【正文】 班 級： 電子 092 學(xué)號 09301930211 指導(dǎo)教師姓名： 職稱 副教授 最終評定成績 2020 年 5 月 I 摘 要 本設(shè)計以直流電壓源為核心， STC89C52RC 單片機(jī)為主控制器， 單片機(jī)系統(tǒng)是數(shù)控電源的核心。 實際測試結(jié)果表明，本系統(tǒng)實際應(yīng)用于需要高穩(wěn)定度小功率恒壓源的領(lǐng)域。這樣 , 當(dāng)輸出電壓需要精確輸出 , 或需要在一個小范圍內(nèi)改變時 (如 ～ ) ,困難就較大。但在實際生活中，都是由 220V 的交流電網(wǎng)供電 。 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展 ,特別是計算機(jī)技術(shù)的突飛猛進(jìn) ,現(xiàn)代工業(yè)應(yīng)用的工控產(chǎn)品均需要有低紋波、寬調(diào)整范圍的高壓電源 ,特別是在一些高能物理領(lǐng)域 ,急需電腦或單片機(jī)控制的低紋波、寬調(diào)整范圍的電源。 現(xiàn)今隨著直流電源技術(shù)的飛躍發(fā)展 , 整流系統(tǒng)由以前的分立元件和集成電路控制發(fā)展為微機(jī)控制 , 從而使直流電源智能化 , 具有遙測、遙信、遙控的三遙功能 , 基本實現(xiàn)了直流電源的無人值守 目前使用的可控直流電源大部分是點動的，利用分立器件，體積大，效率低，可靠性差，操作不方便，故障率高。 課題研究設(shè)想及方法 目前，市場上各種直流電源的基本環(huán)節(jié)大致相同，都包括交流電源、交流變壓器、整流電路、濾波穩(wěn)壓電路等。數(shù)控電源既能方便輸入，具有較高精度和穩(wěn)定性，而且在 0V 到 10V 可以任意設(shè)定輸出電壓，所有功能由面 板上的鍵盤控制單片機(jī)實現(xiàn)，給電路實驗帶來極大的方便 ,提高了工作效率。工作過程中 , 穩(wěn)壓電源的工作狀態(tài) (輸出電壓、電流等各種工作狀態(tài) ) 均由單片機(jī)輸出驅(qū)動 LCD 顯示 ,多種顯示模式間 , 由鍵盤控制進(jìn)行動態(tài)邏輯切換。 ? 輸出紋波電壓 ≤ 5mV（輸入 220V，輸出 10V，滿載）。 ? 用數(shù)碼管或 LCD 顯示輸出電壓和輸出電流的大小。有的也可以用絕對值表示。這個數(shù)值和穩(wěn)壓電源電源設(shè)計線路有密切的關(guān)系，高效率的電源可以提高電能的使用效率 。 圖 21 系統(tǒng)總體設(shè)計框圖 直流穩(wěn)壓電源的基本原理：在電子電路中，通常都需要電壓穩(wěn)壓的直流電源供電。 整流電路的作用是將交流電壓 U2，變換成脈動的直流 Uo，它主要有半波整流、全波整流方式，可以由整流二極管構(gòu)成整流橋堆來執(zhí)行，常見的整流二極管有1N400 1N5148 等，橋堆有 RS210 等。 RC 濾波電路中， C 的選擇應(yīng)適應(yīng)下式，即 RC放電時間常數(shù)應(yīng)滿足 RC=（ 3~5） T/2 式中， T 為輸入交流信號周期， RL 為整流濾波電路的等效負(fù)載電阻。 6 方案二：采用 STC89C52 單片機(jī)作為這個系統(tǒng)的控制單元，可以通過 DAC0832的數(shù)據(jù)采樣和 LM324 的電壓調(diào)整可以改變系統(tǒng)輸出電壓的大小。 比較以上兩種方案的優(yōu)缺點， 方 案一 中 CPLD 可編程邏輯器件 控制電路內(nèi)部接口信號繁瑣，中間相互關(guān)聯(lián)多，抗干擾能力差 ； 在方案二中采用單片機(jī)完成整個數(shù)控部分的功能，也便于系統(tǒng)功能的擴(kuò)展。在方案一中輸出的電壓很難跟蹤電壓的快速變化，而方案二中的輸出電壓波形與 DAC0832 的輸出波 形相同，不僅可以輸出直流電平，而且只要預(yù)先生成產(chǎn)生波形的量化數(shù)據(jù)，便可以輸出多種波形，使系統(tǒng)產(chǎn)生的信號源有一定的驅(qū)動能力。而數(shù)碼管雖然便宜，但顯示單調(diào)。 圖 31 STC89C52RC 引腳圖 STC89C52RC 主要 引腳功能說明 ： VCC（ 40 引腳）：電源電壓 。此時， P0 口內(nèi)部上拉電阻有效。 P1 的輸出緩沖器可驅(qū)動（吸收或者輸出電流方式） 4 個 TTL 輸入。 在對 Flash ROM 編程和程序校驗時， P1 接收低 8位地址。 P2 作為輸入口使用 時，因為有內(nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流。 P3 端口（ ～ ， 10～ 17 引腳）： P3 是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O端口 。 RST（ 9 引腳）：復(fù)位輸入。 DISRTO 默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。 XTAL2（ 18 引腳）：振蕩器反相放大器的輸入端。電容 C1 和 C2 通常選擇為（ 30＋或－ 10） pf 左右；外接陶瓷諧振器時則選為 33pf 左右。這里我們采用的是 12MHz 晶振，也就時說單片機(jī)的時鐘周期為 1/12uS，指令周期為 1uS。為了保證 CPU 內(nèi)部各個單元電路可靠復(fù)位， RST 引腳復(fù)位脈沖高電平維持時間必 須大于等于 2 個機(jī)器周期（即 24個振蕩周期），因此可以使用 RC 分立元件或微處理器監(jiān)控芯片構(gòu)成 MCS51 單片機(jī)的外部復(fù)位電路。松開復(fù)位按鍵后，電容 C3 充電， RST 引腳電位下降，使 CPU 脫離復(fù)位狀態(tài)。只要 RST 保持高電平，則單片機(jī)就循環(huán)復(fù)位。實現(xiàn)功能：按鍵 K1K9 為對應(yīng)的數(shù)字 09， K00 表示位選擇鍵（十位 或各位） ,K11 是確定鍵。其電 路如圖 36所示。其時序圖如圖 37所示 。 每一組運算放大器可用圖 38 所示的符號來表示，它有 5 個引出腳，其中“ +”、“ ”為兩個信號輸入端，“ V+”、“ V”為正、負(fù)電源端，“ Vo”為輸出端。穩(wěn)壓數(shù)次 此部分是將經(jīng)過 D/A 轉(zhuǎn)換后的初始電壓轉(zhuǎn)換成設(shè)備所需要的特定電壓。其中 DAC0832 的基準(zhǔn)電壓 VREF 來源是通過調(diào)節(jié) LM7812 基準(zhǔn)源，控制器 STC89C52RC 的 P1 口和 DAC0832 的數(shù)據(jù)口直接相連， DA 的第 8 腳接參考電壓，通過調(diào)節(jié)變位器 R5 作為 U6A — LM324 反饋電路中的反饋電阻。 ? CH0 模擬輸入通道 0，或作為 IN+/使用。 ? DO 數(shù)據(jù)信號輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。當(dāng) ADCO832 未工作時其 CS輸入應(yīng)為高電平，此時芯片禁用， CLK 和 D0/DI的電平可任意。 ? 電壓采樣是在輸出回路中并聯(lián)兩個可調(diào)電阻，調(diào)節(jié) 使 R4/（ R4+R5） =1/5，則從兩個電阻之間采樣電壓為 （ U0 為電源輸出電壓）與系統(tǒng) DA 轉(zhuǎn)換 5U，對應(yīng)，然后通過運算放大器 LM324 連接成的電壓跟隨器，對采樣的電壓輸入到模數(shù)轉(zhuǎn)換 ADC0832 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，輸入到單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行處理。這里采用 1602 液晶顯示屏，其主要參數(shù)為：顯示容量（ 16*2 個字符），芯片工作電壓（ ），工作電流（ ），模塊最佳工作電壓（ ）。如圖 314 所示為系統(tǒng)電源供電 模塊圖。輸出的 5V 電壓作為單片機(jī)的供電電源。然后采樣輸出電壓的大小，并與輸入電壓值進(jìn)行比較放大，由電壓調(diào)整電路調(diào)整輸出電壓的大小，直到輸 出電壓與輸入電壓相等。剛上電時，顯示器顯示的是電路的輸出電壓。選擇電壓后，按確定鍵，便可輸出所需的電壓。 LCD 的數(shù)據(jù)總線與 STCT89S52 的 P1 口相連，用 口做其控制總線， 接接 RS， 接 R/W， E。 圖 43 LCD 子程序流程圖 21 第五章 調(diào)試結(jié)果與仿真分析 測試儀器 數(shù)字式萬用表，數(shù)字示波器。本設(shè)計軟件編譯使用的是uVision2 編譯器。編譯后的結(jié)果如圖 52 所示。從表 ,電源的輸出紋波 電壓 小于 5mV。 將輸出電壓 Vo 調(diào)節(jié)到 10V，輸入交流電壓固定在 220V,改變負(fù)載電阻 R ,使負(fù)載電流在 0～ 1A內(nèi)變化，測得輸出電壓變化如表 。 在檢查完硬件電路沒有短路、斷路的情況下，接通電源，并且測試各個集成片的電源電壓 是否符合要求，以及單片機(jī)晶振是否起振，只有晶振正常起振單片機(jī)才能工作，通過檢測，上述情況均正常。 圖 54 串聯(lián)式反饋 穩(wěn)壓電路仿真圖 圖 55 系統(tǒng)仿真圖 第一次進(jìn)行硬件仿真時，液晶顯示沒有任何顯示，這就需要單獨對液晶進(jìn)行調(diào)試。當(dāng)我給它一個 5V的電壓時，輸出穩(wěn)壓可以在 0V到 10V 之間調(diào)整。通常一兩次的編譯很難成功的。其中在調(diào)試軟件的時候有一個問題給我造成了很對的造成了很大的困擾，那就是在各個子程序都沒有問題，而最終結(jié)果卻不像想象的那樣，在認(rèn)真研究以及老師的提點后終于發(fā)現(xiàn)了這主要是程序結(jié)構(gòu)的問題，在對程序進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整后，基本上符合要求了。 由于設(shè)計中自己考慮的不是很全面 所以原先設(shè)計 中 要求 的 過流保護(hù)和過壓保護(hù)電路沒有 得到充分體 現(xiàn)，設(shè)計還不是很完善。 : Sv=。 : 0≤ 5mV。 但是 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)想不夠周全。借此機(jī)會，首先我要感謝我的父母，是你們的默默支持和不辭辛苦的付出讓我這三年來能如期肄業(yè)，在這里我想對你們說聲你們辛苦了，感謝你們一路上為我默默的付出，讓我在這里能得到更好的成長，再次我要感謝培養(yǎng)我的母校，感謝湖工大讓我在這里獲得了知識的洗 禮和能力的提升，也要感謝大學(xué)三年來所有指導(dǎo)過我的湖工大老師們，感謝你們對我無私的諄諄教誨和幫助讓我受益頗深，為我樹立了人生道路上的榜樣，是我今后從事各項事業(yè)的楷模。 sbit key3=P1^2。 sbit key05=P2^2。 sbit key09=P2^6。 sbit DAC_WR=P3^6。 /* 函數(shù)全稱 : void delay(uint z) 函數(shù)功能 : 延時函數(shù) （毫秒級） 輸 入： unit z 返 回： 調(diào)用函數(shù) : 注意事項： 提示說明： */void delay(uint z) { uint x,y。y0。 P0=。 en=0。 delay(5)。 } /* 函數(shù)全稱 : void write_date() 函數(shù)功能 : lCD1602 初始化子程序 輸 入：無 返 回：無 調(diào)用函數(shù) : 無 注意事項： 提示說明： */void Init() { uchar num。 write_(0x06)。num16。 //lcd 第二行 for(num=0。 } } /* 函數(shù)全稱 : void write_voltage() 函數(shù)功能 : 寫電壓到 lCD1602 輸 入： uchar add,uchar dat 返 回：無 調(diào)用函數(shù) : 無 注意事項： 提示說明： */void write_voltage(uchar add,uchar dat) { write_(0x80+0x40+add)。 DAC_WR=0。 } /* 函數(shù)全稱 : void AD0832out() 函數(shù)功能 : 寫電壓數(shù)據(jù)到 ADC0832 輸 入 :char dadata 返 回：無 調(diào)用函數(shù) : 無 34 注意事項： 提示說明：