【正文】 ....................34參考文獻 ...................................................................................................................................36致 謝 .........................................................................................................................................37附 錄： .....................................................................................................................................38 01 緒論 簡介隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電源作為任何電器設(shè)備的供電電路，也在不斷的發(fā)展和完善中。而電源的種類非常多，包括直流穩(wěn)壓電源、直流恒流電源及交流穩(wěn)壓電源等等。數(shù)控電源就克服了普通電源只能輸出恒定電壓值的缺點，即它能在其他硬件設(shè)備的支持下通過單片機編程來改變電壓的輸出范圍和步近系數(shù)。 設(shè)計選題背景電力電子技術(shù)包括功率半導(dǎo)體器件與 IC 技術(shù)、功率變換技術(shù)及控制技術(shù)等幾個方面，其中電力電子器件是電力電子技術(shù)的重要基礎(chǔ)。一代器件決定一代電力電子技術(shù)。電源技術(shù)是應(yīng)用電力電子半導(dǎo)體器件，綜合自動控制、計算機(微處理器)技術(shù)和電磁技術(shù)的多學(xué)科邊緣交叉技術(shù)。 當前，電力電子作為節(jié)能、節(jié)才、自動化、智能化、機電一體化的基礎(chǔ)，正朝著應(yīng)用技術(shù)高頻化、硬件結(jié)構(gòu)模塊化、產(chǎn)品性能綠色化的方向發(fā)展。近年來，數(shù)控可調(diào)穩(wěn)壓電源也隨著數(shù)字時代的步伐前進，數(shù)控可調(diào)穩(wěn)壓電源以其數(shù)控可調(diào)、使用方便、長期投入費用低等的特點深受人們的喜愛。本設(shè)計中的數(shù)控電源就是模塊設(shè)計中的一個比較好的應(yīng)用。隨著計算機在各種智能控制系統(tǒng)應(yīng)用中的不斷深入與蓬勃發(fā)展，單片機更以其小巧的外形、較高的性價比、靈活的控制方式廣泛地應(yīng)用在這一領(lǐng)域。目前，更高功率水平的動向跨越了各種應(yīng)用，同時伴隨著分布式電源架構(gòu)，尤其是中間總線架構(gòu)（IBA） ，它們增加了對機架安裝 AC/DC 前端的需求。Camp。1200W 版面向刀片服務(wù)器、工作站、存儲系統(tǒng)以及其它采用 12V分布式電源架構(gòu)的應(yīng)用。除了越來越多地使用大功率前端電源以外，這些電源還顯示出推動 AC/DC 電源市場發(fā)展的一些其它趨勢：1）更關(guān)注電源效率；2）轉(zhuǎn)向數(shù)字電源。 設(shè)計內(nèi)容及論文結(jié)構(gòu) 設(shè)計的主要內(nèi)容本設(shè)計的數(shù)控可調(diào)穩(wěn)壓電源是以單片機為核心控制系統(tǒng)。同時，使用單片機控制系統(tǒng)能夠節(jié)約能源、保護設(shè)備、延長設(shè)備的使用時間。硬件設(shè)計包括：譯碼顯示電路、數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器電路、鍵盤電路、放大電路和保護電路等幾個方面。2）需要使用的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器存儲單元內(nèi)容初始化。4）允許 CPU 中斷、允許外部中斷 0 中斷、允許外部中斷 1 中斷。各中斷服務(wù)程序見附錄。第 2 章為系統(tǒng)電源設(shè)計部分，這部分是對整個模塊的供電直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計，整個系統(tǒng)的供電電源包括：+5V、+12V 、 15V。第 4 章為軟件設(shè)計部分，例如單片機的初始化和各功能模塊的軟件編程等。 32 系統(tǒng)電源的設(shè)計 穩(wěn)壓電源的基本原理直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計是電子設(shè)備的能源電路，關(guān)系到整個電路設(shè)計的穩(wěn)定性和可靠性，是電路設(shè)計中非常關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)，本數(shù)控可調(diào)穩(wěn)壓電源的設(shè)計中要用到的直流穩(wěn)壓電源有：+5V、+12V、177。其中，+5V 主要供單片機芯片和 D/A 轉(zhuǎn)換芯片使用，電流最大約為 400mA；+15V 作為運放的正電源，同時也是穩(wěn)壓輸出的主電源，電流最大約為 450mA，－15V 作為運放的負電源，+12V 給基準電壓源供電，該電流較小，不超過 50mA。圖 直流穩(wěn)壓電源基本組成框圖電源變壓器的作用是將電網(wǎng) 220V 的交流電壓變成整流電路所需要的電壓 。濾波電路的作用是將脈動直流 濾除紋波，2變成紋波小的 ，常見的電路有 RC 濾波、LC 濾波、 ∏型濾波等,常用的選 LC 濾波電3路。 ?（）每只二極管或橋堆所承受的最大反向電壓 1RM2?（） 4對于橋式整流電路，每只二極管的平均電流 1RD(AV)?（） 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 24T（）式中，T 為輸入交流信號周期，R 為整流濾波電路的等效負載電阻。 穩(wěn)壓電源的原理圖4 種穩(wěn)壓電源分別如下圖 ， 所示。132V VGNDINOUTMC78121234 C2 + C12200uf + C447ufGND220v+12v圖 +12V 穩(wěn)壓電源電路此+12V 給基準電壓源供電，它主要用在電壓放大電路和電流放大電路中作為三級管的集電極電壓，電容的作用和＋5V 電壓中電容作用相同。15V 穩(wěn)壓電源電路此177。電容作用同上。紋波的成分較為復(fù)雜，它的形態(tài)一般為頻率高于工頻的類似正弦波的諧波，另一種則是寬度很窄的脈沖波。對于電容器老練來說，無論是那一種紋波，只要不是太大，一般對電容器老練質(zhì)量不會構(gòu)成影響。因此對于這種窄脈沖的要求可以放寬。紋波的害處主要有以下幾點： ①容易在用設(shè)備中產(chǎn)生不期望的諧波，而諧波會產(chǎn)生較多的危害。 ③較強的紋波會造成浪涌電壓或電流的產(chǎn)生，導(dǎo)致燒毀用設(shè)備。 ⑤會帶來噪音干擾，使圖像設(shè)備、音響設(shè)備不能正常工作。 6②加大濾波電路中電容容量，條件許可時使用效果更好的 LC 濾波電路。④合理布線。3 硬件電路設(shè)計 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架數(shù)控電源的硬件電路組成框圖如圖 所示。圖 數(shù)控電源的硬件電路組成框圖圖 所示數(shù)控電源的輸出電壓是由鍵盤控制的。這里需要注意的是在使用步進方式調(diào)整數(shù)據(jù)時，輸出電壓不能隨著變化，以避免在調(diào)整過程中加到負載上的電壓不能滿足要求。顯示電路既可用來顯示輸出的電壓，也可以來顯示鍵盤電路的調(diào)整過程。數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器輸出的模擬電壓隨著它的輸入數(shù) 7據(jù)的變化而變化，從而實現(xiàn)輸出電壓的步進調(diào)整。模擬信號放大電路包括電壓放大和電流放大兩個部分，前者使得輸出電壓滿足要求，后者降低負載變化對輸出電壓的影響。如果沒有微型計算機，人們的工作、生活的質(zhì)量將受很大的損失。本章主要介紹什么是單片微型計算機；它與微型計算機的區(qū)別是什么；單片微型計算機的發(fā)展概況及其特點和應(yīng)用。 單片機的組成單片微型計算機簡稱單片機。它們之間相互連結(jié)，構(gòu)成一個完整的微型計算機 [2]。圖 單片機結(jié)構(gòu)框圖單片機的發(fā)展經(jīng)歷了四個階段：第一階段（1971～1974 年） ，主要是美國 INTEL公司從早先的第一臺 MCS4 微型計算機，到后來功能較強的 8 位微處理器 Intel8008和 FAIRCHILD 公司的 F8 微處理器。第二階段（1974～1978） ，初級單片機階段，以 INTEL 公司的MCS48 為代表。第三階段（ 1978～1983） ，高性能單片機階段。片內(nèi)ROM，RAM 容量加大，且尋址范圍可達 64K 字節(jié)，有的片內(nèi)還帶有 A/D 轉(zhuǎn)換器接口。其中 MCS51 系列產(chǎn)品，由于其優(yōu)良的性能價格比，特別適合我國的國情，MCS51 系列單片機有可能穩(wěn)定相當一段時期。第四階段（1983～現(xiàn)在） ，8 位單片機鞏固發(fā)展及 16 位單片機推出階段。MCS51 系列屬高檔單片機，近年來，INTEL 公司在提高該系列產(chǎn)品性能方面做了不少工作，相繼推出了不少新產(chǎn)品：8052/8752/803低功耗的 CHMOS 工藝芯片80C51/87C51/80C3具有高級語言編程的芯片 8052AHBASIC、高性能的 C252 系列等。 89C51 單片機的引腳描述及片外總線結(jié)構(gòu)89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（ FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除 100 次。由于將多功能 8位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL 的 89C51 是一種高效微控制器，89C2051 是它的一種精簡版本。89C51 的主要特性有：與 MCS51 兼容；4K 字節(jié)可編程閃爍存儲器；壽命：1000寫/ 擦循環(huán)；數(shù)據(jù)保留時間：10 年；全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz；三級程序存儲器鎖定；128*8 位內(nèi)部 RAM；32 可編程 I/O 線；兩個 16 位定時器/計數(shù)器；5 個中斷源；可編程串行通道；低功耗的閑置和掉電模式；片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 [3]。GND（20 腳）接地。由于單片機內(nèi)部有一個高增益反相放大器，當外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器，并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。在此引腳與 VSS 引腳之間連接一個約 10KΩ 的下拉電阻，與 VCC 引腳之間連接一個約 10μF 的電容，可以保證可靠地復(fù)位。當 VCC 主電源下掉到低于規(guī)定的電平，而 VPD在其規(guī)定的電壓范圍（5 土 ）內(nèi)，VPD 就向內(nèi)部 RAM 提供備用電源。即使不訪問外部存儲器，ALE 端仍然以不變的頻率周期性地出現(xiàn)正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。然而要注意的是，每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。對于 EPROM 型的單片機（如 8751） ，在EPROM 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖（ ） 。在從外部程序存儲器取令（或常數(shù)）期間，每個機器周期兩次 有效。 同樣可以驅(qū)動（吸收或輸出）8 個 LS 型的 TTL 輸入。當 保持低電平時，則只訪問外部程序存儲器，不管是否有內(nèi)部程序存E儲器。對于 EPROM 型的單片機（如 8751） ，在 EPROM 編程期間，此引腳也用于施加 21 伏的編程電源（VPP） 。P1 口（l 腳8腳）：是 8 位準雙向 I/O 口。能驅(qū)動（吸收或輸出電流）4 個 LS TTL 負載。對 EPROM 編程和程序驗證時，它接收低 8 位地址。在訪問外部存儲器時，它可以作為擴展電路高 8 位地址總線送出高 8 位地址。P2 可以驅(qū)動（吸收或輸出電流）4 個 LS TTL 負載。P3 能驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 LS TTL 負載。作為第二功能使用時，各引腳的定義如表 所示。表 P3 口的第二功能定義口線 引腳 第二功能 10 RXD（串行輸入口） 11 TXD（串行輸入口） 12 （外部中斷 0）INT0 13 （外部中斷 1）1 14 T0 （定時器 0 外部輸入） 15 T1 （定時器 1 外部輸入） 16 （外部數(shù)據(jù)存儲器寫脈沖）WR 17 （外部數(shù)據(jù)存儲器讀脈沖）D 譯碼顯示電路 輸入、輸出接口 P0～P 3 11 單片機具有 4 個分別被命名為 P0、P1 、P2 和 P3 的 8 位并行輸入/ 輸出接口，其中各口的功能在前面已經(jīng)做了相應(yīng)的介紹。 并行輸入/輸出口概述并行輸入輸出方式與外設(shè)之間傳送的位數(shù)為 8 位，數(shù)據(jù)傳送需要 8 條數(shù)據(jù)線。 P0 口的 8 個引腳通過時分方式被用作數(shù)據(jù)總線和地址總線的低 8 位，P2 口的 8 個引腳被單獨用作地址總線的高 8 位。P3 口除了可以被用作通用并行輸入/ 輸出接口外，還具有表 所示的第二功能。綜上所述，并行通信方式的優(yōu)點是數(shù)據(jù)傳送速度快，所有的數(shù)據(jù)位同時傳送，缺點是電路比較復(fù)雜，一個并行的數(shù)據(jù)有多少位，就需要多少條傳輸線。它的優(yōu)點是電路簡單，僅一條傳輸線；缺點是數(shù)據(jù)傳送速度慢，89C51 系列單片機提供的同步通信和異步通信兩種串行通信模式。但是應(yīng)當注意的是，如果第 2 個字節(jié)完成接受，而第一個字節(jié)仍沒有被讀取，一個字節(jié)的數(shù)據(jù)將被丟失。發(fā)送緩沖寄存器只能寫入不能讀出，接受緩沖寄存器只能讀出不能寫入，因此他們的區(qū)分可以通過指令來實現(xiàn)。引腳RXD 和引腳 TXD 也就是引腳 和引腳 ，這里它們被按 P3 口的第 2 功能來使用。這 4 種工作方式的簡述如下：1）工作方式 0串行口工作方式 0 為同步移位寄存器方式。串行數(shù)據(jù)一幀的位數(shù)為8 位，傳輸時低位在前，高位在后。如果單片機的時鐘脈沖頻率為 12MHZ，則數(shù)據(jù)傳送的波特率是 1MB。2）工作方式 1串行口工作方式 1 為異步通信方式。數(shù)據(jù)位傳輸時低位在前，高位在后。數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟ㄌ芈适强勺兊摹４袛?shù)據(jù)一幀的數(shù)據(jù)為 11 位：1 位起始位、8位數(shù)據(jù)位、1 位可編程位和一位停止位。串行數(shù)據(jù)的發(fā)送通過引腳 TXD 進行，串行數(shù)據(jù)的接收都是通過引腳 RXD進行。是單片機時鐘頻率的 1/32 或是 1/64。在發(fā)送時，數(shù)據(jù)幀中可編程位的值取決于串行口控制寄存器(SCON)的位 TB8。在接收時，數(shù)據(jù)幀中的可編程位送入串行口控制寄存器(SCON) 的位 RB8，停止位這時被