。为节省能耗，减少浪费，降低成本，有必要进行改造。对城市路灯的设计已经成为了当务之急，特别是午夜之后车流量急剧减少时，应该适当的关闭路灯，节省用电。但是我国的既能省电又能延长路灯寿命的技术相比国外却是落后了，特别是要针对我国的现状并且吸取国外的技术经验才能设计出符合我国的路灯控制技术。因此，我尝试利用单片机来控制电压的稳定输出，降低额外浪费。本文主要介绍了如何利用单片机来控制稳压，恒流输出。本设计主要以三端稳压电路来实现输入电压的稳定，利用数模转换电路来实现

24、输出电压/电流的采集、反馈，接着让单片机来控制输出，从而形成一个闭环反馈回路。1、绪论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。当今电源技术融合了电气、电子、系统集成、材料等诸多学科领域。直流稳压电源是电子技术常用的仪器设备之一，广泛的应用于教学、科研等领域，是电子实验员、电子设计人员及电路开发部门进行实验操作和科学研究所不可缺少的电子仪器。在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流电源来供电。而整个稳压过程是由电源变压器、整流、滤波、稳压等四部分组成。然而这种传统的直流稳压电源功能简单、不好控制、可靠性低、干扰大、精度低且体积大、复杂度高。普通的直流稳压电源品种有很多

25、，但均存在以下二个问题：输出电压是通过粗调（波段开关）及细调（电位器）来调节。这样，当输出电压需要精确输出，或需要再一个小范围内改变时，困难就较大。另外，随着使用时间的增加，波段开关及电位器难免接触不良，对输出会有影响。稳压方式均是采用串联型稳压电路，对过载限流或截流型保护，电路构成复杂，稳压精度也不高。随着电子技术的不断发展，以单片机为核心的新一代智能型稳压电源不但电路简单，结构紧凑，价格低廉，性能卓越，而且由于单片机具有计算和控制能力，利用它对采样数据进行各种计算，从而可排除和减少由于干扰信号和模拟电路引起的误差，提高稳压电源输出电压和控制电流精度，降低了模拟电路的要求。在家用电器和其他各

26、类电子设备中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。但在实际生活中，都是由220V的交流电网供电。这就需要通过变压、整流、滤波、稳压电路将交流电转换成稳定的直流电。滤波器用于滤去整流输出电压中的纹波，一般传统电路由滤波扼流圈和电容器组成，若由晶体管滤波器来替代，则可缩小直流电源的体积，减轻其重量，且晶体管滤波器直流电源不需直流稳压器就能用作家用电器的电源，这既降低了家用电器的成本，又缩小了其体积，使家用电器小型化。传统的直流稳压电源通常采用电位器和波段开关来实现电压的调节，并由电压表指示电压值的大小。因此，电压的调整精度不高，读数欠直观，电位器也容易磨损。而基于单片机控制的直流稳压电源能较好地解决

27、以上传统稳压电源的不足。1.1 国内外研究状况在我国，以电力电子学为核心技术的电源产业，从二十世纪60年代中期开始形成，到了90年代以来，电源产业进入快速发展时期。一方面，电源产业规模的发展在加快;另一方面，在国家自然科学基金的资助下或创新意识指导下，我国电力电子技术的研究从吸收消化和一般跟踪发展到前沿跟踪和基础创新，电源产业界涌现了一些技术难度较大，具有国际先进水平的产品，而且还产生了一大批具有代表性的研究成果和产品;目前国内还开展了跟踪国际多方面前沿性课题的研究或基础创新研究。但是我国电源产业与发达国家相比，存在着很大的差距和不足:在电源产品的质量、可靠性、开发投入、生产规模、工艺水平、先

28、进检测设备、智能化、网络化、持续创新能力等方面的差距为10-15年。目前我国市场上有多种路灯节能控制产品，能达到一定节能效果，但就功能和效果上还不能尽如人意，主要由以下几类情况：采用自祸变压器及磁饱和电抗器的降压技术。其不足是由于反应速度较慢，用电高峰时电压降到非稳定区，容易造成灯光闪灭，不能自动调节，同时如果电压突然升高，则不能避免灯具受到市电的瞬时高压冲击，对灯具的保护能力较差;相对来说稳压功能较差。针对于磁饱和电抗器来说，除了上述不足外，其效率也普遍偏低。采用电气器件构成的可控硅式设备。该设备主要采取简单的相控技术，不足之处是元件容易发热烧坏，由于采用相控技术产生谐波污染电网，使荧光灯和

29、气体灯小停闪动，减损灯具寿命及相关附件的使用寿命，降低照明质量，不绿化不环保，国家相关规定已经明确禁止使用这种无功补偿技术设备，以系统节电滤波形式，主要是净化电网，补充无功功率，补偿电网，而对于有功电度表计量系统，缺少实际节电效果。如今随着直流电源技术的飞跃发展，整流系统由以前的分立元件和集成电路控制发展为微机控制，从而使直流电源智能化，具有遥测、遥信、遥控的三遥功能，基本实现了直流电源的无人值守。并且，在当今科技快速发展过程中，模块化是直流电源的发展趋势，并联运行室电源产品大容量化地一个有效手段，可以通过设计N+1冗余电源系统，实现容量扩展，提高电源系统的可靠性、可用性，缩短维修、维护时间。

30、电流模块电源采用电流型控制模式，集中式散热技术，实时多人物监控，具有高效、高可靠、超低辐射，维护快捷等优点，机箱结构紧凑，防腐与散热也作了多方面的加强。它的应用将会克服大功率电源的制造、运输及维修等困难。而且和传统可控硅电源相比节电20%-30%节能优势，奠定了它将是未来大功率直流电源的首选。近20年来，美国和日本照明节能集中在使用紧凑型荧光灯(CFL)和荧光灯采用镇流器两个方面。国外照明节能技术的发展具有以下特点.(1)大力推动绿色照明，在光源的材料，使用规范上加以有效管理，出台了一系列的标准和管理要求，将照明节能推广到全民范围;(2)不断提高功率器件性能要求，主要体现在镇流装置上技术提高。

31、通过对镇流器技术改进来提高照明设备的功率因素。1.2 论文的总体结构第一部分主要是介绍本设计的背景、意义以及国内外研究现状，还介绍了本设计的主要研究内容。第二部分主要介绍了本设计总的设计思路并提出了几种方案的实现与论证，并对该方案运用的基础知识和所使用的器件作出了扼要的介绍。第三部分主要详细阐述了各个模块的整体结构以及设计框图，包括单片机控制系统模块、稳压控制模块、电压/电流采样模块、继电器驱动模块、显示模块、光信号采集模块和键盘模块。第四部分主要阐述了软件设计的思路以及软件设计流程图。第五部分主要对该系统进行测试及误差分析。第六部分是对本设计进行总结。2、总体设计方案及各功能模块硬件实现2.

32、1 总体设计方案及论证根据设计要求，我设计了以下三种方案：方案一，设计开关电源。在前期方案设计中采用PWM脉宽调制。它的功耗小，效率高，稳压范围宽，电路形式灵活多样，功耗小，效率高。在制作过程中发现，PWM占空比的线性变化使相应的电流呈非线性变化，经分析发现滤波电容的存在对占空比很小的PWM波积分效果明显，导致电压的非线性变化更显著，特别是PWM占空比很小时（希望得到输出的电压很小），利用单片开关电源的PWM技术控制开关的占空比来调整输出电压的，以达到稳定输出的目的。但用数字量控制的作用更加明显。方案二，用D/A和运算放大器做电流源，即采用D/A输出调节晶体管的偏置电流（电压）。采用此方案能有

33、效的缩短调节时间，并能提高输出精度。设计方案，包括了微控制器模块、稳压控制模块、显示模块、键盘模块四部分构成，形成开环控制。方案原理图如图2.1所示。方案三，用D/A芯片和三端稳压控制芯片来实现稳压控制，即采用D/A输出调节晶体管的偏置电流（电压）：使用电压、电流采样电路，通过A/D转换实现闭环控制。本设计主要是通过MCU控制D/A的输出电压大小，通过放大器放大，给稳压模块作为输出的参考电压，真正的电压、电流是由稳压模块输出。采用此方案是对方案二的改进，能有效的缩短调节时间，进一步提高输出精度。该设计方案，主要由单片机控制模块，稳压控制模块，电压/电流采样模块，显示模块，键盘模块，光信号采集模

34、块，继电器输出模块七部分组成。液晶屏显示电路，该模块使用LCD1602液晶显示屏，可以清晰的显示分别组成显示电路的十位、个位、小数点位，同时还能显示英文名称和电压/电流单位。系统整体设计方框图如图2.2所示。单片机输入按键电路稳压电路输出液晶屏显示数模转换图2.1 方案原理图模数转换器三端稳压 电压采样电流采样电源单片机液晶屏显示键盘控制数模转换器三端稳压光信号采集灯信号反馈继电器驱动电压放大图2.2 系统整体设计方框图2.2各功能模块主要硬件实现2.2.1 三端可调稳压器在进行稳压器选择时，我挑选了以下两种三端稳压器来进行比较分析。方案一，7805是三端正电源稳压电路，它是5V固定电压输出，

35、应用非常广泛。其内部有过流保护、过热保护以及安全工作区得保护，使它基本上不会损坏。如果能够提供足够的散热片，它就能够提供大于1.5A的输出电流。虽然7805是按照固定电压值来设定的，但是当接入适当的外部器件后，就能获得各种不同的电压和电流。方案二，LM317是美国国家半导体公司的三端可调正稳压器集成电路。在输出电压范围为1.2V到37V时能够提供超过1.5A的电流。此稳压器非常易于使用，只需要两个外部电阻来设置输出电压。此外还使用内部限流、热管段和安全工作区补偿使之基本能防止烧断保险丝。LM317服务于多种应用场合，包括局部稳压等。该器件还可以用来制作一种可编程的输出稳压器，或者，通过在调整点

36、和输出之间接一个固定电阻，LM317可用作一种精密稳流器。因为要求输出电压可调，所以选择三端可调式集成稳压器。在可调式集成稳压器中，317系列稳压器输出连续可调的正电压，337系列稳压器输出连续可调的负电压，其可调范围为1.2V37V，最大输出电流为1.5A。稳压内部含有过流、过热保护电路，具有安全可靠，性能优良、不易损坏、使用方便等优点。其电压调整率均优于固定式集成稳压构成的可调电压稳压电源，LM317典型电路如图2.3所示。当稳压器离电源滤波器有一定距离时Cin是必需的。Co对稳定性而言不必要，但改进瞬态响应。Vout=1.25V（1+）+IadjR2 (式2.1)式2.1中，1.25是集

37、成稳压块输出端与调整端之间的固有参考电压Vref，此电压加于给定电阻R1两端，将产生一个恒定电流通过输出电压调节电位器R2。，电阻R1常取值120240，与其并联的电容器C可进一步减小输出电压的纹波。综合以上两种方案，从性能以及电路需求上考虑，本设计采用方案二，因为LM317以及LM337电路能够连续可调电压/电流，而且LM317可输出正电压，LM337可输出负电压。 图2.3 LM317应用电路2.2.2 数模转换芯片数模转换芯片TLC5620是带有4个电压输出型的8位数模转换器，DAC0832是一种常用的CMOS数模转换器，以下是对这两种数模转换芯片的方案比较。方案一，TLC5620带有缓

38、冲参考输入（高阻抗）。DAC模块输出电压范围为1或2倍的参考电压，TLC5620是单向的。这个器件使用很简单，有一个5V的单电源供电。上电复位功能可以保证重启动条件。对TLC5620的数字控制是通过一个简单的3线串行总线完成，并且与CMOS版本兼容，易于和所用主流微处理器和微控制器接口。11位的命令字由8位数据位、2位DAC模块选择位和1位范围位组成，范围位允许输出范围在1或2倍之间选择。DAC寄存器是双缓冲的，允许一套完整的新值写入器件，通过控制LDAC端所有DAC输出都可以同时更新。数字输入的施密特触发器特性可以抑制高频噪声。14针的小外形封装使得模拟信号的数字控制功能可以应用于要求节省空

39、间的情况。TL5620的工作温度范围是0到70。TLC5620不需要外部微调。TLC5620是用4个电阻串DAC模块实现的。每个电阻串的一端接到GND端，另一端接到参考输入缓冲的输出端。通过使用电阻串可以维持单调性。线性依赖于电阻元件的匹配和输出缓冲的性能。由于输入带有缓冲，DAC对参考源总是呈现高阻抗。方案二，DAC0832是采用CMOS工艺制成的单片直流输出型8位数/模转换器。DAC0832是一个8位D/A转换芯片，单电源供电，从+5V+15V均可正常工作，基准电压的范围为±10V，电流建立时间为1us，CMOS工艺，低功耗20mm。它由一个8位输入寄存器、1个8位DAC寄存器和

40、1个8位D/A转换器组成。它旨在直接与8080，8048，8085，Z80及其他通用的微型处理器进行相接。存储的硅铬R-2R电阻梯形网络将参考电流分开，并为电路提供合适的温度处理特性（全范围最大线性温度误差的0.05%）。电路利用CMOS电流开关和控制逻辑来取得最少的电能损耗和最小的输出泄露电流误差。特殊的电路也能提供TTL逻辑输入电压的水平兼容。双缓冲可以使这些D/A转换器在获取下一个数位字时输出相应一个数位字的电压。这就使得任何一个D/A转换器均可进行同步更新。DAC0832逻辑框图和引脚排列如图2.4所示。DAC0832的电路简单，电流建立时间短，购买容易，故选择方案二。 图2.4 DA

41、C0832逻辑框图和引脚排列DAC0832利用、ILE、控制信号可以构成三种不同的工作方式。1、直通方式：当=0时，数据可以从输入端经两个寄存器直接进入D/A 转换器。2、单缓冲方式：两个寄存器之一始终处于直通，即=0或=0，另一个寄存器处于受控状态。3、双缓冲方式：两个寄存器均处于受控状态。这种工作方式适用于多模拟信号同时输出的应用场合。本设计中DAC0832的和连接后接单片机的P3.0，和接地，让DAC083工作在单缓冲方式下。2.2.3 模数转换芯片TLC548是一款以开关电容逐次逼近原理工作且转换速度较快的模数转换芯片，而ADC0832则能够进行数据校验，减小数据误差。以下对这两款模数

42、转换芯片进行方案选择。方案一，TLC548是美国德州仪器公司生产的8位串行A/D转换器芯片，可与通用微处理器、控制器通过CLK、CS、DATA OUT三条口线进行串行接口。是以开关电容逐次逼近原理工作的8位串行A/D芯片，供电范围为3V6V，控制口线少，时序简单，转换速度快，功耗低，价格便宜，适用于低功耗的袖珍仪器上的单路A/D采样，也可将多个器件并联使用。具有4MHz片内系统时钟和软、硬件控制电路，转换时间最长17s，TLC548允许的最高转换速率为45500次/s，TLC549为40000次/s。总失调误差最大为±0.5LSB，典型功耗值为6mW。采用差分参考电压高阻输入，抗干扰

43、，可按比例量程校准转换范围，VREF-接地，(VREF+)VREF-1V，可用于较小信号的采样。TLC548具有片内系统时钟，该时钟与I/O CLOCK是独立工作的，无须特殊的速度或相位匹配。当CS为高时，数据输出(DATA OUT)端处于高阻状态，此时I/O CLOCK不起作用。这种CS控制作用允许在同时使用多片TLC548时，共用I/O CLOCK，以减少多路(片)A/D并用时的I/O控制端口。TLC548还可方便地与具有串行外围接口(SPI)的单片机或微处理器配合使用，也可与51系列通用单片机连接使用。方案二，ADC0832是美国国家半导体公司生产的一种8位分别率、双通道A/D转换芯片，

44、其最高分辨可达256级。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32us，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得更加方便。通过DI数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。在正常情况下，ADC0832与单片机的接口应为4条数据线，分别为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与DI并联在一根数据线上使用。由于ADC0832据有双数据输出，稳定性能强，虽然转换速度没有TCL548快，但是TCL548

45、适用于低功耗的袖珍仪器。综合各方面因素，方案二更适合本设计。ADC0832引脚功能及引脚图如图2.5所示，实物图如图2.6所示。图2.5 ADC0832引脚图排列 图2.6 ADC0832实物图ADC0832引脚功能：1、：片选使能，低电平芯片使能。2、CH0：模拟输入通道0，或作为IN+/-使用。3、CH1：模拟输入通道1，或作为IN+/-使用。4、GND：芯片参考0电位（地）。5、DI：数据信号输入，选择通道控制。6、DO：数据信号输出，转换数据输出。7、CLK：芯片时钟输入。8、Vcc/REF：电源输入及参考电压输入（复用）。2.2.4 运算放大器运算放大器OP07芯片是一种低噪声，非斩

46、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25uV），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。而且OP07具有极低的失调电压温漂，非常低的输入噪声电压幅度及长期稳定等特点。该运放可防范应用于稳定积分、精密绝对值电路、比较器及微弱信号的精确放大。OP07具有以下几个特点：1、低输入偏置电流：1.8nA。2、低失调电压漂移：0.5

47、uV/。3、超稳定，时间：2V/month最大。4、高电源电压范围：±3V至±22V。5、超低偏移：150uV最大。因此，本设计采用OP07作为运算放大器。2.2.5 液晶屏显示LCD1602可以在LCD显示屏上完整显示32个英文字符和日文等一些字符，适合显示英文文字信息量较小的地方，可以应用在计算器、频率计、信号发生器、时钟等产品上。LCD1602引脚如图3.4所示。LCD1602显示屏性能及特点：1、显示容量：16X2个字符。2、芯片工作电压：4.5-5.5V。3、工作电流2MA（5V）不包括背光电流。4、模块最佳工作电压为5V。5、字符尺寸：2.95X4.35mm。6

48、、带有英文和日文字库，使用方便。LCD1602显示屏引脚功能表如表2.1所示。表2.1 LCD引脚定义引脚号引脚名电平输入/输出作用1VSS电源地2VCC电源（+5V）3VEE对比调整电压4RS0/1输入0=输入指令，1=输入数据5R/W0/1输入0=向LCD写入指令或数据1=从LCD读取信息6E1,1-0输入使能信号，1时读取信息，1 0(下降沿)执行指令7DB00/1输入/输出数据总线line0（最低位）8DB10/1输入/输出数据总线line19DB20/1输入/输出数据总线line210DB30/1输入/输出数据总线line311DB40/1输入/输出数据总线line412DB50/1

49、输入/输出数据总线line513DB60/1输入/输出数据总线line614DB70/1输入/输出数据总线line715A+VCCLCD背光电源正极16K接地LCD背光电源负极2.3 本章小结 综合以上各个方案的论证，本设计总原理框图如图2.7所示。本设计主要采用常用的STC89C52单片机芯片作为控制器，P0口和DAC0832的数据口直接相连，D/A的电压输出端接放大器OP07的输入端，设定放大器的放大倍数为5，输出到电压模块LM317的电压分辨率0.1V。所以，当MCU输出数据增加1的时候，最终输出电压增加0.1V，当调节电压的时候，可以以每次0.1V的梯度增加或降低电压。本主电路的原理是

50、通过MCU控制D/A的输出电压大小，通过放大器放大，给稳压模块作为最终输出的参考电压，真正的电压、电流还是由稳压模块LM317输出。这样整个电路就能形成一个闭环系统，通过对输出电压、电流的采集反馈，从而对输出电压进行稳压、恒流调节。模数转换ADC0832三端稳压 LM317电压采样电流采样电源单片机STC89C52液晶屏显示键盘控制数模转换DAC0832三端稳压LM317光信号采集灯信号反馈继电器驱动电压放大OP07图2.7 系统原理框图3、硬件模块设计3.1 单片机控制模块单片机控制模块主要以51系列的STC89C52芯片为核心，P0口接液晶显示屏LCD1602作为输出数据显示传输，同时P2

51、.0、P2.1、P2.2是液晶LCD控制端口；P1口接DAC0832作为输出数据传输，P3.0为DAC0832控制端口；P3.1，P3.2，P3.3接3个独立键盘作为输入数据传输；P2.5,P2.6，P2.7接ADC0832作为输入/输出数据传输。单片机控制电路如图3.1所示。单片机RESET脚所接电路中，开关KEY1起到复位的作用。图3.1 单片机控制电路3.2 稳压控制模块该稳压控制模块主要由DAC0832、LM337、LM317及运放OP07组成。主要是用DAC0832输出的参考电压去控制LM317输出大小变化。其中DAC0832的基准电压Verf来源是通过调节LM337基准源。单片机S

52、TC89C52的P1口和DAC0832的数据口直接相连，DAC0832的和连接后接P3.0，和接地，让DAC0832工作在单缓冲方式下。通过调节可调电阻调节LM337的输出电压为5.12V，DAC0832的输出电流转换为电压的公式为：ui=-(bn-1*2n-1+ bn-2*2n-2+b1*2+ b0*20)*Rf=-B （式3.1）所以在DAC0832的11脚输出电压的分辨率为5.12V/256=0.02V，也就是说DAC0832输入数据端每增加1，电压增加0.02V。稳压控制电路如图3.2所示。图3.2 稳压控制电路由图2.3的LM317应用电路分析可得，设运算放大器OP07的输入电压分别

53、为Ui1和Ui2，输出输出电压为Vo1。DAC0832的电压输出端接运算放大器OP07的输入端，该放大电路运用了典型的差分放大电路，并由差分放大公式Uo1=Au（|Ui1-Ui2|）且放大值Au=（R8+R9）/R8，得输出电压与输入电压关系： Uo1=(R8+R9)/R8*(| Ui1-Ui2|)=5*（|Ui1-Ui2|） (式3.2)电源输出电压为：Uout=Uo1+Uref*(1+R11/R12)=Uo1+1.25*(1+R11/R12)=Uo1+1.8 （式3.3）式3.3中，Uref为R12两端的电压，所以最小输出电压为1.8V，输出到电压模块LM317的电压分辨率为0.02*5=

54、0.1V。当单片机输出数据增加1时，最终输出电压增加0.1V，当调节电压的时候，可以以每次0.1V的梯度增加或者降低电压。3.3 电压与电流采样模块电压与电流采样模块是系统的重要组成部分，ADC0832是一个8位的逐次逼近型ADC，它与一个两通道的模拟器连接，能对来自端口的两路单端输入电压进行采样。其中单端输入电压以0V（GND）为基准。对于ADC0832：以输入电压为准，如果输入电压大于设定的电压值，则减小DAC输出电压一位数值，再采样比较，如此循环下去，直到输入的电压等于设定的电压值或者接近设定的电压值。同理，如果输入的电压小于设定的电压，则增大输出电压一位数值，再采样比较，如此循环下去，直到输入的电压等于设定的电压值或接近设定的电压值。这样，就能达到闭环反馈的目的。（1）电压采样电路电压采样电路是在输出回路中并联两个可调电阻，调节使R14/（R13+R14）=0.2（式