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数控直流稳压电源论文.doc

发布时间：2022-06-10 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：2.03M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    浙江师范大学本科 毕业设计（论文） ( 2005 届 ) 设计题目 数控直流稳压电源 Digital-Controlled High-Precision DC power Supply 学院 信息科学与工程学院 专业 电子信息工程 班级 电信 011 班 学号 01610120 作者姓名 指导老师 庞玉华 陈艳燕
    信息科学与工程学院电子信息工程专业――“数控直流稳压电源” 完稿时间 2005.05.15 成绩 目 录 摘要………………………………………………………………………………………………………2 英文摘要…………………………………………………………………………………………………2 第一章 引言……………………………………………………………………………………………3 1.1 传统电源模式及其特点………………………………………………………………………3 1.2 数控电源模式及其特点 …………………………………………………………………… 3 第二章 系统原理………………………………………………………………………………………5 2.1 总体设计思路原理……………………………………………………………………………5 2.1.1 电路输出………………………………………………………………………………5 2.1.2 键显电路………………………………………………………………………………5 2.1.3 过流保护………………………………………………………………………………8 2.2 硬件……………………………………………………………………………………………8 2.2.1 总体设计思路图………………………………………………………………………8 2.2.2 总体设计方案…………………………………………………………………………9 2.3 软件……………………………………………………………………………………17 第三章 调试结果………………………………………………………………………………………19 3.1 所用调试器件………………………………………………………………………………19 3.2 具体调试过程………………………………………………………………………………19 第四章 结束语…………………………………………………………………………………………21 4.1 设计总结……………………………………………………………………………………21 4.2 结束语………………………………………………………………………………………21 参考文献………………………………………………………………………………………………22 附录……………………………………………………………………………………………………23 1
    信息科学与工程学院电子信息工程专业――“数控直流稳压电源” 数控直流稳压电源 信息科学与工程学院 电信 011 班 庞玉华 指导老师： 陈艳燕 摘要：本毕业设计是一款以 AT89C51 单片机为核心的新颖的直流稳压电源的设计。该电源能同步 输出连续正电压值；通过电源面板键盘对电压值的预置和步进调节实现独立工作。系统具有通用 性好、可靠性高、线路简单、步进精度高、显示直观、使用方便的优点，有较高的性价比，具有 控制智能化等特点，因此，十分适用于各种科学实验与小功率的电子设备中使用，相信会有很好 的应用前景。 关键词：直流稳压电源，数字控制，高精度，串行通信 Digital-Controlled High-Precision DC power Supply Director：Chen-Yanyan (Electronics information engineering of Science &Engineering college, Zhejiang Normal University, 011 No.20) Abstract ： In this paper, a novel design of high-precision DC stabilized power supply based on microcontroller AT89C51 is introduced. The power supply, which can output positive and negative voltage synchronously, has actualized independence work through preliminary voltage values setting and step-by-step regulation on panel keyboard. It has such advantages as good in versatility, high in reliability, simple in circuit, high in step precision, directly perceived, convenient in operation good function with low price and the characteristics of intelligence to control. Therefore, it will be applicable to various science experiment with in the electronics equipments of the small power, believing it will be a good future. 2
    信息科学与工程学院电子信息工程专业――“数控直流稳压电源” Key words：DC stabilized power supply, digital control, high precision, serial communication 第一章 引言 直流稳压电源是科学研究和实验研究中必不可少的常用仪器设备，传统的直流稳 压电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，电压调整精度不高、读数欠直观、电位器也易磨损。近年来，多功能和数 字化直流稳压电源已得到了长足的发展，该类稳压电源基本上克服了传统直流稳压电 源的上述缺陷。本设计给出一款以 AT89C51 为控制核心的新颖的数控直流电源，其性 能特点是：能同步连续输出正电压值（A 路:1.5～5V；B 路: 5～12V），可独立工作， 通过稳压电源的面板预置电压值和步进调节。 1．1 选题背景及意义 随着大规模集成电路制作技术的发展，电子仪器及设备正向着小型化、轻量化方 向发展。作为电子仪器及设备的直流稳压电源也正面临着一场革命，体积小，重量轻， 高效节能的数控直流稳压电源正逐渐代替传统的线性稳压电源。尤其在计算机、广播 通信、航空航天、遥测遥感等应用科学领域中，数控直流稳压电源有着线性电源无可 比拟的优点。目前各种数控直流稳压电源专用集成控制芯片及单片集成开关稳压器已 被广泛应用,从各种家用电器到专用电子仪器及现代化通信设备，各行各业都拥有电 子仪器、设备。这些功能各异的电子设备，尤其是一些专用设备（如一些大单位内部 通信网的专用程控交换机等），这些先进设备对所配电源系统的要求越来越高。为了 保障这些电子设备的正常运行，它们的直流供电电源必须可靠地工作，有些甚至需要 采用不间断供电。同时还要求电源输出电压稳定，其供电电压不超过允许的变化范围， 直流电源供电电压的纹波应小于允许值，否则将不利于设备的正常工作。此外，随着 集成电路的发展，许多先进电子设备的性能不断提高，体积不断减小，因而要求电源 系统向小型化、集成化和高效化方向发展，以满足用户的需要。 1．1．1 传统电源模式及其特点 传统电压源采用传统的调整管与二进制计数器组成的电路，通过对计数器的控 制，来调整输出。通过 D/A 的基准输入电压，根据二进制数与输出电压的线性关系， 在保证输入 D/A 转换电路的基准电压不变，并能满足电路的要求下，实现输出电压的 步进控制，输出电压在某一范围内进行调整。由于电路中加入计数器，使电路较为繁 琐，调整也不太方便，并且电路的抗干扰能力较差。 1．1．2 数控电源模式及其特点 数控电源采用以 AT89C2051 和 AT89C51 单片机为核心与 D/A 转换组成的电路，电 路通过单片机外加按键来控制 D/A 的步进增减，使电路输出满足设计要求，利用单片 机的编程能很方便的实现步进的增减。充分利用单片机的特点，使电路在能够满足系 3
    信息科学与工程学院电子信息工程专业――“数控直流稳压电源” 统的基本要求上，还较容易地扩展外部其它功能，对单片机的程序编写也比较容易实 现，电路稳定性能较高。 本设计采用以单片机为核心组成的电路。电路中利用两个 D/A 转换器（DAC0832） 对输入的信号进行数控，DAC0832 输出的是电流信号，进行 I/V 转换，并进行适当的 放大，输出两路信号。并对输出的信号可进行时时控制显示（即有理想值——设置值， 又有测量的实际值）与过流保护。 本电路的特色在于：在完成设计的基本要求与扩展要求外，在电路中还加入过流 保护指标电路（声报警电路），电路采用 V/F（压频转换）来对输出的实际值进行采 集，并输出显示。 4
    信息科学与工程学院电子信息工程专业――“数控直流稳压电源” 2．1 总体设计思路 第二章 系统原理 本电路在以单片机为基础核心，电路还包括以下几个大的模块：电路输出、过流 保护、控制与显示、D/A 转换、测量输出显示模块。电路中的数控部分电路（数字电 路）主要由上述提到的控制与显示（按键和数码管）及过流保护电路和测量到的实际 值输出显示电路。本电路的最小核心系统由单片机与地址锁存器 74LS138 和外围的存 储器组成，本设计是在以单片机为核心组成的可编程器件，电路的稳定性能强。 下面分别介绍各个部分的工作原理及设计思路: 2．1．1 电路输出 此电路输出由两个正稳压电路通道组成。这两部分电路是可以相互置换的，因而 电路的接法与工作原理非常相似。这两路中任一路的方案确定，都可以相互拿来使用。 对于要实现正稳压输出功能电路，可采用以下几种方案来实现： 方案一：采用单级开关电源式输出。由于开关稳压输出的直流电压纹波大，输出 的电压数值稳定性难以控制，因而不适合本电路。 方案二：采用传统的串联型稳压电路,在此电路中，我们通常根据平时较成熟的 分立元件构成稳压电路。由于其输出电压是通过粗调(波段开关)及细调(电位器)来调 节.当输出电压需要精确输出,或需要在一个小范围内改变时,调节就比较困难,同时 随着使用时间的增加,波段开关及电位器接触就会不良,对输出会有影响.同时对过载 进行限流或截流型保护,电路构成复杂,稳压精度也不高。 方案三：利用单片机与 D/A 组成的电路，通过单片机控制 D/A 转换器（DAC0832） 输出信号，电路的稳压精度明显高了，电路的输出电压值也容易进行调节。 本设计电路采用方案三，D/A 转换器输出的是电流信号，须经 I/V 转换后成为电 压信号，电路中还必须有放大电路，这样才能组合成一个正常的电路，输出才能满足 设计的要求。对 D/A 转换电路：此电路中，有两路输出电路，须采用两片 D/A 转换器， 分别对应两路正输出电路。由于此设计中对电路的转换精度要求不高，因而选择芯片 从其价格出发，本电路采用价格较为便宜的 8 位 D/A 转换芯片 DAC0832。DAC0832 是 输出电流型 D/A 转换器，在基准输入电压信号一定时，其输出的电流值随其 8 位数据 逐步输入呈线性关系输出。 对于另一路稳压电路,根据上述的三个方案比较,同样采用方案三,其电路组成与 上述稳压输出电路相同,其芯片选择同样以上述论证为依据，工作原理同上述稳压输 出电路相同。 2．1．2 键显电路 5
    信息科学与工程学院电子信息工程专业――“数控直流稳压电源” 控制与显示电路采用可编程控制器 AT89C2051 与数码管及地址译码器 74LS138 组成，可编程/显示器件 AT89C2051 实现对按键的扫描、消除抖动、提供 LED 的显示 信号，并对 LED 显示控制。用 AT89C2051 和按键组成的人机控制平台，能够方便的进 行控制单片机的输出。AT89C2051 组成的人机界面，不仅能减少外围硬件电路的引线， 而且能够减轻编程的负担，并能够提高单片机的利用率。 按键采用 2*8 的排列，数码管显示的数值是设定的两路电压值，数码管的动态显 示所需电流是静态显示的 2——3 倍，因而要使数码能够正常的显示出动态数值，必 须用数码驱动电路。 此电路的核心器件是 AT89C2051,下面简单介绍 AT89C2051 的特点和引脚功能: 一、特点： AT89C2051 是一个低电压，高性能 CMOS 8 位单片机，与 MCS-51TM 产品兼容，器 件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS-51 指令系统， 片内置通用 8 位中央处理器和 FLASH 存储单元，内置功能强大的微型计算机的 AT89C2051 提供了高性价比的解决方案，工作在 2.7V ～6V 电压范围，全静态工作。 AT89C2051 提供以下标准功能：2K 字节 FLASH 闪速存储器，可进行 1000 次写/ 擦除，128 字节内部随机存取数据存储器 RAM，15 个可编程 I/O 接口线，两个 16 位 定时/计数器，一个 5 向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡及时钟 电路，含二级程序存储锁存、6 个中断源、可编程串行口、片内模拟比较器，输出可 直接驱动 LED 数码管。同时，AT89C2051 可降至 0HZ 的静态逻辑操作，一般工作在 0 ～ 24MHZ 频率之间，并支持低功耗空闲和掉电两种软件可选的节电工作模式。空闲方式 停止 CPU 的工作，但允许 RAM、定时/计数器、串行通信口及中断系统继续工作。掉 电方式保存 RAM 中的内容，但振荡停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件 复位。 二、引脚配置： 如图1 图 1 2051 引脚图 三、内部结构框图： 6
    信息科学与工程学院电子信息工程专业――“数控直流稳压电源” 如图 2 图 2 2051 内部结构图 四、引脚功能说明： VCC：供电电压。 GND：接地。 P1 口是一个 8 位双向 I/O 口，引脚 P1.2～P1.7 提供内部上拉电路，P1.0 和 P1.1 需要外接上拉电阻，P1.0 和 P1.1 也可以分别用作片内精密模拟比较器的正输入端 （AINI0）和负输入端（AINI1）。P1 口的输出缓冲器能吸收 10mA 电流并能直接驱动 LED 显示。当“1”被写入 P1 口的各引脚时，它们可被用作输入脚。当引脚 P1.2～P1.7 被用作输入并被外部拉低时，由于内部上拉它们将供出电流（IIL）。FLASH 编程和程 序校验期间，P1 接收 8 位地址。 P3 口的引脚 P3 .0～P3 .5、P3 .7 是 7 个带有内部上拉的双向 I/O 引脚。P3.6 是片内比较器的输出脚而不能作为普通的 I/O 脚访问。P3 的输出缓冲器可吸收 10mA 电流。当“1”写入 P3 引脚时，它们被内部的上拉电阻拉高并被用作输入。作为输入 口，被外部拉低的 P3 引脚因为上拉而供出电流（IIL）。 7
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