【正文】 張家界航空工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電氣工程系 畢 業(yè) 論 文 課題名稱(chēng) 簡(jiǎn)易數(shù)字控制直流 源 學(xué) 生 姓 名 李文雄 學(xué) 號(hào) 33 班 級(jí) 103331 專(zhuān) 業(yè) 應(yīng)用電子 指導(dǎo)教師 宋銳 張家界航空工業(yè)職業(yè)技術(shù) 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 2 頁(yè) 共 38 頁(yè) 摘 要 隨著時(shí)代的進(jìn)步，科技的發(fā)展，應(yīng)用電子技術(shù)迎來(lái)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(gè)領(lǐng)域。而今年正是我面臨畢業(yè)的時(shí)候。鑒于此，我選擇了設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易數(shù)控直流電源作為我的畢業(yè)設(shè)計(jì)。本文始終研究以設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)單、科學(xué)、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)以及更具人性化的簡(jiǎn)易數(shù)控直流電源為目的。經(jīng)過(guò)與指導(dǎo)老師的交流與探討，對(duì)方案的論證與比較，實(shí)際調(diào)查與實(shí)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(jī) +數(shù)模轉(zhuǎn)換作為本文的最終設(shè)計(jì)方案，并在最后給出了設(shè)計(jì)的 、 pcb 圖紙及單片機(jī)控制電路的主程序。 我的具體設(shè)計(jì)思路分析和目標(biāo)是：要求如何實(shí)現(xiàn) 0— 步進(jìn) ，如何保證輸出電流應(yīng)達(dá)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(shí)際分析，它屬于一種信號(hào)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(dāng)然加以變換能產(chǎn)生更多的波形固然更好。 鑒于對(duì)以上分析和目標(biāo)，此設(shè)計(jì)步驟有四個(gè)：一：電源由穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)，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(yùn)算放大器。 在對(duì)整個(gè)方案的設(shè)計(jì)、論證過(guò)程中。通過(guò)對(duì)不同的三種方案的比較，我們最終選擇考慮使用單片機(jī)控制電路，從而達(dá)到了整個(gè) 系統(tǒng)規(guī)模較小，價(jià)格低，功能強(qiáng)，可靠性高，應(yīng)用靈活的優(yōu)點(diǎn)，這是其他兩種方案難以實(shí)現(xiàn)的，從而使我的設(shè)計(jì)整體上達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，更好的實(shí)現(xiàn)了 簡(jiǎn)單、科學(xué)、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)以及更具人性化的設(shè)計(jì)目標(biāo)。 最后我和指導(dǎo)老師一致認(rèn)為該設(shè)計(jì)“簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、科學(xué)、實(shí)用、更具人性化”同時(shí)具有很好的發(fā)展前景。然而，由于設(shè)計(jì)的產(chǎn)品還未正式投放市場(chǎng)，還缺少驗(yàn)證，無(wú)法估量其廣闊的市場(chǎng)價(jià)值和前景這也是不足之處。 關(guān)鍵詞： 電源 單片機(jī) 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(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 3 頁(yè) 共 38 頁(yè) 目 錄 摘 要 .................................................................... 2 1 前 言 ................................................................. 4 2 系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì) 、比較與論證 ...................................... 5 方案設(shè)計(jì)與論證 ............................................................ 5 設(shè)計(jì)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(jì) ............................................................ 8 單片機(jī) 簡(jiǎn)介 ............................................................ 8 單片機(jī)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(jì)總電路原理 ......................................................... 14 4 軟件設(shè)計(jì) ............................................................ 16 程序框圖 ................................................................. 16 各部分程序 ............................................................... 17 5 電路的 PCB圖 ....................................................... 34 6 設(shè)計(jì)的整體評(píng)價(jià) ..................................................... 35 總結(jié) 參考文獻(xiàn) 張家界航空工業(yè)職業(yè)技術(shù) 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 4 頁(yè) 共 38 頁(yè) 一 前言 隨著時(shí)代的發(fā)展，自動(dòng)化產(chǎn)品也越來(lái)越貼近人們的生活，無(wú)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(duì)生活的要求，自動(dòng)化產(chǎn)品使用越來(lái)越廣泛。數(shù)控直流電源是一種常見(jiàn)的電子儀器，廣泛應(yīng)用于電路，教學(xué)試驗(yàn)和科學(xué)研究等領(lǐng)域。目前使用的可控直流電源大部分是點(diǎn)動(dòng)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(duì)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(jī)系統(tǒng)為核心而設(shè)計(jì)的新一代 ——數(shù)控直流電源，它不但電路簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊，價(jià)格低廉，性能優(yōu)越，而且由于單片機(jī)具有計(jì)算和控制能力，利用它對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行各種計(jì)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(jià)值。 本設(shè)計(jì)的題目是簡(jiǎn)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(gè)：一是輸出電路，要求如何實(shí)現(xiàn) 0— 步進(jìn) ，如何保證輸出電流應(yīng)達(dá)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(jī)的功能特點(diǎn)，能有效控制輸出電壓，三是顯示電路，由兩個(gè) 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(dāng)是一種信號(hào)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(dāng)然加以變換能產(chǎn)生更多的波形多多益善。本設(shè)計(jì)論文是以單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)的。 張家界航空工業(yè)職業(yè)技術(shù) 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 5 頁(yè) 共 38 頁(yè) 2 方案設(shè)計(jì)、比較與論證 方案設(shè)計(jì)與論證 方案一：采用單片機(jī) +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(jī)械式電位器用數(shù)字電位器代替。數(shù)字電位器是沒(méi)有機(jī)械抽頭，具有較小的震動(dòng)公差和較高的機(jī)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(xiàn)路較為簡(jiǎn)單、可靠。但現(xiàn)有的數(shù)字電位器分辨率有限，常見(jiàn)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(wú)法滿(mǎn)足設(shè)計(jì)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(dòng)直流電；濾波器是將整流后的脈動(dòng)直流變成平滑的直流電；穩(wěn)壓器是克服電網(wǎng)電壓、負(fù)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(mǎn)足提供電源的部分，然而 數(shù)控部分功能不能實(shí)現(xiàn)，無(wú)法滿(mǎn)足設(shè)計(jì)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(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 6 頁(yè) 共 38 頁(yè) 圖 方案 二 方案三：采用單片機(jī) +數(shù)模轉(zhuǎn)換方案。 利用單片機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓電源的輸出電壓調(diào)節(jié)?？梢越?jīng)過(guò)單片機(jī)通過(guò) D/A輸出穩(wěn)壓電源的基準(zhǔn)電壓，再通過(guò)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(jī)，再由數(shù)模轉(zhuǎn)換幾放大部分來(lái)控制輸出的電壓，即顯示部分。通過(guò)單片機(jī)編程完成鍵盤(pán)，數(shù)模轉(zhuǎn)換 、放大等控制功能以及信號(hào)分析 、 處理。用 80C51 型單片機(jī)能夠很好的完成這些工作，單片機(jī)控制的優(yōu)點(diǎn)在于系統(tǒng)規(guī)模較小，價(jià)格低，功能強(qiáng)，可靠性高，應(yīng)用靈活，外圍電路簡(jiǎn)單，所以選此方案。如圖 3 所示： 圖 方案三 設(shè)計(jì)方案的最終確定： 在對(duì)上面三個(gè)整體系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)、討論、論證與對(duì)比下并通過(guò)結(jié)合對(duì)實(shí)際的調(diào)查最后 我選擇了方案三。方案一中的缺點(diǎn)是 現(xiàn)有的數(shù)字電位器分辨率有限，常見(jiàn)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(diǎn)是只滿(mǎn)足提供電源的部分，而 數(shù)控部分功能不能實(shí)現(xiàn)，無(wú)法滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。 而方案三的 由于使用了 80C51 型單片機(jī)能夠很好的完成 以上方案一和方案二難以實(shí)現(xiàn)的功能，而且 由于 單片機(jī)控制 電路時(shí)有 系統(tǒng)規(guī)模較小，價(jià)格低，功能強(qiáng)，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(jī) 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(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 第 7 頁(yè) 共 38 頁(yè) 靠性高，應(yīng)用靈活，外圍電路簡(jiǎn)單 等諸多優(yōu)點(diǎn)從而使方案三比方案一 和方案二更具有實(shí)用價(jià) 值和科學(xué)價(jià)值、更趨向于