电子毕业设计数控稳压电源设计.docx
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电子毕业设计数控稳压电源设计
声明
本人所呈交的数控稳压电源设计，是我自己不断通过阅读资料不断的请教，和在毕业指导老师
的帮忙下独立的分析所研究取得的成果，本文是我自己编写的如果有相同之处可能是引用的不正
确，对设计的成功，在本文中都作了明确的感谢。
作者签名：
日期：
201404.10
摘要
本设计是基于STC89C52单片机的数控稳压电源设计，可通过键盘来设置电源输出电压，并且能够进行“+”、“-”步进电压调节功能，最小调节步进电压为0.01V，输出0V电压到9V电压的范围，液晶屏中可以显示电压和输出的电压值。
系统由数模转换芯片TLC5615输出参考电压来控制LM317的输出电压，同时采用模数转换芯片TLC1549对输出电压进行采样转换成数字信号，再通过单片机实现闭环控制。
系统开机后能够输出上次关机前最后设定的电压。
最后仿真出的结果，该设计的电源输出稳定度很高。
【关键词】：
数模/模数转换器数控稳压电源闭环控制LM317STC89C52
ABSTRACT
ThisdesignisbasedonSTC89C52MCUNCRegulatorspowersupplydesign,thedesignofthepowersupplymodule,regulatorcontrolmodule,voltagesamplingmodule,keyboardmodule,displaymodulefiveparts.
TheNCpowerusingSTC89C52MCUasthemaincontroller,powersupplyoutputvoltagecanbesetviathekeyboard,andtheabilitytocarryoutthe"+"and"-"stepvoltageadjustmentfunction,theminimumstepvoltageof0.01Voutputvoltagerangeof0-9V,setthevoltagevalueandtheoutputvoltagevaluecanbesimultaneouslydisplayedontheLCDscreen.Thesystemconsistsofdigital-to-analogconversionchiptheTLC5615outputreferencevoltagetocontroltheoutputvoltageoftheLM317,analog-to-digitalconversionchipTLC1549samplingconvertsthedigitalsignaloutputvoltageclosed-loopcontrol,andthenthroughthemicrocontroller.Afterthesystembootoutputvoltageofthelastsetbeforethelastshutdown.
ThetestresultsshowthatthehighstabilitytheCNCpoweroutputvoltage..
【keywords】:
NCRegulatorspower,A/DandD/Acongverter,Closed-loopcontrol,LM317STC89C52
引言
当今社会发展飞快，尤其是电子发面的发展更为突出，人类的正常生活已经离不开电源，有电子电路发面的地方就离不开电源，由此而来的稳压电源尤其重要，所以直流稳压电源是常用的电子设备，它的作用是在电网发生电压波动或负载改变时的时候，确保输出稳定的电压，因此直流稳压电源的用途非常广泛，也尤其的重要。
直流稳压电源的电路形式分为很多种，有开关型、串联型、集成电路、稳压管直流稳压电源等。
低纹波、高精度的直流稳压电源在仪器仪表、工业控制及测量领域都有重要的实际应用价值。
这里设计的直流稳压电源输出电压范围为0~9V，可通过键盘来设置电源输出电压，并且能够进行“+”、“-”步进电压调节功能，最小步进电压为0.01V，并用其输出电压值用LCD1602液晶显示器显示。
一、主要选用芯片介绍和方案设计选择
本设计控制核心是以STC89C52单片机为主。
STC89C52单片机是一种CMOS8位微控制器，它有高性能、低功耗，具有系统可编程Flash存储器8K，有2个16位定时器/计数器，4KBEEPROM内置。
是一种很普通很常见的单片机它的格便宜，结构简单，体积小而且容易购得。
（一）方案的选折
1.1LM317模块论证和选择
方案一：
调整管的使用先选择大功率三极管，我们最终的目的是为了达到稳压输出的目的，可以选择通过D/A转换器输出的参考电压来控制其基极。
大功率三极管的优点：
1.可以很容易的从0V控制输出电压，2.电流输出大。
缺点：
需要额外的设计一个电源保护电路才可以操作，有点环蛇添足的感觉。
方案二：
可以选择集成三端稳压器LM317，我们的最终目的是为了达到稳压输出的目的，可以通过D/A转换器输出的参考电压来控制其基极。
LM317集成三端稳压器包含过热、过流保护电路，具有负载调整率为0.1%，80dB文波抑制比。
和方案一的比较这种方案简单而且更有利于设计的需求，因此选择方案二。
1.2D/A模块论证和选择
方案一：
D/A转换可以选择用DAC0832进行操作，因为DAC0832与微处理器完全兼容，它是8分辨率的D/A转换集成芯片，DAC0832D的优点：
接口简单、价格低廉、容易转换控制。
缺点：
它的变化状态电压只有256种，满足不了900种电压状态。
方案二：
D/A转换选择用TLC5615进行，TLC5615有串行转换接口，10位数据的串行输入只需通过3根串行总线就可以完成，连接方便，其电压状态变化具有1024种，满足设计要求，和方案一做比较下选择方案二。
1.3显示模块论证和选择
方案一：
可以选择用数码管作为显示。
其优点：
价格低。
缺点：
显示单一，只能显示一些简单的数字，电路比较复杂而且还需要另外添加驱动芯片，焊接时不方便，很难操作。
方案二：
显示采用LCD1602进行，其优点：
显示的模块功耗低、体积小、超薄轻巧和多内容显示等优点。
这个方案采用LCD1602，可以两行显示并且每行可以显示16个字符，供电采用单+5V，外围电路简单，焊接简单容易操作，价格便宜，性价比极高，和方案一比较所以选择方案二。
（二）方案描述
主控模块使用STC89C52单片机为系统，设置0~9V间的任意电压值可以通过
矩阵键盘进行设置，并且能够精确的控制最小电压调节+0.01V和-0.01V。
系统的输出电压由10位数模转换器TLC5615，2倍电压放大是经过高精度运算放大器OP07组成的同相比例放大器和差动放大器进行，将放大后所得到的电压送给LM317的调整端来控制得到LM317的输出电压，从而达到稳压输出的目的。
LM317输出的最小电压是1.25V，为了可以达到最小输出电压为0V可以通过差动放大器来改变。
采集LM317的输出电压可以通过10位模数转换器TLC1549进行采集，实际电压值可以通过LCD1602实时显示当前的，同时将设定值和采集值进行比较，闭环得控制通过软件算法来进行，从而可以精确的达到控制输出电压。
2.1系统总体方框图1
图1系统总体方框图
二、系统硬件电路设计
（一）STC89C52单片机最小系统模块电路
本设计的控制核心是以STC89C52单片机为主。
STC89C52是一种CMOS8位微控制器具有：
高性能、低功耗等优点，包含：
512字节RAM、8k字节Flash、看门狗定时器、32位I/O口线，内置4KBEEPROM、MAX810复位电路，包括一个6向量2级中断结构和2个16位定时器/计数器，全双工串行口。
其最小系统的组成由晶振电路和复位电路。
如下图图2。
图2单片机最小系统
（二）电源模块电路
电源模块电路由四个电路组成分别为：
降压电路、稳压电路、滤波电路、整流电路。
输入50Hz、220V交流电，输出系统为3种电压分别为：
+15V、-15V、+5V。
其中+5V的电压是提供给单片机、A/D、D/A和基准电压源TL431使用。
运放OP07用+15V和-15V电压作为正负极电源。
电源模块的电路图如下图3。
图3电源模块电路
（三）稳压输出模块电路
稳压输出电路顾名思义可以让一些部分控制的电压数据转换成稳压输出数据。
它由高精度运放OP07、数模转换器TLC5615、电源基准源TL431和LM317组成。
稳压输出模块原理图如下图图4。
图4稳压输出模块原理图
3.1稳压输出模块工作原理
数字信号通过主控芯片STC89C52输出电压值，模拟电压信号是通过数模转换器TLC5615对数字电压信号进行转换，模拟电压信号转化完成后经过第一级OP07组成的同相比例放大电路放大2倍，因为LM317最小输出电压为1.25V，为了本设计所需要达到最小输出电压为0V，第一级得到的2倍模拟信号再通过第二级由OP07组成的差动放大电路。
最后用LM317的调整端控制差动放大器输出的模拟电压信号，使得LM317的输出端得到相对稳定的电压。
3.2稳压输出模块参数计算
稳压输出模块共有900种状态其输出的电压范围为0.00~9.00V，最小调节的步进值为0.01V。
而10位D/A转换器TLC5615总共拥有1024种状态，满足设计的要求。
TLC5615为电压型输出，基准电压值的两倍便是最大输出的电压值。
本设计中所用的基准电压值是2.56V，其最大输出理论电压值应为5.12V，但是5V工作电压的TLC5615，其最大输出电压只有4.8V左右，此时计算出最小电压分辨率为：
每当STC89C52主控芯片输出控制字有1Bit变化时，TLC5615输出的模拟电压就会有0.005V的微小变化，控制字从0,1,2,3…900时，TLC5615的输出电压为0.000V,0.005V,0.010V,0.015V…4.500V。
TL431是提供给TLC5615的基准电压的。
TL431是三端可调分流基准源具有一定良好的热稳定性能。
用两个电阻就可以设置到从Verf（2.5V）到36V的任意范围内的任何值。
其输出电压为：
通过调节电位器
就能得到2.56V电压基准。
应用电路图如下图图5。
图52.56V电压基准电路
TLC5615的输出电压放大两倍由OP07构成的同相比例运算放大器所操作，其输出电压
为：
电压值放大两倍，调节电位器
可以完成。
LM317的输出从0V开始由OP07构成的差动比例运算电路操作。
当电压控制字为0x0000时，差动比例运算电路输出电压为-1.25V。
其输出电压计算公式为：
控制字为0x0000时LM317的输出电压为0V可以调节电位器
操作得到。
电压基准是由另一块LM317提供的1.25V，只要LM317的控制端接地时则它的输出电压为1.25V。
其电路图如图6所示。
图6电压放大电路
3.3A/D采样模块电路
本设计中所使用的A/D模块是10位A/D转换芯片TLC1549，如下图所示，LM317输出电压经过电压跟随器所的到的结果是用电阻进行分类采样，其电阻
上采样的电压就是LM317的电压。
ADC的基准电压采用2.56V，故计算其分辨率为：
即只要LM317的输出电压有0.0025V的微小变化时，经采样后的TLC1549输出的数字信号就会有1Bit的变化，如下图图7。
图7A/D采样模块电路
3.4键盘模块电路
矩阵键盘好比一个数学计算器它包含0~9十个数字键、加和减键、确认键、小数点键、删除键、以及设置键。
可设置0-9V电压之间任意电压值，而且可以设置0.01V和减0.01V的最小变化。
很简单的可以通过所学的知识来设计出这样一个键盘具体电路如下图图8。
图8键盘模块电路
3.5LCD1602显示模块电路
显示模块的组成是LCD1602液晶显示器，LCD1602是一种专门用来显示数字、字母、符号等的点阵型液晶模块。
其优点很多，其中最为突出是可以双行显示。
它的组成是若干个5X11或者5X7等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每行之间有间隔，每位之间也有一个点距的间隔，其作用是字符间距和行间距的操作。
电路图如下图图9。
图9显示模块电路
三、系统软件实现
系统软件包含主程序、键盘处理子程序、闭环控制子程序、键盘扫描子程序、DA转换子程序、AD转换子程序、定时器中断程序显示子程序、EEPROM掉电存储子程序。
要想各个子程序的接口处协调处理各子程序的调用，其步骤是一步一步而来的，主程序流程如下图图10。
必须先要主程序主要进行系统初始化设置。
图10主程序流程图
判断若所得的结果大于0，则将设定值加上差值再进行DA转换，使设定值和实际测量值趋于相同，若差值小于0，则将设定值减去差值再进行DA转换。
闭环控制算法流程图。
该子程序使用定时器1，当定时器1进入中断时执行该子程序。
如下图图11。
图11闭环控制流程图
进入该子程序后，首先对按键扫描子程序返回的键值进行处理，若设置键按下则进行电压值设定（可设置0.00到9.00间的电压值），在进行DA转换，再将设定的电压值保存到单片机内的EEPROM种，以便下次开机后调用，最后返回主程序；若+、-设置键被按下则进入+0.01V和-0.01V的子程序，最后返回主程序。
按键处理子程序流程图，如下图图12。
图12按键处理子程序流程图
四、系统测试与仿真
（一）测试工具
1.双踪示波器
2.数字万用表
（二）测试结果与仿真
测试结果如下表1所示，仿真图如图13所示。
表1系统第一次测试结果表
设定值（V）
次数
误差（V）
实测值（V）
0.50
1
0
0.50
0.95
2
0.01
0.94
1.50
3
0
1.50
2.00
4
0
2.00
3.92
5
0.01
3.93
5.00
6
0
5.00
6.43
7
0.01
6.44
7.88
8
0.01
7.87
8.43
9
0
8.43
9.00
10
0
9.00
图13系统仿真图
总结
本论文在蔡老师的悉心指导和严格要求下已完成，从课题选着到具体构思
和内容，无不凝聚着老师的心血和汗水，在2年的大学学习和生和生活期间，
也始终感受着导师的精心教导和无私关怀，我受益匪浅。
在此向各位老师表深
深的感谢和崇高的敬意。
这次做论文的经历也使我终身受益，我感受到做论文是要真正的用心去做
的一件事情，是真正自己学习的过程和研究的过程，没有学习就不可能有研究
的能力，没有自己的研究就不会有所突破，那也不叫论文了。
希望这次的经历
能让我在以后的学习过程中激励我继续进步。
不积跬步无以至千里，本设计的
完成也归功于各位老师的认真负责，使我能够运用自己上学所学的专业知识更
好的灵活运用，并且能够很好的运用，正是他们的悉心帮助和支持，才使我的
论文工作顺利的完成，在此向苏州工业职业技术学院，电子工程系的全体老师
表示诚心的感谢。
感谢他们这2年学习的栽培。
不积跬步，无以至千里，这句
话是真正的说了没有我们前期这2年来的专业学习，就不会有今天我对这么课
程的了解，我相信无论是做论文也好，做事情做人也好，只要一步一步从低做
起，从小做起，就一定会成功。
最后，感谢苏州工业职业技术学院的电子工程系的老师们，谢谢你们这两
年的栽培。
在这说一句珍惜的谢谢！
参考文献
[1]赵建领.模拟电子技术基础.人民邮电出版社，2010
[2]陈卫兵、孙涵芳.单片机应用与实践教程.西安电子科技大学出版社，2010
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上海交通大学出版社，2001
[6]袁东.51单片机应用开发实战手册.电子工业出版社，2011
[7]刘坤.51单片机典型应用开发范例大全.中国铁道出版社，2011
致谢
2年的大学生活即将结束，在这2年的生活中我学到了很多，不仅仅是学到了老师
教给我们的专业知识，更学到了如何做人的道理，还记得第一次老师带领我们去实验是做电路实验，要求我们是2个人或者多个人一组，从中我学到了互相帮助很重要，一个人的能力是有限的但是当我们是一个组一个团队时，我们都有团队精神合作的精神，我相信在以后的工作中我会永远学会融入团体，互相帮助会使得我的工作更加简单。
在做毕业论文时，我要特别的感谢我的论文指导老师蔡老师，他悉心的指导着我，让我如何更快更好的体现出我想要设计的东西，他给了我很耐心的指导和亲切的关怀。
从查找资料，到软件、硬件调试，再到论文撰写，整个过程中遇到了许多困难，无论困难有多大，蔡老师都会耐心指导我们，指引我们找到解决困难的办法。
在陈老师耐心指导和督促之下，我的毕业设计和论文才顺利的完成。
最后也要感谢大学期间所有指导过我的老师，感谢他们对我的无私教诲和帮助。
我相信在以后的工作中我会继续坚持我的理想，并且不断的学习不断的努力，我坚信只要勤奋只要努力，我的明天会更加的美好！
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