精品毕业论文--基于单片机的简易数控直流电压源的设计

精品毕业论文--基于单片机的简易数控直流电压源的设计内容摘要：

26 第 7 章 数控电压源的使用说明 27 结论 28 参考文献 29 致谢 30 附录 1 器件清单 31 附录 2 源程序清单 32 V （ 1）主程序的源程序清单 32 （ 2）外中断 1子程序的源程序清单 35 （ 3）显示子程序的源程序清单 36 （ 4）键扫子程序的源程序清单 37 （ 5）延时及启动 0832 子程序的源程序清单 38 1 第 1 章 绪 论 研究背景及意义 数控直流电压源是电子技术常用的设备之一，广泛的应用于教学、科研等领域。 传统的多功能数控直流电压源功能简单、难控制、可靠性低、干扰大、精度低且体积大、复杂度高。 普通数控直流电源品种很多，但均存在以下二个问题 : 1)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 (如 ～ )，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。 2)稳压方式均是采用串联型稳压电路，对过载进行限流或截流型保护，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。 滤波器用于滤除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替代，则可缩小直流电源的体积，减轻其重量，且晶体管滤波直流电源不需直流稳压器就能用作 家用电器的电源，这既降低了家用电器的成本，又缩小了其体积，使家用电器小型化。 传统的数控直流电压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，电压的调整精度不高，读数欠直观，电位器也易磨损，而基于单片机控制的数控直流电源能较好地解决以上传统稳压电源的不足。 随着科学技术的不断发展，特别是计算机技术的突飞猛进，现代工业应用的工控产品均需要有低纹波、宽调整范围的高压电源，特别是在一些高能物理领域，急需电脑或单片机控制的低纹波、宽调整范围的电源。 国内外研究现状 从上世纪 九十年代末起，随着对系统更高效率和更低功耗的需求，电信与数据通讯设备的技术更新推动电源行业中直流 /直流电源转换器向更高灵活性和智能化方向发展。 在 80 年代的第一代分布式供电系统开始转向到 20世纪末更为先进的第四代分布式供电结构以及中间母线结构，直流 /直流电源行业正面临着新的挑战，即如何在现有系统加入嵌入式电源智能系统和数字控制。 早在 90 年代中期，半导体生产商们就开发出了数控电压源管理技术，而在当时，这种方案的性价比与当时广泛使用的模拟控制方案相比处于劣势，因而无法被广泛采 2 用。 由于板载电源管理的更广泛应用和 行业能源节约和运行最优化的关注，电源行业和半导体生产商们便开始共同开发这种名为“数控电压源”的新产品。 现今随着直流电源技术的飞跃发展，整流系统由以前的分立元件和集成电路控制发展为微机控制，从而使直流电源智能化，具有遥测、遥信、遥控的三遥功能，基本实现了直流电源的无人值守。 本次毕业设计设计的数控直流电源主要由单片机系统、键盘、数码管显示器、 D/A转换电路、稳压电路等几部分组成。 单片机系统选用 89S52 型号单片机，采用独立式键盘及 LM350 作稳压器件。 课题研究方法 随着时代的发展，数字电子技术已经 普及到我们生活、工作、科研等各个领域，本文将介绍一种数控直流电源，本电源由电源电路、显示电路、控制电路、数模转换电路四部分组成。 准确说就是电源电路提供各个芯片电源、数码管、放大器所需电压，显示电路用于显示电源输出电压的大小，同时分析了数字技术和模拟技术相互转换的概念。 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的特点。 数控电压源是最常用的仪器设备，在科研及实验中都是必不可少的。 目前所使用的直流可调电源中，几乎都为旋纽开关调节电压，调节精度不高，而且经常跳变，使用麻烦。 利用数 控电 压 源，可以达到每步 的精度，输出电压范围 至 ，电流可以达到 3A。 针对以上问题，本课题设计了一种以单片机为核心的数控式高精度简易直流电源的设计，该电源采用数字调节、闭环实时监控、输出精度高，特别适用于各种有较高精度要求的场合。 其设计方法是由单片机通过 D/A，控制驱动模块输出一个稳定电压，同时稳压方法采用三端可调稳压管进行调整，输出电压通过电阻反馈给运放，与设定值进行比较，若有偏差则调整输出。 工作过程中，单片机输出驱动 LED显示，通过键盘可设置和调整电压值。 该电路 具有 设计简单 ， 应用广泛， 精度较高等特点。 3 第 2 章 数控电压源的方案介绍 数控电压源的方案论证 目前数控电压源已广泛使用，要实现目标其方案比较多，主要有以下几种方案： 方案一：采用单片机的数控电压源的设计 采用常用的 52芯片作为控制器， P0 口和 DAC0832 的数据口直接相连， DA 的 CS和XFER 连接后接 ， 2WR 和 1WR 接 单片机的 WR端 ，让 DA 工作在单缓冲方式下。 DA的 8 脚接参考电压， DA 的基准电压接 5V 电源 ，所以在 DAC 的 8 脚输出电压的分辨率为 5V/256 约等于 ，也就是说 DA输入数据端每增加 1，电压增加。 通过运放 LM324 将 DA的输出电流转化为电压，再通过运放 UA741 将电压反相并放大。 最后经LM350 调整输出电压并稳压。 其硬件框图如图 所示： 图 方案一 硬件框图 方案二：采用调整管的双计数器的数控电压源的设计 [8] 此方案采用传统的调整管方案，主要特点在于使用一套双计数器完成系统的控制功能，其中二进制计数器的输出经过 D/A 变换后去控制误差放大的基准电压，以控制输出步进。 十进制计数器通过译码后数码管显示输出电压值，为了使系统工作正常，必须保证双十计数器同步工作。 其硬件框图如图 所示： 键 盘数码显示8952单片机电压预置D / A 转换 电压调整输出 4 图 方案二硬件框图 方案三：采用调整管的十进制计数器的数控电压源的设计 [8] 此方案不同于方案之二处在于使用一套十进制计数器，一方面完成电压的译码显示，另一方面其作为 EPROM 的地址输入，而由 EPROM 的输出经 D/A 变换后控制误差放大的基准电压来实现输出步进，只使用了一套计数器，回避了方案二中必须保证双计数器同步的问题，但由于控制数据烧录在 EPROM 中，使系统设计灵活性降低。 其硬件框图如图 所示： 图 方案三硬件框图 整流滤波电路调整管 过流保护电源误差放大二进制计数器十进制计数器时钟, 控制D / A 转换电压预置步进加步进减译码显示+12V12V+5V输出整流滤波电路调整管 过流保护误差放大十进制计数器EPROM D / A 转换电压预置步进加步进减译码显示输出 5 方案比 较 [8] 数控部分的比较 方案二、三中采用中、小规模器件实现系统的数控部分，使用的芯片很多，造成控制电路内部接口信号繁琐，中间相互关联多，抗干扰能力差。 在方案一中采用了89S52 单片机完成整个数控部分的功能，同时， 89S52 作为一个智能化的可编程器件，便于系统功能的扩展。 输出部分的比较 方案二、三中采用线性调压电源，以改变其基准电压的方式使输出步进增加或减少，这不能不考虑整流滤波后的纹波对输出的影响，而方案一中使用运算放大器放大电压 ，由于运算放大器具有很大的电源电压抑制化，可以大大减少输出端的纹波电压。 显示部分的比较 方案二、三中的显示输出是对电压的量化值直接进行译码显示输出，显示值为 D/A变化输入量，由于 D/A 变换与功率驱动电路引入的误差，显示值与电源实际输出值之间可能出现较大偏差，而方案一中采用三位一体的数码管直接对电压值进行显示。 总之，方案一的优点是 具有精度高，使用方便，硬件电路简单等特点 ，它使用了单片机，使得进一步扩展功能较为方便；方案二、三的优点是电路结构简单，其缺点是使用比较复杂，精度没有那么高。 考虑到各 种因素，本设计采用方案一。 6 第 3 章 数控电压源的工作原理 整机电路框图 数控电压源的电路框图如图 所示： 图 数控电压源电路框图 工作原理 本 设计 介绍了以 89S52 单片机 为控制单元 ， 以数模转换器 DAC0832 输出参考电压，以该参考电压控制电压转换模块 LM350 的输出电压大小 的数控电压源。 通过改变送给单片机的数字量而达到改变输出电 压的方法。 通过三端稳压器 LM350 达到输出电压的稳定。 DA 转换电路工作原理 本设计是采用 DAC0832 实现数据的数模转换， 其 数据口 与 P0 口直接相连， DA的 CS和 XFER 连接后接 ， 2WR 和 1WR 接 单片机的 WR端 ，让 DA工作在单缓冲方式下。 DA 的 8 脚接 参考电压， 为简化设计，在本次设计中的 参考电压 用 5V 电压 ，所以在 DAC的 8脚输出电压的分辨率为 5V/256= ， 也就是说 DA输入数据端每增加 1，电压增加。 再在 DA 的电压输出端接 运放 LM324，将 DA 的输。