基于51单片机数控稳压直流电源的设计

基于51单片机数控稳压直流电源的设计内容摘要：

CH0引脚的信号， LTC1865采样的范围为 Vref到 Vcc，其中 Vref的电压由引脚 Vref决定，可以通过硬件配置为 1V~Vcc。 表 32 通道配置字选择 引脚功能： CONV：转换开始输入端。 CH0： 模拟输入通道 0。 CH1： 模拟输入通道 1。 GND：接 地 端。 SDI：串行 数据输入。 SDO：串行 数据输出。 SCK 串行时钟输入端。 VCC： 电源输入 端。 LTC1865 与单片机连接 通过稳压控制 电路处理 的模拟电压经过 LTC1865转换为数字电压，然后传输给单片机，经处理后在 LCD上面显示出来。 图 310 LTC1865与单片机连接图 稳压控制与输出模块 单运算放大器 UA741 UA741作为运算放大器中最被常用使用的一种，拥有反相和非反相两输入端， 由输入端输入欲被放大的电流或电压信号，经放大后由输出端输出。 放大器工作时的最大特点是需要一对同样大小的正负电源，其值由177。 12Vdc至177。 18Vdc不等，而一般使用177。 15Vdc的电压。 用于军事，工业和商业应用 .这类单片硅 集成电路器件 提供输出短路保护和闭锁自由运作。 芯片引脚图如下： 图 311 UA741引脚图 芯片 引脚 功能 说明： 5为偏置 (调零端 )， ， ， ， ， UA741运算放大器使用时需于 4脚位供应一对同等大小的正负电源电压 +Vdc与 Vdc，一旦与 3脚位即两输入端间有电压差存在，压差即会被放大于输出端，唯 op放大器具有一特色，其输出电压值绝不会大于正电源电压 +Vdc或小于负电源电压 Vdc，其输入电压差经放大后若大于外接电源电压 +Vdc至 Vdc之范围，其值会等于 +Vdc或 Vdc，故一般运算放大器输出电压均具有 如 图 312之特性曲线，输出电压到达 +Vdc和 Vdc后会呈现饱和现象。 图 312放大器输出输入电压关系图 反相放大电路 反相放大电路之接法如图 313，同样是使用负反馈电路方式作用，只是此时信号由反相端输入，故会得到与输入端反相之输出，当输入电压 V1增大时会使得输出电压 Vo下降，此电路可以得到（ R1/R2）倍的输出，当 a点电位为 0V时，其输出电流为 V1/R2，则 Vo=IR1=（ R1/R2） *V1 图 313 反相放大电路 运算放大器 TLE2022 TLE2022是精密 、高速、低功耗双运算放大器，它使用了德州仪器公司增强工艺。 他把OP221的最佳特性与大大改进的斜升率（转换速率）和单位增益带宽组合在一起。 他的引脚图如下： 图 314 TLE2022 引脚图 特点 ： 电源电流 ： 500uA Max。 高单位增益带宽 ： Typ。 高升斜率 ：。 在军用温度范围内电源电流的变化差 ： 37uA Typ。 可用 5V单电源和177。 15V电源工作。 相位反转保护。 离开环增益 ： 10V/uV 140dB Typ。 低失调电压 ： 150uV Max。 失调电 压随时间的漂移 ：。 低输入偏置电流 ： 50nA Max。 低噪声电压 ： f=10HZ时为 19nV/ Hz Typ。 器件的大信号差分电压放大量和相移与频率的关系如下图所示。 图 315 频率特性 应用简介 ： TLE2022 高精度运算放大器具有极低的输入失调电压，极低的失调电压温漂，非常低的输入噪声电压幅度及长期稳定等特点。 可广泛应用于稳定积分、精密绝对值电路、比较器及微弱信号的精确放大，尤其适应于宇航、军工及要求微型化、高可靠的精密仪器仪表中。 稳压控制输出 电路 首先通过 UA741将 DA 转换 器 LTC1655得到的模拟电压 进行差模处理并使之 稳定 ，然后通过运算放大器 TLE2022和 TIP122 实现高斜升率 和高增益带宽， 使相位反转、低失调电压并 输出 稳定 放大的 电压。 图 316 稳压控制与输出电路 输出短路保护电路模块 将 220V的交流电通过二极管整流桥后整流得到正负 40V 的直流电压 ，然后又通过三端稳压器 7815和 7915得到正负 15V的直流电压，在通过 7805得到正 5V的直流电压，为系统中的电源供电。 后面部分是模拟单片机短路的情况， 正常时 D1 亮（绿色）表示系统正常工作， MCU短路时，此时 D2亮（红色）。 图 317 MCU短路保护 电路 第四章 系统的软件设计 软件设计思路 当系统上电，立刻进行初始化，分别是端口初始化， D/A、 AD初始化，定时器初始化；然后系统默认电压，默认电流。 基本思路：按键扫描 → D/A 转换、电压 /电流数值显示 → 读 A/D转换并比较纠正电压 /电流数值显示 → 按键扫描，按前述循环。 系统软件流程 软件 流程图如图 41 示，负责与各子程序模块的接口和检查键盘功能号。 程序运行后，开始检测是否有键按下，若有则进入设定 按键功能。 液晶 LCD1602 直接显示 CPU 设定的数值，使 CPU资源得到充分利用。 同时系统不断采集外部数据，经过相关运算、分析，然后发出命令对实际值进行相应的修正，控制输出电压可调、稳定。 图 41 软件 流程图 第五章 系统测试与误差分析 系统测试 软件测试 在 测试软件 keil uvision3中 编制完 C语言后， 编译结果如下： 系统初始化 按键检测 粗调。 细调。 N Y 粗 调加。 Y D/A 子程序 粗调加子程序 N 粗调减子程序 细 调加。 Y 细调加子程序 Y N 细调减子程序 N A/D 子程序 显示 结果显示 ，程序 没有 错误， 有 4个警告， 加以改正，再次进行调试。 通过上述简单的测试，证明此次设计的程序基 本上正确无误。 然后，将程序的 hex文件加载到仿真电路 单片机AT89C52中，查看系统电路的运行情况；如果程序逻辑有问题可进一步修改，直到系统正常运行。 硬件仿真测试 测量结果 第一行显示： V:00:000 A:00:000,表示现实的当前电压值与电流值 第二行显示： W： 00： 000 power/CUadjust/XIadjust W:表示当前的功率 Power:表示系统上电开始工作 CUadjust：表示系统处于粗调模式 XIadjust：表示系统处于细调模式 表 51 电压测试表 显示电压值（ V） 实测电压值（ V） 误差（ V） 0 0 系统由于刚开启时在电压方面不稳定，存在一定误差，但是单片机立刻会对其进行控制，使系统再次稳定。 误差 分析 从电路的原理框图可以看出，系统的误差 来源可能与 器件和线路 的 温漂、不稳定等 因素 引起。 绝对误差：△ U=（ +） /9= 相对误差： ra=△ U/U=(+)=% 线性度： rl=△ Lmax/Y=第六章 结论 经过 这段时间 的艰苦奋战，我最终完成了毕业设计的基本要求。 虽然过程是艰苦的，但最终成功的喜悦同样令我快乐。 此设计用 D/A和运算放大器做电源，即采用 D/A输出调节晶体管的偏值电流（电压）。 采用此方案能有效的缩短调节时间， 并能提高输出精度，经计算需要采用 8 位的 D/A芯片。 为了争取时间，降低成本，我们的解决方案是采用的 AT89C52 单片机。 改变电压的大小，当单片机通过闭环负反馈调节回路的 A/D转换检测到电压没达到设定值时，将再次对输出电压进行调制，直到输出电压达到设定值；电压值理论上是线性变化的，不会产 生高次谐波，基本实现了任务书中的各项要求和目标，达到了此次毕业设计预期目的。 但更重要的是培养了我的个人完成一个设计的能力，使我进一步了解毕业设计的基本知识，能领会和灵活运用毕业设计中目标任务、计划、过程控制、总结反馈等各 个环节所涉及的内容，并且具备了迅速接受新知识的能力，对新挑战具有一定的适应能力。 收集相关资料。 一方面利用学校图书馆资源，另一方面利用网上资源。 提高设计效率，遇到不解的疑惑与老师、其他同学及时沟通，以迅速解决设计中遇 到的问题。 尽早落实工作，剩下时间专心致志做好毕业设计。 同学之间相互学习、沟通、鼓励、支持。 本次设计过程中，对纹波也没有提出严格要求，所以常用的稳压集成电路就可以满足要求。 本设计输出的电压稳压精度高，可以用在对直流要求较高的设备上，或在实验室中当作试验电源使用。 本次设计的过程 中，我发现很多的问题，给我的感觉就是很难，很不顺手，看似原理比较简单的电路，要动手把它给设计出来，是很难的一件事，主要原因是我们没有经常动手设计过电路，还有资料的查找也是一大难题，这就要求我们在以后的学习中，应该注意到这一点，更重要的是我们要学会把书本中学到的知识和实际的电路联系起来，这不论是对我们以后的就业还是学习，都会起到很大的帮助，我相信，通过这次的毕业设计，巩固了我们学习过的专业知识，也使我们把理论与实践从真正意义上结合了起来；考验了我们借助互联网络搜集、查阅相关文献资料，和组织材料的综合能力；从中 可以自我测验，认识到自己哪方面有欠缺、不足，以便于再日后的学习中得以改进、提高。 致谢 语 大学四年就快画上一个句号了，毕业设计是我在学校交的最后一份答卷。 在论文完成之际，感受收获的喜悦的同时，心中充满了更是感激之情。 在此次毕业设计过程中，特别要感谢我的指导老师徐正坤老师。 感谢您在这段日子里对我亲切的关怀和悉心的指导。 由于自己自身知识有限，所以从课题的选择到论文最终定稿这个过程中遇到了不少困难。 在 徐 老师的耐心指导与督促之下，本论文经过多番修改终于顺利地完成。 这个过程由始至终都离不开老师的辛勤。 借此机会， 我也感谢大学四年期间所有指导过我的老师，感谢他们对我无私的教诲和帮助，感谢他们的谆谆教导。 同时，感谢家中的亲人对我的默默支持和无私奉献。 最后还 要感谢一直陪伴在我身边给予我精神支持和行动支持的同学们。 正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑。 同时在你们身上我也学到了不少受益的知识。 参考文献 [1]邹红，数字电路与逻辑设计 [M]，北京：人民邮电出版社， [2]童诗白，华成英，模拟电子技术基础 [M]，北京高等教育出版社， [3]刘文涛，单片机语言 C51典型应用技术 [M]，北京：人民邮电大学出版社， [4]胡松涛，自动控制原理 [M]，北京：科学出版报社， [5]用单片机制作的直流稳压可调电源，电子世界， 2020年 11期 [6]马忠梅，单片机 C语言应用设计 [M]，北京：航天航空大学出版社， 2020 [7]王振红，电子综合设计实例集萃 [M]，化学工业出版社， 2020 [8]杨欣，电子元器件与电路设计 [M],北京：电子工业出版社， [9]Power Integration， semiconductior datasheets[R]， 2020 附录一：系统整体原理图 系统整体原理图 附录二：系统源程序 include include include //*******************主程序 **************************。