【正文】 張家界航空工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 電氣工程系 畢 業(yè) 論 文 課題名稱 簡易數(shù)字控制直流 源 學 生 姓 名 李文雄 學 號 33 班 級 103331 專 業(yè) 應(yīng)用電子 指導教師 宋銳 張家界航空工業(yè)職業(yè)技術(shù) 學院畢業(yè)設(shè)計論文 第 2 頁 共 38 頁 摘 要 隨著時代的進步，科技的發(fā)展，應(yīng)用電子技術(shù)迎來了新的春天，并已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于各種企業(yè) 、工廠、軍事以及 人們的家居生活等各個領(lǐng)域。而今年正是我面臨畢業(yè)的時候。鑒于此，我選擇了設(shè)計一個簡易數(shù)控直流電源作為我的畢業(yè)設(shè)計。本文始終研究以設(shè)計一種簡單、科學、實用、經(jīng)濟以及更具人性化的簡易數(shù)控直流電源為目的。經(jīng)過與指導老師的交流與探討，對方案的論證與比較，實際調(diào)查與實用考慮以及思路的整理與最終方案的確定。從而確了定 采用以單片機 +數(shù)模轉(zhuǎn)換作為本文的最終設(shè)計方案，并在最后給出了設(shè)計的 、 pcb 圖紙及單片機控制電路的主程序。 我的具體設(shè)計思路分析和目標是：要求如何實現(xiàn) 0— 步進 ，如何保證輸出電流應(yīng)達到 500mV，而且穩(wěn)壓特性要優(yōu)良，輸出電壓的誤差要盡量小。二是控制電路要求能有效控制輸出電壓。三是顯示電路。四是數(shù)模轉(zhuǎn)換及放大電路。從題目和實際分析，它屬于一種信號源。按照電子技術(shù)的要求，正弦波，矩形波，三角波自然是不可或缺的，當然加以變換能產(chǎn)生更多的波形固然更好。 鑒于對以上分析和目標，此設(shè)計步驟有四個：一：電源由穩(wěn)壓電路設(shè)計，它采用了 LM317 作為基本的穩(wěn)壓電路，并在它的基礎(chǔ)上加了電壓調(diào)節(jié)電路；二：控制電路由 80C51 為控制核心加外圍電路控制輸出電壓；三：顯示部分由數(shù)碼管顯示；四：數(shù)模轉(zhuǎn)換及放大小功率管和 精密運算放大器。 在對整個方案的設(shè)計、論證過程中。通過對不同的三種方案的比較，我們最終選擇考慮使用單片機控制電路，從而達到了整個 系統(tǒng)規(guī)模較小，價格低，功能強，可靠性高，應(yīng)用靈活的優(yōu)點，這是其他兩種方案難以實現(xiàn)的，從而使我的設(shè)計整體上達到了預(yù)期目標，更好的實現(xiàn)了 簡單、科學、實用、經(jīng)濟以及更具人性化的設(shè)計目標。 最后我和指導老師一致認為該設(shè)計“簡單、經(jīng)濟、科學、實用、更具人性化”同時具有很好的發(fā)展前景。然而，由于設(shè)計的產(chǎn)品還未正式投放市場，還缺少驗證，無法估量其廣闊的市場價值和前景這也是不足之處。 關(guān)鍵詞： 電源 單片機 顯示 數(shù)模轉(zhuǎn)換及放大 張家界航空工業(yè)職業(yè)技術(shù) 學院畢業(yè)設(shè)計論文 第 3 頁 共 38 頁 目 錄 摘 要 .................................................................... 2 1 前 言 ................................................................. 4 2 系統(tǒng)整體方案設(shè)計 、比較與論證 ...................................... 5 方案設(shè)計與論證 ............................................................ 5 設(shè)計方案的比較與最終確定 ................................................... 6 3 主要思路 .............................................................. 7 主要電源電路 .............................................................. 7 控制電路的設(shè)計 ............................................................ 8 單片機 簡介 ............................................................ 8 單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu) ........................................................ 9 控制電路圖 ........................................................... 10 顯示部分 ................................................................. 11 數(shù)模轉(zhuǎn)換及放大 ........................................................... 13 此設(shè)計總電路原理 ......................................................... 14 4 軟件設(shè)計 ............................................................ 16 程序框圖 ................................................................. 16 各部分程序 ............................................................... 17 5 電路的 PCB圖 ....................................................... 34 6 設(shè)計的整體評價 ..................................................... 35 總結(jié) 參考文獻 張家界航空工業(yè)職業(yè)技術(shù) 學院畢業(yè)設(shè)計論文 第 4 頁 共 38 頁 一 前言 隨著時代的發(fā)展，自動化產(chǎn)品也越來越貼近人們的生活，無論是在工業(yè)還是家居領(lǐng)域中，數(shù)字化智能化的產(chǎn)品不斷崛起，不斷面世，應(yīng)廣大民眾的對生活的要求，自動化產(chǎn)品使用越來越廣泛。數(shù)控直流電源是一種常見的電子儀器，廣泛應(yīng)用于電路，教學試驗和科學研究等領(lǐng)域。目前使用的可控直流電源大部分是點動的，利用分立元件，體積大，效率低，可靠性差，操作不方便，故障率高。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，各種電子，電器設(shè)備對電源的性能要求提高，電源不斷朝數(shù)字化，高效率，模塊化和智能化發(fā)展。以單片機系統(tǒng)為核心而設(shè)計的新一代 ——數(shù)控直流電源，它不但電路簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，價格低廉，性能優(yōu)越，而且由于單片機具有計算和控制能力，利用它對數(shù)據(jù)進行各種計算，從而可排除和減少模擬電路引起的誤差，電源的外表美觀，操作使用方便，具有較高的使用價值。 本設(shè)計的題目是簡易數(shù)控直流電源。要求有一定輸出電壓范圍和功能的數(shù)控電源。關(guān)鍵電路有四個：一是輸出電路，要求如何實現(xiàn) 0— 步進 ，如何保證輸出電流應(yīng)達到 500mV，而且穩(wěn)壓特性要優(yōu)良，輸出電壓的誤差要盡量小。二是控制電路，它利用單片機的功能特點，能有效控制輸出電壓，三是顯示電路，由兩個 共陰極數(shù)碼管顯示輸出的數(shù)值，四是數(shù)模轉(zhuǎn)換及放大電路，從題目分析，它應(yīng)當是一種信號源。按照電子技術(shù)的要求，正弦波，矩形波，三角波自然是不可或缺的，當然加以變換能產(chǎn)生更多的波形多多益善。本設(shè)計論文是以單片機為核心設(shè)計的。 張家界航空工業(yè)職業(yè)技術(shù) 學院畢業(yè)設(shè)計論文 第 5 頁 共 38 頁 2 方案設(shè)計、比較與論證 方案設(shè)計與論證 方案一：采用單片機 +數(shù)字電位器方案。此方案就是把常 用的電位器調(diào) 節(jié)電源中的機械式電位器用數(shù)字電位器代替。數(shù)字電位器是沒有機械抽頭，具有較小的震動公差和較高的機械可靠性，且允許可重復(fù)可靠地返回同一抽頭位置，因此此方案線路較為簡單、可靠。但現(xiàn)有的數(shù)字電位器分辨率有限，常見的有 32 抽頭、 64 抽頭，構(gòu)成的分壓電路精度 不高 ，不易調(diào)試 ， 無法滿足設(shè)計要求。 因此不選此方案， 如圖 1 所示： 變 壓 器 整 流 濾 波A T 8 9 C 5 1數(shù) 字 電 位 器串 聯(lián) 調(diào) 整P 02 2 0 V D C 圖 方案一 方案二：采用直流電源。此方案是把交流變?yōu)橹绷鞑⑤敵龇€(wěn)定直流，它由變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四部分組成。電源變壓器是為了用電設(shè)備提供所需的交流電壓，有降壓作用；整流器是把交流電變成脈動直流電；濾波器是將整流后的脈動直流變成平滑的直流電；穩(wěn)壓器是克服電網(wǎng)電壓、負載及溫度變化所引起的輸出電壓的變化，提高輸出電壓的穩(wěn)定性。 此方案只滿足提供電源的部分，然而 數(shù)控部分功能不能實現(xiàn)，無法滿足設(shè)計要求。 因此亦不選此方案，如圖 2 所示： 張家界航空工業(yè)職業(yè)技術(shù) 學院畢業(yè)設(shè)計論文 第 6 頁 共 38 頁 圖 方案 二 方案三：采用單片機 +數(shù)模轉(zhuǎn)換方案。 利用單片機控制，實現(xiàn)穩(wěn)壓電源的輸出電壓調(diào)節(jié)?？梢越?jīng)過單片機通過 D/A輸出穩(wěn)壓電源的基準電壓，再通過放大器和輸出電壓調(diào)整管輸出可調(diào)電壓。 此方案是由按鈕控制單片機，再由數(shù)模轉(zhuǎn)換幾放大部分來控制輸出的電壓，即顯示部分。通過單片機編程完成鍵盤，數(shù)模轉(zhuǎn)換 、放大等控制功能以及信號分析 、 處理。用 80C51 型單片機能夠很好的完成這些工作，單片機控制的優(yōu)點在于系統(tǒng)規(guī)模較小，價格低，功能強，可靠性高，應(yīng)用靈活，外圍電路簡單，所以選此方案。如圖 3 所示： 圖 方案三 設(shè)計方案的最終確定： 在對上面三個整體系統(tǒng)的具體設(shè)計、討論、論證與對比下并通過結(jié)合對實際的調(diào)查最后 我選擇了方案三。方案一中的缺點是 現(xiàn)有的數(shù)字電位器分辨率有限，常見的有 32 抽頭、 64 抽頭，構(gòu)成的分壓電路精度有限，不易調(diào)試 。方案二中缺點是只滿足提供電源的部分，而 數(shù)控部分功能不能實現(xiàn)，無法滿足設(shè)計要求。 而方案三的 由于使用了 80C51 型單片機能夠很好的完成 以上方案一和方案二難以實現(xiàn)的功能，而且 由于 單片機控制 電路時有 系統(tǒng)規(guī)模較小，價格低，功能強，可電源變壓器U1 整流器U2 濾波器U3 穩(wěn)壓器U4 U0電源 單片機 數(shù)模轉(zhuǎn)換及放大 顯示張家界航空工業(yè)職業(yè)技術(shù) 學院畢業(yè)設(shè)計論文 第 7 頁 共 38 頁 靠性高，應(yīng)用靈活，外圍電路簡單 等諸多優(yōu)點從而使方案三比方案一 和方案二更具有實用價 值和科學價值、更趨向于