畢業(yè)設計（論文）基于單片機雙路直流穩(wěn)壓可調電源

1、論文題目：基于單片機雙路直流穩(wěn)壓可調電源專 業(yè)：微電子學本 科 生： 簽 名 指導老師： 簽 名 摘 要數(shù)控直流穩(wěn)壓電源以其優(yōu)良的輸出特性，廣泛應用于各種電子線路中。質量優(yōu)良的數(shù)控電源，能滿足電子線路各種要求。因此,數(shù)控電源的設計頗為重要。本文主要介紹了基于51單片機數(shù)控直流穩(wěn)壓電源的設計過程，分為以下4部分：（1）詳細介紹數(shù)控直流穩(wěn)壓電源中包含的整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路、運放電路及保護電路等。（2）設計出了各部分電路、鍵盤和顯示電路的電路圖，并完全硬件焊接。（3）給出了系統(tǒng)的軟件設計思路及軟件流程圖。（4）通過硬件制作，實驗和分析，設計出的電源能完全滿足設計要求，可以對輸出電壓進行0v1

2、2v的任意調制，并且有過流保護功能。此外，本設計的直流穩(wěn)壓電源能夠適應所帶負載的啟動性能，電路穩(wěn)定可靠，且能夠輸出較大的電流。關鍵詞：直流穩(wěn)壓電源，單片機，過流保護5subject： 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

3、stabilizer 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 sourc

4、e 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

5、hardware 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 add

6、ition, 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 錄摘 要1abstract5目 錄6前 言7第1章 選題意義101.1 設計要求101.2 電源

7、簡介101.3 方案比較11第2章 基于單片機雙路直流穩(wěn)壓可調電源的基本原理142.1 直流穩(wěn)壓電源總體結構142.2 電源變壓器152.3 整流電路152.4 濾波電路172.5 穩(wěn)壓電路182.6 運放電路192.6.1電壓運放192.6.2 功率運放192.7保護電路：20第3章 直流穩(wěn)壓可調電源硬件設計213.1硬件設計原理和思路213.1.1系統(tǒng)硬件的基本組成部分213.1.2電源部分設計213.1.3穩(wěn)壓電路的設計223.1.4運放電路的設計223.1.5 過流保護電路的設計233.2 硬件設計243.2.1單片機部分243.2.2 d/a轉換部分253.2.3 按鍵部分293.2

8、.4數(shù)顯部分303.2.5功率放大部分：303.2.6總硬件圖：31第4章 直流穩(wěn)壓可調電源軟件設計324.1 主程序流程圖324.2 按鍵響應流程圖：334.3 程序運行原理33第5章 結論與展望345.1 電源測試345.1.1電壓數(shù)值測試345.1.2電壓輸出波形測試（ds-5022me示波器）：355.1.2.1 直流12v輸出波形355.1.2.2 直流5v輸出波形365.1.2.3 直流012v輸出波形365.1.3 電流測試365.1.4 性能測試375.2電路擴展385.2.1抑制紋波385.2.2開機電壓預置385.2.3過流保護報警38結 論39致 謝40參考文獻41附錄4

9、2前 言幾乎所有的電子設備都需要穩(wěn)定的直流電源，因此直流穩(wěn)壓電源的應用非常的廣泛。 直流穩(wěn)壓電源的電路形式有很多種,有串聯(lián)型、開關型、集成電路、穩(wěn)壓管直流穩(wěn)壓電源等等。在電子設備中，直流穩(wěn)壓電源的故障率是最高的（長期工作在大電流和大電壓下,電子元器件很容易損壞）但在直流穩(wěn)壓電源中，通過整流、濾波電路所獲得的直流電源的電壓往往是不穩(wěn)定的。輸出電壓在電網(wǎng)電壓波動或負載電流變化時也會隨之有所改變。電子設備電源電壓的不穩(wěn)定,將會引起很多問題，比如：測量儀器的準確度降低，交流放大器的噪聲增大，直流放大器的零點漂移等等。設計出質量優(yōu)良的直流穩(wěn)壓電源，才能滿足各種電子線路的要求。因此,直流穩(wěn)壓電源的研究就頗

10、為重要。目前產生直流穩(wěn)壓電源的方法大致分為兩種:一種是模擬方法（線性穩(wěn)壓電源），另一種是數(shù)字方法（開關電源）。前者的電路均采用模擬電路控制，而后者則是通過數(shù)字電路進行自動控制。所謂線性穩(wěn)壓電源,是指在穩(wěn)壓電源電路中的調整管是工作在線性放大區(qū)。將220v、50hz的工頻電壓經過線性變壓器降壓以后,經過整流、濾波和穩(wěn)壓,輸出一個直流電壓。線性穩(wěn)壓源的優(yōu)點是：電源穩(wěn)定度及負載穩(wěn)定度較高；輸出紋波電壓?。凰矐B(tài)響應速度快；線路結構簡單,便于維修；沒有開關干擾。缺點是：功耗大、效率低,體積大、質量重、不能微小型化；必須有較大容量的濾波電容開關穩(wěn)壓電源的調整管工作在開關狀態(tài),主要優(yōu)越性是交換效率可高達709

11、5%。開關穩(wěn)壓電源的優(yōu)越性還體現(xiàn)在：功耗小、效率高。晶體管在激勵信號的激勵下,交替的工作在導通-截止的開關狀態(tài),轉換速度很快,頻率一般為50khz左右。開關晶體管的功耗很小,電源的效率可以大幅度的提高,達到80%以上。體積小、重量輕。開關穩(wěn)壓電源里沒有采用笨重的工頻變壓器。調整管上的耗散功率大幅度降低以后,省去了較大的散熱片。穩(wěn)壓范圍寬。開關電源的輸出電壓是由激勵信號的占空比來調節(jié)的,輸入信號電壓的變化可以通過調頻或調寬來控制,在工頻電網(wǎng)電壓變化較大時,它仍能保證有效的穩(wěn)定輸出電壓。電源技術尤其是數(shù)控電源技術是一門實踐性很強的工程技術，服務于各行各業(yè)。電力電子技術是電能的最佳應用技術之一。當今

12、電源技術融合了電氣、電子、系統(tǒng)集成、控制理論、材料等諸多學科領域。隨著計算機和通訊技術發(fā)展而來的現(xiàn)代信息技術革命，給電力電子技術提供了廣闊的發(fā)展前景，同時也給電源提出了更高的要求。隨著數(shù)控電源在電子裝置中的普遍使用，普通電源在工作時產生的誤差，會影響整個系統(tǒng)的精確度。電源在使用時會造成很多不良后果，世界各國紛紛對電源產品提出了不同要求并制定了一系列的產品精度標準。只有滿足產品標準，才能夠進入市場。隨著經濟全球化的發(fā)展，滿足國際標準的產品才能獲得進出的通行證。數(shù)控電源是從80年代才真正的發(fā)展起來的，期間系統(tǒng)的電力電子理論開始建立。這些理論為其后來的發(fā)展提供了一個良好的基礎。在以后的一段時間里，數(shù)

13、控電源技術有了長足的發(fā)展。但其產品存在數(shù)控程度達不到要求、分辨率不高、功率密度比較低、可靠性較差的缺點。因此數(shù)控電源主要的發(fā)展方向，是針對上述缺點不斷加以改善。單片機技術及電壓轉換模塊的出現(xiàn)為精確數(shù)控電源的發(fā)展提供了有利的條件。新的變換技術和控制理論的不斷發(fā)展，各種類型專用集成電路、數(shù)字信號處理器件的研制應用，到90年代，己出現(xiàn)了數(shù)控精度達到0.05v的數(shù)控電源，功率密度達到每立方英寸50w的數(shù)控電源。從組成上，數(shù)控電源可分成器件、主電路與控制等三部分。目前在電力電子器件方面，幾乎都為旋紐開關調節(jié)電壓，調節(jié)精度不高，而且經常跳變，使用麻煩數(shù)字化智能電源模塊是針對傳統(tǒng)智能電源模塊的不足提出的，數(shù)

14、字化能夠減少生產過程中的不確定因素和人為參與的環(huán)節(jié)數(shù)，有效地解決電源模塊中諸如可靠性、智能化和產品一致性等工程問題，極大地提高生產效率和產品的可維護性。電源采用數(shù)字控制，具有以下明顯優(yōu)點:1)易于采用先進的控制方法和智能控制策略，使電源模塊的智能化程度更高，性能完美。2)控制靈活，系統(tǒng)升級方便，甚至可以在線修改控制算法，而不必改動硬件線路。3)控制系統(tǒng)的可靠性提高，易于標準化，可以針對不同的系統(tǒng)(或不同型號的產品)，采用統(tǒng)一的控制板，而只是對控制軟件做一些調整即可。4)系統(tǒng)維護方便，一旦出現(xiàn)故障，可以很方便地通過rs232接口或rs485接口或usb接口進行調試，故障查詢，歷史記錄查詢，故障診

15、斷，軟件修復，甚至控制參數(shù)的在線修改、調試;也可以通過modem遠程操作。5)系統(tǒng)的一致性好，成本低，生產制造方便。由于控制軟件不像模擬器件那樣存在差異，所以，其一致性很好。由于采用軟件控制，控制板的體積將大大減小，生產成本下降。6)易組成高可靠性的多模塊逆變電源并聯(lián)運行系統(tǒng)。為了得到高性能的并聯(lián)運行逆變電源系統(tǒng)，每個并聯(lián)運行的逆變電源單元模塊都采用全數(shù)字化控制，易于在模塊之間更好地進行均流控制和通訊或者在模塊中實現(xiàn)復雜的均流控制算法(不需要通訊)，從而實現(xiàn)高可靠性、高冗余度的逆變電源并聯(lián)運行系統(tǒng)。第1章 選題意義1.1 設計要求隨著電力電子技術的迅速發(fā)展，直流電源應用非常廣泛，其好壞直接影響

16、著電氣設備或控制系統(tǒng)的工作性能。直流穩(wěn)壓電源是電子技術常用的設備之一，廣泛的應用于教學、科研等領域。傳統(tǒng)的多功能直流穩(wěn)壓電源功能簡單、難控制、可靠性低、干擾大、精度低且體積大、復雜度高。而基于單片機控制的直流穩(wěn)壓電源能較好地解決以上傳統(tǒng)穩(wěn)壓電源的不足。本文介紹了采用硬件電路和單片機的編程控制，實現(xiàn)了一端5v和12v穩(wěn)定電壓輸出，一端012v間可調電壓輸出的雙路直流穩(wěn)壓電源。最大輸出電流為 0.25a。在最大電流輸出時，電壓穩(wěn)定度小于0.01v，控制步進為0.1v要有鍵盤顯示功能和保護功能。通過三個控制按鈕實現(xiàn)兩路輸出電壓，可以對輸出電壓進行設定，顯示值與輸出電壓值的誤差不超過10mv。并可通過

17、按鍵實現(xiàn)電壓設定。具體描述如下：按鍵：按鍵1：輸出電壓調整，步進為+1v； 按鍵2：輸出電壓調整，步進為-1v； 按鍵3：輸出電壓調整，步進為+0.1v。顯示：四位led顯示可調端輸出電壓值。參數(shù)：電壓設定步進：+1v，-1v，+0.1v，顯示誤差：0.01v工作區(qū)：輸出1：5v輸出2：12v輸出3：012v 1.2 電源簡介電源是電子設備的心臟部分，其質量的好壞直接影響著電子設備的可靠性，而且電子設備的故障60%來自電源，因此作為電子設備的基礎元件，電源受到越來越多的重視?，F(xiàn)代電子設備使用的電源大致有線性穩(wěn)壓電源和開關穩(wěn)壓電源兩大類。所謂線性穩(wěn)壓電源，是指在穩(wěn)壓電源電路中的調整管是工作在線性

18、放大區(qū)。將220v、50hz的工頻電壓經過線性變壓器降壓以后，經過整流、濾波和穩(wěn)壓，輸出一個直流電壓。線性穩(wěn)壓源的優(yōu)點是：電源穩(wěn)定度及負載穩(wěn)定度較高；輸出紋波電壓??；瞬態(tài)響應速度快；線路結構簡單，便于維修；沒有開關干擾。缺點是：功耗大、效率低，其效率一般只有3560%；體積大、質量重、不能微小型化；必須有較大容量的濾波電容。其中，交換效率低下是線性穩(wěn)壓電源的重要缺點，造成了資源的嚴重浪費。在這種背景下，開關穩(wěn)壓電源應運而生。任何電子設備均需直流電源來供給電路工作。特別是采用電網(wǎng)供電的電子產品。為了適應電網(wǎng)電壓波動和電路的工作狀態(tài)變化，更需要具備適應這種變化的直流穩(wěn)壓電源。隨著電子技術的發(fā)展，人

19、們對如何提高電源的轉換效率，增強對電網(wǎng)的適應性，縮小體積，減輕重量進入了深入的研究。開關電源應運而生。七十年代，便應用于電視機的接收，現(xiàn)在已經廣泛用于彩電，錄像機，計算機，通訊設備，醫(yī)療器械，氣象等行業(yè)。開關穩(wěn)壓電源的調整管工作在開關狀態(tài)，主要優(yōu)越性是交換效率可高達7095%。開關穩(wěn)壓電源的優(yōu)越性還體現(xiàn)在：功耗小、效率高。晶體管在激勵信號的激勵下，交替的工作在導通-截止的開關狀態(tài)，轉換速度很快，頻率一般為50khz左右。開關晶體管的功耗很小，電源的效率可以大幅度的提高，達到80%以上。體積小、重量輕。開關穩(wěn)壓電源里沒有采用笨重的工頻變壓器。調整管上的耗散功率大幅度降低以后，省去了較大的散熱片。

20、穩(wěn)壓范圍寬。開關電源的輸出電壓是由激勵信號的占空比來調節(jié)的，輸入信號電壓的變化可以通過調頻或調寬來控制，在工頻電網(wǎng)電壓變化較大時，它仍能保證有效的穩(wěn)定輸出電壓。開關穩(wěn)壓電源實現(xiàn)穩(wěn)壓的方法也較多，可以根據(jù)實際應用的要求，靈活的選用各種類型的開關穩(wěn)壓電源。電路形式靈活多樣。開關穩(wěn)壓電源的主要問題是電路比較復雜。輸出紋波電壓較高，瞬態(tài)響應差，并且存在較為嚴重的開關干擾。當今，開關穩(wěn)壓電源的進一步推廣應用的困難是它的制作技術難度大，維修麻煩和成本較高。開關穩(wěn)壓電源的效率是與開關管的變換速度成正比的。開關穩(wěn)壓電源中采用了開關變壓器，使之由一組輸入，得到極性，大小各不相同的多組輸出。要進一步提高效率，必須

21、提高電源的工作頻率。但是，當頻率提高以后，對整個電路元器件的要求，有了進一步的提高。這是需要解決的第二個問題。工作在線性狀態(tài)的穩(wěn)壓電源，具有穩(wěn)壓和濾波的雙重作用，因而串聯(lián)線性穩(wěn)壓電源不產生開關干擾，且紋波電壓輸出較小。但是，在開關穩(wěn)壓電源中的開關管工作在開關狀態(tài)，其交變電壓和輸出電流會通過電路中的元器件產生較強的尖峰干擾和諧振干擾。這些干擾會進入市電電網(wǎng)，影響鄰近的電子設備的正常工作?？朔@一缺點，進一步提高它的使用范圍，是要解決的第三個問題。1.3方案比較穩(wěn)壓電源的設計可以通過幾種方法實現(xiàn)，根據(jù)具體的設計要求，通過比較論證來確定我們到底要用哪個方案。方案一：采用模擬的分立元件，通過電源變壓器

22、、整流濾波電路以及穩(wěn)壓電路，實現(xiàn)穩(wěn)壓電源穩(wěn)定輸出正、負5v、12v并能可調輸出012電壓。如圖1.1所示。 但由于模擬分立元件的分散性較大，各電阻電容之間的影響很大，因此所設計的指標不高，而且使用的器件較多，連接復雜，體積較大，供耗也大，給焊接帶來了麻煩，同時焊點和線路較多，使成品的穩(wěn)定性和精度也受到影響。u4u0u4u3u2u1負載220v變壓器整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路輸入圖1.1 模擬直流穩(wěn)壓電源基本組成框圖方案二：以一穩(wěn)壓電源為基礎，以高性能單片機系統(tǒng)為控制核心，以穩(wěn)壓驅動放大電路、過流檢測電路為外圍的硬件系統(tǒng)，在檢測與控制軟件的支持下實現(xiàn)對電壓輸出的數(shù)字控制，通過對穩(wěn)壓電源輸出的電流、

23、電壓進行數(shù)據(jù)采樣與給定數(shù)據(jù)比較，從而調整和控制穩(wěn)壓電源的工作狀態(tài)及監(jiān)測開關電路的。采用單片機作為控制器的簡易數(shù)控直流電源設計方案如圖1.2所示。設計方案采用單片機作為控制器完成數(shù)控部分、鍵盤、顯示器接口控制。輸出部分采用d/a0832與運算放大器ua714，輸出電壓波形由單片機的輸出數(shù)據(jù)控制，不僅可以輸出直流電平，而且只要預先生成波形的量化數(shù)據(jù)，就可以產生多種波形輸出。利用軟件和硬件結合的方法來設計穩(wěn)壓電源，其精度和穩(wěn)定性都有所提高； 圖1.2數(shù)控直流電源設計方案結論：以上兩種方案均可以達到輸出穩(wěn)壓電源的要求。方案一是利用純硬件來實現(xiàn)其功能的，方案二是以單片機核心控制器件，采用軟硬件結合來實現(xiàn)

24、的。方案一電源功能簡單、難控制、可靠性低、干擾大、精度低且體積大、復雜度高。而方案二基于單片機控制的直流穩(wěn)壓電源能較好地解決以上傳統(tǒng)穩(wěn)壓電源的不足。本電源采用全集成電路設計制成，具有短路過載自動保護功能。精度高，連續(xù)可調，可用于多路實驗用電。所以本設計采用方案二。第2章 基于單片機雙路直流穩(wěn)壓可調電源的基本原理2.1 直流穩(wěn)壓電源總體結構在電子電路中，通常都需要電壓穩(wěn)壓的直流電源供電。日常生活中也需要將交流電轉變成直流電，形成直流穩(wěn)壓電源。一般直流穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路、運放電路和保護電路等六部分組成。圖2.1 直流穩(wěn)壓電源的工作原理（基本框圖）總述：電源變壓器是將

25、交流電網(wǎng)220v的電壓變?yōu)樗枰碾妷褐?，然后通過整流電路將交流電壓變?yōu)槊}動的直流電壓，由于此脈動的直流電壓還含有較大的紋波，必須通過濾波電路加以濾除，從而得到平滑的直流電壓。但這樣的電壓還隨電網(wǎng)電壓波動（一般10%左右的波動）、負載和溫度的變化而變化。因而在整流、濾波電路之后，還需接穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當電網(wǎng)電壓波動、負載和溫度變化時，維持輸出直流電壓穩(wěn)定。2.2電源變壓器圖2.2 15v變壓器變壓器是利用電磁感應原理，從一個電路向另一個電路傳遞電能或傳輸信號的一種電器，是電能傳遞或作為信號傳輸?shù)闹匾?。變壓器是一種靜止電機，根據(jù)電磁感應的原理，能夠將一種電壓的電能轉換為另一種電壓的

26、電能，以滿足不同負荷的需要。變壓器的主要部件是一個鐵心和套在鐵心上的兩個繞組。其中，與電源相連的線圈，接收交流電能，稱為一次繞組；與負載相連的線圈，送出交流電能，稱為二次繞組。2.3 整流電路整流電路的任務是將交流電變換成直流電。完成這一任務主要靠二級管的單向導電作用。因此二極管是構成整流電路的關鍵元件。常見的幾種整流電路有單相半波、全波、橋式和倍壓整流。圖2.3 單相橋式整流電路圖2.3中左端為電源變壓器，它的作用事將交流電網(wǎng)電壓變成整流電路要求的交流電壓。單相橋式整流電路是由四個二極管接成電橋的形式構成的。設電源變壓器二次側電壓u=usinwt(v)，在u的正半周，極性為上正下負，此時二極

27、管d1、d3承受正向電壓而導通，d2、d4反向截止，電流i的通路是ad1rld3b。負載rl上又得到半波電壓。在u的負半周，極性為上正下負，此時二極管d2、d4導通，d1、d3反向截止，電流i的通路是bd2rld4a。負載rl上又得到半波電壓。rl上得到的電壓u是單方向全波脈動(圖3)。圖2.4 單相橋式整流濾波電路波形圖要使之接近于理想的直流電壓，在整流之后需加濾波電路，將單向脈動電壓中的交流分量盡量多地濾掉。2.4 濾波電路濾波電路用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成，如在負載電阻兩端并聯(lián)電容器c，或與負載串聯(lián)電感器l，以及由電容、電感組合而成的各種復式濾波電路。濾波電路的形式

28、有很多，分為電容輸入式和電感輸入式。采用一只容量較大的電解質電容器，所以要注意其極性，其正極要接電路高電位端，負端要接電路低電位端。若極性接反，過高的反向電壓可能擊穿電容器。圖2.5 橋式整流、電容濾波電路 圖2.6 直流電壓u的波形如圖2.5，由于電容c1并聯(lián)在負載電阻r1上，所以電容c1兩端的電壓就是負載的電壓，交流電壓u的波形（如圖5）；假設，電路接通時，恰恰在電壓u由負到正過零的時刻，這時二極管開始導通，電壓u通過二極管向電容c1充電，由于二極管的正向電阻很小，所以充電時間常數(shù)很小，電壓將隨著電壓u按正弦規(guī)律逐漸升高，當u增大到最大值時，也隨之上升到最大值。然后u開始下降，也開始下降，

29、但他們按不同規(guī)律下降，u按正弦規(guī)律下降，而電容c1則通過負載r1放電，電容端電壓按指數(shù)規(guī)律下降，由于放電時間常數(shù)較大，下降緩慢。除了剛過最小值的一小段時間內，仍有=u的關系外，之后就出現(xiàn)u的情況，二極管承受反向電壓，處于截止狀態(tài)。電壓按指數(shù)規(guī)律緩慢下降到wt=2以后，雖然電壓u又為正值，但由于u以后，二極管才又導通，電容c1由放電狀態(tài)重新變?yōu)槌潆姞顟B(tài)，又隨著u上升。如此繼續(xù)下去，電壓也就是負載電壓就變得平滑了，因而負載電壓的平均值也有所增大了。如果電容濾波電路接于橋式整流電路，則在交流電壓的一個周期內，電容c1有兩次充、放電，其放電時間比上述半波整流后所接電容濾波電路要短，故輸出電壓更為平滑。

30、電容濾波使整流輸出電壓波形變得平直的原因，還可以從電容c1對脈動電流中的交流成分具有旁路作用來理解。由于電容c1與負載電阻r1并聯(lián)，c1的容量愈大，整流后所得的脈動電流交流分量的頻率愈高，則電容c1的容抗愈小，而電阻r1 的阻值與頻率無關，因此，脈動電流中的交流成分主要通過電容c1而被旁路，r1上的電流和電壓便較為平直了。2.5 穩(wěn)壓電路圖2.7集成穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路采用三端穩(wěn)壓集成器7805和7812。三端ic是指這種穩(wěn)壓用的集成電路，只有三條引腳輸出，分別是輸入端、接地端和輸出端。它的樣子象是普通的三極管，to- 220 的標準封裝，也有9013樣子的to-92封裝。用78/79系列三端穩(wěn)壓

31、ic來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內部還有過流、過熱及調整管的保護電路，使用起來可靠、方便，而且價格便宜。該系列集成穩(wěn)壓ic型號中的78或79后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如7805表示輸出電壓為正5v，7812表示輸出電壓為正12v。在實際應用中，應在三端集成穩(wěn)壓電路上安裝足夠大的散熱器（當然小功率的條件下不用）。當穩(wěn)壓管溫度過高時，穩(wěn)壓性能將變差，甚至損壞。2.6 運放電路2.6.1電壓運放圖2.8 電壓放大2.6.2 功率運放圖2.9 功率放大2.7保護電路：圖2.10 保護電路第3章 直流穩(wěn)壓可調電源硬件設計3.1硬件設計原理和思路3.1.1系統(tǒng)硬件的基本組成部分

32、基本組成本直流電源由四個基本模塊組成：電源部分，控制部分，功率放大部分，數(shù)字顯示,輸出電壓電路。采用硬件電路和單片機的編程控制，實現(xiàn)了一端5v和12v穩(wěn)定電壓輸出，一端012v間可調電壓輸出的雙路直流穩(wěn)壓電源。最大輸出電流為0.25a。在最大電流輸出時，電壓穩(wěn)定度小于0.01v。實現(xiàn)傳統(tǒng)基本直流穩(wěn)壓電源的突破和創(chuàng)新。電源變壓器：采用降壓變壓器將電網(wǎng)交流電壓220v變換成復合需要的交流電源。此交流電壓經過整流后可獲得電子設備所需要的直流電壓。整流電路：利用單相橋式整流電路把方向和大小都大小都變化的50hz的交流電變換為方向不變但大小仍有脈動的直流電。其優(yōu)點是電壓較高，紋波電壓較小，整流二極管所承

33、受的最大反向交流電流流過，變壓器的利用率高。濾波電路：利用儲能元件-電容c兩端的電壓不能突變的性質，采用rc濾波電路將整流電路輸出的脈動成分大部分濾除，得到比較平滑的直流電。穩(wěn)壓電路：使整流濾波后的直流電壓不隨交流電網(wǎng)和負載的變化擾動而變化 控制電路：為適應不同場合的需要而將電壓置為可調。數(shù)字顯示部分：采用四位的led數(shù)字顯示，挺高了精度和準確性，從而克服了模擬表頭的造成的讀數(shù)誤差。利用51單片機控制，可以實現(xiàn)精度。由于采用大量高性能的集成模塊，從而簡化了電路的結構，突出了電源變換問題中的關鍵部分。通過努力的調試與檢測，電路整體性能良好，可以較好的實現(xiàn)設計目的。本電源不僅可以單獨使用，還可以置

34、于其它電子設備中作為變壓穩(wěn)壓或穩(wěn)流源使用。3.1.2電源部分設計該部分是電源的基礎，也是輸出電壓能否達到高精度和良好的穩(wěn)定性的保障?？紤]到平時使用的電源大多在012v之間，而且7812的極限電壓30v，所以選用電源電壓為15v，經過7812集成穩(wěn)壓管，則每一路輸出為12v。按照輸出電流i=0.25a，則單路最大輸出功率：p=ui=120.25a=3w單路消耗的總功率為：pi=uii=150.25a=3.75w兩路共消耗的功率為p=7.5w考慮其效率，設為則電源消耗的功率為所以選用220v 12w的變壓器。，a、電源變壓器：采用12w雙15v，環(huán)形變壓器降壓變壓器將電網(wǎng)交流電壓220v變換成15

35、v左右的交流電源，主副線圈匝數(shù)比約15 ：1。此交流電壓經過整流后可獲得電子設備所需要的直流電壓。b、整流電路：利用單相橋式整流電路把方向和大小都變化的50hz的交流電變換為方向不變但大小仍有脈動的直流電。其優(yōu)點是電壓較高，紋波電壓較小，整流二極管所承受的最大反向交流電流流過，變壓器的利用率高。c、濾波電路：利用儲能元件-電容c兩端的電壓不能突變的性質，采用rc濾波電路將整流電路輸出的脈動成分大部分濾除，得到比較平滑的直流電。采用2200uf,16v濾波電容達到較好的濾波效果。3.1.3穩(wěn)壓電路的設計采用7812和7805，因為本設計中需要用到5v和12v穩(wěn)壓電源，7805和7812最大允許輸

36、入電壓是30v所以選用7812和7805作為穩(wěn)壓電路核心元件。3.1.4運放電路的設計本設計需要四個集成運算放大器,lm324n為四個運算放大器的集成，故用lm324n作為電壓放大元件 圖3.1 電壓放大電路將單片機的輸出端調為最大輸出，此時數(shù)碼管顯示為12.0v，經過dac0832數(shù)模裝換后在dac0832的vref端有一個確定的電壓輸出，此電壓設為vin，由于 且設定r6為2k所以r5=uout*r6/uin-r6=4.557k 故將電位器的阻值調為4.557k后，模擬端輸出電壓等于數(shù)碼管顯示電壓實現(xiàn)同步，通過使用放大器，從而實現(xiàn)電壓放大。3.1.5 過流保護電路的設計圖3.2過流保護電路

37、u1=r8*imaxu1=u2根據(jù)npn管8050的特性，當vbe0.7v, 集電極和發(fā)射機導通， 所以u4=0，因為npn的集電極連接的使功率管的基極，所以就起到了過流保護的目的。因此：imax=253mapmax=3.036w因變壓器選用15v、12w。所以此數(shù)值符合過流保護的條件。所以電阻的選取為：r7=10k， r8=460， r9=2k3.2 硬件設計 3.2.1單片機部分stc89c51單片機介紹： stc89c51是美國atmel公司生產的低電壓，高性能cmos8位單片機，片內含4k bytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器(eprom)和128 bytes的隨機數(shù)據(jù)存儲器（ram

38、），器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準mcs-51指令系統(tǒng)，片內置通用8位中央處理器(cpu)和flash存儲單元，功能強大stc89c51單片機可提供高性價比的應用場合，可靈活應用于各種控制領域。因此，在這里我選用stc89c51單片機來完成。主要性能參數(shù)：與mcs-51產品指令系統(tǒng)完全兼容4k字節(jié)可重擦寫flash閃存存儲器1000次擦寫周期全靜態(tài)操作：0hz-24hz三級加密程序存儲器128x8字節(jié)內部ram32個可編程i/o口線2個16位定時/計數(shù)器6個中斷源可編程串行uart通道低功耗空閑和掉電模式at89c51 內存空間1、內部程序存儲器（flash）4

39、k 字節(jié)。2、外部程序存儲器（rom）64k 字節(jié)。3、內部數(shù)據(jù)存儲器（ram）256 字節(jié)。4、外部數(shù)據(jù)存儲器（ram）64k 字節(jié)。圖4.1 單片機控制部分控制部分是系統(tǒng)整機協(xié)調工作和智能化管理的核心部分，采用stc89c51單片機實現(xiàn)控制功能是其關鍵，采用單片機不但方便監(jiān)控，并且大大減少硬件設計。stc89c51單片機p1口作為數(shù)碼管的數(shù)據(jù)接口。p3.0，p3.2，p3.3分別作文外部中斷接口 p0.0p0.3為數(shù)碼管的選擇接口。p2口作為數(shù)據(jù)接口和dac0832進行數(shù)據(jù)通訊。reset為外電路復位接口。xtal1，xtal2為12m晶振接口。工作原理：單片機通過接受外部中斷向量，調用自

40、身中斷程序，實現(xiàn)特定的數(shù)據(jù)輸出同時通過p0和p1口，采用動態(tài)掃描的方法將數(shù)據(jù)進行顯示。3.2.2 d/a轉換部分圖4.2 d/a轉換部分d/a轉換部分采用dac0832：圖 4.3 dac0832內部結構框圖和，同時為低電平時，ile為高電平，輸入寄存器的輸出隨輸入變化；當 變成高電平時ile變?yōu)榈碗娖?，輸入?shù)據(jù)被鎖存在輸入寄存器中。：寫信號2，即dac寄存器的寫選通信號，低電平有效。 ：數(shù)據(jù)傳送控制信號，低電平有效。dac寄存器的鎖存信號le2由 、 的邏輯組合產生，當 和 同時為低電平時，le2為1，dac寄存器的輸出隨它的輸入而變化；當 變?yōu)楦唠娖胶?，le2變?yōu)?，le2的負跳變將輸入寄

41、存器中的數(shù)據(jù)鎖存在dac寄存器中。 di0di7：8位數(shù)字輸入端，di0為最低端，di7為最高端。 iout1：dac電流輸出端1，為數(shù)字輸入端邏輯電平為1的各位輸出電流之和。dac寄存器內容隨輸入端代碼線性變化，dac寄存器的內容為全1時，iout1最大；全為0時，iout1最小。 iout2：電流輸出端2。iout2等于常數(shù)減去iout1，即iout1+ iout2=常數(shù)。此常數(shù)對應于一固定基準電壓的滿量程電流。 rfb：反饋電阻。反饋電阻被制作在芯片內部，用作dac提供輸出電壓的運放的反饋電阻。 vref：基準電源輸入端。vref一般在-1010v范圍內，由外電路提供。 vcc：邏輯電源

42、輸入端，取值范圍為+5+15v，+15v最佳。 agnd：模擬地，為芯片模擬電路接地點。 dgnd，數(shù)字地，為芯片數(shù)字電路接地點。在使用時，如環(huán)境電磁干擾不嚴重的情況下模擬地可與數(shù)字地相連。否則應分別走線，在保護地點匯合，一點接地。為保證dac0832可靠地工作，要求 和 的寬度不小于500ns，若vcc=15v， 則可為100ns。對于輸入數(shù)據(jù)的保持時間不應小于90ns。這在與微機接口時都容易滿足。同時，不用的數(shù)字輸入端不能懸空，應根據(jù)要求接地或接vcc。dac0832的三種工作方式 dac0832有以下三種數(shù)據(jù)輸入方式： （1）雙緩沖方式：即數(shù)據(jù)經過雙重緩沖后再送入da轉換電路，執(zhí)行兩次寫

43、操作才能完成一次da轉換。這種方式可在da轉換的同時，進行下一個數(shù)據(jù)的輸入，可提高轉換速率。更為重要的是，這種方式特別適用于要求同時輸出多個模擬量的場合。此時，要用多片dac0832組成模擬輸出系統(tǒng)，每片對應一個模擬量。 圖 4.4 dac0832雙緩沖方式接口電路 2）單緩沖方式：不需要多個模擬量同時輸出時，可采用此種方式。此時兩個寄存器之一處于直通狀態(tài)，輸入數(shù)據(jù)只經過一級緩沖送入da轉換電路。這種方式只需執(zhí)行一次寫操作，即可完成da轉換。圖 4.5 dac0832單緩沖方式接口電路 3）直通方式：此時兩個寄存器均處于直通狀態(tài)，因此要將 、 、 agnd和dgnd 端都接數(shù)字地，ile接高電

44、平，使le1、le2均為高電平，致使兩個鎖存寄存器同時處于放行直通狀態(tài)，數(shù)據(jù)直接送入da轉換電路進行da轉換。這種方式可用于一些不采用微機的控制系統(tǒng)中或其他不須0832緩沖數(shù)據(jù)的情況。dac0832工作原理：dac0832是8位d/a轉換器件，當輸入數(shù)據(jù)全為0時，其輸出電壓接近0，當輸入數(shù)據(jù)全為1時，其輸出電壓最高，電壓值由基準電壓vref決定，采用基準電壓為15v，而輸出數(shù)據(jù)在00hffh之間變化，即d/a輸出的電壓有256種。由此計算出電源的精度=15/256=0.06v。若要輸出6v的直流電壓，則輸入數(shù)據(jù)=6/0.06=100，轉換成16進制為64h。調整電阻w1,w2使dac0832輸

45、出15v時，out1輸出24v，即放大倍數(shù)為1.6倍3.2.3 按鍵部分按鍵功能：設定輸出電壓，以遞增方式。按鍵1：輸出電壓調整，步進為0.1v；按鍵2：輸出電壓調整，步進為0.5v；按鍵3：輸出電壓調整，步進為1v。鍵盤接口應具有的功能：鍵掃描功能，即檢測是否有鍵按下鍵識別功能，確定被按下建所在的行列的位置產生相應的鍵的代碼消除按鍵彈跳及對付多鍵串鍵圖4.3按鍵電路3.2.4數(shù)顯部分圖4.4數(shù)顯電路9012pnp控制數(shù)碼管片選端，需要對某個數(shù)碼管輸入數(shù)據(jù)時，p0口控制對應數(shù)碼管輸出低電平，此時pnp導通，數(shù)碼管片選端高電平置位，此時在此數(shù)碼管可將p1口輸入數(shù)據(jù)顯示，采用動態(tài)掃描的方式，節(jié)省了

46、器件，不需要逐個譯碼。3.2.5功率放大部分：圖4.5功率放大電路3.2.6總硬件圖：圖4.6 總硬件圖第4章 直流穩(wěn)壓可調電源軟件設計軟件要實現(xiàn)的功能是：單片機檢測鍵盤按鍵情況，并調用相應中斷子程序。實現(xiàn)特定的數(shù)據(jù)輸出，通過p2口送到8位數(shù)模轉換器（dac0832）；同時調用相應顯示程序將對應的數(shù)據(jù)輸入到四位數(shù)碼管實現(xiàn)數(shù)碼顯示。 4.1主程序流程圖圖5.1主程序流程圖4.2按鍵響應流程圖：圖5.2按鍵響應流程圖：4.3程序運行原理程序的c文件請參閱附錄.首先定義局部變量a,b. 定義數(shù)組shu, 給自變量和數(shù)組以及中斷初始化，然后進入主程序（死循環(huán)），將當前的自變量數(shù)值通過動態(tài)掃描在四位數(shù)碼

47、管顯示同時通過單片機p2口輸出到dac0832的數(shù)據(jù)輸入口。 經過60次重復掃描后等待外部中斷（按鍵電路），有外部中斷，響應中斷請求，調用中斷程序，對自變量進行響應的操作，中斷響應結束，進入主程序重復新自變量響應。 第5章 結論與展望5.1 電源測試5.1.1電壓數(shù)值測試預置電壓（v）顯示電壓（v）測量電壓（v）0.00.00.350.80.80.801.21.21.201.91.91.902.32.32.292.82.82.803.03.03.003.63.63.604.54.54.494.74.74.705.05.05.005.85.85.806.66.66.607.07.07.008.2

48、8.28.208.98.98.909.89.89.8010.510.510.5110.910.910.9111.211.211.2111.811.811.8112.012.012.01表5.1電壓輸出值的測試圖5.1電壓輸出曲線結論：輸出電壓基本為線性。5.1.2電壓輸出波形測試（ds-5022me示波器）：5.1.2.1 直流12v輸出波形圖5.2 直流12v電壓輸出波形5.1.2.2 直流5v輸出波形圖5.2 直流5v電壓輸出波形5.1.2.3 012v輸出圖5.3 直流0v12v電壓輸出波形 圖5.4 直流0v12v電壓輸出波形（放大5倍）結論：電壓輸出波動范圍在要求之內，直流5v和12v輸出端的偏差在+-0.1v之間，直流穩(wěn)壓可調端0v12v輸出端的偏差在+-0.03v之間。5.1.3