基于單片機程控精密直流電源的設(shè)計電氣自動化畢業(yè)設(shè)計_說明

1、 . . . 礦業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)課題（設(shè)計）題目基于單片機程控精密直流電源的設(shè)計摘 要隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，推動了電源行業(yè)朝著更高靈活性和智能化的方向發(fā)展。穩(wěn)壓直流電源在各種電子產(chǎn)品和電子實驗中都扮演著越來越重要的角色。 本文設(shè)計了一款穩(wěn)定性好、精度高、輸出可程控的線性直流電源。該電源功能實現(xiàn)設(shè)計包含硬件部分和軟件部分兩大塊。其中硬件部分由電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路、保護電路、程控電路、顯示電路以與支持單片機運行的電路。交流電網(wǎng)的220V流入變壓器變壓后，經(jīng)過整流、濾波電路成為近似的直流電壓，再通過穩(wěn)壓電路獲得穩(wěn)定的直流輸出。整個設(shè)計是一個模塊化的設(shè)計方法，每個模塊電路功

2、能的基礎(chǔ)上，綜合考慮，選擇最佳的組合來實現(xiàn)設(shè)計的目的。 此方案的控制部分采用8031單片機，輸出部分也不再采用傳統(tǒng)的調(diào)整管方式，而是在D/A轉(zhuǎn)換之后，經(jīng)過穩(wěn)定的功率放大而得到。因為使用了單片機，整個系統(tǒng)可編程，使得系統(tǒng)的靈活性大大增加。該直流穩(wěn)壓電源輸出圍0V10V的直流電壓，輸出分辨率為0.01V，采用鍵盤預(yù)置電壓值的控制方式，輸出電壓的實際值與計算編程得出的理論值之誤差的絕對值不超過0.05V。本設(shè)計具有線路簡單、響應(yīng)迅速、穩(wěn)定性好等特點，由于采用直接對輸出電壓進行采樣并顯示輸出實際電壓值，一旦系統(tǒng)工作異常，出現(xiàn)預(yù)置值與輸出值偏差過大，用戶可以根據(jù)該信息予以處理。本文詳細分析了電源的拓樸圖

3、與工作原理。關(guān)鍵詞: 直流穩(wěn)壓電源；8031單片機；程控；精密；功率放大- 29 - / 32目 錄第1章 緒 論1 1.1 研究背景1 1.2研究目的和意義2 1.3 總體設(shè)計方案3第二章 系統(tǒng)硬件部分設(shè)計4 2.1 穩(wěn)定電源模塊4 2.2 整流電路 2.3 濾波電路 2.4 單片機最小控制模塊 2.5 按鍵控制模塊 2.6 顯示器模塊 2.7 D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊 2.8 穩(wěn)壓控制模塊第三章 系統(tǒng)軟件部分設(shè)計 3.1系統(tǒng)軟件設(shè)計的原則 3.2 程序設(shè)計流程圖 3.3 按鍵設(shè)置流程圖 3.4 D/A轉(zhuǎn)換流程圖 3.5顯示模塊流程圖第四章 結(jié) 論參看文獻致 附 錄緒 論1.1 研究背景伴隨著改革

4、開放的步伐，我國的電子信息產(chǎn)業(yè)從90年代開始有了非常迅猛的發(fā)展。隨著各種高新技術(shù)的引進與飛速更新，電源產(chǎn)業(yè)也經(jīng)歷了從無到有，從有到高端的發(fā)展路程。從最原始的低端化學(xué)電源，到之后高端數(shù)控電源，電源行業(yè)跟隨著科技發(fā)展的步伐，朝著越來越靈活，越來越智能的方向發(fā)展。由于國家對科學(xué)技術(shù)的重視與資金支持，我們的電力電子技術(shù)的研究已經(jīng)能緊緊跟隨國外先進技術(shù)的步伐，可以生產(chǎn)出技術(shù)含量高，達到國際先進水平的產(chǎn)品。從國外目前已掌握的技術(shù)來看，完全由硬件實現(xiàn)的電流源多采用固定值的控制，而數(shù)控電流源的電流可任意設(shè)定，且控制精度較高。然而同發(fā)達國家相比，仍然存在很大的差距和不足：在電源產(chǎn)品的質(zhì)量、可靠性、開發(fā)投入、生產(chǎn)

5、規(guī)模、工藝水平、先進檢測設(shè)備、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、持續(xù)創(chuàng)新能力等方面的差距為1015年，尤其在實現(xiàn)直流恒流的智能化、網(wǎng)絡(luò)化方面的研究不是很多。目前國在這兩方面研究比較多的是電子科技大學(xué)和華南理工大學(xué)，主要是利用單片機和可編程系統(tǒng)器件來控制開關(guān)直流穩(wěn)壓電源或數(shù)字化電壓達到數(shù)控的目的，但和國外的比較起來，效果不是很理想，還存在很大的差距和不足?？偟膩碚f，國直流恒流源技術(shù)在實現(xiàn)智能化等方面相對落后，面對激烈的國際競爭，是個嚴重的挑戰(zhàn)。1.2 研究目的和意義電源作為電子設(shè)備的核心部分，其性能的好壞直接影響到電子設(shè)備的可靠性。所涉與到的電源技術(shù)應(yīng)用十分廣泛，服務(wù)于很多行業(yè)和產(chǎn)品之中。時下的電源技術(shù)融合了電氣

6、、電子、系統(tǒng)集成、控制理論、材料等諸多領(lǐng)域。隨著社會的發(fā)展和科技的進步，對電源技術(shù)的發(fā)展提供了廣闊的空間，同時也相應(yīng)的提出了更高的要求。時下市場上許多數(shù)控電流源存在的問題主要表現(xiàn)在：輸出精度不是很高，負載能力不是太強，性價比不高，操作程序復(fù)雜，工作狀態(tài)不太穩(wěn)定等方面。此次研究就是想通過AT89C51單片機作為控制系統(tǒng)來提升輸出精度，再加上采用模塊組合優(yōu)化穩(wěn)壓電路的方法來提升整個電源的負載能力，設(shè)計出所需要的符合標準的可以程控、輸出電壓數(shù)碼顯示的線性穩(wěn)壓直流電源，努力優(yōu)化組合現(xiàn)有的先進技術(shù)，不斷推動直流穩(wěn)壓電源行業(yè)的進步，為將來更先進的技術(shù)和目的的實現(xiàn)打下堅實的基礎(chǔ)。1.3 總體設(shè)計方案單片機技

7、術(shù)的運用，不僅可以達到純數(shù)字電路的效果，還可以大大簡化電路，利用軟件對電路進行保護，使得整體上能夠保證高精度、高性能、低功耗等優(yōu)點。圖1.1總體方案電路框圖2 系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計2.1 穩(wěn)壓電源模塊在電子電路中，通常都需要電壓穩(wěn)定的直流電源供電。小功率穩(wěn)壓電源的組成可以用圖2-1表示，它是由變壓器，整流，濾波，和穩(wěn)壓電路等四個部分組成。圖 2.1直流穩(wěn)壓電源組成框圖電源變壓器是將交流電網(wǎng)220V的電壓變?yōu)樗枰碾妷褐担缓笸ㄟ^整流電路將電壓變成脈動的直流電壓。由于此脈動的直流電壓還含有較大的紋波，必須通過濾波電路加以濾除，從而得到平滑的支流電壓。但這樣的電壓還隨電網(wǎng)電壓波動（一般有正負10%

8、左右的波動），負載和溫度的變化而變化。因而在整流、濾波電路之后，還需接穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)電網(wǎng)電壓波動、負載和溫度變化時，維持輸出直流電壓的穩(wěn)定。當(dāng)負載要求功率較大，效率較高時，常采用開關(guān)穩(wěn)壓電源1。方案一：半波整流電路。半波整流電路原理圖如圖2.2所示它由電源變壓器T整流二極管D和負載電阻組成,變壓器的初級接交流電源,次級所感應(yīng)的交流電壓為其中為次級電壓的峰值, 為有效值。電路的工作過程是：在的正半周（）,二極管因加正向偏壓而導(dǎo)通,有電流流過負載電阻。由于將二極管看作理想器件,故上的電壓與的正半周電壓基本一樣。在的負半周（）,二極管D因加反向電壓而截止, 上無電流流過, 上的電壓=

9、0。半波整流電路結(jié)構(gòu)簡單,元件少,但是輸出電壓直流成分較?。ㄖ挥邪雮€波）,脈動程度較大,整流效率低,所以僅適用于輸出電流小、允許脈動程度大、要求較低的場合2。二極管半波整流電路實際上利用了二極管的單向?qū)щ娞匦?。方案二：全波整流電路。原理圖如圖2.3所示。圖2.3 全波整流原理圖它是由次級具有中心抽頭的電源變壓器Tr、兩個整流二極管、和負載電阻組成。變壓器次級電壓和大小相等，相位相反，即 式中，是變壓器次級半邊繞組交流電壓的有效值。全波整流電路的工作過程是：在的正半周（）正偏導(dǎo)通，反偏截止，上有自上而下的電流流過，上的電壓與一樣。在的負半周（），反偏截止，正偏導(dǎo)通，上也有自上而下的電流流過，上的

10、電壓與一樣3。全波整流輸出電壓的直流成分（較半波）增大，脈動程度減小，但變壓器需要中心抽頭、制造麻煩，整流二極管需承受的反向電壓高，故一般適用于要求輸出電壓不太高的場合。方案三：橋式整流電路。原理圖如圖2.4所示，是使用非常多的一種整流電路。這種電路，只要增加兩只二極管口連接成橋式結(jié)構(gòu)，便具有全波整流電路的優(yōu)點，同時還能在一定程度上克服了它的不足。 圖2.4 橋式整流電路原理圖橋式整流電路的工作原理如下：E2為正半周時，對、和方向電壓，導(dǎo)通；對、加反向電壓，、截止。電路中構(gòu)成、通電回路，在，上形成上正下負的半波整洗電壓，為負半周時，對、加正向電壓，、導(dǎo)通；對、加反向電壓，、截止。電路中構(gòu)成、通

11、電回路，同樣在上形成上正下負的另外半波的整流電壓。 如此重復(fù)下去，結(jié)果在上便得到全波整流電壓。其波形圖和全波整流波形圖是一樣的4。 橋式整流電路的整流效率和直流輸出與全波整流電路一樣，而且變壓器的利用率最高。所以本設(shè)計就采用的是橋式整流電路。 2.2 濾波電路濾波電路常用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成，如在負載電阻兩端并聯(lián)電容器C，或與負載串聯(lián)電感器L，以與由電容，電感組成而成的各種復(fù)式濾波電路。對于濾波電路有兩種方案。方案一：橋式整流電路。橋式整流電感濾波電路如圖2.5所示。圖2.5 橋式整流電感濾波電路根據(jù)電感的特點，當(dāng)輸出電流發(fā)生變化時，電感L中將感應(yīng)出一個反電勢，使整流

12、管的導(dǎo)電角增大，其方向?qū)⒆柚闺娏靼l(fā)生變化。在橋式整流電路中，當(dāng)正半周時，、導(dǎo)電，電感中的電流將滯后不到90。當(dāng)超過90后開始下降，電感上的反電勢有助于、繼續(xù)導(dǎo)電。當(dāng)處于負半周時，、導(dǎo)電，變壓器副邊電壓全部加到、兩端，致使、反偏而截止，此時，電感中的電流將經(jīng)由、提供。由于橋式電路的對稱性和電感中電流的連續(xù)性，四個二極管、；、的導(dǎo)電角都是180，這一點與電容濾波電路不同。已知橋式整流電路二極管的導(dǎo)通角是180，整流輸出電壓是半個正弦波，其平均值約為。電感濾波電路，二極管的導(dǎo)通角也是180，當(dāng)忽略電感器L的電阻時，負載上輸出的電壓平均值也是。如果考慮濾波電感的直流電阻R，則電感濾波電路輸出的電壓平均

13、值為 （1）要注意電感濾波電路的電流必須要足夠大，即不能太大，應(yīng)滿足L，此時可用下式計算由于電感的直流電阻小，交流阻抗很大，因此直流分量經(jīng)過電感后的損失很小，但是對于交流分量，在L和上分壓后，很大一部分交流分量降落在電感上，因而降低了輸出電壓中的脈動成分。電感L愈大，RL愈小，則濾波效果愈好，所以電感濾波適用于負載電流比較大且變化比較大的場合。采用電感濾波以后，延長了整流管的導(dǎo)電角，從而避免了過大的沖擊電流5。方案二：電容濾波電路當(dāng)電路采用電容濾波，輸出端空載，如圖2.6所示。圖2.6 橋式整流電容濾波電路設(shè)初始時電容電壓為零。接入電源后，當(dāng)在正半周時，通過、向電容器C充電；當(dāng)在的負半周時，通

14、過、向電容器C充電，充電時間常數(shù)為。式中包括變壓器副邊繞組的直流電阻和二極管的正向?qū)娮?。由?一般很小，電容器很快就充到交流電壓的最大值。此后，開始下降，由于電路輸出端沒接負載，電容器沒有放電回路，所以電容電壓值不變，此時，二極管兩端承受反向電壓，處于截止?fàn)顟B(tài)，電路的輸出電壓，電路輸出維持一個恒定值6。實際上電路總要帶一定的負載，有負載的情況如下。接通交流電源后，二極管導(dǎo)通，整流電源同時向電容充電和向負載提供電流,輸出電壓的波形是正弦形。在時刻，即達到90峰值時，開始以正弦規(guī)律下降，此時二極管是否關(guān)斷，取決于二極管承受的是正向電壓還是反向電壓。先設(shè)達到90后，二極管關(guān)斷，那么只有濾波電容以

15、指數(shù)規(guī)律向負載放電，從而維持一定的負載電流。但是90后指數(shù)規(guī)律下降的速率快，而正弦波下降的速率小，所以超過90以后有一段時間二極管仍然承受正向電壓，二極管導(dǎo)通。隨著的下降，正弦波的下降速率越來越快，的下降速率越來越慢。所以在超過90后的某一點，例如圖5(b)中的時刻，二極管開始承受反向電壓，二極管關(guān)斷。此后只有電容器C向負載以指數(shù)規(guī)律放電的形式提供電流，直至下一個半周的正弦波來到，再次超過，如圖5(b)中的時刻，二極管重又導(dǎo)電。以上過程電容器的放電時間常數(shù)為電容濾波一般負載電流較小，可以滿足較大的條件，所以輸出電壓波形的放電段比較平緩，紋波較小，輸出脈動系數(shù)S小，輸出平均電壓大，具有較好的濾波

16、特性7。2.3單片機最小控制模塊單片機是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機系統(tǒng)。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個完整計算機所需要的大部分部件：CPU、存、部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會具有外存。同時集成諸如通訊接口、定時器，實時時鐘等外圍設(shè)備。而現(xiàn)在最強大的單片機系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。單片機也被稱為微控制器（Microcontroler），是因為它最早被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。單片機由芯片僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來。最早的設(shè)計理念是通過將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成進復(fù)雜的而對提與要求嚴格的

17、控制設(shè)備當(dāng)中。英特爾的Z80是最早按照這種思想設(shè)計出的處理器，從此以后，單片機和專用處理器的發(fā)展便分道揚鑣8。早期的單片機都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因為簡單可靠而性能不錯獲得了很大的好評。此后在8031上發(fā)展出了MCS51系列單片機系統(tǒng)?；谶@一系統(tǒng)的單片機系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開始出現(xiàn)了16位單片機，但因為性價比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。90年代后隨著消費電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機技術(shù)得到了巨大的提高。隨著INTEL i960系列特別是后來的ARM系列的廣泛應(yīng)用，32位單片機迅速取代16位單片機的高端地位，并且進入主流市場。而傳統(tǒng)的8

18、位單片機的性能也得到了飛速提高，處理能力比起80年代提高了數(shù)百倍。目前，高端的32位單片機主頻已經(jīng)超過300MHz，性能直追90年代中期的專用處理器，而普通的型號出廠價格跌落至1美元，最高端的型號也只有10美元。當(dāng)代單片機系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機環(huán)境下開發(fā)和使用，大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在全系列的單片機上。而在作為掌上電腦和手機核心處理的高端單片機甚至可以直接使用專用的Windows和Linux操作系統(tǒng)。單片機比專用處理器更適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了最多的應(yīng)用。事實上單片機是世界上數(shù)量最多的計算機?，F(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機械產(chǎn)品中都會集成有單片機。手機、計算器、家用電

19、器、電子玩具、掌上電腦以與鼠標等電腦配件中都配有1-2部單片機。而個人電腦中也會有為數(shù)不少的單片機在工作。汽車上一般配備40多部單片機，復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺單片機在同時工作！單片機的數(shù)量不僅遠超過PC機和其他計算的綜合，甚至比人類的數(shù)量還要多9。2.3單片機最小控制模塊單片機是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機系統(tǒng)。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個完整計算機所需要的大部分部件：CPU、存、部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會具有外存。同時集成諸如通訊接口、定時器，實時時鐘等外圍設(shè)備。而現(xiàn)在最強大的單片機系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊

20、芯片上。單片機也被稱為微控制器（Microcontroler），是因為它最早被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。單片機由芯片僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來。最早的設(shè)計理念是通過將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成進復(fù)雜的而對提與要求嚴格的控制設(shè)備當(dāng)中。英特爾的Z80是最早按照這種思想設(shè)計出的處理器，從此以后，單片機和專用處理器的發(fā)展便分道揚鑣8。早期的單片機都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因為簡單可靠而性能不錯獲得了很大的好評。此后在8031上發(fā)展出了MCS51系列單片機系統(tǒng)。基于這一系統(tǒng)的單片機系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開始出

21、現(xiàn)了16位單片機，但因為性價比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。90年代后隨著消費電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機技術(shù)得到了巨大的提高。隨著INTEL i960系列特別是后來的ARM系列的廣泛應(yīng)用，32位單片機迅速取代16位單片機的高端地位，并且進入主流市場。而傳統(tǒng)的8位單片機的性能也得到了飛速提高，處理能力比起80年代提高了數(shù)百倍。目前，高端的32位單片機主頻已經(jīng)超過300MHz，性能直追90年代中期的專用處理器，而普通的型號出廠價格跌落至1美元，最高端的型號也只有10美元。當(dāng)代單片機系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機環(huán)境下開發(fā)和使用，大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在全系列的單片機上。而在作為掌上電腦和手機核心處理的

22、高端單片機甚至可以直接使用專用的Windows和Linux操作系統(tǒng)。單片機比專用處理器更適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了最多的應(yīng)用。事實上單片機是世界上數(shù)量最多的計算機?，F(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機械產(chǎn)品中都會集成有單片機。手機、計算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以與鼠標等電腦配件中都配有1-2部單片機。而個人電腦中也會有為數(shù)不少的單片機在工作。汽車上一般配備40多部單片機，復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺單片機在同時工作！單片機的數(shù)量不僅遠超過PC機和其他計算的綜合，甚至比人類的數(shù)量還要多9。2.4 按鍵控制模塊方案一：采用矩陣鍵盤，由于按鍵多可實現(xiàn)電壓值的直接鍵入。AT89

23、C51單片機的并行口P1接44矩陣鍵盤，以P1.0P1.3作輸入線，以P1.4P1.7作輸出線；P1口輸出按鍵信息，在數(shù)碼管上顯示每個按鍵的“0F”序號。實際電路圖連接如圖2.8所示。圖2.8 矩陣鍵盤電路方案二：采用一般的電平判鍵按鈕，實現(xiàn)方法很簡單，但一個端口最多只實現(xiàn)8個按鍵。由于本數(shù)控電源需要用的按鍵不多，要實現(xiàn)步進為1V的設(shè)計要求，只需用一個“+”和一個“-”按鍵，另外再加兩個按鍵用于實現(xiàn)固定電壓輸出，按鍵時可直接輸出相應(yīng)電壓。4個按鍵就可實現(xiàn)本題的設(shè)計要求，固采用方案二。該部分主要由四個鍵組成，分別實現(xiàn)的是“+”、“-”、“開始”、“切換”功能，與單片機的P3.0、P3.1、P3.

24、2、P3.3口連接，控制AT89C51單片機，達到對數(shù)字的控制，可以通過按鍵對電壓進行調(diào)整，按照實際需要可以通過按鍵得到所需的電壓，調(diào)節(jié)圍是09.9 V，步進0.1V11。4個獨立按鍵S1S4分別與C51的p1.0p1.3相連接，獨立按鍵S1為電壓調(diào)整按鈕，S2為電壓加一按鈕，S3為電壓減一按鈕，S4為D/A轉(zhuǎn)換確認鍵。S1S3按鍵的作用是通過程序控制對輸入的電壓隨時可調(diào)，且步進值能夠為0.1V增加或者減少。S4鍵的作用是按下啟動D/A轉(zhuǎn)化，將單片機的預(yù)設(shè)值轉(zhuǎn)化為模擬量輸出。按鍵與單片機的連接圖見圖2.9。圖2.9 鍵盤電路2.5 顯示器模塊相比于市場上常用的數(shù)碼管，本次設(shè)計采用的LCD160

25、2液晶顯示器有著更高清晰度與更多顯示空間的優(yōu)勢。其所用到的字符型液晶顯示模塊式專門用于顯示字母、數(shù)字、符號的點陣型液晶顯示模塊。LCD1602是工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示16x02即32個字符。LCD1602采用標準的14腳（無背光）或16腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如表2-1所示:表2-1 XX表編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負極表2.1 LCD1602引腳接口說

26、明液晶LCD1602與STC單片機的連接電路圖如圖2.10。LC1602D的8位數(shù)據(jù)接口與單片機的P0口相連，由于STC單片機P0口沒有接電阻，為此外接了10K上拉排阻。這是因為單片機P口的輸出電流非常微弱，不足以驅(qū)動液晶顯示數(shù)據(jù)而連接的。1602的控制端RS、R/W、E端分別與STC的P20、P21、P22連接。VCOM為液晶顯示亮度調(diào)整端，外接10K的電位器。BLA-和BLA+分別為液晶背光源正極和負極，BLA-接地，BLA+接+5V。液晶的顯示由單片機的程序去控制12。圖2.10 LCD1602與單片機連接電路圖2.6 D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊對于這一模塊的選擇，本次設(shè)計思考了兩種方案。方案一

27、：采用MX7541 。MX7541是美國MAXIM公司生產(chǎn)的高速高精度12位數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器芯片，由于MX7541轉(zhuǎn)換器件的功耗特別低，而且其線性失真可低達0.012%，因此，該D/A轉(zhuǎn)換器芯片特別適合于精密模擬數(shù)據(jù)的獲得和控制。此外，由于MX7541器件部帶有激光制作的精密晶片電阻和溫度補償電路以與NMOS開關(guān)，因而可充分保證MX7541具有12位的精度。還有一個重要特點是：MX7541的所有輸入均與CMOS和TTL電平兼容。MX7541的管腳圖如圖2.11所示。圖2.11 MX7541管腳圖由于MX7541是12位數(shù)字輸入,因此它必須與16位以上的單片機相連。當(dāng)其與MCS-96單片機進行連

28、接時，其電路非常簡單，只需把單片機的數(shù)據(jù)線直接與MX7541的輸入線相連即可。程序也很簡單,只要不停地向其送數(shù)據(jù)即可。方案二：采用DAC0832。DAC0832是常用的8位電流輸出型并行低速數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，當(dāng)需要轉(zhuǎn)換為電壓輸出時，可外接運算放大器，運放的反饋電阻可通過RFB端引用片固有電阻，也可外接。部集成兩級輸入寄存器，使得數(shù)據(jù)輸入可采用雙緩沖、單緩沖或直通方式，以便適于各種電路的需要(如要求多路D/A異步輸入、同步轉(zhuǎn)換等)。DAC0832的管腳圖如圖2.12所示：圖2.12 DAC0832管腳圖管腳的具體名稱和用法 D0 D7：數(shù)字量輸入端； ：片選信號，低電平有效； ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許信

29、號，高電平有效； ：第1寫信號，低電平有效； ：第2寫信號，低電平有效； ：數(shù)據(jù)傳送控制信號，低電平有效； ：電流輸出端1； ：電流輸出端2； RFB：反饋電阻端； ：基準電壓，基電壓圍為-10V +10V； GND：數(shù)字地； AGND：模擬地 ； 單片機與DAC0832的接口可按二級緩沖器方式、單緩沖器方式和直通方式聯(lián)接。DAC0832為8位D/A轉(zhuǎn)換器。單電源供電，圍為+5V +15V，基準電壓圍為 。電流的建立時間為1us。CMOS工藝功耗20mw。 輸入設(shè)有兩級緩沖鎖存器13。 圖2.13為D/A與單片機的連接圖。圖2.13 DA0832與單片機的連接圖2.7 穩(wěn)壓控制模塊由于DA08

30、32芯片為電流輸出型，為了得到輸出電壓，必須經(jīng)過運放轉(zhuǎn)化為電壓。設(shè)計采用運放LM324放大器放大。LM358芯片的主要特性有：可單雙電源工作，單電源工作圍為3V32V，雙極性電源工作圍為16V，設(shè)計采用雙極性電源，且電源電壓為12V；每個集成LM324芯片裝4個運放器。采用反向輸入，放大和穩(wěn)壓電路。如圖2.14。圖2.14 放大電路第一級只是轉(zhuǎn)化DA0832輸出的電流為電壓，沒有進行放大。LM358第一級的輸出端14經(jīng)過1K的電阻接第二級放大的輸入端2(IN-),也是反向輸入，兩次反向后最終輸出的電壓為正向。圖2.15 電流放大與穩(wěn)壓電路圖2.15為電流放大電路。三端穩(wěn)壓LM317的工作電壓圍

31、為1.2637V，達不到輸出為0V的設(shè)計要求，為此在第二級放大采用求和反向放大，-12V的電壓經(jīng)過10K的電位器分壓后輸出反向電壓為-1.25V，在液晶顯示為0的情況下使其LM317調(diào)整穩(wěn)壓后的電壓達到0V。LM317主要特性有基準電壓標準值為1.25V，ADJ調(diào)整端電流標準值為50uA，最大為100uA14。第三章 系統(tǒng)軟件部分設(shè)計控制系統(tǒng)設(shè)計的另一重要組成就是軟件設(shè)計，跟系統(tǒng)的要求和功能緊密相連。在保持硬件結(jié)構(gòu)不變的情況下，修改相應(yīng)的軟件就可以實現(xiàn)一些不同的功能，完成不同的任務(wù)。一般來說，軟件的功能分為兩大類。一類是執(zhí)行軟件，它能完成各種實質(zhì)性的功能，如測量、計算、顯示、打印、輸出控制等；

32、另一類是監(jiān)控軟件，它是專門用來協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊和操作者的關(guān)系，在系統(tǒng)軟件中充當(dāng)組織調(diào)度的角色。在本系統(tǒng)中，軟件結(jié)構(gòu)采用模塊化設(shè)計，各功能程序分別編寫和調(diào)試。各模塊調(diào)試成功后，再將所有模塊連接起來，構(gòu)成系統(tǒng)的軟件。這樣的設(shè)計有利于程序代碼的優(yōu)化，而且便于編程、調(diào)試和維護。3.1系統(tǒng)軟件設(shè)計的原則應(yīng)用系統(tǒng)中的應(yīng)用軟件是根據(jù)系統(tǒng)功能要求設(shè)計的，應(yīng)可靠實現(xiàn)系統(tǒng)的各種功能在本系統(tǒng)中，軟件設(shè)計要求做到以下幾點：(1)根據(jù)軟件功能要求，將系統(tǒng)軟件分成若干個相對獨立的部分，設(shè)計出合理的軟件總體結(jié)構(gòu)，使軟件結(jié)構(gòu)清晰、簡捷、流程合理。(2)各功能程序?qū)嵭心K化、子程序化。既便于調(diào)試、連接，又便于移植、修改。(3)在

33、編寫應(yīng)用軟件之前，應(yīng)繪制出程序流程圖。多花一些時間來設(shè)計程序流程圖，就可以節(jié)約幾倍于源程序的編輯和調(diào)試時間。(4)程序存儲區(qū)，數(shù)據(jù)存儲區(qū)要合理規(guī)劃，既能節(jié)約存容量，又使操作方便。(5)運行狀態(tài)實現(xiàn)標志化管理。這個功能程序運行狀態(tài)，運行結(jié)果以與運行要求都要設(shè)置狀態(tài)標志以便查詢，程序的轉(zhuǎn)移、運行、控制都可通過狀態(tài)標志條件來控制。(6)經(jīng)過調(diào)試修改后程序應(yīng)進行規(guī)化，出去修改的痕跡，以便于交流和借鑒，也為以后的軟件模塊化、標準化打下基礎(chǔ)。(7)實現(xiàn)全面軟件抗干擾設(shè)計。軟件抗干擾是單片機應(yīng)用系統(tǒng)提高可靠性的有利措施15。3.2 程序設(shè)計流程圖程序設(shè)計流程圖如圖3.1所示。 程序開始以后，首先液晶初始化，

34、顯示液晶初試的預(yù)設(shè)電壓值。然后進行按鍵檢測，如果沒有按鍵按下，顯示液晶當(dāng)前的初試電壓；如果有按鍵按下，進入電壓檢測中斷程序，確認當(dāng)前液晶的調(diào)整值。接著檢測D/A是否啟動，啟動以后進行數(shù)模轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換后的模擬量送給系統(tǒng)最終輸出端。圖3.1 程序流程圖3.3 按鍵設(shè)置流程圖雖然把按鍵子程序直接放在了主程序中，但是作為控制模塊，按鍵程序仍然是比較重要的模塊。按鍵設(shè)置過程中，流程如下圖3.2所示：圖3.2 按鍵設(shè)置流程圖3.4 DA轉(zhuǎn)換流程圖D/A轉(zhuǎn)換設(shè)置過程中，程序?qū)懭隓/A中，D/A轉(zhuǎn)換對數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換，其流程圖見圖3.3。圖3.3 D/A轉(zhuǎn)換流程圖3.5 顯示模塊流程圖液晶顯示設(shè)計過程中，對液晶進

35、行初始化清0等操作，其流程圖見圖3.4。圖3.4 液晶顯示流程圖第四章結(jié)論此次設(shè)計，運用到了單片機技術(shù)、DA0832芯片、LM324運算放大，很好的實現(xiàn)了課題要求，達到了預(yù)期的設(shè)計目的，使得直流電源的輸出電壓可程控調(diào)節(jié)，輸出功率在1W以上，輸出電壓的值能夠液晶顯示，且輸出的電壓值很穩(wěn)定，程控調(diào)節(jié)的精度也很高，操作也很方便，獲得了圍010V、步進0.1V的電壓輸出，有著不錯的實用價值。通過對此次設(shè)計的學(xué)習(xí)與探索，接觸了大量的直流穩(wěn)壓電源的相關(guān)知識，知道了一塊芯片、一個硬件的變動都會對電源的性能產(chǎn)生很大的影響，所以如何選擇合適的硬件、芯片和電路就顯得尤為重要。本設(shè)計的電路與器件的選擇就是依據(jù)課題要

36、求參考了大量相關(guān)資料而做出的。最終的設(shè)計成果達到預(yù)期目的也很好的證明了之前選擇的正確。在設(shè)計過程中，也意識到對整體流程的梳理的重要，這樣的體會在模塊分析與程序流程圖的制作中深有所感。而且模塊化分析能很快清楚自己在哪個設(shè)計環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，這樣也就有利于自己迅速想辦法，通過自己查閱資料或者跟老師同學(xué)請教來解決問題。本次設(shè)計中也還存在著一些不足，如不能達到很高精度步進、更大圍的輸出電壓等問題，這是由于硬件條件的限制所致，隨著現(xiàn)代工業(yè)與集成技術(shù)的發(fā)展，這些硬件上的問題也會逐漸得到解決。而且在此次設(shè)計的過程中，對于直流穩(wěn)壓電源的發(fā)展有了比較深入的了解，它的未來發(fā)展?jié)摿κ蔷薮蟮?。未來的直流穩(wěn)壓電源必將朝著模

37、塊化、數(shù)字化、高性能的方向發(fā)展。參 考 文 獻1侯建軍. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)M. ：高等教育，2007：349361.2康華光，大欽. 電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分M. ：高等教育,2006：4865133毅剛，喜元.單片機原理與應(yīng)用設(shè)計M.：電子工業(yè)，2008:267284.4王增福.新編線性直流穩(wěn)壓電源M.：電子工業(yè)，2004.5董輝,龐曉風(fēng)，威. 數(shù)控直流電流源D. ：人民郵電，2005.6健，王寶杰，耿勝男，王應(yīng)吉. 數(shù)控直流電源J. 科技論文在線，2008年9月，1（10）.7明杰，王向喬，蔡忠見.一種高精度數(shù)控直流電流源的設(shè)計J.微計算機信息，2008（04）8胡桂陽，盧月瓊，昌禧.用單片機

38、制作的直流穩(wěn)壓可調(diào)電源J.電子世界，2005（12）：2425.9何希才，名莉.新型穩(wěn)壓電源與應(yīng)用實例，電子工業(yè)，2004.5，15410邱關(guān)源.電路M.：高等教育，2006.511祥臣.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)教程M.：高等教育，2005.312童詩白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M.：高等教育，2006.113周潤景,麗娜.基于Proteus的電路與單片機畢業(yè)設(shè)計設(shè)計與仿真M.:航空航天大學(xué)，2006.14海鯤,Proteus在單片機課程設(shè)計中的應(yīng)用J.電腦知識與技術(shù),2006年35期15樓然苗,51單片機設(shè)計實例M.：航空航天技術(shù),2003致 從論文選題到搜集資料，從提綱的完成到正文的反復(fù)修改，我經(jīng)

39、歷了喜悅、聒噪、痛苦和彷徨，在寫作論文的過程中，心情是如此復(fù)雜。如今，伴隨著這篇畢業(yè)論文的最終成稿，復(fù)雜的心情煙消云散，自己甚至還有一點成就感。我要感我的導(dǎo)師振偉老師。他為人隨和熱情，治學(xué)嚴謹細心。從選題、定題、撰寫提綱，到論文的反復(fù)修改、潤色直至定稿，老師始終認真負責(zé)地給予我深刻而細致地指導(dǎo)。正是有了老師的無私幫助與熱忱鼓勵，我的畢業(yè)論文才得以順利完成。我還要感我在大學(xué)四年中給我們授課的所有老師們，是他們讓我學(xué)到了很多很多知識，讓我看到了世界的精彩，讓我學(xué)會了做人做事。最后感三年里陪伴我的同學(xué)、朋友們，有了他們我的人生才豐富，有了他們我在奮斗的路上才不孤獨，他們。附錄A：系統(tǒng)仿真圖附 錄B3

40、.6源程序代碼#includereg52.h#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit key1=P10; /* 端口定義*/sbit key2=P11;sbit key3=P12;sbit key4=P13;sbit rs=P14;sbit en=P15;sbit w1=P16;sbit w2=P17;sbit DAC_CS=P32;sbit DAC_WR=P36;uchar code table1=“ Zhang Qing Design”; /* 顯示英文青設(shè)計 */uchar code table2=“ Voltage

41、0.0V”; /* 顯示英文伏特 */ uchar ge,shifen,keynum,volt;void delay(uint z) /* 延時函數(shù) */ uint x,y; for(x=z;x0;x-) for(y=110;y0;y-);void write_(uchar ) /* 寫指令到1602 */ rs=0; en=0; P0=; delay(5); w1=1; en=1; delay(5); en=0;void write_date(uchar date) /* 寫數(shù)據(jù)到1602 */ rs=1; en=0; P0=date; delay(5); w1=1; en=1; delay

42、(5); en=0;void Init() /* 初始化 */ uchar num; en=0; write_(0x38);write_(0x0c);write_(0x06);write_(0x01);write_(0x80); for(num=0;num16;num+)write_date(table1num);delay(50);write_(0x80+0x40);for(num=0;num14;num+)write_date(table2num);delay(50);void write_voltage(uchar add,uchar dat) /* 寫電壓到1602*/ write_(

43、0x80+0x40+add); write_date(0x30+dat); void da0832out(uchar dadata) /* 寫電壓的數(shù)據(jù)到DAC0832*/ w1=0; w2=1; DAC_CS=0; P0=dadata; DAC_WR=0; delay(5); DAC_WR=1; DAC_CS=1; w2=0; void keyscan() /* 鍵盤掃描*/ if(key1=0) delay(5); if(key1=0) keynum+; while(!key1); if(keynum=1) write_(0x80+0x40+12); write_(0x0f); if(ke

44、ynum=2) write_(0x80+0x40+10); write_(0x0f); if(keynum=3) keynum=0; write_(0x0c); if(keynum!=0) if(key2=0) delay(5); if(key2=0) while(!key2); if(keynum=1) shifen+; if(shifen=10)shifen=0; write_(0x80+0x40+11); write_(0x0c); write_voltage(12,shifen); if(keynum=2) ge+; if(ge=10)ge=0; write_(0x80+0x40+9); write_(0x0c); write_voltage(10,ge); if(key3=0) delay(5); if(key3=0) while(!key3); if(keynum=1) shifen-; if(shifen=-1)shifen=9;