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1、 目 录 第一部分 绪论.1 1.1 数控直流稳压电源的产生背景.错误!未定义书签。1.2 系统开发的意义.2 1.3 系统主要功能.2 第二部分 系统总体方案设计.3 2.1 系统整体概述.3 2.1.1 控制部分.3 2.1.2 显示部分.3 2.1.3 键盘接口部分.4 2.1.4 电源部分.4 2.1.5 其他电路部分.5 第三部分 系统硬件电路设计.6 3.1 系统硬件电路综述.6 3.2 单片机主控电路设计.7 3.3 稳压电源部分.7 3.4 显示部分.7 3.5 摸数转换部分.8 第四部分 系统软件设计.9 4.1 主程序.9 第五部分 结束语.10 第六部分 致谢.10 第七
2、部分 参考文献.11 1 第一部分 绪论 1.1 数控电压源产生的背景 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、控制理论、材料等诸多学科领域。直流稳压电源是电子技术常用的仪表设备之一，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试验操作和科学研究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、复杂度高。普通的直流稳压电源品种有很多，但均存在一下
3、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，或需要在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，对过载进行限流和截流保护，电路构成复杂，稳压精度也不高。在家用电器和其他各类电子设备中，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代替，则可缩小直流电源的体积减轻
4、其重量，且晶体管滤波直流电源不需要直流稳压器就能用作家用电器的电源，就既降低了家用电器的成本，由缩小了其体积，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，电压的调节精度不高，读数欠直观，电位器也易磨损。而基于单片机控制的直流稳压电源就较好地解决以上传统稳压电源的不足。数控稳压电源是电子行业发展的必然产物。近年来，随着电子技术的发展可调稳压电源应用的越来越广泛。目前，由各种单片机构成的数字稳压电源产品越来越多，已被广泛用于家庭电器、工业电器、军事电器等领域，显示出强大的生命力。与此同时，由于它扩展能力很强,功能日趋完善而扩展到人
5、们生活的各个方面。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，电力电子技术是电能的最佳应用技术之一。当今电源技术融合了电气、电子、系统集成、控制理论和材料等诸多学科领域。随着计算机和通讯技术发展而来的现代信息技术革命，给电力电子技术提供了广阔的发展前景，同时也给电源提出了更高的要求。数控电源是从80 年代才真正的发展起来的，在以后的一段时间 2 里，数控电源技术有了长期的发展。但其产品存在数控程度达不到要求、分辨率不高、功率密度比较低、可靠性较差的缺点。因此数控电源主要的发展方向，是针对上述缺点不断加以改善。单片机技术及电压转换模块的出现为精确数控电源的发展提供了有利
6、的条件。1.2 系统开发的意义 随着时代的发展，数字电子技术已经普及到我们生活、工作和科研等各个领域。本文将介绍一种数控直流稳压电源，本电源由直流电源、控制电路、显示电路、数模转换电路、电压放大和射极输出等部分组成。具体说采用 51 系列单片机作为整机的控制单元，通过改变输入数字量来改变输出电压值，经集成运放放大和射极输出器输出，间接地改变输出电压的大小。与传统的稳压电源相比具有操作方便，电源稳定性高以及其输出电压大小采用数码显示等的特点。1.3 系统主要功能 本系统以 AT89C51 单片机作为系统的核心，由 D/A 数字模拟转换模块、按键、LED 串口显示模块等模块组成一个数控电源。该系统
7、实现了 输出电压：范围 1.2V 10 V，步进 0.5V（符合要求），纹波不大于 30mV；输出电流：500mA；输出电压值由数码管显示；由“”、“”两键控制输出电压步进增减。输入模块的按键按下之后，对单片机就有了一个输入，单片机将输入的数字一方面给显示模块，让它们在数码管中显示出来；另一部分输给 DAC0808，让它转化为模拟量电流输出，通过运算放大器将这模拟量转化为相应的电压，这电压经过放大后控制 LM317T 的控制端，从而实现输出电压的控制 3 第二部分 系统总体方案设计 2.1 系统整体概述 本文设计整体框图如图1 所示，主要分为单片机控制，显示电路，按键，D/A转换，变压器，稳压
8、电路等模块。这几个模块通过单片机的控制来协调工作。2.1.1 控制部分 本文采用 AT89C51 单片机来实现对整个系统的控制，与协调工作。如图 2 为单片机的原理图：图 2 单片机原理图 2.1.2 显示部分 本文选用共阳极数码管来作为显示部分，因为所要显示的数字较少，因而数码管显示能够满足要求。如图 3 所示为数码管的原理图：4 图 3 数码管原理图 2.1.3 键盘接口部分 键盘是单片机应用系统中使用最广泛的一种数据输入设备。键盘分为独立式键盘和矩阵键盘。方案一，采用独立式键盘 独立式键盘，每个键占用一条 I/O 线，当按键数量较多时，I/O 口，利用率不高，但是程序编制简单，适用于所需
9、按键较少的场合。方案二，采用行列式矩阵键盘 电路连接复杂，但是提高了 I/O 口的利用率，软件编程较复杂，适用于需要大量按键的场合。因为本设计所需要的按键简单，故选者方案一。2.1.4 稳压电源部分 本文选用三端稳压电源，输出 15V，电流为 1A。如图 4 所示为其引脚图：图 4 LM7915 外形引脚图 2.1.5 D/A 转换器 5 本文数模转换器选用 DAC0808 型号，它是一个 8 位的 DAC 转换器，DAC0808是具有 16 个引脚的双列直插式 8 位 D/A 转换器件。其引脚功能分别为：1 脚为空,2 脚为 GND,3 脚为 VEE，4 脚为 DAC 输出引脚，512 脚为
10、数据输入引脚，13脚为 VCC，14 脚为基准电压（VREF），15 脚为基准电压（VREF），16 脚为COMPENSATION。当数据输入量全为 0 时，其 4 脚输出电压最低，接近零；当数据输入量全为 1 时，其 4 脚输出电压最高，电压值由基准电压 VREF 决定。因此，基准电压的精度决定了 D/A 转换的精度。2.1.6 运放 NE5532 NE5532 是一种双运放高性能低噪声运算放大器。相比较大多数标准运算放大器，如 1458，它显示出更好的噪声性能，提高输出驱动能力和相当高的小信号和电源带宽。这使该器件特别适合应用在高品质和专业音响设备，仪器和控制电路和电话通道放大器。引脚图如
11、图 5 所示：图 5 NE5532 引脚图 6 第三部分 系统硬件电路设计 3.1 系统硬件电路综述 系统的采用了 AT89C51，配合 D/A 转换器件 DAC0808 和三端稳压块实现电压连续可调（精度为：0.1V）。同时能通过 LED 数码管显示相应的电压值，直观、可靠、实用，电路结构简单。数字控制部分用+、-按键控制一可逆二进制计数器，二进制计数器的输入输出到 D/A 转换器，经 D/A 转换器转换成相应的电压，此电压经过放大到适合的电压值后，去控制稳压电源的输出，是稳压电源的输出电压以0.1V 的步进值增或减。系统总设计部分为图6：图 6 系统硬件总设计 下面主要介绍下主要硬件模块。
12、3.2 单片机主控电路设计 本文采用 AT89C51 单片机来实现对整个系统的控制，与协调工作；单片计算机即单片微型计算机是集 CPU，RAM，ROM,定时，计数和多种接口于一体的微控制器。它体积小，成本低，功能强，广泛应用于智能产业和工业自动化上。而51 系列单片机是各单片机中最为典型和最有代表性的一种。7 3.3 稳压电源部分 如图 7 所示，该部分主要是由三端稳压器LM7815、LM7915、LM7805 和若干个电容、二极管元器件组成，220V 市电经 220V/36V 变压器降压后得到的双 15V交流电压，经三端稳压器 LM7815 和 LM7915 得到的+15V，再经过 LM78
13、05 得到的+5V 的电压。图 7 稳压电源图 3.4 显示部分 在图 8 中，显示部分比较简单，主要是由两个数码管和若干电阻组成，两个数码管分别显示电压的个位和十分位，该部分是由单片机完成的，数码管的各个端口以依次连到 AT89C51 单片机的 P01、P02、P03、P04 口，完成电压显示部分。8 图 8 显示部分 3.5 模数转换部分 本系统中的数模转换电路如图 9 所示。它由 DAC0808、两级低漂移的运放电路组成。DAC0808 和运放将 CPU 发出的 8 位二进制数据转换成 0-5 V 的电压，然后经运放 U8 反向放大 2 倍，以得到 010 V 电压。因此，该 DAC 的
14、转换分辨率为 10(28-1)=0.04 V，即 CPU 输出给 DAC 的数据变化为 1 Bit，DAC 输出电压的变化为 0.1 V。VREF 电路为 DAC 提供基准电压，调节 R5A，可使基准电压保持为 5 V。图 9 数模转换电路图 9 第四部分 系统软件设计 4.1 主程序 主程序流程如图 10 所示。图 10 主程序流程图 本电路采用 51 系列单片机作为整机的控制单元，通过改变输入数字量来改变输出电压值，从而使输出功率管的基极电压发生变化，间接地改变输出电压的大小。为了能够使系统具备检测实际输出电压值的大小，可以经过 ADC0809 进行模数转换，间接用单片机实时对电压进行采样
15、，然后进行数据处理及显示。采用软件方法来解决数据的预置以及电流的步进控制，使系统硬件更加简洁，各类功能易于实现本系统以直流电源为核心，利用 51 系列单片机为主控制器，通过键盘来设置直流电源的输出电流，设置步进等级可达 0.1V，并可由数码管显示实际输出电压值和电压设定值。利用单片机程控输出数字信号，经过 D/A 转换器（DA0832）输出模拟量，再经过运算放大器隔离放大，控制输出功率管的基极，随着功率管基极电电流的变化而输出不同的电压。单片机系统还兼顾对恒压源进行实时监控，输出电压经过电流/电压转变后，通过 A/D 转换芯片，实时把模拟量转化为数据量，经单片机分析处理，通过数据形式的反馈环节
16、，使电压更加稳定，构成稳定的压控电压源。1 0 第五部分 结束语 本文设计的数控直流电压源，利用 AT89C51单片机及其外围扩展电路，采用了键盘数码显示，该电源具有调整方便、步进精度高等特点，可作为电子仪器直流标准电压源，其数字化的输入快捷方便、简洁明了。第六部分 致谢 历时三个月的毕业设计已经告一段落。经过自己不断的搜索努力以及老师的耐心指导和热情帮助，本设计已经基本完成。在这段时间里，在老师严谨的治学态度和热忱的工作作风令我十分钦佩，他的指导使我受益非浅。同时本系创新实验室的开放也为我的设计提供了实习场地。在此对老师表示深深的感谢。通过这次毕业设计，使我深刻地认识到学好专业知识的重要性，
17、也理解了理论联系实际的含义，并且检验了大学四年的学习成果。虽然在这次设计中对于知识的运用和衔接还不够熟练。但是我将在以后的工作和学习中继续努力、不断完善。这三个月的设计是对过去所学知识的系统提高和扩充的过程，为今后的发展打下了良好的基础。由于自身水平有限，设计中一定存在很多不足之处，敬请各位老师批评指正 1 1 第七部分 参考文献 1 郭天祥.新概念 51 单片机 C 语言教程:入门、提高、开发、拓展全攻略.北京：电子工业出版社.2009 2 张有德等.单片微型机原理、应用与实验.上海：复旦大学出版社.2006 3 康华光.电子技术基础（模拟部分 第五版）高等教育出版社，2006 4 TEA5767 技术文档 http/ 5 徐明雪.用单片机控制 TEA5768HL 设计数字调谐 FM 收音机【J】.无线电，2005 6 林峰，孙军，采用 tea5767 的调频收音机电路设计【J】.电声技术，2005年 4 月.7 沈红卫，单片机应用系统设计实例与分析【M】.北京:北京航空航天大学出版社，2003 8 蒋厚学.protel99se 仿真软件在高频电路布线设计中的应用【J】.科学咨询，2009（13）：36.