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1、可调式直流稳压电源的设计 摘 要 随着现代科技的不断进展，各类各样的电气、电子设备已经普遍的应用于日常工作、科研、学习等方方面面。电源作为电气、电子设备必不可少的能源供给部件，需求日趋增加，而且对电源的功能、稳固性等各项指标也提出了更高的要求。对电源的研究和开发已经成为新技术、新设备开发的重要环节，在推动科技进展中起着重要作用。21 世纪，科学技术的进展日新月异，科技的进步带动了电源技术的进展，现代控制设备的性能和结构发生了翻天覆地的转变。咱们已经进入了高速进展的信息时期。本设计采用 LM317 三端稳压芯片做稳压器件设计直流稳压电源，通过相关知识计算出各电路中各个器件的参数，使电路性能达到设
2、计要求中等各项指标。而且能够通过用单片机控制调节输出电压，使其在功能上具有必然智能化。本设计采用新型 STC12C5628AD 单片机,集成 A/D 转换器，直接收集输出电压和流入交流网侧电流信号，然后通过单片机对送来的电压、电流进行计算，并将此结果送入数码管,并显示出来。单片机控制电路,具有设计电路简单,制作容易,操作方便,显示直观,性能靠得住,功能完善等特点。关键词：直流稳压电源；LM317 三端稳压芯片稳压电路；单片机；智能化 The design of Adjustable DC power supply Abstract With the development of modern
3、science all kinds of electrical and electronic equipment has been widely used in daily work,scientific research,learning and other aspects.Electrical power is,as electric,electronic equipment,essential parts of the energy supply,demand has increased,and the function,stability and all kinds of indica
4、tors of electrical power also are put forward higher request.The research and development of electrical power has become the important link of a new technology,new equipment development and plays an important role in promoting the development of science and technology.The 21st century,the rapid deve
5、lopment of science and technology,advances in technology led to the development of measurement technology,modern control equipment performance and structure of earth-shaking changes have taken place.We have entered a rapid development of the information age.This design designs DC Power Supply with t
6、he LM317 three-terminal regulator chip regulator circuit,through the related knowledge calculated parameters of each device in the circuit,making the circuit performance meet all kinds of indicators of the design requirements.And by using single chip microcomputer control to adjust output voltage,ma
7、kes its intelligent on the function.This design uses the new STC12C5628AD single chip microcomputer,integrating A/D converter,directly collects output voltage and flow into exchange network side current signal,and then through the single chip microcomputer calculated the voltage,current,and the resu
8、lts into digital tube,and shows it.Single-chip microcomputer control circuit,which has simple circuit design,easy-making,convenient operation,showing intuitionally,reliable performance,and the perfect function etc.Key words：DC Power Supply;the LM317 three-terminal regulator chip regulator circuit;Si
9、ngle chip microcomputer;intelligent 目 录 摘 要.I Abstract.II 第 1 章 绪论.1 电源技术的分类与应用.1 电源技术.2 1.2.1 电源技术的现状.3 1.2.2 电源技术的创新.4 主要内容和预期目标.5 1.3.1 主要内容.6 1.3.2 预期目标.6 第 2 章 方案设计.7 设计思路.7 稳压方案的选择.7 第 3 章 主电路设计.9 整流、滤波电路设计.9 3.1.1 单相桥式整流电路.9 3.1.2 滤波电路.11 稳压电路设计.13 3.2.1 LM317 芯片简介.13 3.2.2 LM317 应用电路图.14 控制电
10、路设计.15 3.3.1 STC12C5620AD 系列单片机简介.16 3.3.2 TLC5616 数模转换器芯片简介.18 3.3.3 OP07 芯片简介.20 3.3.4 控制电路分析.20 显示电路设计.23 3.4.1 四位共阳极数码管.24 3.4.2 s8050 三极管作用.24 辅助电源电路.26 24V 基准电压源.26 3.5.2 5V 基准电压源.27 3.5.3-5V 基准电压源.28 本章小结.29 第 4 章 软件设计.30 主要程序.30 谢辞.33 附录一 元器件清单.34 附录二 单片机的管脚分派.35 第 1 章 绪论 人类的经济活动已经进入工业经济时期，并
11、正在转入高新技术产业迅猛进展的时期。电源是位于市电（单相或三相）与负载之间，向负载提供优质电能的供电设备，是工业的基础。电源技术是一种应用功率半导体器件，综合电力变换技术、现代电子技术、自动控制技术的多学科的边缘交叉技术。随着科学技术的进展，电源技术又与现代控制理论、材料科学、电动机工程、微电子技术等许多领域紧密相关。目前电源技术已慢慢进展成为一门多学科彼此渗透的综合性技术学科；它为现代通信、电子仪器、运算机、工业自动化、电力工程、国防及某些高新技术提供高质量、高效率、高靠得住性的电源起着关键的作用5。今世许多高新技术均与市电的电压、电流、频率、相位和波形等大体参数的变换与控制相关。电源技术能
12、够实现对这些参数的精准控制和高效率的处置，专门是能够实现大功率电能的频率变换，从而为多项高新技术的进展提供有力的支持。因此，电源技术不但本身是一项高新技术，而且仍是其他多项高新技术的进展基础。电源技术及其产业的进一步进展必将为大幅度节约电能、降低材料消耗和提高生产效率提供重要的手腕，并为现代生产和生活带来深远的影响9。电源现在已是超级重要的基础科技和产业，从日常生活到最尖端的科技，都离不开电源技术的参与和支持，电源技术也正是在这种环境中一步步进展起来的。电源技术的分类与应用 一般将提供电能的设备称为电源，可分为三类：（1）把其他能量转换成电能，例如水力、火力、风力及核能发电等，一般称这种电源为
13、一次电源（即供电电源，俗称电网或市电）。（2）在电能传输进程中，在供电电源与负载之间对电能进行转换或稳固处置，一般称这种电源为二次电源（即对已有的电源进行控制）。（3）平时把能量以某种形式贮存起来，使历时再变成电能供给负载，典型的器件就是人们常见的各类蓄电池。随着科学技术的进展，对电源技术的要求愈来愈高，规格品种愈来愈多，技术难度愈来愈大，涉及的学术领域也愈来愈广。就其技术本身而言，可分为三类10：（1）直流稳固电源，输入量能够是交流电或直流电，交流电能够是单相交流电或三相交流电，输出量是直流电（含稳压或稳流），包括线性控制和开关控制两种。（2）交流稳固电源，输入量多为单相或三相交流电，输出量
14、仍为交流电（单相或三相，当输入量为直流电时成为逆变器），含稳压、稳流、稳频、不中断供电等类型。（3）特种电源（工业电源），例如电镀、电解、电焊、激光、高压等类型电源，输入量多为交流市电，输出量有直流、交流或脉冲形式。电源设备普遍应用于科学研究、经济建设、国防设施及人民生活等方面，是电子设备和机电设备的基础，它与国民经济各个部门相关，在工农业生产中应用得最为普遍。能够说，凡是涉及电子和电工技术的一切领域都要用到电源设备（或器件），它不仅提供优质电能，还对科学技术的进展产生庞大的影响，例如超小型、高效率的高频开关电源的出现，增进了航天和舰船技术的进展；不中断供电电源（UPS）的研制成功，大大提高了
15、运算机、通信、导航、医疗等设备的靠得住性；脉冲电源普遍用于电焊、电镀等行业，节省了大量电能和原材料。从而能够看出电源技术的研究对国民经济的进展具有重大意义。电源技术 一般情形下，电源技术的主要内容包括以下几部份：电力电子器件、功率变换电路、电源整机及系统等。1.2.1 电源技术的现状 电源技术对科学技术及工农业生产具有明显的增进作用，世界各国都很重视这一技术的进展。我国的电源技术紧跟国际先进水平，近十年来已有长足的进步，这里仅就直流稳固电源和交流稳固电源两大类的现状做以介绍9。（1）直流稳固电源，包括线性控制型和开关控制型两种方式。线性电源的主要特点是功率器件工作在放大状态，具有稳固度高、靠得
16、住性好、本钱较低等长处，但有效率低、笨重、体积较大等缺点，适用于中、小功率和对电性能指标要求比较高的场合。例如，在科研和教学实验室、计量室作为可调电源或基准电源利用。近十连年来，多制成集成稳压模块，其品种规格较多，便于利用，价钱廉价，从而受到欢迎。开关电源的主要特点是功率器件工作在开关状态，由于开关频率较高（几十至几百千赫），甩掉了工频变压器及低频滤波电感器，从而达到减小整机体积、重量，提高工作效率的目的。近十年来由于功率半导体器件的迅速进展，使开关电源的应用愈来愈普遍。我国在 20 世纪 60 年代开始研制，至今在开关频率和单机功率等方面都取得了较快的进展。输入电源主要为直流和工频交流，输出
17、多为直流，高频变换器为中间环节，有多种电路形式。控制方式有脉宽调制式（PWM）、脉频调制式（PFM）和谐振式等。这种电源多用于运算机、程控电话互换机、通信设备及电子仪器等。（2）交流稳固电源，是交流稳压电源、稳频电源和不中断电源等具有交流稳固性能电源的总称。目前主要指交流稳压电源和不中断电源两个方面，是电源技术领域中的重要分支。由于我邦交流市电电源的电压波动较大、干扰较多、有停电等情形发生，交流稳压电源和不中断电源已成为许多电子设备不可缺少的供电装置。交流稳压电源的种类较多，主要有参数调整型、自动调压型（含补偿型）及开关型等类型，从结构上看有单一型和组合型，有工程应用型和基准源型，有的兼有稳频
18、和稳压功能，有的还有变频调压功能。不中断电源（UPS）有动态式（利用机械惯性）和静止式（利用电子控制）两种，一般多采用后者。按照输出电压性质不同有直流UPS 和交流 UPS，后者用得较多，交流 UPS 又分为后备式和在线式两大类。按照交流输入输出的相数不同，分为单相输入单相输出、三相输入单相输出和三相输入三相输出等方式。按照输出功率的大小分为小功率、中功率和大功率三种。UPS 普遍应用于运算机、程控互换机、数据处置系统、医疗诊断仪及精密电子仪器等不能中断供电的场合。20 世纪 90 年代 UPS 活着界范围内的销售额逐年增加，1995 年达到 50 亿美元左右，每一年以 14的速度增加。1.2
19、.2 电源技术的创新 1947 年末晶体管问世，随后不到十年，可控硅整流器（SCR，现称晶闸管）在晶体管渐趋成熟的基础上问世，从而揭开了电源技术长足进展的序幕。半个世纪以来，电源技术的进展不断创新。（1）高频变换是电源技术进展的主流 电源技术的精髓是电能变换，即利用电能变换技术，将市电或电池等一次电源变换成适用于各类用电对象的二次电源。开关电源在电源技术中占有重腹地位，从20kHz 进展到高稳固度、大容量、小体积、开关频率达到兆赫级的高频开关电源，为高频变换提供了物质基础，增进了现代电源技术的繁荣和进展。高频化带来的最直接的益处是降低原材料消耗，电源装置小型化，加速系统的动态反映，进一步提高电
20、源装置的效率，有效抑制环境噪声污染，并使电源进入更广漠的领域专门是高新技术领域，进一步扩展了它的应用范围。（2）新理论、新技术的指导 谐振变换、移相谐振、零开关 PWM、零过渡 PWM 等电路拓扑理论，功率因数校正、有源箝位、并联均流、同步整流、高频磁放大器、高速编程、遥感遥控、微机监控等新技术，指导了现代电源技术的进展。（3）新器件、新材料的支撑 绝缘栅双极型晶体管（IGBT）、功率场效应晶体管（MOSFET）、智能 IGBT 功率模块（IPM）、MOS 栅控晶闸管（MCT）、静电感应晶体管（SIT）、超快恢复二极管、无感电容器、无感电阻器、新型铁氧体、非晶和微晶软磁合金、纳米晶软磁合金等元
21、器件，装备了现代电源技术，增进产品升级换代。（4）控制的智能化 控制电路、驱动电路、保护电路采用集成组件。控制电路采用全数字化，控制手腕用微处置器和单片机组成的软件控制方式，达到了较高的智能化程度，而且进一步提高了电源设备的靠得住性。（5）电源电路的模块化、集成化 电源技术进展的特点是电源电路的模块化、集成化。单片电源和模块电源取代整机电源，功率集成技术简化了电源的结构，已经在通信、电力取得普遍应用，而且派生出新的供电体制-散布式供电，使集中供电单一体制走向多元化。（6）电源设备的标准规范 今天的市场已是超越区域融贯全世界的一体化市场，电源设备要进入市场，必需遵从能源、环境、电磁兼容、贸易协定
22、等一路准则，电源设备生产厂家必需同意安全、EMC、环境、质量体系等各类标准规范的认证。主要内容和预期目标 本设计电路主要采用三端可调式集成稳压器 LM317,组成正负输出可调的稳压电源电路,并用数码管直观显示电压数值。使历时,只需调节电源电压调节器,即可取得所需的电压,并在数码管上显示电压数值,利用方便,显示直观,适应范围较广。本电源电路其主要由变压器、整流、滤波、稳压、辅助电源、采样电路、数码显示等部份所组成。1.3.1 主要内容（1）设计变压电路：选用适合的电源变压器将电网电压降到所需要的交流电压值。（2）设计整流滤波电路：降压后的交流电压，通过整流电路整流变成单向脉动直流电压。直流脉动电
23、压通过滤波电路变成光滑的、脉动小的直流电压，即滤除交流成份，保留直流成份。滤波电路一般由电阻电容组成，其作用是把脉动直流电压中的大部份纹波加以滤除，以取得较光滑的直流电压。（3）设计稳压电路：稳压电路的作用是在外界因素（电网电压、负载、环境温度）发生转变时，能够输出不受影响而维持稳固的直流电压。(4)电路的仿真及搭建：安装仿真软件，元器件采购整理器件排版安装焊接。1.3.2 预期目标 利用目前应用较为灵活的 LM317 三端集成稳压器调节输出电压，可是采用这种输出电压可调且内部有过载保护的三端集成模块，其输出电压调整范围宽度一般为稳压器的基准电压为37V，得不到 0V之间的电压，如要求电压从
24、0V 起持续可调，则需要设计电压补偿电路才可实现 030V 持续可调。而且采用两种方式进行调节，一种利用电位器调节，另一种利用单片机控制调节，两种调节方式能够彼此切换知足不同的需要。而且含有数字显示部份，别离能够显示输出的直流电压和流入电网的交流电流。第 2 章 方案设计 设计思路 直流稳压电源一般由电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路、显示电路、控制电路组成7。T 工频交流脉动直流 直流整流滤波稳压负载 图 直流稳压电源方框图 故本设计直流稳压电源要完成以下工作：（1）设计变压电路：选用适合的电源变压器将电网电压降到所需要的交流电压值。（2）设计整流滤波电路：降压后的交流电压，通过整流电
25、路整流变成单向脉动直流电压。直流脉动电压通过滤波电路变成光滑的、脉动小的直流电压，即滤除交流成份，保留直流成份。滤波电路一般由电阻电容组成，其作用是把脉动直流电压中的大部份纹波加以滤除，以取得较光滑的直流电压。（3）设计稳压电路：稳压电路的作用是在外界因素（电网电压、负载、环境温度）发生转变时，能够输出不受影响而维持稳固的直流电压。（4）设计显示电路：显示电路的作用是显示输出侧输出的直流、电压的数值，主要通过单片机采样，通过计算输送到数码管显示输出值。（5）设计控制电路：控制电路的作用是通过单片机控制稳压部份输出更精准稳定的直流电压。稳压方案的选择 稳压方案设计的主要难点在可调电压部份，其要求
26、是输出电压从 0V 开始一直到 30V 应持续可调。因此，以下对当前流行的二种调压方案进行比较与选择。(1)稳压方案：利用晶体管串联式直流稳压电路。交流电压经整流滤波后，取得光滑的直流电压，并作为稳压电路的输入电源。同时采用了比较放大电路，它的核心是取样调整，输出电压的稳固是晶体管的压降相应改变，使输出电压维持稳固。(2)稳压方案：采用稳压专用集成电路。一般采用输出电压可调且内部有过载保护的三端集成模块，其输出电压调整范围宽，一般稳压器的基准电压为37V，如要求电压从0V 起持续可调，则需要设计电压补偿电路才可实现。分析：方案一，简易可用，但调压范围大时，稳压精度要差一些。方案二，利用稳压专用
27、集成电路模块，具有精度高，操作方便，性能靠得住，适用于要求较高的场合。故采用第二种设计方案。第 3 章 主电路设计 整流、滤波电路设计 在电子电路及设备中，一般都需要稳固的直流电源供电。本设计的电源为小功率直流稳压电源，输入为 50Hz，220V 交流电压，输出为直流 030V 电压，电流最大值 1.25A。变压器副边电压通过整流电路由交流电压转换为直流电压，即将正弦波电压转换为单一方向的脉动电压。半波整流电路和全波整流电路的输出波形均含有较大的交流分量，会影响负载电路的正常工作。为了减少电压的脉动，需要通太低通滤波电路滤波，使输出电压光滑。理想情形下，应该将交流分量全数去除，使滤波电路的输出
28、电压仅有直流电压。但是，由于滤波电路为无源电路，所以接入负载后必将会影响其滤波效果。对于稳固性要求不高的电路，整流、滤波后的直流电压能够作为供电电源。交流电压通过整流、滤波后虽然变成交流分量较小的直流电压，可是当电网电压波动或负载转变时，其平均值也将随之转变。稳压电路的功能是使输出直流电压大体不受电网电压的波动和负载大小的转变，从而能够取得足够高的稳固性。3.1.1 单相桥式整流电路 单项桥式整流电路的变压器中只有交流电流流过，而单相半波和全波整流电路中均有直流分量流过，所以单相桥式整流电路的变压效率比较高，在一样的功率容量条件下体积能够小一些。单相桥式整流电路的整体性能优于单相半波和全波整流
29、电路，故本设计采用单相桥式整流电路。（1）工作原理 单相桥式整流电路是将交流转换为直流的最大体的电路，其电路图和波形图如图所示。图 单相桥式整流电路 在分析整流电路工作原理时，整流电路中的二极管是作为开关利用的，具有单向导电性。按照图的电路图可知：当正半周时，二极管 D1、D3 导通，在负载电阻上取得正弦波的正半周。当负半周时，二极管 D2、D4 导通，在负载电阻上取得正弦波的负半周。在负载电阻上，正负半周通过合成，取得的是同一个方向的单相脉动电压。（2）参数计算 输出电压是单相脉动电压。通常常利用它的平均值与直流电压等效。输出平均电压为：0222012 22sin()0.9LUUUtdtUU
30、(3.1)流过负载的平均电流为：2202 20.9LLLUUIIRR(3.2)二极管所经受的最大的反向电压为：max2=2RUU(3.3)（3）单相桥式整流电路的负载特性曲线单相桥式整流电路的负载特性曲线是指输出电压与负载电流之间的关系曲线fOU 0（I），该曲线如图所示。曲线的斜率代表了整流电路的内阻。图 负载特性曲线 3.1.2 滤波电路 通过整流后的直流电幅值转变专门大,会影响电路的工作性能。可利用电容的“通交流,隔直流”的特性,在电路中并入两个并联电容作为电容滤波器,滤去其中的交流成份。滤波电路利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，实现滤波。电容器对直流开路，对交流阻抗小，所以应该并联在
31、负载两头。通过滤波电路后，既可保留直流分量，又可滤掉一部份交流分量，改变了交直流成份的比例，减小了电路的脉动系数，改善了直流电压的质量。电容滤波电路是最多见也是最简单的滤波电路,在整流电路的输出端(即负载电阻两头)并联一个电容即组成电容滤波电路。滤波电容容量较大,因此一般均采用电解电容,在接线时要注意电解电容的正负极。电容滤波电路利用电容的充、放电作用,使输出电压趋于光滑。若是将两个滤波电容相连接,且连接点接地,就可同时取得输出电压光滑的正负电源1。电容滤波整流电路如图所示，在负载电阻上并联了一个滤波电容。若电路处于正半周，二极管 D 一、D3 导通，变压器次端电压2u给电容器充电。现在 C
32、相当于并联在2u上，所以输出波形同2u，是正弦波形。当2u抵达90时，2u开始下降。先假设二极管关断，电容就要以指数规律向负载 RL放电，指数放电起始点的放电速度专门大。在2u刚过90时，正弦曲线下降的速度很慢，所以2u刚过90时二极管仍然导通。在2u超过90后的某个点，正弦曲线下降的速度愈来愈快，当刚超过指数曲线起始放电速度时，二极管关断。图 单相桥式整流电容滤波电路 所以，在 t1到2时刻，二极管导电，充电，C0按正弦规律转变；2到3时刻二极管关断，C0按指数曲线下降，放电时刻常数为L。电容滤波进程见图。图 桥式整流、电容滤波时的电压、电流波形 需要指出的是，当放电时刻常数L增加时，1点要
33、右移，2点要左移，二极管关断时刻加长，导通角减小，见图滤波曲线；反之，当L减少时，导通角增加。显然，当L很小，即L专门大时，电容滤波的效果不好，见滤波曲线中的2；反之，当L专门大，即 IL 很小时，虽然较小，L仍专门大，电容滤波的效果也专门好，见滤波曲线中的 3。所以电容滤波适合输出电流较小的场合。故本设计滤波电路采用电容滤波电路,将整流电路输出的脉动成份大部份滤除,取得比较光滑的直流电。本电路采用 2200f/50V 的大电容和f 使输出电压加倍光滑。电容滤波的计算比较麻烦，因为决定输出电压的因素较多。工程上有详细的滤波曲线可供查阅。一般常采用以下近似估算法：一种是用锯齿波近似表示，即 02
34、2(1)4LLTUUUR C(3.4)另一种是在(35)/2LR CT的条件下近似以为021.2LUUU。稳压电路设计 LM317 是固定集成稳压器芯片，通过对外围电路的改良设计，能够达到大范围的输出电压调整，不仅能知足一般小功率设备对直流电源的要求，已能知足教学上各类综合实验的需要，是各类高校理工类电子技术及相关专业开展综合整机线路设计的理想器件之一，本文将对可调式电源设计作比较详细的分析2。3.2.1 LM317 芯片简介 LM317作为输出电压可变的集成三端稳压块，是一种利用方便、应用普遍的集成稳压块。LM317 是美国国家半导体公司的三端可调正稳压器集成电路。LM317的电压输出范围是
35、37V，负载电流最大为1.5A,仅需两个外接电阻来设置输出电压，持续可调。另外,它的线性调整率为和负载调整率%也比标准的固定稳压器好。另外该器件内置过载保护电路、安全保护等多重保护功能。内阻小、电压稳固、噪音极低、输出纹波小8。图为 LM317 管脚图，如图所示为 LM317 稳压器管脚功能一、ADJ调整端，二、Vo输出端，3、Vi输入端。图 LM317 管脚图 3.2.2 LM317 应用电路图 图 LM317 的标准应用电路图 2outdj1=1.25+RVRA2（1）+I R(3.5)因为djAI常常控制在小于 100A这一项误差在多数应用中被忽略所以输出电压可近似计算为 2out1=1
36、.25+RVR（1）(3.6)仅仅从公式本身看，R 一、R2 的电阻值能够随意设定。但是作为稳压电源的输出电压计算公式，R1 和 R2 的阻值是不能随意设定的。第一 LM317 稳压块的输出电压转变范围是 1.2537outVVV(3.7)2out11.251.25RVVR(3.8)所以 R2/R1 的比值范围只能是 0。要保证LM317 在空载时能够稳固地工作,只要保证12()1.5outVRRmA就可以够了。为 LM317 稳压块的最小稳固工作电流。我选择 R1、R3 别离为 10k和 270的固定电阻。改变 R2的值能够调节输出电源值,输出电压计算公式如下:22out1=1.25+1.2
37、5(1)270RRVR（1）(3.9)有以上公式能够看出输出电压的最小值是为了保证输出电压 030V 持续可调，故引入辅助电源电路产生-5V 直流电压使电路产生分压比，实现电源一直维持能从0V 起调。控制电路设计 本设计采用滑动变阻器和单片机控制两种方式控制稳压器输出可调电压，单片机控制与滑动变阻器控制相较较，其长处在于操作简单、精度高、易于调节、输出电压稳固、抗干扰能力强。本设计采用的是新型 STC12C5620AD 系列单片机，起集成 A/D 转换器，为下一步显示电路的设计加倍简便，容易实现。控制电路中包括单片机，数模转换器 TLC5615，运算放大器 OP07。其核心思想是将单片机输出的
38、数字信号转换成模拟信号，在通过 OP07 放大后直接接到 LM317 的控制端，控制输出电压。下面咱们介绍一下主要的元器件。3.3.1 STC12C5620AD 系列单片机简介 STC12C5620AD系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机械周期(1T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路,4路PWM,8路高速10位A/D转换,针对电机控制，强干扰场合3。1）增强型 8051 CPU，1T，单时钟/机械周期，指令代码完全兼容传统8051。2）工作电压：-。3）工作频率范围：035MHz。4）
39、片上集成768字节 RAM。5）通用I/O口，复位后为：准双向口/弱上拉（普通8051传统I/O口）可设置成四种模式：准双向口/弱上拉，强推挽/上强拉，仅为输入/高阻，每一个I/O口驱动能力都可达到20mA，但整个芯片最大不要超过55mA。6）ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器可通过串口（）直接下载用户程序，数秒即可完成一片。7）有EEPROM功能。8）看门狗。9）内部集成MAX810专用复位电路（外部晶体20M以下时，可省外部复位电路）。10）时钟源：外部高精度晶体/时钟，内部R/C振荡器用户在下载用户程序时，可选择是利用内部R/C振荡器仍是外部晶
40、体/时钟常温下，内部R/C振荡器频率为：，精度要求不高时，可选择利用内部时钟，但因为有制造误差和温漂，以实际测试为准。11）PWM(4路）/PCA（可编程计数器阵列,4路）。12）A/D转换,10位精度ADC，共8路。13)通用全双工异步串行口(UART)，由于STC12系列是高速的8051，也可再用按时器软件实现多串口。图 STC12C5620AD 系列（集成 A/D 转换）管脚图 3.3.2 TLC5616 数模转换器芯片简介 TLC5615 为 1999 年推出的产品，是具有串行接口的数模转换器，其输出为电压型，最大输出电压是基准电压值的两倍。带有上电复位功能，即把 DAC 寄放器复位至
41、全零。性能比初期电流型输出的 DAC 要好。只需要通过 3 根串行总线就可以够完成 10 位数据的串行输入，易于和工业标准的微处置器或微控制器(单片机)接口,适用于电池供电的测试仪表、移动电话,也适用于数字失调与增益调整和工业控制场合。图 TLC5615 引脚图 管脚功能简介 DIN（1 脚）：串行数据输入端；SCLK（2 脚）：串行时钟输入端；CS（3 脚）：芯片选用通端，低电平有效；DOUT（4 脚）：用于级联时的串行数据输出端；AGND（5 脚）：模拟地；REFIN（6 脚）：基准电压输入端,；OUT（7 脚）：DAC 模拟电压输出端；VDD（8 脚）：正电源端，,通常取 5V。TLC5
42、615 工作时序 图 TLC5615 工作时序 TLC5615 工作时序如上图所示,能够看出,只有当片选 CS 为低电平时,串行输入数据才能被移入 16 位 移位寄放器。当 CS 为低电平时,在每一个 SCLK 时钟的上升沿将 DIN 的一名数据移入 16 位移寄放器。注意,二进制最高有效位被导前移入。接着,CS 的上升沿将 16 位移位寄放器的 10 位有效数据锁存于10 位 DAC寄放器,供 DAC 电路进行转换;当片选 CS 为高电平时,串行输入数据不能被移入16 位移位寄放器。注意,CS 的上升和下降都必需发生在SCLK 为低电平期间。3.3.3 OP07芯片简介 OP07芯片是一种低
43、噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。由于OP07具有超级低的输入失调电压（对于OP07A最大为25V），所以OP07在很多应用处合不需要额外的调零办法。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24。图 OP07管脚图 OP07芯片引脚功能说明：1和8为偏置平衡(调零端)，2为反向输入端，3为正向输入端，4接地，5空脚，6为输出，7接电源。3.3.4 控制电路分析 图为控制电路的电路图，单片机的、别离接在TLC5615的SCLK、
44、CS连接为TLC5615提供脉冲时刻和芯片选通（低电平有效）。、为键盘端口，别离接键盘S3、S二、S1，S3控制切换显示电压电流，S2控制电压加，S1控制电压减。图 单片机控制电路 单片机的与 TLC5615 的串行输入端口 DIN 端相连接，输出数字控制信号。单片机输出的数字信号不能够直接控制稳压器输出稳固的电压，必需通过TLC5615 转换为模拟信号。可是取得的模拟信号电压范围为 05V 不足以控制LM317 故有通过 OP07 放大。本设计将 OP07 接成反相较例放大电路如下图所示6，图 反相较例放大器 1反相较例放大电路的特点 由运算放大器组成的反相较例放大电按照集成运算放大器的大体
45、原理4，反相较例放大电路的闭环特性为：闭环电压增益：1fufRAR (3.10)输入电阻：1ifRR(3.11)输出电阻：01oofuoRRKA(3.12)其中：Auo为运放的开环电压增益，11fRKRR(3.13)环路带宽：1fouofRBWBWAR(3.14)其中：oBW为运放的开环带宽。最佳反馈电阻：(1)=22idoufidofRRARRRK(3.15)上式中：Rid为运放的差模输入电阻，Ro为运放的输出电阻。平衡电阻：1/PfRRR(3.16)由以上公式可取，取5ufA，所以1=5fRR，故选取=10kfR，1=2kR，p1.5kR。从以上公式能够看出，由运算放大器组成的反相输入比例
46、放大电路具有以下特性：（1）在深度负反馈的情形下工作时，电路的放大倍数仅由外接电阻 R1和 Rf 的值决定。（2）由于同相端接地，故反相端的电位为“虚地”，因此，对前级信号源来讲，其负载不是运放本身的输入电阻，而是电路的闭环输入电阻R1。由于if1R R，因此反相较例放大电路只适用于信号源对负载电阻要求不高的场合（小于 500k）（3）在深度负反馈的情形下，运放的输出电阻很小。显示电路设计 在本设计中此部份电路主要用来显示输出的电压值和流过总电路的电流值，其主要器件有单片机、数码管、s8050 三极管。此电路的设计因为采用了新型的STC12C5620AD 系列单片机它集成了共 8 路 10 位
47、精度 ADC，因此简化了数码显示电路的设计。STC12C5620AD 系列单片机在本部份电路的设计中再也不做过量的介绍。3.4.1 四位共阳极数码管 首先数码管有共阴极和共阳极之分，区别他们的方式是若公共端接地，其他端接电源，若各段测试能亮，说明是共阴极的数码管，反之为共阳极的数码管；若公共端接电源，其他端别离接地，测得各端亮，则说明是共阳的，反之为共阴的。世面上的四位一体的数码管一般都没有数据表，所以掌握他们管脚的散布是很重要的一个环节。下面是一张四位一体数码管引脚散布图 图 四位一体数码管引脚散布图 4 位一体数码管，其内部段已连接好，引脚如图所示（正面朝自己，小数点在下方）。a、b、c、
48、d、e、f、g、dp 为段引脚，一、二、3、4 别离表示四个数码管的位。3.4.2 s8050 三极管作用 在本设计中 s8050 三极管主要利用其开关作用，控制数码管的四位共阳极的通断。1 脚：射极 2 脚：基极 3 脚：集电极 图 s8050 管脚图 电压采集电流采集 图 数码显示电路 辅助电源电路 24V 基准电压源 1）LM7824 芯片简介 LM7824 是三端稳压集成电路 IC 芯片元器件，适用于各类电源稳压电路，输出稳固性好、利用方便、输出过流、过热自动保护12。图 LM7824 管脚图 图为 LM7824 管脚图，1 脚：Input 输入；2 脚：GND 接地；3 脚：Outp
49、ut 输出。2）LM7824 典型应用电路 InOutGnd 图 24V 电源电路 此电路一样是采用单相桥式整流电路，整流后的直流电压通过电容 C1、C2滤波后用集成三端稳压模块 LM7824 稳压，输出稳固的 24V 直流电压。此电路所得 24V直流电压主要为 OP07 提供工作电压和为 LM7805 提供输入电压。3.5.2 5V 基准电压源 1）LM7805 芯片简介 用 LM7805 三端稳压器来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，利用起来靠得住、方便，而且价钱廉价11。图 LM7805管脚图 图为 LM7824管脚图，1 脚：Input输入；2
50、脚：GND接地；3 脚：Output输出。2）LM7805典型应用电路 InOutGnd 图 5V电源电路 此电路直接利用LM7824稳压出来的直流电压进行稳压，取得 5V 电压，为单片机，数码管等芯片提供工作电源。3.5.3-5V 基准电压源 1）LM7905 芯片简介 LM7905 是咱们最常常利用到的稳压芯片了，它的利用方便，用很简单的电路即能够输入一个直流稳压电源,它的输出电压为-5V。它有很多的系列如ka7905，ads7905，cw7905 等，性能有微小的不同,最常常利用是 LM7905,下图为其结构见图：图 lm7905管脚图 图为LM7824管脚图，1 脚：GND接地；2 脚