【正文】 安徽礦業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 20xx屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 礦業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)課題（設(shè)計(jì)） 題 目 基于單片機(jī)程控精密直流電源的設(shè)計(jì) 摘 要 隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，推動了電源行業(yè)朝著更高靈活性和智能化的方向發(fā)展。穩(wěn)壓直流電源在各種電子產(chǎn)品和電子實(shí)驗(yàn)中都扮演著越來越重要的角色。 本文設(shè)計(jì)了一款穩(wěn)定性好、精度高、輸出可程控的線性直流電源。該電源功能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)包含硬件部分和軟件部分兩大塊。其中硬件部分由電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路、保護(hù)電路、程控電路、顯示電路以及支持單片機(jī)運(yùn)行的電路。交流電網(wǎng)的 220V 流入變壓器變壓 后，經(jīng)過整流、濾波電路成為近似的直流電壓，再通過穩(wěn)壓電路獲得穩(wěn)定的直流輸出。整個(gè)設(shè)計(jì)是一個(gè)模塊化的設(shè)計(jì)方法，每個(gè)模塊電路功能的基礎(chǔ)上，綜合考慮，選擇最佳的組合來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的目的。 此方案的控制部分采用 8031 單片機(jī)，輸出部分也不再采用傳統(tǒng)的調(diào)整管方式，而是在 D/A 轉(zhuǎn)換之后，經(jīng)過穩(wěn)定的功率放大而得到。因?yàn)槭褂昧藛纹瑱C(jī)，整個(gè)系統(tǒng)可編程，使得系統(tǒng)的靈活性大大增加。該直流穩(wěn)壓電源輸出范圍 0V— 10V 的直流電壓，輸出分辨率為 ，采用鍵盤預(yù)置電壓值的控制方式，輸出電壓的實(shí)際值與計(jì)算編程得出的理論值之誤差的絕對 值不超過 。本設(shè)計(jì)具有線路簡單、響應(yīng)迅速、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，由于采用直接對輸出電壓進(jìn)行采樣并顯示輸出實(shí)際電壓值，一旦系統(tǒng)工作異常，出現(xiàn)預(yù)置值與輸出值偏差過大，用戶可以根據(jù)該信息予以處理。本文詳細(xì)分析了電源的拓樸圖及工作原理。 關(guān)鍵詞 : 直流穩(wěn)壓電源 ； 8031 單片機(jī)；程控 ；精密；功率放大 安徽礦業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 20xx屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 安徽礦業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 20xx屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目 錄 第一章 緒 論???????????????????????????????? 1 研究背景?????????????????????????????? ? 1 研究目的和意義???????????????????????????? 2 總體設(shè)計(jì)方案????????????????????????????? 3 第二章 系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì)?????????????????????????? 4 穩(wěn)定電源模塊????????????????????????????? 4 整流電路??????????????????????????????? 濾波電路??????????????????????????????? 單片機(jī)最小控制模塊?????????????????????????? 按鍵控制模塊????????????????????????????? 顯示器模塊?????????????????????????????? D/A 數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊???????????????????????????? 穩(wěn)壓控制模塊?????????????????????????????? 第三章 系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì)??????????????????????????? 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的原則??????????????????????????? 程序設(shè)計(jì)流程圖????????????????????????????? 按鍵設(shè)置流程圖????????????????????????????? D/A 轉(zhuǎn)換流程圖?????????????????????????????? 顯示模塊流程圖????????????????????????????? 第四章 結(jié) 論????????????????????????????????? 參看文獻(xiàn) ??????????????????????????????????? 致 謝???????????????????????????????????? 附 錄???????????????????????????????????? 安徽礦業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 20xx屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 緒 論 研究背景 伴隨著改革開放的步伐，我國的電子信息產(chǎn)業(yè)從 90 年代開始有了非常迅猛的發(fā)展。隨著各種高新技術(shù)的引進(jìn)與飛速更新，電源產(chǎn)業(yè)也經(jīng)歷了從無到有，從有到高端的發(fā)展路程。從最原始的低端化學(xué)電源，到之后高端數(shù)控電源，電源行業(yè)跟隨著科技發(fā)展的步伐 ，朝著越來越靈活，越來越智能的方向發(fā)展。由于國家對科學(xué)技術(shù)的重視與資金支持，我們的電力電子技術(shù)的研究已經(jīng)能緊緊跟隨國外先進(jìn)技術(shù)的步伐，可以生產(chǎn)出技術(shù)含量高，達(dá)到國際先進(jìn)水平的產(chǎn)品。從國內(nèi)外目前已掌握的技術(shù)來看，完全由硬件實(shí)現(xiàn)的電流源多采用固定值的控制，而數(shù)控電流源的電流可任意設(shè)定，且控制精度較高。然而同發(fā)達(dá)國家相比，仍然存在很大的差距和不足：在電源產(chǎn)品的質(zhì)量、可靠性、開發(fā)投入、生產(chǎn)規(guī)模、工藝水平、先進(jìn)檢測設(shè)備、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、持續(xù)創(chuàng)新能力等方面的差距為 10— 15 年，尤其在實(shí)現(xiàn)直流恒流的智能化、網(wǎng)絡(luò)化方面的研 究不是很多。目前國內(nèi)在這兩方面研究比較多的是成都電子科技大學(xué)和廣州華南理工大學(xué)，主要是利用單片機(jī)和可編程系統(tǒng)器件來控制開關(guān)直流穩(wěn)壓電源或數(shù)字化電壓達(dá)到數(shù)控的目的，但和國外的比較起來，效果不是很理想，還存在很大的差距和不足。總的來說，國內(nèi)直流恒流源技術(shù)在實(shí)現(xiàn)智能化等方面相對落后，面對激烈的國際競爭，是個(gè)嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。 研究目的和意義 電源作為電子設(shè)備的核心部分，其性能的好壞直接影響到電子設(shè)備的可靠性。所涉及到的電源技術(shù)應(yīng)用十分廣泛，服務(wù)于很多行業(yè)和產(chǎn)品之中。時(shí)下的電源技術(shù)融合了電氣、電子、系統(tǒng)集成、控 制理論、材料等諸多領(lǐng)域。隨著社會的發(fā)展和科技的進(jìn)步，對電源技術(shù)的發(fā)展提供了廣闊的空間，同時(shí)也相應(yīng)的提出了更高的要求。時(shí)下市場上許多數(shù)控電流源存在的問題主要表現(xiàn)在：輸出精度不是很高，負(fù)載能力不是太強(qiáng)，性價(jià)比不高，操作程序復(fù)雜，工作狀態(tài)不太穩(wěn)定等方面。此次研究就是想通過 AT89C51 單片機(jī)作為控制系統(tǒng)來提升輸出精度，再加上采用模塊組合優(yōu)化穩(wěn)壓電路的方法來提升整個(gè)電源的負(fù)載能力，設(shè)計(jì)出所需要的符合標(biāo)準(zhǔn)的可以程控、輸出電壓數(shù)碼顯示的線性穩(wěn)壓直流電源，努力優(yōu)化組合現(xiàn)有的先進(jìn)技術(shù)，不斷推動直流穩(wěn)壓電源行業(yè)的進(jìn)步，為將來 更先進(jìn)的技術(shù)和目的的實(shí)現(xiàn)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 安徽礦業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 20xx屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 總體設(shè)計(jì)方案 單片機(jī)技術(shù)的運(yùn)用，不僅可以達(dá)到純數(shù)字電路的效果，還可以大大簡化電路，利用軟件對電路進(jìn)行保護(hù)，使得整體上能夠保證高精度、高性能、低功耗等優(yōu)點(diǎn)。 圖 總體方案電路框圖 安徽礦業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 20xx屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 2 系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計(jì) 穩(wěn)壓電源模塊 在電子電路中，通常都需要電壓穩(wěn)定的直流電源供電。小功率穩(wěn)壓電源的組成可以用圖21表示，它是由變壓器，整流，濾波，和穩(wěn)壓電路等四個(gè)部分組成。 圖 直流穩(wěn)壓電源組成框圖 電源變壓器是將交 流電網(wǎng) 220V 的電壓變?yōu)樗枰碾妷褐?，然后通過整流電路將電壓變成脈動的直流電壓。由于此脈動的直流電壓還含有較大的紋波，必須通過濾波電路加以濾除，從而得到平滑的支流電壓。但這樣的電壓還隨電網(wǎng)電壓波動（一般有正負(fù) 10%左右的波動），負(fù)載和溫度的變化而變化。因而在整流、濾波電路之后，還需接穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)電網(wǎng)電壓波動、負(fù)載和溫度變化時(shí)，維持輸出直流電壓的穩(wěn)定。當(dāng)負(fù)載要求功率較大，效率較高時(shí)，常采用開關(guān)穩(wěn)壓電源 [1]。 方案一：半波整流電路。半波整流電路原理圖如圖 所示 它由電源變壓 器 T整流二極管 D 和負(fù)載電阻 LR 組成 ,變壓器的初級接交流電源 ,次級所感應(yīng)的交流電壓為 2 2 2s in 2 s inmu U t U t???? 其中 2mU 為次級電壓的峰值 , 2U 為有效值。 電路的工作過程是：在 2U 的正半周（ 0t??? ） ,二極管因加正向偏壓而導(dǎo)通 ,有電流Li 流過負(fù)載電阻 LR 。由于將二極管看作理想器件 ,故 LR 上的電壓 LU 與 2U 的正半周電壓基本安徽礦業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 20xx屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 相同。在 2U 的負(fù)半周（ 2t? ? ?? ） ,二極管 D因加反向電壓而截止 , LR 上無電流流過 , LR上的電壓 LU = 0。 半波整流電路結(jié)構(gòu)簡單 ,元件少 ,但是輸出電壓直流成分較?。ㄖ挥邪雮€(gè)波） ,脈動程度較大 ,整流效率低 ,所以僅適用于輸出電流小、允許脈動程度大、要求較低的場合 [2]。 二極管半波整流電路實(shí)際上利用了二極管的單向?qū)щ娞匦浴? 方案二：全波整流電路。原理圖如圖 所示。 圖 全波整流原理圖 它是由次級具有中心抽頭的電源變壓器 Tr、 兩個(gè)整流二極管 1D 、 2D 和負(fù)載電阻 LR 組成。變壓器次級電壓 21U 和 22U 大小相等，相位相反，即 2 1 2 2 2 m 2s i n 2 s i nU U U t U t??? ? ? ? 式中， 2U 是變壓器次級半邊繞組交流電壓的有效值。 全波整流電路 的工作過程是：在 2U 的 正半周 （ 0t??? ） 1D 正偏導(dǎo)通， 2D 反偏截止，LR 上有自上而下的電流流過， LR 上的電壓與 21U 相同。在 2U 的負(fù)半周（ 2t? ? ?? ）， 1D反偏截止， 2D 正偏導(dǎo)通， LR 上也有自上而下的電流流過， LR 上的電壓與 22U 相同 [3]。 全波整流輸出電壓的直流成分（較半波）增大，脈動程度減小，但變壓器需要中心抽頭、制造麻煩，整流二 極管需承受的反向電壓高，故一般適用于要求輸出電壓不太高的場合。 方案三：橋式整流電路。原理圖如圖 所示，是使用非常多的一種整流電路。這種電路，只要增加兩只二極管口