1、前言4一、硬件部分6(一） 供电电源设计61、方案选择62 、稳压电路结构组成63 、电源设计7（二） 数控部分9（三） 信号处理电路91 、AD7543与单片机串行通讯接口的连接102 、AD7543与单片机普通I/O的连接11（四） 键盘与显示部分111 、显示部分112 、键盘部分12（五） 输出电路13（六） 电路扩展141 、 功率调整电路142、 过载或短路保护电路143 、声光报警电路154 、波形电路15（七） 原理图15（八） 元件清单17元件清单在附录17（九） PCB电路板制作17（十） 硬件实物图17二、软件部分19（一） 中断服务子程序21（二） LCD显示子程序21
2、（三） 顺序转换输出子程序22（四） 键盘子程序23三 系统测试及结果分析24（一） 系统功能测试24（二） 系统指标测试26（三） 系统误差分析28总结与自我评价29致谢30参考文献31附录32摘要：随着时代的发展，数字电子技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，本文将介绍一种数控直流稳压电源，它具有过载保护、成本低、抗干扰能力好,使用寿命长，性能稳定，操作方便等优点。本电源由模拟电源、显示电路、单片机控制电路、数模转换电路、放大电路四部分组成.准确说就是模拟电源提供各个芯片电源、LCD、放大器所需电压；显示电路用于显示电源输出电压的大小。同时分析了数字技术和模拟技术相互转换的概念。与
3、传统的稳压电源相比具有操作方便，电源稳定性高以及其输出电压大小采用LCD显示的特点。关键词：单片机AT89C52，数模转换AD7543，运算放大器OP-07Abstract： Advantage.Along with the development in ages, the numerical electronics technique has already make widely available our life, work, research, each realm, this text will introduce a kind of number to control direc
4、t current steady press power supply, this text will introduce a number to control power supply, it once had to carry protection, the cost be low, anti- interference ability good, credibility good, service life long, function stability, operation convenience etc. This power supply from imitate power
5、supply, show electric circuit, control electric circuit, few molds conversion electric circuit and enlarge electric circuit four-part cent constitute.Accurate say be imitate power supply to provide the electric voltage that each chip power supply, the figures tube, enlarger need;Show the electric ci
6、rcuit useds for the size which shows that the power supply outputs electric voltage. With traditional steady press power supply to compare to have an operation convenience, Gao and its exportation adoption figures of the electric voltage size of the power supply stability show of characteristics.Key
7、word:Single slice the machine AT89 C52, the few molds conversion AD7543, operate the enlarger OP-07附录前言电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性很强的工程技术，服务于各行各业。电力电子技术是电能的最佳应用技术之一。当今电源技术融合了电气、电子、系统集成、控制理论、材料等诸多学科领域。随着计算机和通讯技术发展而来的现代信息技术革命，给电力电子技术提供了广阔的发展前景，同时也给电源提出了更高的要求。随着数控电源在电子装置中的普遍使用，普通电源在工作时产生的误差，会影响整个系统的精确度。电源在使用时会
8、造成很多不良后果，世界各国纷纷对电源产品提出了不同要求并制定了一系列的产品精度标准。只有满足产品标准，才能够进入市场。随着经济全球化的发展，满足国际标准的产品才能获得进出的通行证。数控电源是从80年代才真正的发展起来的，期间系统的电力电子理论开始建立。这些理论为其后来的发展提供了一个良好的基础。在以后的一段时间里，数控电源技术有了长足的发展。但其产品存在数控程度达不到要求、分辨率不高、功率密度比较低、可靠性较差的缺点。因此数控电源主要的发展方向，是针对上述缺点不断加以改善。单片机技术及电压转换模块的出现为精确数控电源的发展提供了有利的条件。新的变换技术和控制理论的不断发展，各种类型专用集成电路
9、、数字信号处理器件的研制应用，到90年代，己出现了数控精度达到0.05V的数控电源，功率密度达到每立方英寸50W的数控电源。从组成上，数控电源可分成器件、主电路与控制等三部分。目前在电力电子器件方面，几乎都为旋纽开关调节电压，调节精度不高，而且经常跳变，使用麻烦数字化智能电源模块是针对传统智能电源模块的不足提出的，数字化能够减少生产过程中的不确定因素和人为参与的环节数，有效地解决电源模块中诸如可靠性、智能化和产品一致性等工程问题，极大地提高生产效率和产品的可维护性。电源采用数字控制，具有以下明显优点:1)易于采用先进的控制方法和智能控制策略，使电源模块的智能化程度更高，性能更完美。2)控制灵活
10、，系统升级方便，甚至可以在线修改控制算法，而不必改动硬件线路。3)控制系统的可靠性提高，易于标准化，可以针对不同的系统(或不同型号的产品)，采用统一的控制板，而只是对控制软件做一些调整即可。4)系统维护方便，一旦出现故障，可以很方便地通过RS232接口或RS485接口或USB接口进行调试，故障查询，历史记录查询，故障诊断，软件修复，甚至控制参数的在线修改、调试;也可以通过MODEM远程操作。5)系统的一致性好，成本低，生产制造方便。由于控制软件不像模拟器件那样存在差异，所以，其一致性很好。由于采用软件控制，控制板的体积将大大减小，生产成本下降。6)易组成高可靠性的多模块逆变电源并联运行系统。为
11、了得到高性能的并联运行逆变电源系统，每个并联运行的逆变电源单元模块都采用全数字化控制，易于在模块之间更好地进行均流控制和通讯或者在模块中实现复杂的均流控制算法(不需要通讯)，从而实现高可靠性、高冗余度的逆变电源并联运行系统。一、硬件部分(一） 供电电源设计1、方案选择方案一、采用整流滤波电路，不稳压。其特点是电路简单，输出电压不稳定，随负载变化而变化，但能提供很大的电流。方案二、采用串联性稳压电路。其特点是电路简单，输出电压稳定，能提供很大的电流。方案三、采用开关电源供电，如下：效率高：开关型稳压电源的调整晶体管工作在开关状态，则开关晶体管功率损耗很小，效率可大大提高。其效率通常可达8090%
12、左右。重量轻：开关稳压电源通常采用电网输入的交流电压直接整流，革除了笨重的电源变压器，使电源的重量减少到原传统同等功率稳压电源的五分之一左右，而且体积也大大缩小。稳压范围宽：开关型稳压电源在输入交流电压从130V260V变化时，都能达到良好的稳压，输出电压的变化可保证在2%以下，而且在输入交流电压变化时始终保持稳压电路的高效率。功耗小：由于晶体管工作在开关状态，功率损耗小，不需要采用大的散热器，机内温升也小，周围元器件也不致因长期工作在高温环境而损坏。可靠安全：在开关型稳压电源中，设计有保护电路，在负载出现故障或短路时能自动切断电源，保护功能灵敏可靠。滤波电容容量小：由于稳压电路中的开关晶体管
13、多采用较高的开关频率，因此滤波电容的容量可大大减小，易于小型化。方案四、采用集成稳压电路，其特点为电路简单，稳压好。本设计采用方案四2 、稳压电路结构组成稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路组成，如图2.1所示稳压电路输出+5V、15V滤波电 路整 流电 路变 压 器 降压 到 18V 2.1 电源方框及波形图a.整流和滤波电路：整流作用是将交流电压U2变换成脉动电压U3。滤波电路一般由电容组成，其作用是脉动电压U3中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压U4。b.稳压电路：由于得到的输出电压U4受负载、输入电 压 和 温度的影响不稳定，为了得到更为稳定电压添加了稳压电路，
14、从而得到稳定的电压U0。3 、电源设计 电源部分包括：+5V、15V两大部分，原理图如图2.2所示+5V电源只要供单片机部分使用，对于滤波电容的选择，需要注意整流管的压降；7805的最小允许压降波动10%，所以允许的最大纹波的峰峰值U=9（1-10%）C=3600Uf选取的滤波电容所以选取的滤波电容C=4700Uf/16V。15V电源，允许的纹波峰峰值U=18(1-10%)-0.7-12-U=4.9V按近似电流放电计算，则C=1430Uf选取滤波电容选取滤波电容C=2200uF/30V。342.1 电源原理图（二） 数控部分1、 AT89C52单片机 AT89S52是美国ATMEL公司生产的低
15、电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8K bytes的可反复擦写的只读程序存储器(EPROM)和128 bytes的随机数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器(CPU)和Flash存储单元，功能强大AT89S52单片机可提供高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。并且支持并口ISP下载程序。因此，在这里我选用AT89S52单片机来完成。主要性能参数：与MCS-51产品指令系统完全兼容8K字节可重擦写Flash闪存存储器1000次擦写周期全静态操作：0hz-24hz三级加密程序存储器128x8字节
16、内部RAM32个可编程I/O口线2个16位定时/计数器6个中断源可编程串行UART通道低功耗空闲和掉电模式AT89C52 内存空间1、内部程序存储器（FLASH）8K 字节。2、外部程序存储器（ROM）64K 字节。3、内部数据存储器（RAM）256 字节。4、外部数据存储器（RAM）64K 字节。（三） 信号处理电路电源输出电压范围是0-9.9V，基本部分步长进0.1V,共有100个状态，而8位的D/A转换只有256个状态，能满足要求，但扩展部分步进0.01V,共有1000个状态，而8位的D/A转换只有256个状态，不能满足要求。因此需要选用10位或10位以上字长的D/A转换芯片。 一般的D
17、/A转化芯片都是并行接口，如8位系列0830/0831/0832、10位系列7520/7530/7533和 12位系列1208/1209/1210等均为并行接口，14位、16位系列也全部为并行接口。只有AD7543是12位串行D/A转换芯片，它是美国模拟器件公司(Analog Devices)的产品，属于特殊用途D/A转换器，和并行接口芯片有很大不同，使用该芯片构成的系统具有接线简单、使用方便、控制灵活的特点，具有较好的应用前景和开发价值。图2.2是AD7543的几种封装形式，与单片机的连接如图2.3所示。AD7543的逻辑电路由12位串行输入并行输出移位寄存器(A)和12位DAC输入寄存器(
18、B)以及12位DAC单元组成。在选通输入信号的前沿或后沿(由用户选择)定时地把RSI引脚上的串行数据装入寄存器A，一旦寄存器A装满，在加载脉冲的控制下，寄存器A的数据便装入寄存器B。并进行D/A转换。AD7543的引脚功能见表1。出现在AD7543的SRI引脚上的串行数据在STB1、STB2和STB4的上升沿或STB3的下降沿作用下，定时的移到移位寄存器A中，寄存器A和B控制输入端所要求的各种信号的逻辑关系如表2所列。 AD7543的主要特性如下： 分辨率为12位。 非线性为1/2LSB。 接正或负选通进行串行加载。用非同步清除输入使其初始化。低功耗、最大为40mW。实现AD7543与单片机的
19、连接有两种方法，其一是基于字节操作，利用串行通讯接口实现，其二是基于位操作，利用普通输入输出口线实现，两种实现方法对A/D转化芯片的转换速度、工作以及数据传输的波特率等技术指示的要求各不相同。以下具体说明这两种实现的方法。1 、AD7543与单片机串行通讯接口的连接图2.3是89C52的串行口和AD7543相连的接口电路，89C52的串行口选用方式0(移位寄存器方式)，其TXD端移位脉冲的负跳变将RXD输出的位数据移入AD7543，利用P3.4产生加载脉冲，由于是低电平有效，从而将AD7543移位寄存器A中的内容输入到寄存器B中，并启动D/A，单片机复位端接AD7543的消除CLR端，以实现系
20、统的同步。这种方式的单片机串行通讯口与AD7543的接口电路，其波特率固定为CPU时钟频率的1/12，如果CPU的频率为6MHz，那么波特率为50kbps，位周期为20s，显然，这种连接方法只能用于高速系统。图2.2 AD7543的封装形式图2.32 、AD7543与单片机普通I/O的连接AD7543可以用89C52的P1口实现数据传送。这种方法的波特率可调，传输速度由程序控制。电路与图2相同，仅把89C52的数据输出端由RXD引脚改为P1.1，将移位脉冲输出端由TXD改为P1.2口线，P1.0仍为加载脉冲输出。（四） 键盘与显示部分1 、显示部分 方案一：88点阵屏此点阵屏耗电大，体积大，要
21、实现繁琐的字体时，要生成比较多的字模，是生成的字模，不利于矩阵键盘的控制和显示的程序编写。方案二：LCD数码管要显示足够的字体，需要更多的数码管，同时有就需要更多的段选码，这样会造成显示不便，也给制造PCB图的时候造成巨大的不便，数码管显示也不美观，也浪费；同时更加造成编程的困难。方案三：LCD液晶显示LCD1602的液晶显示具有低压微功耗、平板型结构、显示信息量大（本身内部有大量的字符、数字，符号等）；它是有2行16位的显示，每行8位；容编程，只要写出字符或数字就可以显示，不需要段选码或字模，体积小而能显示出大量的信息，足够编程所用的各种显示，带来了极的方便而又美观。用单片机来编程也容易实现
22、。基于以上的考虑，选择方案三为最佳。与单片机的接口为：P0为数据口，P2.6、P2.7为控制端。如图2.4所示。图2.42 、键盘部分 键盘是有无数个按键组成的开关矩阵，它是一种廉价的输入设备。一个键盘通常包括数据键，字母键以及一些功能键。操作人员可以通过键盘向计算机输入数据、地址、指令或其他的控制命令，实现简单的人机对话。 用于计算机系统的键盘通常有两种：一类是编码键盘，即键盘上闭合键的识别有专用硬件识别。另一类是非编码键盘，即键盘上键入及闭合键的识别由软件实现。 方案一：矩阵键盘可以来实现对多个键盘对少量I/O口控制，可以节省I/O口，可编写的程序有点难度，而已做出的PCB图的画图和布线也
23、有一定的复杂性。方案二:编码键盘是,键盘上闭和键的识别由专用的硬件编码来实现,并产生按键编码号或键值,而我们的设计不需要到那么复杂的键盘。方案三：用独立键盘，独立键盘对于编程来控制它们非常容易。画PCB图也容易，但要输入很多信息需要的I/O也多。 基于以上的考虑，选择方案三为最佳。与单片机的接口为对应的功能为：设置/确认123加456减789步进选择0电压/波形选择（五） 输出电路2.5.12.5.12.5.12.5.12.5.1稳压输出部分这部分将数控部分送来的电压控制字转换成稳定电压输出，电路主要由D/A转换、稳压输出等几部分组成，电路图如图2.5，2.6 所示。AD7543的基准为4.0
24、48，每当送给AD7543的数增1，输出电压就增加0.001当输出步进电压0.1V，共有100种状态，AD7543以40为步进递增，Vo=Vi*RW/R1。当输出步进电压0.01V，共有1000种状态，AD7543以4为步进递增，Vo=Vi*RW/R1。IC1是把AD7543输出的电流转换为电压，IC2是电压跟随器，IC3是把AD7543输出的电压放大2.5倍。U1是让AD7543与单片机同步工作。图2.5图2.6（六） 电路扩展1 、 功率调整电路由AD7543送过来的电压经过VT1，VT2组成的射级跟随器进行扩流功率放大输出。如图2.所示。2、 过载或短路保护电路VT4、VT3构成过流保护
25、电路。正常工作时，VT4截止，VT4集电极电平为-15V，使VT3截止，A点输出高电平，不触发中断。当输出电流过大时（例如I。500mA）时，取样电阻R5上的压降0、75V。调节RW1使VT4的U0.6V时，VT4管导通，VT4的集电极电平提高，于是VT3也导通，A点呈现出低电平，触发AT89C52单片机发生中断，执行中断保护程序。使电压无输出，起到保护的作用。RW1可调节发生中断时电源输出电流的大小，即就是调节过载时的电流大小，如图2.所示。3 、声光报警电路单片机的P3.6输出高电平使VT6导通，蜂鸣器发出声音报警，LCD显示电路情况，如图2.所示。图2.74 、波形电路方法一：采用专用波
26、形发生器芯片。如LM324，它可以产生正弦波、三角波、矩形波、锯齿波四种波，然后通过选择开关选择所需波形输出，如图2.6所示。再将波形输出电压加到功放级的输入端便可得到各种波形的输出电压。选择开关LM324 波形输出图2.6方法二：把波形数据存在单片机中，由CPU送出量化后的波形数据，即可在输出端得到相应的波形。（七） 原理图（八） 元件清单 元件清单在附录（九） PCB电路板制作主要考虑的是如何减少电路的干扰问题（十） 硬件实物图二、软件部分 在软件设计上，可以采用汇编来编写，也可以采用高级语言来编写。汇编语言程序的可读性和可移植性差，采用汇编语言写单片机应用程序不但周期长，而且调试和排错也
27、比较困难。为了担高编制单片机应用程序的效率，改善程序的可读性和可移植性，采用高级语言无疑是一种较好的选择。综合以上的考虑采用结构化简单的单片机高级语言C51编写程序。程序流程图如图2 所示，软件按照硬件设计结构，分为中断服务子程序、LCD显示子程序、顺序转换输出子程序、键盘子程序。首先初始化单片机的外部中断，采用低电平触发，触发信号由VT3、VT4、R5反馈回来。程序开始定义部分主程序初始化程序波形、电压判断波形电压输出波形子程序步进判断0.1V步进输出0.01V步进输出判断P3.2是否为低电平AD7543输出0V显示程序结束（一） 中断服务子程序VT4、VT3构成过流保护电路。正常工作时，V
28、T4截止，VT4集电极电平为-15V，使VT3截止，A点输出高电平，不触发中断。当输出电流过大时（例如I。500mA）时，取样电阻R5上的压降0、75V。调节RW1使VT4的U0.6V时，VT4管导通，VT4的集电极电平提高，于是VT3也导通，A点呈现出低电平，触发AT89C52单片机发生中断，执行中断保护程序。判断P3.2是否为低电平YNAD7543输出0V返回主循环（二） LCD显示子程序显示主要是显示电压预置和时时输出电压，主要是把送给AD7543的数除以400后得到的值直接送去显示，预置也是一样的，其流程见图2从显示单元提取预置或时时数是否送完否是返回主循环（三） 顺序转换输出子程序
29、由于AD7543的12位数据是由高字节至低字节串行输入的，而8031单片机串行口工作于方式0时，其数据是由低字节至高字节串行输出的。因此，在数据输出之前必须重新装配，并改变发送顺序，以适应AD7543的时序要求。流程图如下：高8位与低8位分开高8位顺序转换送给AD7543低8位顺序转换送给AD7543起动AD7543返回主循环（四） 键盘子程序电压波形选择步进选择0.01步进时时预置选择0.1步进时时预置选择波形预置数时时加减预置数时时加减显示和送给AD7543显示和送给AD7543显示和送给AD7543返回主循环三 系统测试及结果分析（一） 系统功能测试A、 能步进加减；B、 能预置在09.
30、9V的任意一个值；C、 输出波形；D、过载或短路保护。（二） 系统指标测试 1、输出空载时（0.1步进）1234567891011预置电压（V）01.02.03.04.05.06.07.08.09.09.9输出电压（V）01.02.03.04.05.06.07.08.09.09.9实测电压（V）01.0052.0103.0164.0205.0256.0317.0328.0369.0429.9472、输出空载时（0.01步进）1234567891011预置电压（V）01.002.003.004.005.006.007.008.009.009.99输出电压（V）01.002.003.004.005
31、.006.007.008.009.009.90实测电压（V）01.0052.0103.0164.0205.0256.0317.0328.0369.0429.947 3、带0.5A负载时（0.1步进）1234567891011预置电压（V）01.02.03.04.05.06.07.08.09.09.9输出电压（V）01.02.03.04.05.06.07.08.09.09.9实测电压（V）01.0052.0103.0164.0205.0256.0317.0328.0369.0429.947 4、带0.5A负载时（0.01步进）1234567891011预置电压（V）01.02.03.04.05.
32、06.07.08.09.09.9输出电压（V）01.02.03.04.05.06.07.08.09.09.9实测电压（V）01.0052.0103.0164.0205.0256.0317.0328.0369.0429.947（三） 系统误差分析A、 AD7543的量化误差；B、 OP07的运算误差；C、 TL431基准波动。总结与自我评价在设计制作数控直流电源的过程中，我们深切体会到，理论与实践相结合的极端重要性。不仅要有理论知识和设计水平，而且要有制作与调试能力；不仅要掌握书本知识，而且要有查阅资料的能力，有新的思想和创新能力；本系统的研制主要应用到了模拟电子技术、数字电子技术、单片机控制技
33、术、大功率电源设计、电子工艺等多方面的知识，所设计的基于单片机程序控制简易数控直流电源，达到了题目要求，同时也使我们的动手能力和电子设计能力得到了极大锻炼。系统输出实际测试结果表明，本系统输出电压稳定，不随负载和环境温度变化，并具有很高的精度，输出电压误差范围0.01-0.1V，输出电压可在09.9V范围内任意设定，因而可实际应用于需要高稳定度小功率恒压源等领域。通过这次毕业设计深切认识到自身知识能力尚存在许多不足，更让我们体会到了电子技术与设计的趣味，以及其强大深远的实用性。今后，我将要更加努力学习，使自己变强。致谢本次关于简易数控直流稳压电源的设计与制作是在凌主任精心指导下完成。经过本次的
34、毕业设计把我们大学期间所学的理论知识转化为实际应用，既锻炼了我们的实际操作能力，又使理论知识得以加强和升华，激发了创新意识。感谢凌主任在软件和硬件方面的精心指导，感谢各位同学的热心帮助。如果没有你们的支持，我将不会得以顺利完成此次毕业设计，再次感谢凌主任和各位同学的帮助。参考文献（1） 童诗白，华成英 模拟电子技术基础 高等教育出版社 2003年 （2） 康华光 邹寿彬.2000.电子技术基础（数字部分）.北京：高等教育出版社（3） 陈明荧 8051单片机设计实训教材 清华大学出版社 2004年（4） 全国大学生电子设计竞赛组委会 第四届全国电子设计竞赛获奖作品选编 北京理工大学出版社 200
35、1年（5） 全国大学生电子设计竞赛培训系列教程 模拟电子线路设计 高吉祥 电子工业出版社（6） 阎石 数字电子技术基础 高教出版社 2004年（7） 张友德 赵志英 途时亮 单片微型机原理应用与实验 复旦大学出版社 2004年（8）戴佳 戴卫恒. 2007. 51单片机C语言应用程序设计实例精讲. 北京:电子工业出版社.322-331（9）李朝青. 2006. 单片机原理及接口技术. 北京:北京航空航天大学出版社.（10） Protel 99 SE原理图与PCB设计教程 及力 电子工业出版社附录1 电源部分标号名称型号数量备注T1变压器1有18V，5V输出的D，D1整流二极管IN14005C1
36、、C2电容22200UF/30VC3电容14700UF/16VLED1、2、3发光二极管3R1、R2、R3电阻31KLM7805、LM7815LM7915稳压集成块LM7805、LM7815LM7915各一个OUT1、OUT2排针12 控制部分标号名称型号数量备注J1J6排针2C1、C2电容230PFC11电容122PFC4C10电容10104C3电容110US1、K1K16按键17R1电阻11KR2电阻12.7KR3电阻110KR4电阻1120IC1单片机AT89C521RB1排阻110KIC2数/模转换AD75431IC3基准源TL4311IC4、IC5运放OP072U1非门74LS041 输出部分标号名称型号数量备注R1电阻12.7KR2电阻15.6KR3电阻1330KR4电阻110KR5电阻11.5R6电阻115KR7电阻11KVT1三极管TIP1221VT2三极管TIP1271VT3三极管90141VT4三极管90151VT4三极管90131C1电容1100PC2电容10.1U本文是通过网络收集，如有侵权请告知，我会第一时间处理。
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