数控直流稳压电源设计

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1、毕业设计论文数控直流稳压电源摘 要本设计为一种简易数控直流稳压电源。该电源由电源供电模块、加减数控调压模块、数模转换和模数转换模块、电压调整模块以及数字输出显示电路等组成。该设计以STC90C516RD+单片机为基本控制核心，通过单片机控制数模转换芯片DAC0832输出稳压电源的基准电压，再通过两级放大输出到电压调整管，控制调节输出电源电压。该数控电源可以通过粗调和微调按键实现0-10V之间不同幅值的电压输出，同时还设置了+3.3V和+5V电压设定按键，以实现常用芯片电压的快速设定。设计中采用LCD1602液晶显示设定电压和电源输出的实际电压，便于观察和调整。在设计中，对该电源系统进行了Pro

2、teus仿真，配合Keil uVision4软件的应用，得到比较满意的仿真结果。另外，该数控电源具有较好的抗干扰能力，可靠性较高，易于调节，操作简单，输出电压值与真实显示电压值精度较高等优点。关键词：数控直流稳压电源，STC90C516，模数转换，Proteus仿真，LCD1602 Numerical Control DC Regulated Power SupplyABSTRACTThis graduation design is a kind of numerical control dc regulated power supply. The power is supplied by t

3、he regulated power supply power supply module, plus or minus numerical control regulating module, digital-to-analog conversion and analog-to-digital conversion module, voltage regulation modules, and digital output display circuit. The basic control core of this design is the 51 single-chip computer

4、 with a model of STC90C516, through the single-chip microcomputer control d/a conversion DAC0832 chip output reference voltage stabilized voltage supply, then through two stage amplifier output to adjust the tube voltage, controlling the output voltage. The numerical control power supply can be real

5、ized through the coarse and fine the voltage of the different amplitude between 0 -10 v output, also set up + 3 v and + 5 v voltage setting button, so as to realize the rapid commonly used voltage settings. The design adopts the LCD1602 LCD displaying the setting voltage and the actual voltage of th

6、e power output, convenient for observation and settings. In the design of the power system has carried on the Proteus simulation, cooperated with Keil uVision4 software application, to get satisfactory simulation results. In addition, the numerical control power supply has good anti-interference abi

7、lity, high reliability, easy to adjust, simple operation, the output voltage value and the true shows that the characteristic of high precision voltage value.KEY WORDS: numerical control dc regulated power supply，STC90C516，digital-to-analog，the Proteus simulation，LCD1602目录前言1第1章 数控电源概述21.1 设计的依据与意义2

8、1.2 国内外数控电源概况21.3 设计的内容31.4 设计方法4第2章 设计方案与论证52.1 设计方案52.1.1 方案一52.1.2 方案二52.2 方案比较与论证62.2.1 数控部分62.2.2 输出部分62.2.3 显示部分7第3章 硬件电路设计83.1 电源供电电路模块83.2 主控电路模块93.2.1 STC90C516RD+单片机简介103.1.2 引脚功能说明103.3 按键电路模块123.4 显示电路模块123.4.1 LCD1602主要参数133.4.2 LCD1602引脚功能说明133.5 D/A转换电路模块143.5.1 DAC0832主要参数163.5.2 DAC

9、0832的引脚说明163.5.3 DAC0832的工作方式173.6 电压调整电路模块183.7 A/D转换电路模块19第4章 系统软件设计214.1 主程序流程图214.2 LCD1602程序流程图224.3 按键扫描程序224.4 A/D采样子程序234.5 D/A输出子程序23第5章 系统仿真与调试245.1 软件仿真调试245.1.1 Keil uVision4软件编程245.1.2 Proteus仿真255.2 硬件电路调试265.2.1 搭接电路板实物图265.2.2 Altium Designer PCB板285.2.3 电路调试295.2.4 测试结果30结论32谢 辞33参考

10、文献34附录36外文资料翻译48前言电源是各行各业都无法脱离的能源，随之而来的便成为一种科技技术。电源技术是一门实用性很强的工程技术，在教学、科研、生活等行业中都得到了很广泛的应用。目前，数控电源技术是电源技术的典型代表。电子、控制理论、系统集成、复合材料等学科领域在电源技术中得到了广泛的应用。基于计算机和通讯技术的信息技术革命为电力电子技术的发展提供了广阔的前景。与此同时，也提高了对电源的要求。随着数控直流电源的普遍应用，有效的改善了普通电源使用中产生的误差，从而提高了系统的精确程度和稳定性。众所周知，电源在工作时会造成很多不良后果，世界各国对电源产品提出了不同要求并制定了各种各样的产品精度

11、标准。只有满足产品标准，才能够进入市场。在八十年代，随着电力电子理论的建立与发展，数控电源技术才真正发展起来。在以后的发展过程中，数控电源技术有了很大的改善与提高。当时，数控电源存在很多缺陷，比如数控程度达不到要求、分辨率不够高、功率比较低、可靠性较差等等。随着单片机技术以及电压电流转变模块的出现，改善了数控电源的缺陷，为精确数控电源的发展提供了有力的条件。目前所使用的直流可调电源中，几乎都为旋钮开关调节电压，调节精度不高，而且经常跳变，使用麻烦，具有功能简单、难控制、可靠性低、干扰大、精度不够且体积大、复杂等诸多不足。利用数控稳压电源，能较好地解决以上传统稳压电源的诸多不足，还可减小电源高频

12、谐波干扰和非线性失真，同时便于CPU数字化控制。第1章 数控电源概述1.1 设计的依据与意义电源是各种电子设备工作的先决条件，是其源泉与动力，是电子设备必不可少的重要组成部分，其性能的好坏直接影响到整个系统的安全性与可靠性指标。随着科学技术与电子信息产业的迅速发展，人们对电源的需求与日俱增，电源的开发与制造已成为逐步具有巨大发展潜力的新兴产业。数字化智能电源模块是针对传统智能电源模块的不足提出的，数字化能够减少生产过程中的不确定因素和人为参与的环节数，有效地解决电源模块中诸如可靠性、智能化和产品一致性等工程问题，极大地提高生产效率和产品的可维护性。如何设计一款输出电压稳定、精度高，并且具有电压

13、调节范围大的电源，成为电力电子技术应用的热点。市场上，电源产品繁多，但可分为两大类：可调的和固定的，但是普遍存在一些缺陷，譬如转换效率低，功耗大，输出不够稳定，纹波电流大，普遍采用可调电位器调节，操作难度大，易磨损老化等。而基于单片机的电源能比较好的解决以上的普通电源的缺陷，并且数控稳压电源与普通电源相比，具有操作简单方便、便于观察、稳定性高的特点。它具有较低的纹波电压，精确的电压调节能力，输出电压利用数字显示，易于观察判断。电路广泛使用集成电路，具有调试简单易行、性能优良可靠、故障率低等优点。1.2 国内外数控电源概况国内外研究现状，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

14、于各行各业。当今电源技术融合了电子、电气、控制理论、系统集成、材料等诸多学科领域。随着计算机科学和通讯技术的发展，带来了现代信息技术革命，为电源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。随着数控电源在各类电子设备中的普遍使用，有效地解决了普通电源在工作时产生的误差，从而提高整个系统的精确度。数控电源真正发展起来是从80年代才开始的，随着电力电子理论的建立，为数控电源后来的发展提供了一个良好的基础。自此，数控电源技术有了长足的发展。但其产品存在数控程度达不到要求、功率密度比较低、分辨率不高、可靠性较差的缺点。因此数控电源发展主要方向就是改善上述缺点。微型单片机技术及电压电流转换模块

15、的研发为精确数控电源的发展提供了有利的条件。随着控制理论的发展和变换技术更新，研制出了各类型的数字信号处理器以及专用集成电路。随着对系统更低功耗和更高效率的需求，电信与数据通讯设备的技术更新推动电源产业中直流-直流变换电源向更智能化和高灵活性方向发展，因此直流-直流电源产业正面临着新的更严峻的挑战，也就是在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，半导体生产商们就研发出了数控电源技术，而在那个年代，该设计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，因而当时无法被广泛接受。现今随着电源技术的飞跃发展,整流滤波系统从以前的分立元件以及小规模的集成电路控制发展为现代的

16、微机智能控制,从而使电源智能化,其具有遥控、遥测、遥信功能,基本实现了电源的无人值守，所设计的电源主要由单片机控制系统、D/A转换电路、直流稳压电路、检测电路、键盘、显示器等几部分组成。开关电源技术的发展向着高频、可靠、低耗、低噪声、抗干扰和模块化的方向发展。由于开关电源薄、小、轻的关键技术是高频化，因此国外各大开关电源生产商热衷于新型高智能化电子元件的开发制造，尤其是降低了整流器件的功耗，并在铁氧体材料上融入了新的科技，使其在较大磁通密度与高频率时得到高的磁性能，而另一项关键就是电容的小型化。表面组装技术（SMT）的应用使开关电源做到了小、薄、轻。1.3 设计的内容1.设计一款稳定性好、精度

17、高、输出可调节的直流稳压电源2.性能指标：(1)输出电压调节范围0-10V，纹波小于50mV；(2)输出电流最大500mA；(3)输出直流电压步进调节，粗调步进值为1V，细调步进值0.05V；3.由“+”、“-”两键控制输出电压步进值的增或减，并设有+3.3V和+5V常用电压设定按键；4.显示输出电压值和设定电压值。1.4 设计方法根据设计题目的要求，该数控直流电源由数控模块、显示模块、电源模块、数据采集模块构成。1.数控与显示模块采用以STC90C516RD+单片机为核心单片机最小系统。该单片机具有灵活的接口和在线编程的能力，易于实现题目中的有关按键设置、显示以及电压测量等功能。2.数据采集

18、模块将预设电压数字量经D/A转换器（DAC0832）进行数模转换，另外，利用电压采样，经A/D转换器（TLC1543）将采样电压模拟量转换成数字量输入到单片机，实现对电压的实时测量，然后经处理后送LCD1602液晶显示。显示的电压值便是输出系统的电压值。此系统比较灵活，采用软件方法来解决数据的预置以及电压大小的控制，使系统硬件更加简洁，各类功能易于实现。第2章 设计方案与论证2.1 设计方案 方案一采用传统的电压调整方案，该方案的方框图如图2-1所示。该方案是以十进制计数器为核心的设计。该计数器一方面完成设定电压译码显示，另一方面其输出作为E2PROM的地址输入。然后E2PROM的输出经数模转

19、换器（DAC0832）转换后控制误差运算放大器的基准电压来实现输出电压步进。但是由于控制数据烧录在E2PROM中，这使系统的灵活性有所降低。图2-1 方案一方框图 方案二此方案的方框图如图2-2所示。该方案以直流电源为核心，并采用51系列单片机（STC90C156RD+）作为控制核心，通过按键输入改变数字量来改变设定电压的值，即改变输出电压的值，改变控制误差运算放大器（NE5534）的同相输入端的电压值，从而使输出功率管（TIP41）的基极电压发生变化，间接地改变输出电压值。为了能使系统具备检测实际输出电压值的功能，对输出电压进行采样，经过模数转换器（TLC1543）转换，从而间接实现用单片机

20、实时对电压采样检测，然后进行数据处理和液晶显示。采用软件控制的方法来解决数据的预置以及电压的步进控制，使系统硬件更加简洁，各功能易于实现。该控制系统利用51系列单片机程序控制输出数字信号，经过数模转换器（DAC0832）转换输出模拟量，再经过两级运算放大器（uA741）隔离放大，经放大后的模拟量作为误差运算放大器同相输入端的电压值，从而控制输出功率管（TIP41）的基极，随着功率管基极电流的变化而输出不同的电压。单片机系统还兼顾对电压进行实时监控，输出电压经电流/电压转变后，通过模数转换器（TLC1543）转换，实时把模拟量转化为数字量，通过单片机由LCD1602液晶显示，以便更好地观察和获得

21、实际的电压数值。图2-2 方案二方框图2.2 方案比较与论证 数控部分方案一采用分散的模拟器件以及小规模集成电路实现系统数控功能，使用的芯片较多，以致使控制电路的内部的信号传递比较繁琐，中间环节相互关联部分比较多，在一定程度上抗干扰的能力变弱。而在方案二中采用了单片机完成整个数控功能，而且51系列单片机可以实现程序控制，有利于系统的功能扩展。 输出部分方案一采用线性调压电源，以改变其基准电压的方式使输出电压改变，在这种情况下必须把整流滤波后产生的纹波电压对输出的影响考虑在内，而方案二中使用运放作为前级运放，利用运放电压抑制比大的特性，可以大大减小纹波电压。方案一中为消除纹波的影响，在电源输出端

22、并联的大电容使系统的响应速度大大降低，因而输出难以跟踪输入，而方案二中输出电压波形与D/A变换输出一致，因而可以根据预设波形产生多种波形输出，使之成为系统具有一定驱动能力的信号源。 显示部分方案一中对电压量化后直接进行译码显示，显示值为D/A的输入值，由于D/A转换与功率驱动电路的引入，造成显示与实际输出值间产生偏差。而方案二中采用直接对输出电压采样并显示输出实际电压值，当电源异常时，出现设定值和输出相差较大的状况，用户可以根据该信息予以处理。另外，方案一中显示器使用的是LED数码管显示，方案二中显示器采用的是LCD1602液晶显示，使用液晶显示占用的I/O口比较少，体积小、功耗低、显示内容丰

23、富，而且便于控制芯片外设的扩展。综上所述，选择方案二，使用以51系列单片机为控制核心的设计方案。第3章 硬件电路设计系统总体方案框图如图3-1所示。根据系统总体设计方案的方框图可将该设计的电路模块分为电源供电电路模块、主控电路模块、按键电路模块、显示电路模块、电压调整电路模块、D/A转换电路模块、A/D转换电路模块等。图3-1 系统总体方案框图3.1 电源供电电路模块系统电源电路模块的原理图如图3-2所示。220V的家用照明电由电源变压器变压得到有效值15V的电压，再经过两路全波整流滤波电路得到18V的电压值，一路通过三端可调节输出正电压稳压器LM317输出稳定的18V电压；另一路通过三端集成

24、稳压LM7815、LM7915得到稳定的+15V、-15V，该电压为调压模块和D/A转换模块中的放大器uA741提供电压。从三端集成稳压器LM7815得到的+15V电压经过一个分压电阻连接三端集成稳压器LM7805得到+5V电压值，该电压为设计中的主控模块、D/A转换器、A/D转换器、LCD1602液晶提供所需的工作电压。三端可调稳压器LM317工作时建立并保持输出与调节端之间1.25V的标称参考电压（），这一参考电压由R1转换成编程电流（），该恒流经R2到地，稳压输出电压由式（3-1）给出： （3-1）其中为调节端电流，在式中代表误差项，因此可调稳压器LM317设计为控制电流小于并使之保持恒

25、定，为达到这一点，所有静态工作的电流都返回到输入端，这就需要最小负载电流，若负载电流小于最小值，输出电压会升高。在计算输出电压时，可以把式（3-1）中的后一项略去，从而简化计算。二极管D1防止输入短路时电容C3对集成电路放电，以保护电路的安全性与稳定性。为了能够使LM7805能够正常工作，不至于输入电压过高，在LM7815的输出端口增加了一只分压电阻，以降低LM7805的输入电压，保证LM7805正常工作。图3-2 系统电源电路模块的原理图3.2 主控电路模块主控电路模块采用PDIP封装的STC90C516RD+单片机为主控制器来实现，其最小系统原理图如图3-3所示。51单片机是一款基于8位单

26、片机处理芯片STC90C516RD+的系统。STC90C516RD+的正常的工作电压为5V，工作频率可达到40MHz。图3-3 STC90C516单片机最小系统原理图本设计为了确保控制的可靠性与方便性，采用了外接电阻电容复位电路，增加了复位按键。同时也是整个系统电源系统的复位电路，便于系统的复位与设定，提高系统的可操作性。 STC90C516RD+单片机简介STC90C516RD+系列单片机是STC公司研发的超强抗干扰/高速/低功耗单片机，其指令代码完全兼容8051单片机，12时钟/机器周期与6时钟/机器周期，可根据需要选择。内部集成了专用复位电路（MAX810），当时钟频率在6MHz时，该复

27、位电路可靠；当时钟频率在12MHz时，勉强能用。一般需要外接复位电路，增加系统的可靠性。 引脚功能说明STC90C516RD+单片机的管脚如图3-4所示。图3-4 STC90C516单片机的管脚VCC：电源正极。GND：电源负极，接地。P0口：P0口可作为地址/数据分时复用总线和通用I/O口。当P0口作为地址/数据分时复用总线时是低8位地址线A0-A7，数据线D0-D7，无需外接上拉电阻。当P0口作为普通I/O口时，是8位准双向口，上电复位后处于开漏模式，需外接上拉电阻。P0口可驱动8个LS型TTL负载。P1口：P1口内部有上拉电阻，P1口可驱动4个LS型TTL负载。P1口管脚写入“1”后，被

28、内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。P2口：P2口内部有上拉电阻，既可作为输入/输出口，也可以作为高8位地址总线A8-A15使用。当P2口作为输入/输出时是一个8位准双向口。与P1口相同，P2口也可驱动4个LS型TTL负载。P3口：P3口内部有上拉电阻，可驱动4个LS型TTL负载。当P3口作为输入时，须先对相应端口锁存器写“1”。P3口除了具有准双向I/O口功能外，还有第二功能。同时为FLASH编程和编程校验接收一些控制信号。P4口：P4口内部提供上拉电阻，可驱动4个LS型TTL负载。P4口具有准双向I/O口功能。P4口的访问方式与P1口基

29、本相同，且可用位寻址。RST：复位脚，高电平有效。当复位时，至少要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/P4.5:地址锁存允许/P4.5。当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。否则，其输出频率为振荡器频率的1/6正脉冲信号。/P4.4：外部程序存储器的选通信号/P4.4，低电平有效。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的信号将不出现。/P4.6：外部程序存储器访问允许/P4.6。当保持低电平时，只访问外部程序存储器，不管是否有内部程序存储器。当保持高电平时，只访问

30、内部程序存储。在FLASH编程时，此脚也用于施加12V编程电源(VPP)。XTAL1：片内振荡器反相放大器和时钟发生器的输入端。XTAL2：片内振荡器反相放大器的输出端。3.3 按键电路模块按键电路相对比较简单，设计中采用了六个按键来实现电压步进调节控制，各键作用分别为设置常用电压3.3V、5V增减电压粗调按键和增减电压微调按键。其中S1为3.3V设定按键，S2为5V设定按键，S3为步进加1V按键，S4为步进减1V按键，S5为步进加0.05V按键，S6为步进减0.05V按键。其按键电路原理图如图3-5所示。图3-5 按键电路模块原理图3.4 显示电路模块设计中显示模块采用LCD1602液晶显示

31、，其接口原理图如图3-6所示。采用该液晶占用I/O口比较少，更加易于实现。另外，本设计所使用的LCD1602液晶是32个点阵组成字符群。一个点阵块作为一个字符，字符的间距、行距为一个点的宽度。该液晶具有字符发生器ROM可显示192个字符，还具有64个字节RAM，用于存储自定义字符，可自定义8个点阵字符。模块具有结构紧凑、轻巧、安装容易的优点。图3-6 显示电路模块原理图LCD1602液晶显示器的实物图如图3-7所示，它具有功耗低、体积小、显示内容丰富、体积轻巧等特点。图3-7 LCD1602液晶显示器的实物图 LCD1602主要参数1.单+5V电源供电，可调节对比度；2.液晶内部具有复位电路；

32、3.提供清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能的控制命令；4.具有80个字节的RAM，还具有64个字节的自定义字符RAM，可自定义8个点阵字符；5.具有字符发生器ROM，能显示192个点阵字符。 LCD1602引脚功能说明LCD1602引脚功能如表3-1所示表3-1 LCD1602引脚功能引脚号符号状态功能1VSS电源地2VDD+5V电源3V0驱动电源4RS输入寄存器设定 1：数据；0：指令5R/W输入读、写操作设定 1：读；0：写6E输入使能信号（MDLS40466未用，符号NC）7DB0三态数据总线（LSB）8DB1三态数据总线9DB2三态数据总线10DB3三态数据总线11DB4三态

33、数据总线12DB5三态数据总线13DB6三态数据总线14DB7三态数据总线（MSB）*15E1输入MDLS40466上两行使能信号*16E2输入MDLS40466下两行使能信号注：15脚、16脚用于MDLS40466，其余型号不用或为LED背光电源输入；本液晶为LED背光电源输入引脚，15脚为背光源正极，16脚为背光源负极。3.5 D/A转换电路模块D/A转换电路模块是由数模转换芯片DAC0832、两级运算放大器uA741和基准电压产生电路组成。为了提高U2的电压放大倍数以及方便的调试，在两级运算放大器电路中RFB端外接了R9可调节电阻器来调整转换满量程精度。后一级放大器U1的放大倍数为倍；在

34、基准电压产生电路中，采用9V稳压二极管D1稳压，再通过可调节电阻器R17分压得到DAC0832的基准电压，设计基准电压电路是为了提高D/A转换的精度，提高控制精度。其电路的原理图如图3-8和图3-9所示。图3-8 两级运算放大器uA741和基准电压产生电路DAC0832输出模拟电流，设D/A转换的数字量为D，A/D转换器内部权电阻为R，则IO1的输出电流公式为： （3-2）根据运算放大器 “虚短”、“虚断”的性质，经过电流-电压的转换，得到输出电压，其公式如（3-3）所示。 （3-3）图3-8 DAC0832接线原理图 DAC0832主要参数1八位分辨率；2电流稳定时间；3能单缓冲、双缓冲或直

35、通输入；4只需在满量程下调整其线性度；5单电源供电（+5V+15V）；6低功耗，20mW。 DAC0832的引脚说明1DAC0832的引脚图如图3-10所示图3-10 DAC0832的引脚图2DAC0832引脚功能说明如表3-2所示表3-2 DAC0832引脚功能说明引脚号符号功能1片选信号输入线（选通数据锁存器），低电平有效2数据锁存器写选通输入线，负脉冲有效。由ILE、的逻辑组合产生LE1，当LE1为高电平时，数据锁存器状态随输入数据线变换，LE1的负跳变时将输入数据锁存3AGND模拟信号地4D3数据输入线，TTL电平，有效时间应大于90ns5D2数据输入线，TTL电平，有效时间应大于90

36、ns6D1数据输入线，TTL电平，有效时间应大于90ns7D0数据输入线，TTL电平，有效时间应大于90ns8VREF基准电压输入线，VREF的范围为-10V+10V9RFB反馈信号输入线，改变RFB端外接电阻值可调整转换满量程精度10DGND数字信号地11IO1电流输出端1，其值随DAC寄存器的内容线性变化12IO2电流输出端2，其值与IO1值之和为一常数13D7数据输入线，TTL电平，有效时间应大于90ns14D6数据输入线，TTL电平，有效时间应大于90ns15D5数据输入线，TTL电平，有效时间应大于90nS16D4数据输入线，TTL电平，有效时间应大于90ns17数据传输控制信号输入

37、脚，负脉冲有效18DAC寄存器选通脚，负脉冲有效。由、的逻辑组合产生LE2，当LE2为高电平时，DAC寄存器的输出随寄存器的输入变化，LE2负跳变时将数据锁存器的内容写入DAC寄存器并开始DA转换。19ILE数据锁存允许控制信号输入脚，高电平有效20VCC电源输入端，VCC的范围为+5V+15V注：负脉冲宽度应大于500ns DAC0832的工作方式根据对DAC0832的数据锁存器和DAC寄存器的控制方式不同，DAC0832有三种工作方式：直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式。DAC0832是采样频率为8位的D/A转换芯片，集成电路内具有两级输入寄存器，使DAC0832具有单缓冲、双缓冲和直通三种

38、输入方式。D/A转换以电流形式输出。若需要相应的模拟电压信号，则通过输入阻抗较高的运放来实现。运放的反馈电阻可通过RFB端引用片内固有电阻，也可外接。DAC0832逻辑输入满足TTL电平，可直接与TTL电路或微机电路连接。本设计中DAC0832工作于单缓冲工作方式。此工作方式是使输入寄存器工作在受控状态，而DAC寄存器工作在直通状态。使和为低电平，ILE为高电平，输入寄存器的锁存选通信号为无效状态而直通；当端输入一个负脉冲时，使得DAC0832寄存器工作在锁存状态，提供锁存数据进行转换。8位的D/A数据分别于STC90C516RD+单片机的P3口相连，DAC0832的片选信号和写信号分别由单片

39、机的P1.6脚和P1.7脚控制，8位字长的D/A转换器具有256种状。DAC0832和运放uA741将单片机发出的8位二进制数转换成0-5V负电压，再经反相比例放大器uA741转换成0-10V正电压，该电压作为电压调整模块误差放大器NE5534的同相输入端的控制电压。D/A转换部分的输出电压作为稳压电路的参考电压。稳压输出电路的输出与参考电压成比例。3.6 电压调整电路模块本次设计的电压调整电路模块原理图如图3-11所示。Q1（TIP41）、Q2（S9013）组成复合管，以实现大电流输出。由于该设计预定额定电流为500mA，最大输出电压为10V，要求Q1（TIP41）管发射极最大功率，故选择T

40、IP41或2N5832。Q3管（S9013）和电阻R1为限流保护部分。该保护电路的工作过程为：当输出电流过大时，R1上的压降为0.7V，使得Q3管（S9013）导通，Q3管（S9013）集电极对Q1管基极分流，使得Q1管（TIP41）基极电流明显变小，从而减小输出电流，以便达到过流保护的功能；设计R3、R6、C4及C5是为了防止上电瞬间Q2导通所造成的上电大电压，当电路接通的瞬间，由于电容C4充电需要一定的时间，因此在接通瞬间Q2的基极电压接近于零，Q2截止，Q1也截止，从而避免了输出端的冲击电压的出现；采样电路由R2、R7、R12构成，调节R7阻值，使得，即当输出电压有0.05V的电压波动时

41、，取样电压波动为0.04V，与D/A的输出变化一致，其转换的电压经运算放大器放大后，可得到电压送比较器NE5534的同相端基准电压为10V。由于D/A转换器DAC0832是8位的转换器，故有255步步进。由此，当CPU控制DAC变化1步时，其对应取样电压的变化为0.04V，所以输出电压的可调变化量为0.05V。图3-11 电压调整电路模块原理图电压调整电路模块是由D/A转换得到的电压经两级运算放大器放大，得到0-10V的可控电压，然后输入到误差放大器NE5534的同相输入端，R2、R2、R12组成NE5534的采样电路，其核心部分是NE5534。NE5534、Q1、Q2及采样电路构成负反馈，由

42、于运算放大器“虚短”、“虚断”的特点，可得到NE5534的反相输入端电压与同相输入端相等，且运算放大器的输入端对流经采样电路的电流不起分流作用。电容C3的作用为抑制输出纹波电压。NE5534是单路高效低噪音运算放大器，其引脚符号图如图3-12所示。图3-12 NE5534引脚图3.7 A/D转换电路模块本设计的A/D转换电路模块主要由A/D转换器TLC1543构成，其电路原理图如图3-13所示。TLC1543美国TI司生产的多通道、低价格的模数转换器。图3-13 A/D转换电路模块原理图该芯片的特点如下：10位转换精度、11通道、三种内建的自测模式、提供EOC（转换完成）信号等。该芯片为串行方

43、式输出，引线很少，与单片机接线简单。该芯片的引脚排列如图3-14所示，其中为11路输入，VCC和GND为电源脚，REF+和REF-为参考电压脚，使用时一般把REF-与系统地相连，满足一点接地，以降低干扰。其余的引脚按电路功能与单片机相连，其中为片选端。I/O CLK为时钟脚，ADDR为地址选择脚，DOUT为数据输出脚，这三根引脚与单片机的三个I/O端相连。EOC脚指示一次AD转换已完成，单片机可以读取数据，该引脚低电平有效，根据需要，该引脚单片机的中断引脚相连，一旦转换结束，向单片机提出中断请求；也可将EOC脚与普通I/O脚相连，单片机通过查询该引脚的状态判断转换状态；甚至EOC脚也可以不接，

44、在单片机向TLC1543发出转换命令后，过一段固定的时间去读取数据即可。图3-14 TLC1543引脚图第4章 系统软件设计系统的软件设计同系统的硬件设计同等的重要，本设计采用C语言进行软件设计，实现系统的各项功能。单片机的主程序重要包括LCD1602液晶显示子程序、按键扫描程序、A/D采样子程序及D/A输出（给定电流）子程序等。4.1 主程序流程图根据51系列单片机编程原理以及外设的性质，对软件系统按照逻辑关系，首先对系统进行初始化。其次输出系统预设值并检测实际输出值。然后键盘扫描，更新D/A输出设定，实现设定电压输出。其主程序流程图如图4-1所示。图4-1 主程序流程图4.2 LCD160

45、2程序流程图本设计中液晶用于设定电压和输出电压的显示，根据LCD1602的硬件结构及其时序，设计出如图4-2所示的流程图。图4-2 液晶显示程序流程图4.3 按键扫描程序本设计中按键程序分为按键扫描程序和按键功能执行子程序。按键流程图如图4-3所示。图4-3 按键流程图4.4 A/D采样子程序A/D转换器TLC1543具有11个通道。本设计选用第0通道，即A0对电压输出进行采样，通过单片机内部程序控制，串行输出数字量到单片机。根据TLC1543的内部结构及其时序，其软件设计流程图如图4-4所示。图4-4 TLC1543软件设计流程图4.5 D/A输出子程序单片机将数字量数据传送给DAC0832

46、并由其进行数模转换。根据硬件连接方式，并参照DAC0832时序，设计了其程序流程图，如图5-5所示。图5-5 D/A转换流程图第5章 系统仿真与调试5.1 软件仿真调试本设计中采用Proteus和Keil uVision4软件相互配合进行调试和仿真。利用Proteus搭建虚拟硬件电路，为系统的仿真打好基础。通过Keil uVision4软件编写控制程序，控制程序经过编译、连接、调试生成目标HEX文件。然后把生成的HEX文件添加到Proteus硬件电路的51单片机芯片中进行仿真调试。 Keil uVision4软件编程启动Keil uVision4软件，首先建立工程，执行“ProjectNew

47、uVision Project”在弹出的“Create New Project”对话框中输入工程的名称，单击“保存”；在弹出的“Select Device for Target Target 1”中选在MCU的类型为Atmel公司的“AT89C52”，选择完成后单击“OK”按钮；在弹出的“uVision”对话框中单击“否”；然后，建立C语言文件，执行“FileNew”，保存文件，执行“FileSave”，在弹出的对话框中输入文件的名称，并以后缀为.C的C语言文件，编写C语言程序，编写完成后，将C语言文件添加到工程中，过程为在“Project Window”中“Target 1”子文件夹“Sou

48、rce Group 1”右击，选择“Add Files to Group Source Group 1”，选择完成的C语言文件，将其添加到工程中。最后，生成HEX文件，过程为反复修改源程序，排除源程序中的错误后，执行“ProjectOptions for TargetTarget 1”,在弹出的对话框中选择“Output”，点选“Create HEX File”前面的复选框，设置好后，单击“OK”即可，重新编译修改后的源程序即可生成HEX文件。当Keil uVision4窗口出现如图5-1所示的提示信息时才能正确的生成HEX文件。否则，需要重新检查源程序，修改，直到能够正确的生成所需要的文件。

49、另外，还需要把HEX文件烧进单片机，反复调试并修改程序，直到得到满意的、符合设计要求的结果。图5-1 生成HEX文件截图 Proteus仿真本设计的完整的仿真电路图键附录1。在Proteus中打开本设计的硬件仿真电路图，双击51单片机芯片，在弹出的“Edit Component”对话框中的“Program File”中加载Keil uVision4中生成的HEX文件，单击“OK”，单击开始仿真按钮进行电路仿真。1上电时，LCD1602上显示设定值与输出值均为零，其显示如图5-2所示图5-2 上电显示2按下3.3V电压值按键时，LCD1602上显示如图5-3所示图5-3 3V电压显示3按下5V电

50、压值按键时，LCD1602上显示如图5-4所示图5-4 5V电压显示4按粗调电压按键时，其电压显示如图5-5所示图5-5 粗调显示5按细调电压按键时，其电压显示如图5-6所示图5-6 细调显示5.2 硬件电路调试由于本设计的电路并不是十分的复杂，虽然应用Altium Designer画出了PCB板，但考虑到经费以及其他因素，放弃了发到厂家做PCB板计划。利用万能实验板搭接制作了电路板。 搭接电路板实物图搭接电路板实物图如图5-7所示。图5-7搭接电路板实物图 Altium Designer PCB板利用Altium Designer绘制了供电电源模块的PCB板和控制电路的PCB板，分别如图5-

51、8、图5-9所示图5-8 供电电源模块PCB截图图5-9 控制模块的PCB截图 电路调试1电源模块在输入端加入电压，经过对三端稳压器的测量，发现LM7805稳压输出值偏大，为了使电源模块能提供其他系统所需要的电压值，在三个稳压器的输入加上了一个分压电阻，以达到降低输入电压得到正常的输出电压。2主控模块由于是利用万用板搭建的电路，电路板背面的线路稍多，可能出现主控模块无数据显示的情况，这可能因为单片机没有工作造成的。因此对主控模块的调试很重要。首先要判断STC90C516RD+单片机的好坏，若单片机能顺利烧录程序则单片机是好的。其次，检测晶振是否起振。本设计给单片机提供时钟是11.0592MHz

52、的晶振，给单片机上电后，用示波器检测单片机的18脚和19脚，若示波器测试出的频率是11.0592MHz，说明晶振工作正常。当这两点同时符合要求时，就能够保证主控模块正常工作。3LCD液晶显示模块由于该模块电路接线较为简单，要使其工作，只需保证LCD1602液晶的16个引脚与单片机连接正确，以及程序无误就能使其正常工作。4A/D转换模块本设计中使用的是串行输出的A/D转换器TLC1543，它在电路中的连接也相对简单。因此，在调试的过程中能够较容易的判断其电路连接的正确性。另外，要确保TLC1543本身良好。在前面两步调试都能通过的前提下，在A/D转换器的数据采集端施加一个给定信号，观察LCD16

53、02液晶上能否显示出采集数据。5调压模块调压模块的器件相对较多，造成该模块调试的复杂性，使调试较为困难。首先，对电路进行接线检查，其中重点检查运放部分。在插上芯片之前，按照电路原理图对该模块进行接线检查，排除有些电路疏忽忘记连接的情况，以确保电路的正确连接。由于元件较多，元件之间的连线较为复杂，导致某些线路接错位置，需要重新焊接。然后，用万用表检测各连接点是否连通。在焊接时由于温度较高，导线很容易被氧化，造成一些焊点接触不良或不通，需要重新焊接。最后，检测芯片，确保芯片良好。这几步都调试通过了，就基本可以判定电路板能够正常工作。6.整机调试整机调试需要将所有的元件都安装完成，上电调试。由于软件

54、仿真与实物之间可能有很大的参数差异，可能有些参数并不符合，以此需要更正设置。首先，设定一个电压值，用万用表测量实际的输出电压，若输出与设定不等，适当调节R9的大小，使之相等。然后，观察输出电压的显示值，若输出与显示不符，由于电路板没有设定可调电阻，但可以调节程序中采用输出的放大倍率，以达到所需的要求。最后，设定不同的电压值，观察并测量输出与显示，在必要时再次进行修正调试。 测试结果1上电后初始显示如图5-10所示图5-10初始显示2按下3.3V电压值按键时，LCD1602上显示如图5-11所示图5-11 3V电压显示3按下5V电压值按键时，LCD1602上显示如图5-12所示图5-12 5V电

55、压显示4按粗调电压按键时，其电压显示如图5-13所示图5-13 粗调电压显示5按细调电压按键时，其电压显示如图5-14所示图5-14 细调电压显示结论本设计完成了数控直流稳压电源的基本功能达，到输出电压在0-l0V 可调，且纹波为50mV，满足任务要求。电路中采用共模抑制比高、响应速度快NE5534作比较器，从而提高了稳压的可靠性和精度；采用10位A/D转换模块完成电压的采集，提高了电压的显示精度。采用LCD1602液晶显示，提高了测量的准确性和直观显示能力，界面美观。经过本次设计，我对Proteus和Keil软件的使用有了进一步的了解。在制作的过程中明显的发现实际操作能力有了提高。随着社会的

56、发展，在这个科技信息化的时代，电子设备的运用越来越广泛。在教学、科研、各种终端设备和通信设备中，把交流电转换成满足一定性能的直流电供给电子设备的其他部件使用的不可缺少的部分直流稳压电源，发展的前景是可以预见的。而直流稳压电源的智能化、数字化、模块化和绿色化的发展趋势使其将更受欢迎。谢 辞毕业设计是对大学阶段所学知识的一个总结。为了提高自己的综合解决问题以及应用知识的能力，利用单片机及C语言，以开发“数控直流稳压电源”为题，作为我的毕业设计。由于本身知识水平以及时间有限，在本次设计中的某些问题可能设想不够用全。从设计数控电源想法的产生，到想法在理论上的可行性，以及到最后的设计完成，无不需要突破种

57、种困难，我都克服了。虽然过程很艰苦，但是完成设计后心里的激动无法用言语表达。它对我以后的设计思想、设计方法、设计过程都将会产生深远的影响。学会查阅资料是我在这次设计中的最大收获，毕竟一个人的知识水平有限，而资料在设计中的作用可以说是举足轻重。不断地收集和查阅资料使我知识而不断拓宽，为以后也打下了良好的基础。通过设计，使我对一个产品的设计过程有了全面的了解，设计过程中出现的许多困难也使我自己不断完善。不断的坚持使我信心百倍，我会以后继续努力。感谢学校提供了条件优良的实验环境，提供实验器材，我的动手能力得到锻炼和提高，夯实了专业知识！感谢电气工程与自动化全体老师四年来的关怀和培养！感谢所有任课老师

58、孜孜不倦的传授知识！感谢我的同学和朋友在学习上的大力支持和帮助！参考文献1 张齐,朱宁西. 单片机系统设计与开发M. 北京: 机械工业出版社， 20082 潘永雄. 新编单片机原理与应用M. 西安: 西安电子科技大学出版社， 20073 宋开军,杨国渝. 智能稳压电源设计J. 电子技术， 2003(10)4 高松. 基于单片机的数控直流稳压电源J. 陶瓷研究与职业教育， 2008(2)5 谢明亮，马学强，苏向阳. 数控直流稳压电源J. 数字技术与应用， 2009(12)6 赵亮. 液晶显示模块LCD1602应用J. 电子制作, 2007(3)7 张萌,和湘,姜斌. 单片机应用系统开发综合实例(

59、第一版) M. 北京: 清华大学出版社, 20078 李朝青. 单片机原理及接口技术（第3版）M. 北京: 北京航空航天大学出版社, 20059 余孟尝. 数字电子技术基础简明教程（第三版）M. 北京: 高等教育出版社, 200610 王兆安,刘进军. 电力电技术（第5版）M. 北京: 机械工业出版社, 201311 张毅刚,彭喜元,姜守达等. 新编MCS-51单片机应用设计（第3版）M. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学出版社, 200812 杨路明. C语言程序设计教程M. 北京: 北京邮电大学出版社, 200513 侯玉宝,陈忠平,李成群等. 基于Proteus51系列单片机设计与仿真M. 北京

60、: 电子工业出版社, 200814 江世明. 基于Proteus 的单片机应用技术M. 北京: 电子工业出版社, 200915 郭天祥. 51单片机C语言教程M. 北京: 电子工业出版社，201016 陈小忠,黄宁,赵小侠. 单片机接口技术实用子程序M. 北京: 人民邮电出版社, 200917 赫建国,郑燕,薛延霞. 单片机在电子电路设计中的应用M. 北京: 清华大学出版社, 200618 黄继品. 电子元器件应用手册M. 北京: 人民邮电出版社，200419 侯援彬,袁益民,霍汉平等. 单片机原理及其毕业设计精选M. 北京: 北京科学出版社, 200620 胡桂阳,卢月琼,李昌禧. 用单片机

61、制作的直流稳压可调电源J. 电子世界, 2005(12)附录 附录一：系统仿真电路图附录二：系统控制模块和供电电源模块原理图1系统控制模块原理图2系统供电电源模块原理图附录三：系统源程序/*数控电源程序*/#include /头文件#define uchar unsigned char/宏定义#define uint unsigned int #define LCD_DATA P0 / 定义LCD1602的数据端口sbit key1=P10; /位定义，定义key1,.,key6sbit key2=P11; sbit key3=P12; sbit key4=P13; sbit key5=P14; sbit key6=P15;sbit data_out=P21;/定义TLC1542的串行输出端口sbit ADDR=P22;/定义TLC1542的地址sbit CLK=P23;/定义TLC1542的时钟信号端sbit EOC=P24;/定义