【正文】 重慶工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 課 題 名 稱： 簡(jiǎn)易數(shù)控直流電源設(shè)計(jì) 專 業(yè) 班 級(jí)： 應(yīng)用電子技術(shù)（ 10 電子 302） 學(xué) 生 姓 名： 陳海秀 指 導(dǎo) 教 師： 張曉琴 二 O 一 三 年 三 月 六 日 2 2 摘 要 本次簡(jiǎn)易數(shù)控電源的設(shè)計(jì)采用 AT89C51 作為系統(tǒng)的控制單元， 通過(guò)鍵盤按鍵對(duì) D/A輸出的電壓進(jìn)行如初值設(shè)置、 單加單減、連加連減等簡(jiǎn)易數(shù)控， 再經(jīng)功率放大電路模塊實(shí)現(xiàn)輸出電流為 500mA，將最終的輸出電壓衰減后輸給 A/D轉(zhuǎn)換，最后再將鍵盤輸入的電壓初值與輸出實(shí)際電壓值處理后顯示在 LCD1602 上。本系統(tǒng)具有輸出精度高、液晶顯示直觀等特點(diǎn)，并實(shí)現(xiàn)了輸出電壓范圍為 ，步進(jìn)為 ，紋波不大于 10mV 的可預(yù)置電壓的數(shù)控電源。 關(guān)鍵詞 ： AT89C51 DAC0832 ADC0809 數(shù)控 lcd1602 3 3 目錄 一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 .......................................... 5 . 基本功能 ............................................... 5 擴(kuò)展與創(chuàng)新 ............................................... 5 二、系統(tǒng)整體 方案設(shè)計(jì)及分析 .................................. 6 數(shù)控穩(wěn)壓輸出部分 ...................................... 9 單片機(jī)概述 .............................................. 11 單片機(jī)概述 .............................................. 11 單片機(jī)的主要特點(diǎn)有 ...................................... 11 五、芯片簡(jiǎn)介 ............................................... 12 MSC— 51芯片簡(jiǎn)介 ........................................ 12 MSC— 51單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) ................................ 12 MCS51的引腳說(shuō)明： ................................... 14 8255 芯片簡(jiǎn)介 .......................................... 16 8255 可編程并行接口芯片簡(jiǎn)介 :......................... 16 8255 可編程并行接口芯片方式控制字格式說(shuō)明 :........... 17 8255 可編程并行接口芯片工作方式說(shuō)明： ................ 18 六、軟件設(shè)計(jì)流程圖 ......................................... 18 系統(tǒng)誤差分析 ............................................ 21 八、總結(jié) ................................................... 22 參考文獻(xiàn) ................................................... 22 4 4 引言 隨著人們生活水平的不斷提高，數(shù)字化控制無(wú)疑是人們追求的目標(biāo)之一，它所給人們帶來(lái)的方便是不可否定的，其中數(shù)控直流穩(wěn)壓電源就是一個(gè)很好的典型例子，但人們對(duì)他的要求也越來(lái)越高，要為現(xiàn)代人工作，科研，生活提供更好的，更方便的設(shè)施就需要從數(shù)字電子技術(shù)入手，一切向數(shù)字化，智能化方向發(fā)展。 因此，在這里做一個(gè)數(shù)控直流電源的設(shè)計(jì)。該數(shù) 控電源采用步進(jìn)調(diào)整方式，調(diào)整范圍為 ～ ，調(diào)整手段采用按鍵進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)需要改變電壓值時(shí)，啟動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)，輸入想要得到的電壓值，再按下確定鍵，即可輸出相應(yīng)的電壓。該系統(tǒng)采用單片機(jī)作主控器件，結(jié)合軟件和硬件設(shè)計(jì)方法，使該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，可控性強(qiáng)，使用也很方便。 5 5 一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 . 基本功能 根據(jù)設(shè)計(jì)要求和使用需要，設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易數(shù)控電源具有以下功能： （ 1） 電源輸出電壓范圍 ，步進(jìn) ，紋波小于 10mV，輸出電壓值由 LCD1602 顯示，額定輸出電流 500mA。 （ 2） 用戶對(duì)數(shù)控電源的控制，通過(guò)鍵盤進(jìn)行鍵盤設(shè)計(jì)。 0 1 2 3 4 5 6 7 連 連 + 8 9 單 單 + . OK （ 3）整機(jī)由自制穩(wěn)壓電源供電，輸入交流 220V，輸出直流177。 15V 和 +5V。 （ 4）由于是簡(jiǎn)易電源，在設(shè)計(jì)時(shí)充分注意成本因素，是電源具有較高的性價(jià)比。 設(shè)計(jì)出有一定輸出電壓范圍和功能的數(shù)控電源。其原理示意圖如下： 擴(kuò)展與創(chuàng)新 （ 1）輸出電壓可預(yù)置在 0～ 之間的任意一個(gè)值； （ 2）用自動(dòng)掃描代替人工按鍵，實(shí)現(xiàn)輸出電壓變化（步進(jìn) 不變）； （ 3）擴(kuò)展輸出電壓種類（比如三角波等）。 6 6 二 、 系統(tǒng) 整體 方案 設(shè)計(jì)及分析 系統(tǒng)方案 設(shè)計(jì) 方案 方案一：方案一如圖 211 所示，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，且其可編能力允許可重復(fù)可靠地返回同一抽頭位置，因此此方案線路較為簡(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)成的分壓電路精度有限，無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求。 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 211 方案一 方案二：方案二如圖 212 所示， 此電路 包括電源模塊、控制電路、鍵盤電路、顯示電路、 D/A 轉(zhuǎn)換電路以及電壓放大電路。 7 7 圖 212 方案二 綜合以上兩種方案，我所采用的是第二種。方案二，是我們常常接觸到的，它可以更直觀的表達(dá)出此電路的意思，讓它變得更加的簡(jiǎn)單明了。使人們一眼就能明白本電路要完成的東西是什么？讓不明白電子的人，也能更加清楚的知道 它的流程與走向。 三、 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 直流穩(wěn)壓電源 穩(wěn)壓電源是能為負(fù)載提供穩(wěn)定交流電源或直流電源的 電子裝置。對(duì)一個(gè)理想的直穩(wěn)壓電源來(lái)說(shuō)，應(yīng)具有下述特點(diǎn)： (l)在直流和所有頻率下，輸出阻抗為零； (2)在交流電源電壓很寬的范圍內(nèi)，并在供電電路所要求的負(fù)載電流范圍內(nèi)，調(diào)整率為零； (直流電壓輸出恒定 ) (3)功耗為零； (4)電網(wǎng)電壓和負(fù)載電流變化時(shí)，輸出電壓能立即恢復(fù)穩(wěn)定； (5)當(dāng)過(guò)載電流消除時(shí)，過(guò)載保護(hù)裝置能自動(dòng)恢復(fù)到正常工作狀態(tài)。 為了給元器件提供穩(wěn)定的電流輸出，我自制了一個(gè)直流穩(wěn)壓電源，電路圖如下： 圖 31 顯示電路 控制電路 鍵盤電路 D/A 轉(zhuǎn)換電路 放大電路 +5V 177。 15V 電源 8 8 電壓放大和電流放大 要想實(shí)現(xiàn) Vout 最大值到 ，還需要經(jīng)過(guò)運(yùn)放 的電壓放大，放大倍數(shù)為。設(shè)計(jì)要求電流負(fù)載能力為 500mA，故采用 TIP122 功率管，其放大倍數(shù)為 1000 倍，將運(yùn)放電壓驅(qū)動(dòng)電流降為 。如圖 311 所示，Vout=[(R1+R2)/(R2*)]Vin=。 而保護(hù)電路由 R4 和 Q1 構(gòu)成，當(dāng)電源輸出電流 I 增加到一定大小時(shí)， R4 上的壓降使得 Q1管導(dǎo)通，分掉了功放管的基極電流，使得 I不再增加。設(shè) Imax=600mA,Q1的導(dǎo)通電壓為 ，則 R4=。 58234671U1LM741H1KΩR3Res21ΩR42KΩR2Q2TIP122Q12N930GND680ΩR1D/Ain+15V15VOUT% 圖 311 電壓電 流放大 鍵盤顯示電路 此次的顯示部分由鍵盤顯示板來(lái)完成，它由 2個(gè) 8位 LED數(shù)碼顯示器和 2片SN74HC164CN 芯片加上 8 個(gè)按鍵組成，具體電路圖如下圖 312。 9 9 RST9CLK8D11D22QA3QB4QC5QD6QE10QF11QG12QH13VDD14GND7U3RST9CLK8D1