數(shù)控直流穩(wěn)壓電源

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上數(shù)控直流穩(wěn)壓電源摘 要本設(shè)計為一種簡易數(shù)控直流穩(wěn)壓電源。該電源由電源供電模塊、加減數(shù)控調(diào)壓模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、電壓調(diào)整模塊以及數(shù)字輸出顯示電路等組成。該設(shè)計以STC90C516RD+單片機為基本控制核心，通過單片機控制數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片DAC0832輸出穩(wěn)壓電源的基準電壓，再通過兩級放大輸出到電壓調(diào)整管，控制調(diào)節(jié)輸出電源電壓。該數(shù)控電源可以通過粗調(diào)和微調(diào)按鍵實現(xiàn)0-10V之間不同幅值的電壓輸出，同時還設(shè)置了+3.3V和+5V電壓設(shè)定按鍵，以實現(xiàn)常用芯片電壓的快速設(shè)定。設(shè)計中采用LCD1602液晶顯示設(shè)定電壓和電源輸出的實際電壓，便于觀察和調(diào)整。在設(shè)計中，對該電源系

2、統(tǒng)進行了Proteus仿真，配合Keil uVision4軟件的應用，得到比較滿意的仿真結(jié)果。另外，該數(shù)控電源具有較好的抗干擾能力，可靠性較高，易于調(diào)節(jié)，操作簡單，輸出電壓值與真實顯示電壓值精度較高等優(yōu)點。關(guān)鍵詞：數(shù)控直流穩(wěn)壓電源，STC90C516，模數(shù)轉(zhuǎn)換，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 suppli

3、ed by the 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 c

4、omputer 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

5、be realized 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 voltag

6、e of the 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-interfere

7、nce ability, 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專心-專注-專業(yè)目錄前言電源是各行各業(yè)都無法

8、脫離的能源，隨之而來的便成為一種科技技術(shù)。電源技術(shù)是一門實用性很強的工程技術(shù)，在教學、科研、生活等行業(yè)中都得到了很廣泛的應用。目前，數(shù)控電源技術(shù)是電源技術(shù)的典型代表。電子、控制理論、系統(tǒng)集成、復合材料等學科領(lǐng)域在電源技術(shù)中得到了廣泛的應用?；谟嬎銠C和通訊技術(shù)的信息技術(shù)革命為電力電子技術(shù)的發(fā)展提供了廣闊的前景。與此同時，也提高了對電源的要求。隨著數(shù)控直流電源的普遍應用，有效的改善了普通電源使用中產(chǎn)生的誤差，從而提高了系統(tǒng)的精確程度和穩(wěn)定性。眾所周知，電源在工作時會造成很多不良后果，世界各國對電源產(chǎn)品提出了不同要求并制定了各種各樣的產(chǎn)品精度標準。只有滿足產(chǎn)品標準，才能夠進入市場。在八十年代，隨著

9、電力電子理論的建立與發(fā)展，數(shù)控電源技術(shù)才真正發(fā)展起來。在以后的發(fā)展過程中，數(shù)控電源技術(shù)有了很大的改善與提高。當時，數(shù)控電源存在很多缺陷，比如數(shù)控程度達不到要求、分辨率不夠高、功率比較低、可靠性較差等等。隨著單片機技術(shù)以及電壓電流轉(zhuǎn)變模塊的出現(xiàn)，改善了數(shù)控電源的缺陷，為精確數(shù)控電源的發(fā)展提供了有力的條件。目前所使用的直流可調(diào)電源中，幾乎都為旋鈕開關(guān)調(diào)節(jié)電壓，調(diào)節(jié)精度不高，而且經(jīng)常跳變，使用麻煩，具有功能簡單、難控制、可靠性低、干擾大、精度不夠且體積大、復雜等諸多不足。利用數(shù)控穩(wěn)壓電源，能較好地解決以上傳統(tǒng)穩(wěn)壓電源的諸多不足，還可減小電源高頻諧波干擾和非線性失真，同時便于CPU數(shù)字化控制。第1章

10、數(shù)控電源概述1.1 設(shè)計的依據(jù)與意義電源是各種電子設(shè)備工作的先決條件，是其源泉與動力，是電子設(shè)備必不可少的重要組成部分，其性能的好壞直接影響到整個系統(tǒng)的安全性與可靠性指標。隨著科學技術(shù)與電子信息產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，人們對電源的需求與日俱增，電源的開發(fā)與制造已成為逐步具有巨大發(fā)展?jié)摿Φ男屡d產(chǎn)業(yè)。數(shù)字化智能電源模塊是針對傳統(tǒng)智能電源模塊的不足提出的，數(shù)字化能夠減少生產(chǎn)過程中的不確定因素和人為參與的環(huán)節(jié)數(shù)，有效地解決電源模塊中諸如可靠性、智能化和產(chǎn)品一致性等工程問題，極大地提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的可維護性。如何設(shè)計一款輸出電壓穩(wěn)定、精度高，并且具有電壓調(diào)節(jié)范圍大的電源，成為電力電子技術(shù)應用的熱點。市場上，電

11、源產(chǎn)品繁多，但可分為兩大類：可調(diào)的和固定的，但是普遍存在一些缺陷，譬如轉(zhuǎn)換效率低，功耗大，輸出不夠穩(wěn)定，紋波電流大，普遍采用可調(diào)電位器調(diào)節(jié)，操作難度大，易磨損老化等。而基于單片機的電源能比較好的解決以上的普通電源的缺陷，并且數(shù)控穩(wěn)壓電源與普通電源相比，具有操作簡單方便、便于觀察、穩(wěn)定性高的特點。它具有較低的紋波電壓，精確的電壓調(diào)節(jié)能力，輸出電壓利用數(shù)字顯示，易于觀察判斷。電路廣泛使用集成電路，具有調(diào)試簡單易行、性能優(yōu)良可靠、故障率低等優(yōu)點。1.2 國內(nèi)外數(shù)控電源概況國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，電源技術(shù)尤其是數(shù)控電源技術(shù)是一門實踐性很強的工程技術(shù)，服務(wù)于各行各業(yè)。當今電源技術(shù)融合了電子、電氣、控制理論、系統(tǒng)

12、集成、材料等諸多學科領(lǐng)域。隨著計算機科學和通訊技術(shù)的發(fā)展，帶來了現(xiàn)代信息技術(shù)革命，為電源技術(shù)提供了廣闊的發(fā)展前景，同時也給電源提出了更高的要求。隨著數(shù)控電源在各類電子設(shè)備中的普遍使用，有效地解決了普通電源在工作時產(chǎn)生的誤差，從而提高整個系統(tǒng)的精確度。數(shù)控電源真正發(fā)展起來是從80年代才開始的，隨著電力電子理論的建立，為數(shù)控電源后來的發(fā)展提供了一個良好的基礎(chǔ)。自此，數(shù)控電源技術(shù)有了長足的發(fā)展。但其產(chǎn)品存在數(shù)控程度達不到要求、功率密度比較低、分辨率不高、可靠性較差的缺點。因此數(shù)控電源發(fā)展主要方向就是改善上述缺點。微型單片機技術(shù)及電壓電流轉(zhuǎn)換模塊的研發(fā)為精確數(shù)控電源的發(fā)展提供了有利的條件。隨著控制理論

13、的發(fā)展和變換技術(shù)更新，研制出了各類型的數(shù)字信號處理器以及專用集成電路。隨著對系統(tǒng)更低功耗和更高效率的需求，電信與數(shù)據(jù)通訊設(shè)備的技術(shù)更新推動電源產(chǎn)業(yè)中直流-直流變換電源向更智能化和高靈活性方向發(fā)展，因此直流-直流電源產(chǎn)業(yè)正面臨著新的更嚴峻的挑戰(zhàn)，也就是在如何在現(xiàn)有系統(tǒng)加入嵌入式電源智能系統(tǒng)和數(shù)字控制。早在90年代中，半導體生產(chǎn)商們就研發(fā)出了數(shù)控電源技術(shù)，而在那個年代，該設(shè)計方案的性價比與當時廣泛使用的模擬控制方案相比處于劣勢，因而當時無法被廣泛接受?，F(xiàn)今隨著電源技術(shù)的飛躍發(fā)展,整流濾波系統(tǒng)從以前的分立元件以及小規(guī)模的集成電路控制發(fā)展為現(xiàn)代的微機智能控制,從而使電源智能化,其具有遙控、遙測、遙信功

14、能,基本實現(xiàn)了電源的無人值守，所設(shè)計的電源主要由單片機控制系統(tǒng)、D/A轉(zhuǎn)換電路、直流穩(wěn)壓電路、檢測電路、鍵盤、顯示器等幾部分組成。開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展向著高頻、可靠、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化的方向發(fā)展。由于開關(guān)電源薄、小、輕的關(guān)鍵技術(shù)是高頻化，因此國外各大開關(guān)電源生產(chǎn)商熱衷于新型高智能化電子元件的開發(fā)制造，尤其是降低了整流器件的功耗，并在鐵氧體材料上融入了新的科技，使其在較大磁通密度與高頻率時得到高的磁性能，而另一項關(guān)鍵就是電容的小型化。表面組裝技術(shù)（SMT）的應用使開關(guān)電源做到了小、薄、輕。1.3 設(shè)計的內(nèi)容1.設(shè)計一款穩(wěn)定性好、精度高、輸出可調(diào)節(jié)的直流穩(wěn)壓電源2.性能指標：(1)輸出電壓

15、調(diào)節(jié)范圍0-10V，紋波小于50mV；(2)輸出電流最大500mA；(3)輸出直流電壓步進調(diào)節(jié)，粗調(diào)步進值為1V，細調(diào)步進值0.05V；3.由“+”、“-”兩鍵控制輸出電壓步進值的增或減，并設(shè)有+3.3V和+5V常用電壓設(shè)定按鍵；4.顯示輸出電壓值和設(shè)定電壓值。1.4 設(shè)計方法根據(jù)設(shè)計題目的要求，該數(shù)控直流電源由數(shù)控模塊、顯示模塊、電源模塊、數(shù)據(jù)采集模塊構(gòu)成。1.數(shù)控與顯示模塊采用以STC90C516RD+單片機為核心單片機最小系統(tǒng)。該單片機具有靈活的接口和在線編程的能力，易于實現(xiàn)題目中的有關(guān)按鍵設(shè)置、顯示以及電壓測量等功能。2.數(shù)據(jù)采集模塊將預設(shè)電壓數(shù)字量經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器（DAC0832）進行

16、數(shù)模轉(zhuǎn)換，另外，利用電壓采樣，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器（TLC1543）將采樣電壓模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸入到單片機，實現(xiàn)對電壓的實時測量，然后經(jīng)處理后送LCD1602液晶顯示。顯示的電壓值便是輸出系統(tǒng)的電壓值。此系統(tǒng)比較靈活，采用軟件方法來解決數(shù)據(jù)的預置以及電壓大小的控制，使系統(tǒng)硬件更加簡潔，各類功能易于實現(xiàn)。第2章 設(shè)計方案與論證2.1 設(shè)計方案2.1.1 方案一采用傳統(tǒng)的電壓調(diào)整方案，該方案的方框圖如圖2-1所示。該方案是以十進制計數(shù)器為核心的設(shè)計。該計數(shù)器一方面完成設(shè)定電壓譯碼顯示，另一方面其輸出作為E2PROM的地址輸入。然后E2PROM的輸出經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC0832）轉(zhuǎn)換后控制誤差運算放大器

17、的基準電壓來實現(xiàn)輸出電壓步進。但是由于控制數(shù)據(jù)燒錄在E2PROM中，這使系統(tǒng)的靈活性有所降低。圖2-1 方案一方框圖2.1.2 方案二此方案的方框圖如圖2-2所示。該方案以直流電源為核心，并采用51系列單片機（STC90C156RD+）作為控制核心，通過按鍵輸入改變數(shù)字量來改變設(shè)定電壓的值，即改變輸出電壓的值，改變控制誤差運算放大器（NE5534）的同相輸入端的電壓值，從而使輸出功率管（TIP41）的基極電壓發(fā)生變化，間接地改變輸出電壓值。為了能使系統(tǒng)具備檢測實際輸出電壓值的功能，對輸出電壓進行采樣，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器（TLC1543）轉(zhuǎn)換，從而間接實現(xiàn)用單片機實時對電壓采樣檢測，然后進行數(shù)據(jù)處理

18、和液晶顯示。采用軟件控制的方法來解決數(shù)據(jù)的預置以及電壓的步進控制，使系統(tǒng)硬件更加簡潔，各功能易于實現(xiàn)。該控制系統(tǒng)利用51系列單片機程序控制輸出數(shù)字信號，經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC0832）轉(zhuǎn)換輸出模擬量，再經(jīng)過兩級運算放大器（uA741）隔離放大，經(jīng)放大后的模擬量作為誤差運算放大器同相輸入端的電壓值，從而控制輸出功率管（TIP41）的基極，隨著功率管基極電流的變化而輸出不同的電壓。單片機系統(tǒng)還兼顧對電壓進行實時監(jiān)控，輸出電壓經(jīng)電流/電壓轉(zhuǎn)變后，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器（TLC1543）轉(zhuǎn)換，實時把模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，通過單片機由LCD1602液晶顯示，以便更好地觀察和獲得實際的電壓數(shù)值。圖2-2 方案二方框

19、圖2.2 方案比較與論證2.2.1 數(shù)控部分方案一采用分散的模擬器件以及小規(guī)模集成電路實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)控功能，使用的芯片較多，以致使控制電路的內(nèi)部的信號傳遞比較繁瑣，中間環(huán)節(jié)相互關(guān)聯(lián)部分比較多，在一定程度上抗干擾的能力變?nèi)?。而在方案二中采用了單片機完成整個數(shù)控功能，而且51系列單片機可以實現(xiàn)程序控制，有利于系統(tǒng)的功能擴展。2.2.2 輸出部分方案一采用線性調(diào)壓電源，以改變其基準電壓的方式使輸出電壓改變，在這種情況下必須把整流濾波后產(chǎn)生的紋波電壓對輸出的影響考慮在內(nèi)，而方案二中使用運放作為前級運放，利用運放電壓抑制比大的特性，可以大大減小紋波電壓。方案一中為消除紋波的影響，在電源輸出端并聯(lián)的大電容使系

20、統(tǒng)的響應速度大大降低，因而輸出難以跟蹤輸入，而方案二中輸出電壓波形與D/A變換輸出一致，因而可以根據(jù)預設(shè)波形產(chǎn)生多種波形輸出，使之成為系統(tǒng)具有一定驅(qū)動能力的信號源。2.2.3 顯示部分方案一中對電壓量化后直接進行譯碼顯示，顯示值為D/A的輸入值，由于D/A轉(zhuǎn)換與功率驅(qū)動電路的引入，造成顯示與實際輸出值間產(chǎn)生偏差。而方案二中采用直接對輸出電壓采樣并顯示輸出實際電壓值，當電源異常時，出現(xiàn)設(shè)定值和輸出相差較大的狀況，用戶可以根據(jù)該信息予以處理。另外，方案一中顯示器使用的是LED數(shù)碼管顯示，方案二中顯示器采用的是LCD1602液晶顯示，使用液晶顯示占用的I/O口比較少，體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富，而

21、且便于控制芯片外設(shè)的擴展。綜上所述，選擇方案二，使用以51系列單片機為控制核心的設(shè)計方案。第3章 硬件電路設(shè)計系統(tǒng)總體方案框圖如圖3-1所示。根據(jù)系統(tǒng)總體設(shè)計方案的方框圖可將該設(shè)計的電路模塊分為電源供電電路模塊、主控電路模塊、按鍵電路模塊、顯示電路模塊、電壓調(diào)整電路模塊、D/A轉(zhuǎn)換電路模塊、A/D轉(zhuǎn)換電路模塊等。圖3-1 系統(tǒng)總體方案框圖3.1 電源供電電路模塊系統(tǒng)電源電路模塊的原理圖如圖3-2所示。220V的家用照明電由電源變壓器變壓得到有效值15V的電壓，再經(jīng)過兩路全波整流濾波電路得到18V的電壓值，一路通過三端可調(diào)節(jié)輸出正電壓穩(wěn)壓器LM317輸出穩(wěn)定的18V電壓；另一路通過三端集成穩(wěn)壓L

22、M7815、LM7915得到穩(wěn)定的+15V、-15V，該電壓為調(diào)壓模塊和D/A轉(zhuǎn)換模塊中的放大器uA741提供電壓。從三端集成穩(wěn)壓器LM7815得到的+15V電壓經(jīng)過一個分壓電阻連接三端集成穩(wěn)壓器LM7805得到+5V電壓值，該電壓為設(shè)計中的主控模塊、D/A轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器、LCD1602液晶提供所需的工作電壓。三端可調(diào)穩(wěn)壓器LM317工作時建立并保持輸出與調(diào)節(jié)端之間1.25V的標稱參考電壓（），這一參考電壓由R1轉(zhuǎn)換成編程電流（），該恒流經(jīng)R2到地，穩(wěn)壓輸出電壓由式（3-1）給出： （3-1）其中為調(diào)節(jié)端電流，在式中代表誤差項，因此可調(diào)穩(wěn)壓器LM317設(shè)計為控制電流小于并使之保持恒定，為

23、達到這一點，所有靜態(tài)工作的電流都返回到輸入端，這就需要最小負載電流，若負載電流小于最小值，輸出電壓會升高。在計算輸出電壓時，可以把式（3-1）中的后一項略去，從而簡化計算。二極管D1防止輸入短路時電容C3對集成電路放電，以保護電路的安全性與穩(wěn)定性。為了能夠使LM7805能夠正常工作，不至于輸入電壓過高，在LM7815的輸出端口增加了一只分壓電阻，以降低LM7805的輸入電壓，保證LM7805正常工作。圖3-2 系統(tǒng)電源電路模塊的原理圖3.2 主控電路模塊主控電路模塊采用PDIP封裝的STC90C516RD+單片機為主控制器來實現(xiàn)，其最小系統(tǒng)原理圖如圖3-3所示。51單片機是一款基于8位單片機處

24、理芯片STC90C516RD+的系統(tǒng)。STC90C516RD+的正常的工作電壓為5V，工作頻率可達到40MHz。圖3-3 STC90C516單片機最小系統(tǒng)原理圖本設(shè)計為了確?？刂频目煽啃耘c方便性，采用了外接電阻電容復位電路，增加了復位按鍵。同時也是整個系統(tǒng)電源系統(tǒng)的復位電路，便于系統(tǒng)的復位與設(shè)定，提高系統(tǒng)的可操作性。3.2.1 STC90C516RD+單片機簡介STC90C516RD+系列單片機是STC公司研發(fā)的超強抗干擾/高速/低功耗單片機，其指令代碼完全兼容8051單片機，12時鐘/機器周期與6時鐘/機器周期，可根據(jù)需要選擇。內(nèi)部集成了專用復位電路（MAX810），當時鐘頻率在6MHz時，

25、該復位電路可靠；當時鐘頻率在12MHz時，勉強能用。一般需要外接復位電路，增加系統(tǒng)的可靠性。3.1.2 引腳功能說明STC90C516RD+單片機的管腳如圖3-4所示。圖3-4 STC90C516單片機的管腳VCC：電源正極。GND：電源負極，接地。P0口：P0口可作為地址/數(shù)據(jù)分時復用總線和通用I/O口。當P0口作為地址/數(shù)據(jù)分時復用總線時是低8位地址線A0-A7，數(shù)據(jù)線D0-D7，無需外接上拉電阻。當P0口作為普通I/O口時，是8位準雙向口，上電復位后處于開漏模式，需外接上拉電阻。P0口可驅(qū)動8個LS型TTL負載。P1口：P1口內(nèi)部有上拉電阻，P1口可驅(qū)動4個LS型TTL負載。P1口管腳寫

26、入“1”后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口：P2口內(nèi)部有上拉電阻，既可作為輸入/輸出口，也可以作為高8位地址總線A8-A15使用。當P2口作為輸入/輸出時是一個8位準雙向口。與P1口相同，P2口也可驅(qū)動4個LS型TTL負載。P3口：P3口內(nèi)部有上拉電阻，可驅(qū)動4個LS型TTL負載。當P3口作為輸入時，須先對相應端口鎖存器寫“1”。P3口除了具有準雙向I/O口功能外，還有第二功能。同時為FLASH編程和編程校驗接收一些控制信號。P4口：P4口內(nèi)部提供上拉電阻，可驅(qū)動4個LS型TTL負載。P4口具有準雙向I/O口功能。P4口的訪問

27、方式與P1口基本相同，且可用位尋址。RST：復位腳，高電平有效。當復位時，至少要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/P4.5:地址鎖存允許/P4.5。當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。否則，其輸出頻率為振蕩器頻率的1/6正脈沖信號。/P4.4：外部程序存儲器的選通信號/P4.4，低電平有效。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的信號將不出現(xiàn)。/P4.6：外部程序存儲器訪問允許/P4.6。當保持低電平時，只訪問外部程序存儲器，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。當保持高

28、電平時，只訪問內(nèi)部程序存儲。在FLASH編程時，此腳也用于施加12V編程電源(VPP)。XTAL1：片內(nèi)振蕩器反相放大器和時鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端。3.3 按鍵電路模塊按鍵電路相對比較簡單，設(shè)計中采用了六個按鍵來實現(xiàn)電壓步進調(diào)節(jié)控制，各鍵作用分別為設(shè)置常用電壓3.3V、5V增減電壓粗調(diào)按鍵和增減電壓微調(diào)按鍵。其中S1為3.3V設(shè)定按鍵，S2為5V設(shè)定按鍵，S3為步進加1V按鍵，S4為步進減1V按鍵，S5為步進加0.05V按鍵，S6為步進減0.05V按鍵。其按鍵電路原理圖如圖3-5所示。圖3-5 按鍵電路模塊原理圖3.4 顯示電路模塊設(shè)計中顯示模塊采用LCD1

29、602液晶顯示，其接口原理圖如圖3-6所示。采用該液晶占用I/O口比較少，更加易于實現(xiàn)。另外，本設(shè)計所使用的LCD1602液晶是32個點陣組成字符群。一個點陣塊作為一個字符，字符的間距、行距為一個點的寬度。該液晶具有字符發(fā)生器ROM可顯示192個字符，還具有64個字節(jié)RAM，用于存儲自定義字符，可自定義8個點陣字符。模塊具有結(jié)構(gòu)緊湊、輕巧、安裝容易的優(yōu)點。圖3-6 顯示電路模塊原理圖LCD1602液晶顯示器的實物圖如圖3-7所示，它具有功耗低、體積小、顯示內(nèi)容豐富、體積輕巧等特點。圖3-7 LCD1602液晶顯示器的實物圖3.4.1 LCD1602主要參數(shù)1.單+5V電源供電，可調(diào)節(jié)對比度；2

30、.液晶內(nèi)部具有復位電路；3.提供清屏、字符閃爍、光標閃爍、顯示移位等多種功能的控制命令；4.具有80個字節(jié)的RAM，還具有64個字節(jié)的自定義字符RAM，可自定義8個點陣字符；5.具有字符發(fā)生器ROM，能顯示192個點陣字符。3.4.2 LCD1602引腳功能說明LCD1602引腳功能如表3-1所示表3-1 LCD1602引腳功能引腳號符號狀態(tài)功能1VSS電源地2VDD+5V電源3V0驅(qū)動電源4RS輸入寄存器設(shè)定 1：數(shù)據(jù)；0：指令5R/W輸入讀、寫操作設(shè)定 1：讀；0：寫6E輸入使能信號（MDLS40466未用，符號NC）7DB0三態(tài)數(shù)據(jù)總線（LSB）8DB1三態(tài)數(shù)據(jù)總線9DB2三態(tài)數(shù)據(jù)總線1

31、0DB3三態(tài)數(shù)據(jù)總線11DB4三態(tài)數(shù)據(jù)總線12DB5三態(tài)數(shù)據(jù)總線13DB6三態(tài)數(shù)據(jù)總線14DB7三態(tài)數(shù)據(jù)總線（MSB）*15E1輸入MDLS40466上兩行使能信號*16E2輸入MDLS40466下兩行使能信號注：15腳、16腳用于MDLS40466，其余型號不用或為LED背光電源輸入；本液晶為LED背光電源輸入引腳，15腳為背光源正極，16腳為背光源負極。3.5 D/A轉(zhuǎn)換電路模塊D/A轉(zhuǎn)換電路模塊是由數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片DAC0832、兩級運算放大器uA741和基準電壓產(chǎn)生電路組成。為了提高U2的電壓放大倍數(shù)以及方便的調(diào)試，在兩級運算放大器電路中RFB端外接了R9可調(diào)節(jié)電阻器來調(diào)整轉(zhuǎn)換滿量程精度。

32、后一級放大器U1的放大倍數(shù)為倍；在基準電壓產(chǎn)生電路中，采用9V穩(wěn)壓二極管D1穩(wěn)壓，再通過可調(diào)節(jié)電阻器R17分壓得到DAC0832的基準電壓，設(shè)計基準電壓電路是為了提高D/A轉(zhuǎn)換的精度，提高控制精度。其電路的原理圖如圖3-8和圖3-9所示。圖3-8 兩級運算放大器uA741和基準電壓產(chǎn)生電路DAC0832輸出模擬電流，設(shè)D/A轉(zhuǎn)換的數(shù)字量為D，A/D轉(zhuǎn)換器內(nèi)部權(quán)電阻為R，則IO1的輸出電流公式為： （3-2）根據(jù)運算放大器 “虛短”、“虛斷”的性質(zhì)，經(jīng)過電流-電壓的轉(zhuǎn)換，得到輸出電壓，其公式如（3-3）所示。 （3-3）圖3-8 DAC0832接線原理圖3.5.1 DAC0832主要參數(shù)1八位分

33、辨率；2電流穩(wěn)定時間；3能單緩沖、雙緩沖或直通輸入；4只需在滿量程下調(diào)整其線性度；5單電源供電（+5V+15V）；6低功耗，20mW。3.5.2 DAC0832的引腳說明1DAC0832的引腳圖如圖3-10所示圖3-10 DAC0832的引腳圖2DAC0832引腳功能說明如表3-2所示表3-2 DAC0832引腳功能說明引腳號符號功能1片選信號輸入線（選通數(shù)據(jù)鎖存器），低電平有效2數(shù)據(jù)鎖存器寫選通輸入線，負脈沖有效。由ILE、的邏輯組合產(chǎn)生LE1，當LE1為高電平時，數(shù)據(jù)鎖存器狀態(tài)隨輸入數(shù)據(jù)線變換，LE1的負跳變時將輸入數(shù)據(jù)鎖存3AGND模擬信號地4D3數(shù)據(jù)輸入線，TTL電平，有效時間應大于9

34、0ns5D2數(shù)據(jù)輸入線，TTL電平，有效時間應大于90ns6D1數(shù)據(jù)輸入線，TTL電平，有效時間應大于90ns7D0數(shù)據(jù)輸入線，TTL電平，有效時間應大于90ns8VREF基準電壓輸入線，VREF的范圍為-10V+10V9RFB反饋信號輸入線，改變RFB端外接電阻值可調(diào)整轉(zhuǎn)換滿量程精度10DGND數(shù)字信號地11IO1電流輸出端1，其值隨DAC寄存器的內(nèi)容線性變化12IO2電流輸出端2，其值與IO1值之和為一常數(shù)13D7數(shù)據(jù)輸入線，TTL電平，有效時間應大于90ns14D6數(shù)據(jù)輸入線，TTL電平，有效時間應大于90ns15D5數(shù)據(jù)輸入線，TTL電平，有效時間應大于90nS16D4數(shù)據(jù)輸入線，TT

35、L電平，有效時間應大于90ns17數(shù)據(jù)傳輸控制信號輸入腳，負脈沖有效18DAC寄存器選通腳，負脈沖有效。由、的邏輯組合產(chǎn)生LE2，當LE2為高電平時，DAC寄存器的輸出隨寄存器的輸入變化，LE2負跳變時將數(shù)據(jù)鎖存器的內(nèi)容寫入DAC寄存器并開始DA轉(zhuǎn)換。19ILE數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號輸入腳，高電平有效20VCC電源輸入端，VCC的范圍為+5V+15V注：負脈沖寬度應大于500ns3.5.3 DAC0832的工作方式根據(jù)對DAC0832的數(shù)據(jù)鎖存器和DAC寄存器的控制方式不同，DAC0832有三種工作方式：直通方式、單緩沖方式和雙緩沖方式。DAC0832是采樣頻率為8位的D/A轉(zhuǎn)換芯片，集成電路內(nèi)

36、具有兩級輸入寄存器，使DAC0832具有單緩沖、雙緩沖和直通三種輸入方式。D/A轉(zhuǎn)換以電流形式輸出。若需要相應的模擬電壓信號，則通過輸入阻抗較高的運放來實現(xiàn)。運放的反饋電阻可通過RFB端引用片內(nèi)固有電阻，也可外接。DAC0832邏輯輸入滿足TTL電平，可直接與TTL電路或微機電路連接。本設(shè)計中DAC0832工作于單緩沖工作方式。此工作方式是使輸入寄存器工作在受控狀態(tài)，而DAC寄存器工作在直通狀態(tài)。使和為低電平，ILE為高電平，輸入寄存器的鎖存選通信號為無效狀態(tài)而直通；當端輸入一個負脈沖時，使得DAC0832寄存器工作在鎖存狀態(tài)，提供鎖存數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換。8位的D/A數(shù)據(jù)分別于STC90C516RD

37、+單片機的P3口相連，DAC0832的片選信號和寫信號分別由單片機的P1.6腳和P1.7腳控制，8位字長的D/A轉(zhuǎn)換器具有256種狀。DAC0832和運放uA741將單片機發(fā)出的8位二進制數(shù)轉(zhuǎn)換成0-5V負電壓，再經(jīng)反相比例放大器uA741轉(zhuǎn)換成0-10V正電壓，該電壓作為電壓調(diào)整模塊誤差放大器NE5534的同相輸入端的控制電壓。D/A轉(zhuǎn)換部分的輸出電壓作為穩(wěn)壓電路的參考電壓。穩(wěn)壓輸出電路的輸出與參考電壓成比例。3.6 電壓調(diào)整電路模塊本次設(shè)計的電壓調(diào)整電路模塊原理圖如圖3-11所示。Q1（TIP41）、Q2（S9013）組成復合管，以實現(xiàn)大電流輸出。由于該設(shè)計預定額定電流為500mA，最大輸

38、出電壓為10V，要求Q1（TIP41）管發(fā)射極最大功率，故選擇TIP41或2N5832。Q3管（S9013）和電阻R1為限流保護部分。該保護電路的工作過程為：當輸出電流過大時，R1上的壓降為0.7V，使得Q3管（S9013）導通，Q3管（S9013）集電極對Q1管基極分流，使得Q1管（TIP41）基極電流明顯變小，從而減小輸出電流，以便達到過流保護的功能；設(shè)計R3、R6、C4及C5是為了防止上電瞬間Q2導通所造成的上電大電壓，當電路接通的瞬間，由于電容C4充電需要一定的時間，因此在接通瞬間Q2的基極電壓接近于零，Q2截止，Q1也截止，從而避免了輸出端的沖擊電壓的出現(xiàn)；采樣電路由R2、R7、R1

39、2構(gòu)成，調(diào)節(jié)R7阻值，使得，即當輸出電壓有0.05V的電壓波動時，取樣電壓波動為0.04V，與D/A的輸出變化一致，其轉(zhuǎn)換的電壓經(jīng)運算放大器放大后，可得到電壓送比較器NE5534的同相端基準電壓為10V。由于D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832是8位的轉(zhuǎn)換器，故有255步步進。由此，當CPU控制DAC變化1步時，其對應取樣電壓的變化為0.04V，所以輸出電壓的可調(diào)變化量為0.05V。圖3-11 電壓調(diào)整電路模塊原理圖電壓調(diào)整電路模塊是由D/A轉(zhuǎn)換得到的電壓經(jīng)兩級運算放大器放大，得到0-10V的可控電壓，然后輸入到誤差放大器NE5534的同相輸入端，R2、R2、R12組成NE5534的采樣電路，其核心部分

40、是NE5534。NE5534、Q1、Q2及采樣電路構(gòu)成負反饋，由于運算放大器“虛短”、“虛斷”的特點，可得到NE5534的反相輸入端電壓與同相輸入端相等，且運算放大器的輸入端對流經(jīng)采樣電路的電流不起分流作用。電容C3的作用為抑制輸出紋波電壓。NE5534是單路高效低噪音運算放大器，其引腳符號圖如圖3-12所示。圖3-12 NE5534引腳圖3.7 A/D轉(zhuǎn)換電路模塊本設(shè)計的A/D轉(zhuǎn)換電路模塊主要由A/D轉(zhuǎn)換器TLC1543構(gòu)成，其電路原理圖如圖3-13所示。TLC1543美國TI司生產(chǎn)的多通道、低價格的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。圖3-13 A/D轉(zhuǎn)換電路模塊原理圖該芯片的特點如下：10位轉(zhuǎn)換精度、11通道、

41、三種內(nèi)建的自測模式、提供EOC（轉(zhuǎn)換完成）信號等。該芯片為串行方式輸出，引線很少，與單片機接線簡單。該芯片的引腳排列如圖3-14所示，其中為11路輸入，VCC和GND為電源腳，REF+和REF-為參考電壓腳，使用時一般把REF-與系統(tǒng)地相連，滿足一點接地，以降低干擾。其余的引腳按電路功能與單片機相連，其中為片選端。I/O CLK為時鐘腳，ADDR為地址選擇腳，DOUT為數(shù)據(jù)輸出腳，這三根引腳與單片機的三個I/O端相連。EOC腳指示一次AD轉(zhuǎn)換已完成，單片機可以讀取數(shù)據(jù)，該引腳低電平有效，根據(jù)需要，該引腳單片機的中斷引腳相連，一旦轉(zhuǎn)換結(jié)束，向單片機提出中斷請求；也可將EOC腳與普通I/O腳相連，

42、單片機通過查詢該引腳的狀態(tài)判斷轉(zhuǎn)換狀態(tài)；甚至EOC腳也可以不接，在單片機向TLC1543發(fā)出轉(zhuǎn)換命令后，過一段固定的時間去讀取數(shù)據(jù)即可。圖3-14 TLC1543引腳圖第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)的軟件設(shè)計同系統(tǒng)的硬件設(shè)計同等的重要，本設(shè)計采用C語言進行軟件設(shè)計，實現(xiàn)系統(tǒng)的各項功能。單片機的主程序重要包括LCD1602液晶顯示子程序、按鍵掃描程序、A/D采樣子程序及D/A輸出（給定電流）子程序等。4.1 主程序流程圖根據(jù)51系列單片機編程原理以及外設(shè)的性質(zhì)，對軟件系統(tǒng)按照邏輯關(guān)系，首先對系統(tǒng)進行初始化。其次輸出系統(tǒng)預設(shè)值并檢測實際輸出值。然后鍵盤掃描，更新D/A輸出設(shè)定，實現(xiàn)設(shè)定電壓輸出。其主程序

43、流程圖如圖4-1所示。圖4-1 主程序流程圖4.2 LCD1602程序流程圖本設(shè)計中液晶用于設(shè)定電壓和輸出電壓的顯示，根據(jù)LCD1602的硬件結(jié)構(gòu)及其時序，設(shè)計出如圖4-2所示的流程圖。圖4-2 液晶顯示程序流程圖4.3 按鍵掃描程序本設(shè)計中按鍵程序分為按鍵掃描程序和按鍵功能執(zhí)行子程序。按鍵流程圖如圖4-3所示。圖4-3 按鍵流程圖4.4 A/D采樣子程序A/D轉(zhuǎn)換器TLC1543具有11個通道。本設(shè)計選用第0通道，即A0對電壓輸出進行采樣，通過單片機內(nèi)部程序控制，串行輸出數(shù)字量到單片機。根據(jù)TLC1543的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其時序，其軟件設(shè)計流程圖如圖4-4所示。圖4-4 TLC1543軟件設(shè)計流程

44、圖4.5 D/A輸出子程序單片機將數(shù)字量數(shù)據(jù)傳送給DAC0832并由其進行數(shù)模轉(zhuǎn)換。根據(jù)硬件連接方式，并參照DAC0832時序，設(shè)計了其程序流程圖，如圖5-5所示。圖5-5 D/A轉(zhuǎn)換流程圖第5章 系統(tǒng)仿真與調(diào)試5.1 軟件仿真調(diào)試本設(shè)計中采用Proteus和Keil uVision4軟件相互配合進行調(diào)試和仿真。利用Proteus搭建虛擬硬件電路，為系統(tǒng)的仿真打好基礎(chǔ)。通過Keil uVision4軟件編寫控制程序，控制程序經(jīng)過編譯、連接、調(diào)試生成目標HEX文件。然后把生成的HEX文件添加到Proteus硬件電路的51單片機芯片中進行仿真調(diào)試。5.1.1 Keil uVision4軟件編程啟動

45、Keil uVision4軟件，首先建立工程，執(zhí)行“Project>New uVision Project”在彈出的“Create New Project”對話框中輸入工程的名稱，單擊“保存”；在彈出的“Select Device for Target Target 1”中選在MCU的類型為Atmel公司的“AT89C52”，選擇完成后單擊“OK”按鈕；在彈出的“uVision”對話框中單擊“否”；然后，建立C語言文件，執(zhí)行“File>New”，保存文件，執(zhí)行“File>Save”，在彈出的對話框中輸入文件的名稱，并以后綴為.C的C語言文件，編寫C語言程序，編寫完成后，將C語

46、言文件添加到工程中，過程為在“Project Window”中“Target 1”子文件夾“Source Group 1”右擊，選擇“Add Files to Group Source Group 1”，選擇完成的C語言文件，將其添加到工程中。最后，生成HEX文件，過程為反復修改源程序，排除源程序中的錯誤后，執(zhí)行“Project>Options for TargetTarget 1”,在彈出的對話框中選擇“Output”，點選“Create HEX File”前面的復選框，設(shè)置好后，單擊“OK”即可，重新編譯修改后的源程序即可生成HEX文件。當Keil uVision4窗口出現(xiàn)如圖5-1

47、所示的提示信息時才能正確的生成HEX文件。否則，需要重新檢查源程序，修改，直到能夠正確的生成所需要的文件。另外，還需要把HEX文件燒進單片機，反復調(diào)試并修改程序，直到得到滿意的、符合設(shè)計要求的結(jié)果。圖5-1 生成HEX文件截圖5.1.2 Proteus仿真本設(shè)計的完整的仿真電路圖鍵附錄1。在Proteus中打開本設(shè)計的硬件仿真電路圖，雙擊51單片機芯片，在彈出的“Edit Component”對話框中的“Program File”中加載Keil uVision4中生成的HEX文件，單擊“OK”，單擊開始仿真按鈕進行電路仿真。1上電時，LCD1602上顯示設(shè)定值與輸出值均為零，其顯示如圖5-2所

48、示圖5-2 上電顯示2按下3.3V電壓值按鍵時，LCD1602上顯示如圖5-3所示圖5-3 3V電壓顯示3按下5V電壓值按鍵時，LCD1602上顯示如圖5-4所示圖5-4 5V電壓顯示4按粗調(diào)電壓按鍵時，其電壓顯示如圖5-5所示圖5-5 粗調(diào)顯示5按細調(diào)電壓按鍵時，其電壓顯示如圖5-6所示圖5-6 細調(diào)顯示5.2 硬件電路調(diào)試由于本設(shè)計的電路并不是十分的復雜，雖然應用Altium Designer畫出了PCB板，但考慮到經(jīng)費以及其他因素，放棄了發(fā)到廠家做PCB板計劃。利用萬能實驗板搭接制作了電路板。5.2.1 搭接電路板實物圖搭接電路板實物圖如圖5-7所示。圖5-7搭接電路板實物圖5.2.2

49、Altium Designer PCB板利用Altium Designer繪制了供電電源模塊的PCB板和控制電路的PCB板，分別如圖5-8、圖5-9所示圖5-8 供電電源模塊PCB截圖圖5-9 控制模塊的PCB截圖5.2.3 電路調(diào)試1電源模塊在輸入端加入電壓，經(jīng)過對三端穩(wěn)壓器的測量，發(fā)現(xiàn)LM7805穩(wěn)壓輸出值偏大，為了使電源模塊能提供其他系統(tǒng)所需要的電壓值，在三個穩(wěn)壓器的輸入加上了一個分壓電阻，以達到降低輸入電壓得到正常的輸出電壓。2主控模塊由于是利用萬用板搭建的電路，電路板背面的線路稍多，可能出現(xiàn)主控模塊無數(shù)據(jù)顯示的情況，這可能因為單片機沒有工作造成的。因此對主控模塊的調(diào)試很重要。首先要判

50、斷STC90C516RD+單片機的好壞，若單片機能順利燒錄程序則單片機是好的。其次，檢測晶振是否起振。本設(shè)計給單片機提供時鐘是11.0592MHz的晶振，給單片機上電后，用示波器檢測單片機的18腳和19腳，若示波器測試出的頻率是11.0592MHz，說明晶振工作正常。當這兩點同時符合要求時，就能夠保證主控模塊正常工作。3LCD液晶顯示模塊由于該模塊電路接線較為簡單，要使其工作，只需保證LCD1602液晶的16個引腳與單片機連接正確，以及程序無誤就能使其正常工作。4A/D轉(zhuǎn)換模塊本設(shè)計中使用的是串行輸出的A/D轉(zhuǎn)換器TLC1543，它在電路中的連接也相對簡單。因此，在調(diào)試的過程中能夠較容易的判斷

51、其電路連接的正確性。另外，要確保TLC1543本身良好。在前面兩步調(diào)試都能通過的前提下，在A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)采集端施加一個給定信號，觀察LCD1602液晶上能否顯示出采集數(shù)據(jù)。5調(diào)壓模塊調(diào)壓模塊的器件相對較多，造成該模塊調(diào)試的復雜性，使調(diào)試較為困難。首先，對電路進行接線檢查，其中重點檢查運放部分。在插上芯片之前，按照電路原理圖對該模塊進行接線檢查，排除有些電路疏忽忘記連接的情況，以確保電路的正確連接。由于元件較多，元件之間的連線較為復雜，導致某些線路接錯位置，需要重新焊接。然后，用萬用表檢測各連接點是否連通。在焊接時由于溫度較高，導線很容易被氧化，造成一些焊點接觸不良或不通，需要重新焊接。最后

52、，檢測芯片，確保芯片良好。這幾步都調(diào)試通過了，就基本可以判定電路板能夠正常工作。6.整機調(diào)試整機調(diào)試需要將所有的元件都安裝完成，上電調(diào)試。由于軟件仿真與實物之間可能有很大的參數(shù)差異，可能有些參數(shù)并不符合，以此需要更正設(shè)置。首先，設(shè)定一個電壓值，用萬用表測量實際的輸出電壓，若輸出與設(shè)定不等，適當調(diào)節(jié)R9的大小，使之相等。然后，觀察輸出電壓的顯示值，若輸出與顯示不符，由于電路板沒有設(shè)定可調(diào)電阻，但可以調(diào)節(jié)程序中采用輸出的放大倍率，以達到所需的要求。最后，設(shè)定不同的電壓值，觀察并測量輸出與顯示，在必要時再次進行修正調(diào)試。5.2.4 測試結(jié)果1上電后初始顯示如圖5-10所示圖5-10初始顯示2按下3.

53、3V電壓值按鍵時，LCD1602上顯示如圖5-11所示圖5-11 3V電壓顯示3按下5V電壓值按鍵時，LCD1602上顯示如圖5-12所示圖5-12 5V電壓顯示4按粗調(diào)電壓按鍵時，其電壓顯示如圖5-13所示圖5-13 粗調(diào)電壓顯示5按細調(diào)電壓按鍵時，其電壓顯示如圖5-14所示圖5-14 細調(diào)電壓顯示結(jié)論本設(shè)計完成了數(shù)控直流穩(wěn)壓電源的基本功能達，到輸出電壓在0-l0V 可調(diào)，且紋波為50mV，滿足任務(wù)要求。電路中采用共模抑制比高、響應速度快NE5534作比較器，從而提高了穩(wěn)壓的可靠性和精度；采用10位A/D轉(zhuǎn)換模塊完成電壓的采集，提高了電壓的顯示精度。采用LCD1602液晶顯示，提高了測量的準

54、確性和直觀顯示能力，界面美觀。經(jīng)過本次設(shè)計，我對Proteus和Keil軟件的使用有了進一步的了解。在制作的過程中明顯的發(fā)現(xiàn)實際操作能力有了提高。隨著社會的發(fā)展，在這個科技信息化的時代，電子設(shè)備的運用越來越廣泛。在教學、科研、各種終端設(shè)備和通信設(shè)備中，把交流電轉(zhuǎn)換成滿足一定性能的直流電供給電子設(shè)備的其他部件使用的不可缺少的部分直流穩(wěn)壓電源，發(fā)展的前景是可以預見的。而直流穩(wěn)壓電源的智能化、數(shù)字化、模塊化和綠色化的發(fā)展趨勢使其將更受歡迎。謝 辭畢業(yè)設(shè)計是對大學階段所學知識的一個總結(jié)。為了提高自己的綜合解決問題以及應用知識的能力，利用單片機及C語言，以開發(fā)“數(shù)控直流穩(wěn)壓電源”為題，作為我的畢業(yè)設(shè)計。由于本身知識水平以及時間有限，在本次設(shè)計中的某些問題可能設(shè)想不夠用全。從設(shè)計數(shù)控電源想法的產(chǎn)生，到想法在理論上的可行性，以及到最后的設(shè)計完成，無不需要突破種種困難，我都克服了。雖然過程很艱苦，但是完成設(shè)計后心里的激動無法用言語表達。它對我