数控直流稳压电源毕业设计0507

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电子信息专业本科生毕业论文设计

海南师范大学

本科生毕业论文

题目：数控直流稳压电源的设计

姓名：朱立鸿学号：202306302251专业：电子信息科学与技术年级：2023级院别：物理与电子信息工程

完成日期：2023年5月

指导教师：严世胜（副教授）

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目录

1.引言12.方案的论证与设计23.单元电路的设计23.1最小系统控制电路设计3

3.2D/A转换电路设计33.3放大和输出稳压电路的设计53.4液晶显示电路设计.63.5系统供电电源设计7

3.6整机电路图和系统仿真7

4.软件程序设计95.4.1程序流程图106.4.2程序代码116.数据测量197.6.1数据测量值198.6.2误差分析21

7.结论218.

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数控直流稳压电源的设计

：朱立鸿指导教师：严世胜副教授

（海南师范大学物理与电子信息工程，海口，571158)

摘要：该设计采用220V市用交流电输入，输出电压为0～10V可调，输出最大电流为1A，可步进0.1V调整。电源的主控电路采用AT89C51单片机，并能够通过液晶直观地显示出电压。设计分析了各个模块电路和整机的工作原理，给出了整机工作的硬件实现和主要的软件流程设计。

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2.方案的论证与设计

通过查阅大量资料，得知显示电路和控制电路是本设计的核心，对它的选择有以下两种方案：

方案一：采用纯数字电路[2]

纯数字电路的稳压电源避免了硬件之间的磨损，使得使用寿命大大提高，而且其输出电压也不会随时间产生误差。但是它的电路较为繁杂，制作时很困难，由于电路的繁杂产生的问题也会好多。方案二：采用单片机的方法

采用单片机的数字稳压电源是将数字电路和单片机很好地结合在一起，不但能够达到数字电路的效果，而且能够大大地简化繁杂的纯数字电路。

经过对以上两种设计方案的对比和全方位的综合考虑，为了使电路的设计更加合理化，切合技术指标，决定采用方案二。

3.单元电路的设计

3.1系统设计方框图

系统设计方框图如图1所示。该系统主要由单片机最小控制系统、显示电路、独立按键、D/A转换电路、放大电路和稳压电路和系统供电电源等组成。外接220V的交流电源经过整流滤波后给上述各部分单元提供工作电源，通过独立键盘给单片机设定预输出值，并通过DA0832转化为模拟量，再经过运算放大和稳压电路最终输出预设电压值，通过液晶能够直观的显示出预设值。

图1数控直流稳压电源设计方框图

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3.2最小控制系统的设计

最小控制系统由STC单片机、晶振、独立键盘和复位电路等组成[3]。如2所示。

、19管脚为晶振的2122232425262728

3938373635343332

晶振Y1X1和X2端，电

解电容C4S5RST管脚为高电

RST管脚出10按钮，S2转换确认键。S1~S3按键的作用是通过程序控制对输入的电压随时可调，且步进值能够为0.1V增加或者减少。S4键的作用是按下启动D/A转化，将单片机的预设值转化为模拟量输出。

3.2D/A转换电路设计

3.2.1DA0832芯片简介

4S1为电压调整113029

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DAC0832是8分辩率的D/A转换集成芯片。与微处理器完全兼容。这个DA芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制简单等优点，在单片机应用系统中得到广泛的应用。D/A转换器由8位输入锁存器、8位DAC寄放器、8位D/A转换电路及转换控制电路构成[4]。

3.2.2DA0832的主要特性

DA0832分辩率（LSB）为8位，电流稳定时间为1us，有三种工作方式，即直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式。工作方式的设置由19管脚ILE、2管脚WR和18管脚WR2决定，本设计采用直通方式，将2管脚和18管脚全部接地为低电平。另外DA0832采用单电源供电（+5V~15V），且在满量程内呈线性变化。

3.2.3DA0832在设计中的应用

采用0832将单片机预设的电压值转化为模拟量，其电路连接如下图4所示。

10113029

39383736353433322122232425262728

图4DA0832与单片机的连接

DA0832的8位数据线D0~D17与单片机的P1口连接，1管脚（CS）和17管脚（Xfer）接地，8管脚(Vref)的参考电压为5V，则LSB=5V/2^8=0.02V，即最小分表率为0.02V。11管脚（Iout1）和12管脚（Iout2）为电流输出端，本设计中将Iout2接地，采用Iout1输出，然后接运算放大LM324将输出电流转化为电压。经过LM324转化后的电压值也为5V。为了达到与单片机预设电压范围0~10V同步，

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输出端电压需要经过两级放大。第一级不放大，直接将D/A输出的电流转化为电压，其次级放大，放大倍数n=Rf/R1=2K/1K=2.由于DA0832转换后的电压的范围为0~5V，即DA0832的8位输入端全为高电平1时，输出电压为5V，输入端全为低电平0时，输出电压为0V，且呈线性变化。为此为了使输出与液晶显示同步，必需经过放大倍数n=2的二级放大。

3.3放大和输出稳压电路的设计

由于DA0832芯片为电流输出型，为了得到输出电压，必需经过运放转化为电压。设计采用运放LM324放大器放大。LM324芯片的主要特性有：可单双电源工作，单电源工作范围为3V~32V，双极性电源工作范围为16V，设计采用双极性电源，且电源电压为12V；每个集成LM324芯片内装4个运放器[5]。采用反向输入，放大和稳压电路如图5。

765416151413117

图5放大电路和稳压电路

U3的输出端I0ut1接U2的13管脚(IN-)，Iout2接U2的12管脚(IN+)，然后接地。第一级只是转化0832输出的电流为电压，没有进行放大。LM324第一级的输出端14经过1K的电阻接其次级放大的输入端2(IN-),也是反向输入，两次反向后最终输出的电压为正向。由于三端稳压LM317的工作电压范围为1.26~37V，达不到输出为0V的设计要求，为此在其次级放大采用求和反向放大，-12V的电压

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经过10K的电位器分压后输出反向电压为-1.25V，在液晶显示为0的状况下使其LM317调整稳压后的电压达到0V。LM317主要特性有基准电压标准值为1.25V，ADJ调整端电流标准值为50uA，最大为100uA。

为此，为保证额定的输出电压值，调整端R1的电阻阻值R=1.25V/10mA=125Ω。寻常实际的取值在120~200Ω之间。输出电压值计算公式为：Uo=

1.25(1Rw/R)IadjRw。

3.4液晶显示电路设计

显示部分采用液晶LCD1602，LCD1602显示容量是为162个字符，芯片工作电压为4.5~5.5V。接口信号说明如表1。

表1液晶接口说明

编号12345678

液晶LCD1602与STC单片机的连接电路图如图6。LC1602D的8位数据接口与单片机的P0口相连，由于STC单片机P0口没有内接电阻，为此外接了10K上拉排阻。这是由于单片机P口的输出电流十分微弱，不足以驱动液晶显示数据而连接的。1602的控制端RS、R/W、E端分别与STC的P20、P21、P22连接。VCOM为液晶显示亮度调整端，外接10K的电位器。BLA-和BLA+分别为液晶背光源正极和负极，BLA-接地，BLA+接+5V。液晶的显示由单片机的程序去控制。

符号VSSVDD

VLRSR/WED0D1

引脚说明电源地电源正极液晶显示偏压信号数据/命令选择端读/写选择端（H/L）

使能信号数据输入D0端数据输入D1端

编号910111213141516

符号D2D3D4D5D6D7BLABLK

引脚说明数据输入D2端数据输入D3端数据输入D4端数据输入D5端数据输入D6端数据输入D7端背光源正极背光源负极

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图6LCD1602与单片机连接电路图

3.5系统供电电源设计

控制系统STC单片机和DA0832工作需要+5V的电源，而运算放大器LM324需要12V的双极性电源，为此需要设计出满足上述芯片工作需要的电源。电

图7系统供电电源

系统供电电源外接220V交流电，经过双18V变压器T1降压和整流桥整流变为直流，接着用电容C1、C2、C3、C4滤波，最终用三端稳压芯片7812、7912、7805稳压后再经电容C5、C6、C7、C8滤波就可得到+12V,-12V，+5V的电源。

3.6整机电路图和系统仿真

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整机电路图见附录一。系统仿真采用仿真软件Proteus,图8、9分别为预设0V和10.0V输出电压的仿真结果。

1K

1234567891011121314+5VP0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RD

C4U130pF19XTA

L1

R8

VSSVDDVEERSRWED0D1D2D3D4D5D6D7

LCD1393837363534333221222324252627281011121314151617+5V1234567810K161514131211109

X1C3C2+5V30pF922uFCRYSTAL18

XTAL2

RST

29PSEN30ALE31EA

+5v

S1+5V

S2S3S4

+5V

U31234567891020CSVCC19WR1ILE(BY1/BY2)18GNDWR217DI3XFER16DI2DI415DI1DI514DI0DI613VREFDI712RFBIOUT211GNDIOUT1DAC0832

12345678

P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7AT89C51+12VDBG_TRACE=1

+12V

+5V

U4:A4312

R211.5k4

R202k

32

U4B+0.571Volts

11

LM324

10k

R22

-12V-12v

图8预设值为0V时的仿真图-8-

11

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图9预设值为10V时的仿真图

从上述仿真图8得知，当液晶的预设电压为0V时，系统最终的输出为0.57V，是由AD0832转换的精度决定的。从图9可知，通过按键把液晶的显示值电压设为10.0V时，系统最终的输出为9.75V，误差值为0.25V。

4.软件程序设计

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4.1程序设计流程图

程序设计流程图[6]如图10所示。程序开始以后，首先液晶初始化，显示液晶

初试的预设电压值。然后进行按键检测，假使没有按键按下，显示液晶当前的初试电压；假使有按键按下，进入电压检测中断程序，确认当前液晶的调整值。接着检测D/A是否启动，启动以后进行数模转换，将转换后的模拟量送给系统最终输出端。

图10程序设计流程图

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4.2程序代码

下面C代码严格依照上述程序流程出分块写出，然后用Keil51编译通过。第一块为Keil51的位声明；其次块为延时子程序；第三块为液晶的初始化程序；第四块为电压检测中断程序；最终为主程序[7]。

//Keil51位声明//

#includereg51.h#defineucharsignedchar#defineuintsignedintsbitlcdrs=P2^0;sbitlcdwr=P2^1;sbitlcden=P2^2;sbitS1=P2^4;sbitS2=P2^5;sbitS3=P2^6;sbitS4=P2^7;

ucharcodeVoltageDat[]={Voltage:00.0V};ucharcodeCurrentDat[]={Current:0.00I};

ucharcount,S1num,V_point,V_ge,V_shi,I_point,I_ge,I_shi;ucharS1_OK=0,Confirm=0,DA0832,VCC,Power;//延时1ms子程序开始//voiddelay(uintz){}

//写指令子函数//

voidlcd_write_com(ucharcom){

lcdrs=0;//lcdrs=0即设置写指令状态lcdwr=0;//写状态

uintx,y;

for(x=0;x121;x++)

for(y=0;yz;y++);

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冲}

lcden=0;//从这句开始将en置1然后又置零，是将其显示为高脉

P0=com;//将要写的指令传给P0口delay(5);lcden=1;delay(5);

lcden=0;//en的高脉冲设置完毕

//写数据子函数//

voidlcd_write_dat(ucharx_pos,uchary_pos,uchardat){

x_pos=0x0f;//X位置范围0~15//y_pos=0x01;//Y位置范围0~1//if(y_pos==1)x_pos+=0x40;x_pos+=0x80;lcd_write_com(x_pos);}

//液晶初始化子函数//

voidlcd_init(){

ucharnum;

lcd_write_com(0x38);//显示162,57点阵，8位数据接口。lcd_write_com(0x0c);//显示开/关及光标设置

lcdrs=1;//lcdrs=1即设置写数据状态lcdwr=0;//写状态

lcden=0;//从这句开始将en置1然后又置零，是将其显示为高脉冲P0=dat;//将要写的数据传给P0口delay(5);lcden=1;delay(5);

lcden=0;//en的高脉冲设置完毕

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lcd_write_com(0x06);//设置读写一个字符后指针自动加1或减1及整屏左

移动

lcd_write_com(0x01);

lcd_write_com(0x80);//设置数据指针位置，即从什么位置开始显示，for(num=0;num14;num++){}

lcd_write_com(0x80+0x40);//设置数据指针位置for(num=0;num14;num++){}

lcd_write_dat(num,1,CurrentDat[num]);delay(5);

lcd_write_dat(num,0,VoltageDat[num]);delay(5);

}

//电压检测中断程序//

ucharkeyscan()//等待调时间的子函数，S1S2S3为功能键按，S1闪烁调整位置的功能键，S2增加1，S3减少1{

if(S1==0){

delay(5);//键盘按键消抖if(S1==0){

S1num++;//S1增加功能键按下的次数while(!S1);//按键松手检测if(S1num==1){

lcd_write_com(0x80+11);

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}

lcd_write_com(0x0f);//光标闪烁，表示可以调整时间

if(S1num==2)//假使S1即其次次按下，光标向前移动{}

if(S1num==3)//假使S1即第三次按下，光标向前移动{}

if(S1num==4)//假使S1即第四次按下，光标向前移动{}

if(S1num==5)//假使S1即第五次按下，光标向前移动{}

if(S1num==6)//假使S1即第六次按下，光标向前移动{}

if(S1num==7)//假使S1即第七次按下，则定时器开始计时，S1num

lcd_write_com(0x80+0x40+8);lcd_write_com(0x80+0x40+10);lcd_write_com(0x80+0x40+11);lcd_write_com(0x80+8);lcd_write_com(0x80+9);

清零，光标不闪烁

}

}

{}

S1num=0;S1_OK=1;

lcd_write_com(0x0c);

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if(S1num!=0){

if(S2==0){

delay(5);

if(S2==0)//在S2按下时，实现加1调整{

while(!S2);//电压增加调整if(S1num==1){}

if(S1num==2){}

if(S1num==3){

V_shi++;if(V_shi==3)

V_shi=0;V_ge++;if(V_ge==10)

V_ge=0;V_point++;if(V_point==10)

V_point=0;

lcd_write_dat(11,0,0x30+V_point);lcd_write_com(0x80+11);

lcd_write_dat(9,0,0x30+V_ge);lcd_write_com(0x80+9);

lcd_write_dat(8,0,0x30