【正文】 0 專 業(yè) 自動化 教學單位 德 州學院機電工程系 二 O 一二 年 五 月 四 日 德州學院 機電工程系 2021屆 自動化專業(yè) 畢業(yè)論文（設計） 基于單片機的智能穩(wěn)壓電源的設計 摘要： 本文介紹了一種基于單片機的智能穩(wěn)壓電源的設計方案，其核心技術是通過單片機控制數(shù)模轉換來改變其后的穩(wěn)壓模塊的輸出。該系統(tǒng)由整流濾波初步穩(wěn)壓部分、單片機控制部分、 DAC和顯示部分組成，該穩(wěn)壓電源能連續(xù)步進可調，并且可實時顯示，彌補了傳統(tǒng)穩(wěn)壓電源的不足。 Regulated Power Supply。DAC 德州學院 機電工程系 2021屆 自動化專業(yè) 畢業(yè)論文（設計） 目錄 第一章 概述 ………………………………………………………………………1 直流穩(wěn)壓電源的發(fā)展方向 ………………………………………………..1 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 ……………………………………………………………..1 系統(tǒng)研究方向 ……………………………………………………………..2 第二章 設計原理 ………… ..…………………… ……………………………… 3 設計原理 …………………………………………………………………..3 系統(tǒng)框圖 …………………………………………………………………..4 第三章 主要器件介紹 …………………………………………………………… 5 AT89C51 簡介 ……………………………………………………………...5 DAC0832 工作原理 ………………………………………………………...6 數(shù)碼管顯示原理 ………………………………………………………….. 7 第四章 硬件電路與數(shù)據(jù)測試 …………………………………………… ..… ..9 整流濾波、初步穩(wěn)壓 ……………………………………………………..9 AT89C51 主控部分 ………………………………………………………..10 數(shù)模轉換 DAC0832………………………………………………………..10 穩(wěn)壓部分 ………………………………………………………………….11 顯示電路 ………………………………………………………………….11 數(shù)據(jù)測 試與分析 ………………………………………………………...12 第五章 軟件設計 .……………………………………………………………… .13 軟件流程圖 ………………………………………………………………..13 結束語 ……………………………………………………………………………… 14 參考文獻 …………………………………………………………………………… 15 附錄一 ……………………………………………………………………………… 16 附錄二 ……………………………………………………………………………… 18 附 錄三 ……………………………………………………………………………… 19 德州學院 機電工程系 2021屆 自動化專業(yè) 畢業(yè)論文（設計） 第一章 概述 1. 1 直流穩(wěn)壓電源的發(fā)展方向 智能化 目前在研制高精度、高性能、多功能的測量控制儀表時，幾乎沒有不考慮采用微處理器的。智能儀器解決了許多傳統(tǒng)儀表不能或不易解決的難題，同時還能簡化系統(tǒng)電路，提高系統(tǒng)的可靠性，加快產(chǎn)品的開發(fā)速度。具體地說，智能化的直流穩(wěn)壓電源電源應當具有以下功能特點 : ① 操作自動化。 ②具有自檢測功能，包括自動調零、自動故障檢測與狀態(tài)檢驗、自動校準、自診斷及量程自動轉換等。 ③具有友好的人機對話能力。與此同時，智能直流穩(wěn)壓電源還通過顯示屏將儀器的運行情況、工作狀態(tài)以及測量數(shù)據(jù)的處理結果及時告訴操作人員，使系統(tǒng)的操作更加方便直觀。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術應用日益普及和信息處理技術的不斷發(fā)展，直流穩(wěn)壓電源通過 RS232 接口實現(xiàn)與上位 PC 機通信，從而使網(wǎng)絡技術人員可以隨時監(jiān)視電源設備運行狀態(tài)、各項技術參數(shù) 。 數(shù)字化 在傳統(tǒng)直流穩(wěn)壓電源中，控制部分是按模擬信號來設計和工作的。但是，現(xiàn)在數(shù)字式信號、數(shù)字電路顯得越來越重要，數(shù)字信號處理技術日趨完善成熟，顯示出越來越多的優(yōu)點 :便于計算機處理控制、避免模擬信號的畸變失真、減小雜散信號的干擾 (提高抗干擾能力 )、便于軟件包調試和遙感遙測遙調，也便于自診斷、容錯等技術的植入。其二是指電源單元的模塊化。大功率的電源，由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考慮，一般采德州學院 機電工程系 2021屆 自動化專業(yè) 畢業(yè)論文（設計） 用多個獨立的模塊單元并聯(lián)工作，采用均流技術，所有模塊共同分擔負載電流，一旦其中某個模塊失效，其它模塊再平均分擔負載電流。 綠色化 電源系統(tǒng)的綠色化有兩層含義 :首先是顯著節(jié)電，這意味著發(fā)電容量的節(jié)約，而發(fā)電是造成環(huán)境污染的重要原因，所以節(jié)電就可以減少對環(huán)境的污染 。 20世紀末，各種有源濾波器和有源補償器的方案誕生，為 21 世紀批量生產(chǎn)各種綠色直流穩(wěn)壓電源產(chǎn)品奠定了基礎 [7]。其好壞直接影響著電子設備或電子系統(tǒng)的工作性能。直流穩(wěn)壓電源分連續(xù)導電式與開關式兩類。這種電源線路簡單，紋波小，相互干擾小，但體積大，耗材多，效率低 (常低于 40％～ 60％ )。這類電源功耗小，效率可達 85％左右，但缺點是紋波大、相互干擾大。這種直流穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓特性一半，往往只用于穩(wěn)定局部的直流電壓。②串聯(lián)調整管穩(wěn)壓電路，這種穩(wěn)壓電路利用了三極管 集電極與發(fā)射極之間阻抗隨基極電流大小變化而變化的特性，進行直流輸出電壓的自動調整，實現(xiàn)直流輸出電壓的穩(wěn)定。③開關型穩(wěn)壓電路，這是一種高性能的直流穩(wěn)壓電路，穩(wěn)壓原理比較復雜，在這種電路中的三極管（開關管）處于導通、截止兩種狀態(tài)的轉換中，即工作在開關狀態(tài)，所以開關型穩(wěn)壓電路由此得名。這種集成電路只有三根引腳，使用很方便，在許多場合都有著廣泛應用。而基于單片機控制的直流穩(wěn)壓電源則能較好地解決以上傳統(tǒng)穩(wěn)壓電源的不足。 系統(tǒng)研究方向 直流穩(wěn)壓電源是電子設計中常用的設備之一，廣泛應用于電子電路的各個領域。而基于單片機控制的直流穩(wěn)壓電源則能較好地解決以上傳統(tǒng)穩(wěn)壓電源的不足。 德州學院 機電工程系 2021屆 自動化專業(yè) 畢業(yè)論文（設計） 第二章 設計原理 2. 1 設計原理 穩(wěn)壓電源基本原理 直流穩(wěn)壓電源由電源變壓器 T、整 流、濾波和穩(wěn)壓電路四部分組成，其原理框圖如圖 所示。但這樣的直流輸出電壓，還會隨交流電網(wǎng)電壓的波動或負載的變動而變化。 圖 直流穩(wěn)壓電源框圖 穩(wěn)壓電路設計方案 方案一：采用 LM78XX 系列三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓，電路如圖 圖 三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓電路 方案二：采用 LM317 系列可調三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓，電路如圖 德州學院 機電工程系 2021屆 自動化專業(yè) 畢業(yè)論文（設計） 圖 可調三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓電路 德州學院 機電工程系 2021屆 自動化專業(yè) 畢業(yè)論文（設計） 方案三：由運放組成的串聯(lián)型穩(wěn)壓電源，電路如圖 圖 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路 方案一與方案二都可實現(xiàn)穩(wěn)定的電壓輸出，而且電路結構簡單，但方案一 電壓輸出固定，方案二雖然電壓可調但很難實現(xiàn)步進調節(jié)。在方案三中用到了運放、單片機、數(shù)模轉換 DAC0832，這些器件都需要穩(wěn)定的工作電壓，因此系統(tǒng)最終的選擇方案一與方案三相結合，采用方案一實現(xiàn)系統(tǒng)的工作電壓，采用方案三實現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)壓電源的連續(xù)步進可調 [8]。 圖 系統(tǒng)框圖 AT89C51 單 片 機 按鍵控制 電源電路 DAC 比較電路 取樣電路 顯示電路 調整電路 德州學院 機電工程系 2021屆 自動化專業(yè) 畢業(yè)論文（設計） 第三章 主要器件介紹 AT89C51 簡介 本課題設計的直流穩(wěn)壓電源的核心控制器件選用 AT89C51[1]。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。 圖 AT89C51 引腳圖 AT89C51主要特性 4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 數(shù)據(jù)保留時間： 10年 三級程序存儲器鎖定 32可編程 I/O線 5個中斷源 低功耗的閑置和掉電模式 amp。ILECSWR1WR2XFERLE1 LE2Iout1Iout2VrefRfbAGNDDGNDVCC DAC0832工作原理 直流穩(wěn)壓電源的數(shù)模轉換采用通用芯片 DAC0832。DAC0832 主要由 8 位輸入寄存器、 8 位 DAC 寄存器、 8位 D/A 轉換器以及輸入控制電路四部分組成。 圖 DAC0832 原理框圖 當 WR2和 XFER 同時有效時， 8位 DAC 寄存器端為高電平“ 1”，此時 DAC 寄存器的輸出端 Q 跟隨輸入端 D 也就是輸入寄存器 Q 端的電平變化；反之，當端為低電平“ 0”時，第一級 8位輸入寄存器 Q端的狀態(tài)則鎖存到第二級 8 位 DAC 寄存器中，以便第三級 8 位 DAC轉換器進行 D/A轉換。 特殊情況下可采用雙緩沖輸入方式，即把兩個寄存器都分別接成受控方式。 圖 DAC 單極性輸出電路 德州學院 機電工程系 2021屆 自動化專業(yè) 畢業(yè)論文（設計） 1 0 9 8 7 6g f G N D a b1 2 3 4 5dp.e d G N D c d pabcdefgD D+ 5V