數(shù)控直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)說明

1、數(shù)控直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)摘要本設(shè)計(jì)以直流電壓源為核心，STC89C52RC單片機(jī)為主控制器，單片機(jī)系統(tǒng)是數(shù)控電源的核心。它通過軟件的運(yùn)行來控制整個(gè)儀器的工作，從而完成設(shè)定的功能。通過數(shù)字鍵盤來設(shè)置直流電源的輸出電壓，輸出電壓圍為09.9V，最大電流為300mA，并可由液晶屏LCD1602顯示實(shí)際輸出電壓值。本設(shè)計(jì)由單片機(jī)程控輸出數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換器（DAC0832）輸出模擬量，再經(jīng)過運(yùn)算放大器LM324隔離放大,最后輸出各種設(shè)備所需要的電壓。實(shí)際測試結(jié)果表明，本系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用于需要高穩(wěn)定度小功率恒壓源的領(lǐng)域。關(guān)鍵字直流穩(wěn)壓電源；單片機(jī)；數(shù)控；DAC08321.概述1.1課題背景電源技術(shù)特別是穩(wěn)

2、壓電源技術(shù)在工程技術(shù)方面使用性很強(qiáng)，在各個(gè)行業(yè)里得到了廣泛的應(yīng)用。直流穩(wěn)壓電源的電路形式有很多種,有串聯(lián)型、開關(guān)型、集成電路、穩(wěn)壓管直流穩(wěn)壓電源等等。目前使用的直流穩(wěn)壓電源大部分是線性電源，利用分立元件組成，體積大，效率低，可靠性差，操作使用不便，自我保護(hù)功能不完善，故障率高（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1。當(dāng)在外在電壓波動(dòng)或負(fù)載電流變化的時(shí)侯也會(huì)使輸出電壓有所改變。供給電子設(shè)備的電壓源的不穩(wěn)定,會(huì)使設(shè)備產(chǎn)生很多問題。所以，設(shè)計(jì)出質(zhì)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。數(shù)控電源是從80年

3、代才真正的發(fā)展起來的，系統(tǒng)的一些電力電子理論基礎(chǔ)在那期間剛剛建立。這些理論的研究為其后來電源的發(fā)展提供了一個(gè)較好的基礎(chǔ)。在以后的電力電子發(fā)展中，數(shù)控電源技術(shù)的發(fā)展得到了長足的進(jìn)步。不過其產(chǎn)品存在數(shù)控程度要求達(dá)不到、分辨率不夠高、功率密度低、可靠性比較差等缺點(diǎn)。因此穩(wěn)壓電源以后主要的主要發(fā)展方向，是針對(duì)上述缺點(diǎn)不斷的進(jìn)行改善。單片機(jī)技術(shù)與電壓轉(zhuǎn)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(shù)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(hào)處理器件的研制應(yīng)用，到90年代，己出現(xiàn)了數(shù)控精度達(dá)到0.05V的數(shù)控電源，功率密度達(dá)到每立方英寸50W的數(shù)控電源2。1.2 本論文的主要設(shè)計(jì)思

4、想目前，市場上各種直流電源的基本環(huán)節(jié)大致一樣，都包括交流電源、交流變壓器、整流電路、濾波穩(wěn)壓電路等3。本設(shè)計(jì)將單片機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用于直流穩(wěn)壓電源的方法和原理，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)壓電源的數(shù)控調(diào)節(jié)。從組成上，本設(shè)計(jì)硬件電路主要由單片機(jī)、變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓輸出電路、D/A轉(zhuǎn)換電路、顯示電路等組成。利用D/ A 轉(zhuǎn)換器的高分辨率和單片機(jī)的自動(dòng)檢測技術(shù)設(shè)計(jì)數(shù)控電源更顯示出其優(yōu)越性。數(shù)控電源既能方便輸入，具有較高精度和穩(wěn)定性，而且在0.0V到9.9V可以任意設(shè)定輸出電壓，所有功能由面板上的鍵盤控制單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，給電路實(shí)驗(yàn)帶來極大的方便,提高了工作效率。1.3 數(shù)控直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)研究的意義基于單片機(jī)的數(shù)控

5、直流穩(wěn)壓電源，與傳統(tǒng)直流穩(wěn)壓電源相比，具有新穎性、獨(dú)創(chuàng)性和先進(jìn)性。它不僅能作為常規(guī)的電子產(chǎn)品和科研實(shí)驗(yàn)電源用，而且可以通過軟件編程的方法使穩(wěn)壓電源產(chǎn)生連續(xù)變化的輸出電壓，具有很高的性價(jià)比4。電源采用數(shù)字控制，具有以下明顯優(yōu)點(diǎn)：1.采用先進(jìn)的智能控制策略和控制方法，體現(xiàn)出電源模塊的高程度智能化，更加完美性能。2.系統(tǒng)升級(jí)方便，控制比較靈活，只需修改控制算法，而不必改動(dòng)硬件線路。3. 提高控制系統(tǒng)的可靠性，更容易實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，可以針對(duì)不同的系統(tǒng)(或不同型號(hào)的產(chǎn)品)，采用一樣的控制板，而只需對(duì)軟件控制部分做一些調(diào)整便可。4.系統(tǒng)電壓輸出的一致性比較好，成本低廉，方便量產(chǎn)。2.各模塊方案的論證2.1 控

6、制方案比較方案一:采用各類數(shù)字電路來組成鍵盤控制系統(tǒng)，進(jìn)行信號(hào)處理，如選用CPLD等可編程邏輯器件。本方案電路復(fù)雜，靈活性不高，效率低，不利于系統(tǒng)的擴(kuò)展，對(duì)信號(hào)處理比較困難。方案二：采用STC89C52單片機(jī)作為這個(gè)系統(tǒng)的控制單元，可以通過DAC0832的數(shù)據(jù)采樣和LM324的電壓調(diào)整可以改變系統(tǒng)輸出電壓的大小。為了能夠使系統(tǒng)具備檢測實(shí)際輸出電壓值的大小，可以將輸出電壓經(jīng)過DAC0832進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，間接用單片機(jī)實(shí)時(shí)對(duì)電壓進(jìn)行采樣，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與送LCD1602顯示。顯示的電壓值便是輸出的電壓大小。此系統(tǒng)比較靈活，采用軟件方法來解決數(shù)據(jù)的預(yù)置以與電壓的大小控制，使系統(tǒng)硬件更加簡潔，各類功能

7、易于實(shí)現(xiàn)，能很好地滿足題目的要求。比較以上兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，方案一采用中、小規(guī)模器件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)控部分，使用的芯片很多，造成控制電路部接口信號(hào)繁瑣，中間相互關(guān)聯(lián)多，抗干擾能力差。在方案二中采用單片機(jī)完成整個(gè)數(shù)控部分的功能，也便于系統(tǒng)功能的擴(kuò)展5。2.2穩(wěn)壓輸出方案比較方案一:采用線性調(diào)壓電源以改變其基準(zhǔn)電壓的方式使輸出不僅增加/減少，這樣不能不考慮整流濾波后的紋波對(duì)輸出的影響。方案二:使用運(yùn)算放大器對(duì)電壓的比較放大由于運(yùn)算放大器具有很大的電源電壓抑制比，可以大大減小輸出端的紋波電壓。在方案一中輸出的電壓很難跟蹤電壓的快速變化，而方案二中的輸出電壓波形與 DAC0832的輸出波形一樣，不僅可以輸

8、出直流電平，而且只要預(yù)先生成產(chǎn)生波形的量化數(shù)據(jù)，便可以輸出多種波形，使系統(tǒng)產(chǎn)生的信號(hào)源有一定的驅(qū)動(dòng)能力。2.3顯示部分比較方案一:使用數(shù)碼管顯示使用多位數(shù)碼管顯示，顯示不靈活。方案二:使用LCD1602液晶顯示液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示容豐富、超薄輕巧等優(yōu)點(diǎn)。本方案采用LCD1602，它具有兩行顯示，每行顯示16個(gè)字符，采用單+5V供電，外圍電路簡單，價(jià)格便宜，具有很高的性價(jià)比。而數(shù)碼管雖然便宜，但顯示單調(diào)。占用過多的I/O。2.4總體方案框圖系統(tǒng)總體方案框圖如圖2-1所示。圖2-1 系統(tǒng)總體方案框圖3.系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)3.1主控制器模塊本設(shè)計(jì)采用PDIP封裝的STC89C52RC

9、芯片為主控制器，如圖3-1所示。該芯片正常工作電壓為5V，支持的最高時(shí)鐘頻率為80MHz，F(xiàn)lash程序存儲(chǔ)器為8KB,RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器為512B,置看門狗電路，支持ISP/IAP6。本單片機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)：1.超低功耗(1)掉電模式：典型功耗為0.5uA,可由外部中斷喚醒，中斷返回后，繼續(xù)執(zhí)行原程序。(2)空閑模式：典型功耗為2mA。(3)正常工作模式：典型功耗為4mA-7mA。2.超強(qiáng)抗干擾(1)I/O口、電源、時(shí)鐘、看門狗、復(fù)位電路都是經(jīng)過特殊處理。(2)寬電壓，不怕電源抖動(dòng)，工作電壓圍為3.4 6V。(3)高抗靜電（高ESD保護(hù)），輕松過2000V。(4)快速?zèng)_干擾。圖3-1STC89C

10、52RC芯片引腳圖控制部分是系統(tǒng)整機(jī)協(xié)調(diào)工作和智能化管理的核心部分，采用STC89C52RC單片機(jī)實(shí)現(xiàn)控制功能是其關(guān)鍵，采用單片機(jī)不但方便監(jiān)控，并且大大減少硬件設(shè)計(jì)。電路圖如圖3-2。圖3-2  單片機(jī)控制部分3.2 D/A轉(zhuǎn)換模塊3.2.1 D/A轉(zhuǎn)換芯片DAC0832介紹7DAC0832引腳圖如圖3-3所示。圖3-3 D/A轉(zhuǎn)換DAC0832引腳CS:片選信號(hào), 低電平有效。ILE:輸入鎖存允許信號(hào), 高電平有效。WR1: 寫信號(hào)1(低電平有效)。WR2: 寫信號(hào)2(低電平有效),輸入鎖存器將8位數(shù)據(jù)傳輸?shù)紻AC寄存器IOUT1： 模擬電流輸出端1。當(dāng)輸入數(shù)字為：全”1”時(shí), 輸

11、出電流最大，約為255VREF/256REB全”0”時(shí), 輸出電流為0。IOUT2：模擬電流輸出端2，IOUT1 + I OUT2 = 常數(shù)RFB：反饋電阻引出端, 此端可接運(yùn)算放大器輸出端VREF：參考電壓, -10V+10VVcc： 芯片電源電壓,+5V+15VAGND：模擬信號(hào)地DGND： 數(shù)字信號(hào)地DI7 DI0：數(shù)字量輸入信號(hào)，其中: DI0為最低位，DI7為最高位73.2.2 D/A轉(zhuǎn)換控制部分系統(tǒng)設(shè)置D/A轉(zhuǎn)換接口，采用8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器DAC0832。其電路如圖3-4所示。D/A轉(zhuǎn)換部分的輸出電壓作為穩(wěn)壓輸出電路的參考電壓。穩(wěn)壓輸出電路的輸出與參考電壓成比例。8位的D/A數(shù)據(jù)口分別

12、與單片機(jī)的P0口相連，DAC0832的片選信號(hào)和寫信號(hào)分別由單片機(jī)的P32腳和P36腳控制，8位字長的D/A轉(zhuǎn)換器具有256種狀態(tài)。其時(shí)序圖如圖3-5所示。 圖3-4  D/A轉(zhuǎn)換控制部分原理圖圖3-5DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換時(shí)序圖Clk為時(shí)鐘端，Data為輸入數(shù)據(jù)，LOAD為輸入控制信號(hào)。每路電壓輸出值的計(jì)算：REF為參考電壓，data為輸入8位的比特?cái)?shù)據(jù)；本設(shè)計(jì)用的REF為-5v。3.3 穩(wěn)壓輸出模塊3.3.1穩(wěn)壓控制芯片LM324LM324是四運(yùn)放集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝。它的部包含四組形式完全一樣的運(yùn)算放大器，除電源共用外，四組運(yùn)放相互獨(dú)立8。每一組運(yùn)算

13、放大器可用圖3-6所示的符號(hào)來表示，它有5個(gè)引出腳，其中“+”、“-”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位一樣。LM324的引腳排列見圖3-7所示。圖3-6 LM324同向輸入與反向輸入圖3-7 LM324引腳圖由于LM324四運(yùn)放電路具有電源電壓圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用在各種電路中。3.3.2 穩(wěn)壓輸出原理與電路此部分將經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換后的初始電壓轉(zhuǎn)換成設(shè)備所需要的特定

14、電壓。從DAC0832的IOUT2引腳輸出電壓作為穩(wěn)壓輸出電路的參考電壓。穩(wěn)壓電路輸出的電壓大小與DAC0832的IOUT2輸出參考電壓成比例。穩(wěn)壓輸出電路采用的是串聯(lián)式反饋穩(wěn)壓電路（如圖3-8），在電路中， U5ALM324為比較放大器，U5BLM324 為運(yùn)算放大器， D/A轉(zhuǎn)換電路的輸出電壓OUT2接到 U5A LM324的同向端（LM324的第2腳），U5ALM324運(yùn)放的輸出端（LM324的第5腳）輸出的電壓一邊送到運(yùn)放U6A LM324的同向端（LM324的第1腳），一邊反饋回DAC0832的RFE1基準(zhǔn)電壓。變位器R5作為U6A LM324反饋電路中的反饋電阻。經(jīng)運(yùn)放比較放大后，

15、在經(jīng)過U6A-LM324的電壓放大與調(diào)整，使得輸出的電壓與LCD1602顯示的電壓保持一致9。圖3-8 串聯(lián)式反饋穩(wěn)壓電路3.3.3 穩(wěn)壓輸出模塊仿真圖通常，直流穩(wěn)壓電源是用可變電阻來實(shí)現(xiàn)輸出電壓的調(diào)節(jié)，那么要在直流穩(wěn)壓電源的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制的話，實(shí)際上我們只要用數(shù)字控制部分來代替可變電阻，就能實(shí)現(xiàn)數(shù)控直流穩(wěn)壓電源這一課題。所以，首先要做的，就是選擇合適的穩(wěn)壓輸出電路并對(duì)其可行性進(jìn)行了仿真。如圖3-9所示，用LM324的比較放大作用很容易就驗(yàn)證了此穩(wěn)壓輸出電路的可靠性10。圖3-9   穩(wěn)壓電路仿真圖3.4 按鍵控制模塊按鍵控制模塊如圖3-10所示。本設(shè)計(jì)中，采用獨(dú)立按鍵

16、K1-K9對(duì)單片機(jī)核心芯片STC89C52RC進(jìn)行輸入控制。各按鍵分別一端接地，一端接單片機(jī)引腳。實(shí)現(xiàn)功能：按鍵K1-K9為對(duì)應(yīng)的數(shù)字0-9，K00表示位選擇鍵（十位或各位）,K11是確定鍵。選擇電壓后，按確定鍵，便可輸出所需的電壓。圖3-10 鍵盤控制電路圖按鍵的具體意義如表3-1：表3-1 按鍵的定義0123位選擇456確認(rèn)789  3.5液晶顯示模塊3.5.1LCD1602主要管腳介紹11顯示模塊為本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)模塊，用于實(shí)時(shí)顯示輸出電壓值。這里采用1602液晶顯示屏，其主要參數(shù)為：顯示容量（16*2個(gè)字符），芯片工作電壓（4.5-5.5V），工作電流（2.0mA），模

17、塊最佳工作電壓（5.0V）。LCD1602共有16個(gè)引腳，各管腳的功能表3-2所示。表3-2 LCD1602管腳功能介紹表引腳圖符號(hào)狀態(tài)功能1VSS電源地2Vdd電源+5V3V0對(duì)比度控制端4RS輸入寄存器選擇5R/W輸入讀、寫操作6E輸入使能信號(hào)7DB0三態(tài)數(shù)據(jù)總線（LSB）8DB1三態(tài)數(shù)據(jù)總線9DB2三態(tài)數(shù)據(jù)總線10DB3三態(tài)數(shù)據(jù)總線11DB4三態(tài)數(shù)據(jù)總線12DB5三態(tài)數(shù)據(jù)總線13DB6三態(tài)數(shù)據(jù)總線14DB7三態(tài)數(shù)據(jù)總線（MSB）15LEDA輸入背光+5V16LEDK輸入背光地說明：V0: 液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源的對(duì)比度最弱，接地電源是對(duì)比度最高，對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”使用時(shí)

18、可以通過一個(gè)10k的電位器調(diào)整對(duì)比度。RS: 寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；低電平時(shí)選擇指令寄存器。R/W：讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址；當(dāng)RS為高電平，R/W為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。E： 使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。3.5.2 液晶顯示程序設(shè)計(jì)1.讀操作時(shí)序：圖3-11讀操作時(shí)序2.寫操作時(shí)序：圖3-12 寫操作時(shí)序3.5.3 讀寫控制時(shí)序如表3-3所示表3-3 讀寫控制時(shí)序表RSR/WE功能00下降沿寫指令代碼01高電平讀忙標(biāo)志和AC碼10下降沿寫數(shù)據(jù)11高電平讀數(shù)據(jù)3.5.4 16

19、02LCD的一般初始化過程1延時(shí)15mS2寫指令38H3寫指令08H：顯示關(guān)閉4寫指令01H：顯示清屏5寫指令06H：顯示光標(biāo)移動(dòng)設(shè)置6寫指令0CH：顯示開與光標(biāo)設(shè)置3.5.5LCD1602與單片機(jī)連接圖單片機(jī)與液晶顯示模塊之間的連接如圖3-13所示。圖3-13   LCD1602與單片機(jī)連接圖數(shù)據(jù)線DB0-DB7連接單片機(jī)的P0口；RS、R/W、E3條控制線分別接單片機(jī)的P1.4、P1.5、P1.6口。電阻R3用來設(shè)置背光的亮度。3.6 振蕩電路設(shè)計(jì)模塊單片機(jī)的工作是在統(tǒng)一的脈沖控制下的進(jìn)行的。這個(gè)脈沖就是由單片機(jī)控制器的時(shí)鐘電路發(fā)出的，即時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需的

20、時(shí)鐘信號(hào)。單片機(jī)本身就是一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為了保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號(hào)控制下嚴(yán)格地按時(shí)序進(jìn)行工作。時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作的時(shí)鐘信號(hào)。而時(shí)鐘電路又各分為兩種，即部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。本文設(shè)計(jì)采用部時(shí)鐘方式此種方式時(shí)，單片機(jī)接一個(gè)高增益反向放大器構(gòu)成部振蕩器。引腳XTAL1和XTAL2分別此放大器的輸入端和輸出端。同時(shí)在XTAL1和XTAL2兩端跨接晶體或瓷諧振器構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器，其發(fā)出的脈沖信號(hào)直接送入到部時(shí)鐘發(fā)生器。電容C1和C2通常選擇為（30或10）pf左右；外接瓷諧振器時(shí)則選為47pf左右。電容C1和 C2對(duì)頻率有微調(diào)作用。為了減少寄生電容，更好地

21、保證振蕩器可靠地工作，諧振器和電容應(yīng)安裝得與單片機(jī)芯片盡可能的近。部時(shí)鐘發(fā)生器實(shí)際上是一個(gè)二分頻的觸發(fā)器，該二分頻為單片機(jī)提供一個(gè)二相的時(shí)鐘信號(hào)即相位信號(hào)1（P1）和相位信號(hào)2（P2），驅(qū)動(dòng)CPU產(chǎn)生執(zhí)行指令功能的機(jī)器周期。這里我們采用的是12MHz晶振，也就時(shí)說單片機(jī)的時(shí)鐘周期為1/12uS，指令周期為1uS。晶體振蕩器的頻率越高，振蕩頻率就越高12，如圖3-14所示。圖3-14 振蕩電路3.7 復(fù)位電路設(shè)計(jì)模塊3.7.1CPUA部復(fù)位電路因?yàn)?MCS-51系列單片機(jī)采用高電平復(fù)位方式，其部復(fù)位電路如圖3-15所示，高電平復(fù)位脈沖RST引腳輸入到部施密特觸發(fā)器整形后，送CPU部復(fù)位電路。CP

22、U在每一個(gè)機(jī)器周期的S5P2相采樣施密特觸發(fā)器的輸出端，若為高電平，則強(qiáng)迫機(jī)器進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。為了保證CPU部各個(gè)單元電路可靠復(fù)位，RST引腳復(fù)位脈沖高電平維持時(shí)間必須大于等于2個(gè)機(jī)器周期（即24個(gè)振蕩周期）13。圖3-15 部復(fù)位電路3.7.2 外部復(fù)位電路可以使用RC分立元件或微處理器監(jiān)控芯片構(gòu)成MCS-51單片機(jī)的外部復(fù)位電路14。本設(shè)計(jì)中采用RC分立元件構(gòu)成MCS-51外部復(fù)位電路，電路如圖3-16所示。圖3-16 外部復(fù)位電路從圖3-16可看出，按下復(fù)位按鍵K20時(shí)，電容C3通過R1放電，當(dāng)電容放電結(jié)束后，RST引腳電位由R1、R2分壓比決定。由于R2>>R1,因此RST引

23、腳為高電平，CPU進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。松開復(fù)位按鍵后，電容C3充電，RST引腳電位下降，使CPU脫離復(fù)位狀態(tài)15。R1的作用在于限制復(fù)位按鈕瞬間電容C3的放電電流，避免產(chǎn)生火花，以保護(hù)按鈕的觸點(diǎn)。單片機(jī)的復(fù)位都是靠外部電路實(shí)現(xiàn)的，在時(shí)鐘電路工作后，只要在單片機(jī)的RST引腳上出現(xiàn)24個(gè)時(shí)鐘振蕩脈沖以上的高電平，單片機(jī)便實(shí)現(xiàn)初始化狀態(tài)復(fù)位。為了保證應(yīng)用系統(tǒng)可靠地復(fù)位，在設(shè)計(jì)復(fù)位電路時(shí)，通常使RST保持高電平。只要RST保持高電平，則單片機(jī)就循環(huán)復(fù)位16。3.8 輔助電源設(shè)計(jì)利用三端穩(wěn)壓器7805、7812產(chǎn)生所需的電源電壓以供集成芯片和單片機(jī)使用。輔助電源原理圖如圖3-17所示。變壓器產(chǎn)生15V左右的輔

24、助交流電，輔助電源的輸入端電源由15V變壓器的輔助線圈提供，經(jīng)過整流橋D整流后經(jīng)電容C1濾成平穩(wěn)的12V作為三端穩(wěn)壓器LM7812的輸入電源，輸出端經(jīng)過電容C3濾波后就可得到平穩(wěn)的幅值為12V的直流電。產(chǎn)生的12V直流電壓給LM324的正電源端供電。LM7805的輸入電源直接由LM7812產(chǎn)生的12V直流電提供，其輸出電壓也是通過電容C4、C8進(jìn)行濾波。輸出的5V電壓作為單片機(jī)的供電電源。圖3-17中D1，D2是保護(hù)二極管，發(fā)光二極管為LM7805正常工作指示信號(hào)。利用三端穩(wěn)壓器7905產(chǎn)生-5V的電壓作為DAC0832的基準(zhǔn)電壓和LM324的負(fù)電源端電壓。圖3-17 輔助電源4. 系統(tǒng)軟件設(shè)

25、計(jì)4.1系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)流程圖此系統(tǒng)中用到STC89C52單片機(jī)的部分功能：鍵盤擴(kuò)展，程序中斷，I/O控制。主程序基本沒什么是可做，但因鍵盤掃描時(shí)通過程序查詢的方式來實(shí)現(xiàn)的，所以在主程序中要調(diào)用鍵盤掃描程序。主程序流程圖如圖4-1所示，寫電壓子程序流程圖如圖4-2所示，鍵盤掃描處理子程序如圖4-3所示。圖4-2寫電壓子程序流程圖圖4-1主函數(shù)流程圖圖4-3 鍵盤掃描處理子程序4.2 軟件編譯與調(diào)試Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。用過匯編語言后再使用C來開

26、發(fā)，體會(huì)更加深刻。本設(shè)計(jì)軟件編譯使用的是uVision2編譯器。 在圖4-4選擇CPU型號(hào)窗口中選擇CPU生產(chǎn)廠家與芯片型號(hào)。這里選擇的是Atmel公司的AT89C52芯片。圖4-4 選擇芯片界面設(shè)置程序代碼編寫完后需要編譯生成目標(biāo)代碼，然后進(jìn)行硬件調(diào)試或模擬仿真，編譯代碼可以點(diǎn)擊或鍵盤的快捷鍵F7。編譯后的結(jié)果如圖4-5所示。圖4-5 軟件編譯結(jié)果界面 編譯軟件后，要對(duì)代碼進(jìn)行下載到STC89C52RC單片機(jī)中。這里選用的是STC-ISP下載軟件，如圖4-6所示。圖4-6 STC程序下載界面程序見后面附錄。5.調(diào)試結(jié)果與分析5.1 測試儀器萬用表，數(shù)字示波器。5.2 測試方法在運(yùn)算放大器7輸

27、出端上測量電壓；數(shù)字示波器測試紋波電壓。5.3調(diào)試過程與分析在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，由于使用的是宏晶的STC89C52RC芯片，這個(gè)系列的程序下載只需通過MAX232下載接口就可以。使得本次設(shè)計(jì)中硬件仿真變的就比較簡單，因?yàn)橛辛擞布抡婀ぞ呔涂梢噪S時(shí)修改程序，通過一步一步的調(diào)試來達(dá)到最后的目的，同時(shí)尤其學(xué)會(huì)了分部調(diào)試的思想，這就使得當(dāng)遇到問題時(shí)不會(huì)覺得無從下手，不會(huì)覺得那么迷茫，使調(diào)試變得比較有條理。 在檢查完硬件電路沒有短路、斷路的情況下，接通電源，并且測試各個(gè)集成片的電源電壓是否符合要求，以與單片機(jī)晶振是否起振，只有晶振正常起振單片機(jī)才能工作，通過檢測，上述情況均正常。 第一次進(jìn)行硬件仿真時(shí)

28、，液晶顯示沒有任何顯示，這就需要單獨(dú)對(duì)液晶進(jìn)行調(diào)試。在仔細(xì)檢查后，發(fā)現(xiàn)液晶反視度調(diào)節(jié)部分電路連接有問題，也就是液晶LCD1602的3腳，這一腳應(yīng)該連接一滑動(dòng)變阻器或者一定值電阻來改變對(duì)比度，而出現(xiàn)的錯(cuò)誤是將這一腳接了高電平，這就使得整個(gè)液晶屏是亮的，即使有顯示也看不到，在意識(shí)到這個(gè)錯(cuò)誤并且改正后液晶立刻正常工作，在硬件調(diào)試的過程中還出現(xiàn)一個(gè)問題。那就是LM324的負(fù)電壓（11腳），當(dāng)我給它一個(gè)0電壓時(shí)。穩(wěn)壓輸出只能在5V到9.9V之間。當(dāng)我給它一個(gè)-5V的電壓時(shí)，輸出穩(wěn)壓可以在0V到9.9V之間調(diào)整。這個(gè)問題現(xiàn)在還一直找不出原因。所以的問題告訴了我們?cè)O(shè)計(jì)電路中一定要仔細(xì)，任何一點(diǎn)小錯(cuò)誤都有可能

29、導(dǎo)致達(dá)不到最后的目的。在調(diào)試軟件的時(shí)候，要有足夠的耐性。通常一兩次的編譯很難成功的。在軟件的調(diào)試過程中，每一個(gè)錯(cuò)誤都要認(rèn)真的推測，有時(shí)候只是一些語法錯(cuò)誤，也要檢查很久?？赡苓€是因?yàn)樽约旱木帉戃浖竭€比較薄弱。程序?qū)懙倪€不夠嚴(yán)謹(jǐn)和規(guī)。其中在調(diào)試軟件的時(shí)候有一個(gè)問題給我造成了很對(duì)的造成了很大的困擾，那就是在各個(gè)子程序都沒有問題，而最終結(jié)果卻不象想象的那樣，在認(rèn)真研究以與老師的提點(diǎn)后終于發(fā)現(xiàn)了這主要是程序結(jié)構(gòu)的問題，在對(duì)程序進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整后，基本上符合要求了。通過這個(gè)問題的研究和調(diào)試結(jié)果，使得明白了一個(gè)完整的程序并不是各個(gè)子程序的簡單相加，尤其要注意它的結(jié)構(gòu)，在整個(gè)程序中要盡可能少的使用一些復(fù)雜的語

30、句，這并不是說不要用，而是在能不用情況下盡可能不用，因?yàn)槊繄?zhí)行一次此命令，就要進(jìn)行一次堆棧操作，而且在本次設(shè)計(jì)中子程序比較多，所以就導(dǎo)致程序執(zhí)行時(shí)間加長。5.4 測試結(jié)果測試結(jié)果如表5-1所示。表5-1 測試結(jié)果顯示電壓（V）測量電壓（V）10.981.31.261.51.471.61.571.81.7821.982.62.593.13.083.73.6855.0066.0088.0599.039.79.739.99.875.5 測試結(jié)論用單片機(jī)控制的電源時(shí)，輸出直流0-9.9V，液晶屏顯示清晰正確，誤差較小，完美的實(shí)現(xiàn)了數(shù)控直流穩(wěn)壓源這一課題。本設(shè)計(jì)的但在功能上還不夠強(qiáng)大,沒有顯示預(yù)置電壓，

31、由于制作過程中遇到的一些問題。所以原先設(shè)計(jì)要求里過流保護(hù)和過壓保護(hù)電路沒有實(shí)現(xiàn)，本設(shè)計(jì)還可以進(jìn)一步得到提高。6.畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié)6.1 主要成果本次畢業(yè)設(shè)計(jì)在自己的努力，同學(xué)的幫助，老師的指點(diǎn)下已全部完成，結(jié)果重要，過程也很珍貴，因?yàn)楹玫慕Y(jié)果必然得經(jīng)過一個(gè)艱辛的過程，而從這個(gè)堅(jiān)信的過程中我獲得了珍貴的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，仔細(xì)認(rèn)真的總結(jié)將對(duì)自己是個(gè)質(zhì)的提升。現(xiàn)先將此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的成果簡要匯報(bào)如下：1.完整的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)方案；2.模塊化的 “C”源代碼；3.電壓最小調(diào)整圍: Sv=0.1V；4.采用1602液晶顯示作為按鍵輸入的設(shè)定電壓；5.輸出電壓圍: 0-9.9v，每個(gè)電壓值可以通過鍵盤 輸入直接控

32、制；6.誤差圍: 小于0.1V7.紋波電壓: 0峰峰值<=10mv；8.支持系統(tǒng)擴(kuò)展，低成本；6.2 展望數(shù)控電源設(shè)備用以實(shí)現(xiàn)電能變換和功率傳遞，是一種技術(shù)含量高、知識(shí)面寬、更新?lián)Q代快的產(chǎn)品?，F(xiàn)今已廣泛應(yīng)用到工業(yè)、能源、交通、運(yùn)輸、信息、航空、航天、航運(yùn)、國防、教育、文化等領(lǐng)域。在信息時(shí)代，上述各行各業(yè)都在迅猛地發(fā)展，發(fā)展的同時(shí)又對(duì)電源產(chǎn)業(yè)提出了更多更高的要求。所以下一步的工作可以在本設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步的完善?？梢栽鲈O(shè)過流保護(hù)，過壓保護(hù)和聲光報(bào)警等電路，還可以通過修改軟件增大輸出電壓圍，以便適用于更多的電子設(shè)備供電。6.3 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和致畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)大學(xué)階段所學(xué)知識(shí)的一個(gè)總結(jié)。為了提高自己

33、的綜合解決問題以與應(yīng)用知識(shí)的能力，利用單片機(jī)和C語言，以開發(fā)“數(shù)控直流穩(wěn)壓電源”為例，作為我的畢業(yè)設(shè)計(jì)。由于本身知識(shí)水平以與時(shí)間有限，在本次設(shè)計(jì)中的某些問題可能設(shè)想不夠周全。比如，未增設(shè)保護(hù)電路，軟件還有待優(yōu)化等等，或許還有很多問題還沒有發(fā)現(xiàn)，希望老師和讀者給予指出。作為一個(gè)初學(xué)者，從想法的產(chǎn)生，到想法在理論上的可行性，以與到最后的設(shè)計(jì)完成，無不需要突破種種困難，但是我都一一挺了過來。雖然過程很艱苦，但是當(dāng)做完以后心里是無法言以表達(dá)的激動(dòng)。它對(duì)我以后的設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)過程都將會(huì)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。學(xué)會(huì)查閱資料是我在這次設(shè)計(jì)中的最大收獲，畢竟一個(gè)人的知識(shí)水平有限，而資料在設(shè)計(jì)中的作用可以說是

34、舉足輕重。不斷地收集和查閱資料使我知識(shí)面不斷拓寬，為以后也打下了良好的基礎(chǔ)。通過設(shè)計(jì)，使我對(duì)一個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程有了全面的了解，設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的許多困難也使我自己不斷完善。不斷的堅(jiān)持使我信心百倍，我會(huì)以后繼續(xù)努力。在設(shè)計(jì)過程中感金賜老師的悉心指導(dǎo)以與同學(xué)們的幫助，金賜老師深厚的學(xué)術(shù)功底、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、和藹可親的為師之道和不知疲倦的進(jìn)取精神，讓我受益頗深，為我樹立了人生道路上的榜樣，是我今后從事各項(xiàng)事業(yè)的楷模。參考文獻(xiàn)1 宋開軍,國渝.智能穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)J.電子技術(shù),2003(10):48-49.2 數(shù)控直流穩(wěn)壓電源EB/OL.sfmcu.sf-.盛方單片機(jī)整理3 澤虎,朱相磊,滕春梅.基于單片機(jī)

35、的可編程直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)J.中國高新技術(shù)企業(yè),2009(21):36-37.4 高松.基于單片機(jī)的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源J.瓷研究與職業(yè)教育,2008(2):43-44.5 明亮,馬學(xué)強(qiáng),向陽.數(shù)控直流穩(wěn)壓電源J.數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2009(12):10-11.6 Dave Garza .The 8051 MicrocontrollerM.America:Library of Congress Cataloging-in-PublicationData.1995,30-40.7 DAC0830/DAC0832 EB/OL.exchangeic./Data/DAC0832.html.8 洪明.LM324

36、四運(yùn)放的應(yīng)用J.無線電,1991(9):39-40.9胡桂陽,盧月瓊,昌禧.用單片機(jī)制作的直流穩(wěn)壓可調(diào)電源J.電子世界,2005(12):24-25.10 桂英,高潮,黃.串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源的仿真分析J.師學(xué)院學(xué)報(bào),2004,21(2):55-59.11 亮.液晶顯示模塊LCD1602應(yīng)用J.電子制作,2007(3):58-59. 12 高偉.AT89C51單片機(jī)原理與應(yīng)用（第一版）M.:國防工業(yè),2008,71-7513 永雄.新編單片機(jī)原理與應(yīng)用M.：電子科技大學(xué),2007,19-25,65-66.14 江太輝.MCS-51系列單片機(jī)原理與應(yīng)用M.：華南理工大學(xué),1900,40-45.15

37、 湯競南,國琴.51單片機(jī)C語言開發(fā)與實(shí)例M.：人民郵電,2008,1-4,89-9516 萌，和湘，斌.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)綜合實(shí)例（第一版）M.：清華大學(xué)，2007,94-97.Digital ControlDC Power Supply DesignDepartment ofElectronic Information EngineeringElectronic Information Engineering0 guoqiang zengInstructor teacher Mr.Jinci LiAbstractThis system to dc voltage source as the

38、 core, mainly STC89C52RC SCM, SCM system is the numerical power of the core. It is through the software.Run to control the work of the whole apparatus, thus completing the set of functions through thematrix keyboard controller to install dc- power supply output voltage, the range of 0-9.9 V, the max

39、imum current of 300mA, and can show the actual pipe by digital LCD1602 output voltage values. This system consists of microcontroller program output digital signal, through D/A converter (DAC0832) output analog amplifier,after another op amp- lm324 isolation amplifier.Finally the output voltage of e

40、quipment needed.Test results show that this system application in need of high stability of small power constant-voltage source fields.Keywordsregulated power supply of direct current; single2ch ip m icrocomputer; digital control;DAC0832附錄1 電子元器件明細(xì)表類型封裝型號(hào)數(shù)量備注瓷片電容RAD-0.11044瓷片電容RAD-0.1301瓷片電容RAD-0.13

41、01電解電容RAD-0.1220uF3電解電容RAD-0.110uF1插針HDR1X12p3插針HDR1X22p4插針HDR1X33p3插針HDR1X99p1二極管DIO10.46-5.3x2.8IN40077LEDLED-0LED-03電位器RP310K2電阻AXIAL-0.41K3電阻AXIAL-0.410K3液晶模塊HDRX16LCD16021集成電路N020DAC08321集成電路40P6AT89S511集成電路632-08LM324J1集成電路632-08DAC08321穩(wěn)壓電路T03BLM78121穩(wěn)壓電路T03BLM78051穩(wěn)壓電路T03BLM79051按鍵SWKEEP (4.

42、5X6.5)12晶振RAD-0.2XTAL1附錄2：系統(tǒng)總體電路圖1.主板電路圖：2.主板PCB圖：3.電源原理圖：4.電源pcb圖：5.系統(tǒng)仿真圖：附錄3：實(shí)物圖系統(tǒng)實(shí)物圖1：系統(tǒng)實(shí)物圖2：電源實(shí)物圖：主板pcb：附錄4：系統(tǒng)源代碼程序：/*-項(xiàng) 目（Project) ：數(shù)控直流穩(wěn)壓電源創(chuàng) 建 人 (Author) ：zeng guo qiang日 期 (Data) ：2010-1-20編 譯 器 (Complie) ：keil 2版 本 ：單 片 機(jī) (MCU type)：STC89C52RC注意事項(xiàng)(Attention)：修改時(shí)間：-*/ #include<reg52.h>/

43、*-變量定義-*/#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit key1=P10; /端口定義sbit key2=P11;sbit key3=P12;sbit key4=P13;sbit key03=P20;sbit key04=P21;sbit key05=P22;sbit key06=P23;sbit key07=P24;sbit key08=P25;sbit key09=P26;sbit rs=P14;sbit en=P15;sbit DAC_CS=P32;sbit DAC_WR=P36;uchar code table1=" guoqiang do" /初始化顯示uchar code table2=" dianya :0.0V " /初始化電源uchar s1,s2,keynum,volt;/*-函數(shù)全稱: void delay(uint z)函數(shù)功能: 延時(shí)函數(shù) （毫秒級(jí)）輸 入：unit z返 回：調(diào)用函數(shù): 注意事項(xiàng)：提示說明：-*/void delay(uint z) uint x,y; for(x=z;x>0;x-) for(y=110;y>0;y-);/*-函數(shù)全稱: