基于单片机的数字可调稳压电源Word文档格式.doc
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Digitalcontrolofpowerisoneofthegoalspeoplepursue,peopledemandmoreandmoreofit,NCDCpowersupplycangivethemgreatconvenienceforourwork,scientificresearchandtoprovidebetterandmoreconvenientservice.Theproblemwithsinglechipandothercomponentsandperipheralcircuits,thedevelopmentofanumberofadjustablepowersupply,cansettheoutputvoltage,thevoltageoutputdisplay.
Keywords:
microcontroller;
DC;
regulators;
digitaltoanalogconversion
3
目录
第一章绪论 1
1.1研究目的及意义 1
1.2国内外发展状况 2
1.3论文构成及研究内容 3
第二章数字式可调稳压电源原理介绍 4
2.1方案选择及总体原理介绍 4
2.2单片机AT89C52原理及其介绍 5
2.3矩阵键盘扫描原理介绍 6
2.4LCD-1602显示原理介绍 7
2.5数模转换电路原理介绍 9
第三章数字式稳压电源硬件电路设计 12
3.1稳压电源数字部分设计 12
3.1.1单片机主体电路设计 12
3.1.2键盘部分电路设计 13
3.1.3DAC0832数模转换部分电路设计 13
电路图如下 14
3.2电压输出单元电路 15
第四章数字式可调稳压电源软件程序设计语言 16
4.1系统软件流程图 16
4.2系统程序介绍 17
4.2.1初始化硬件程序 17
4.3主程序程序语言 18
结论 25
谢词．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26
参考文献 27
附录一数字部分电路总图 28
朗读
显示对应的拉丁字符的拼音
第一章绪论
1.1研究目的及意义
在当代科技与经济高速发展的过程中,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，给电力电子技术提的现代信息技术革命，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。
电源在使用时会造成很多不良后果，因此电源的数字化控制无疑是人们追求的目标之一,它所给人带来的方便也是不可否定的,其中数控直流稳压电源就是一个很好的典型例子,人们对它的要求也越来越高,要想为现代人工作、科研，在当代科技与经济高速发展的过程中，电源起到关键性的作用。
随着计算机和通讯技术发展而为生活、提供更好的，更方便的设施就需要从数字电子技术入手，一切向数字化，智能化方向发展。
对我们学生而言，在大学的实验室里和课程设计里面，有一个稳定可调的直流电源是很有必要的。
因传统的直流稳压电源输出电压是通过粗调波段开关及细调电位器来调节的，并由电压表指示电压值的大小。
这种直流稳压电源存在读数不直观、电位器易磨损、稳压精度不高、不易调准、电路构成复杂、体积大等缺点，而基于单片机控制的数字式可调稳压电源能较好地解决了以上问题。
本题采用单片机和其它元器件及外围电路，开发一个数字式可调稳压电源。
能够设定输出电压值、电压值输出显示、存储等功能。
通过此系统的设计，让开发者更深刻的掌握单片机基本原理，并熟悉一些外围电路的扩展，以及进一步提高C语言的硬件编程能力。
1.2国内外发展状况
电力电子技术已发展成为一门完整的、自成体系的高科技技术，电源技术属于电力电子技术的范畴。
电源技术主要是为信息产业服务的，信息技术的发展又对电源技术提出了更高的要求，从而促进了电源技术的发展，两者相辅相成才有了现今蓬勃发展的信息产业和电源产业。
迄今为止，电源已成为非常重要的基础科技和产业，并广泛应用于各行业，从日常生活到最尖端的科学都离不开电源技术的参与和支持，其发展趋势为高频、高效、高密度化，低压、大电流化和多元化。
同时，封装结构、外形尺寸日趋接近国际标准化，以适应全球一体化市场的要求。
当前在国内外电源产业中，占主导地位的产品有各种线性稳压电源、通讯用的AC/DC开关电源、DC/DC开关电源、交流变频调速电源、电解电镀电源、高频逆变式整流焊接电源、中频感应加热电源、电力操作电源、正弦波逆变电源、UPS、可靠高效低污染的光伏逆变电源、风光互补型电源等。
而产品价格、性能指标、品牌效应及使用寿命一直是用户最关心的问题。
这就促使国内外电源生产商朝着应用技术数字化、硬件结构模块化、产品性能绿色化智能化的方向发展。
数字化：
在传统直流稳压电源中，控制部分是按模拟信号来设计和工作的。
在六、七十年代，电力电子技术完全是建立在模拟电路基础上的。
但是，现在数字式信号、数字电路显得越来越重要，数字信号处理技术日趋完善成熟，显示出越来越多的优点:
便于计算机处理控制、避免模拟信号的畸变失真、减小杂散信号的干扰（提高抗干扰能力）、便于软件包调试和遥感遥测遥调，也便于自诊断、容错等技术的植入。
模块化：
电源的模块化有两方面的含义，其一是指功率器件的模块化;
其二是指电源单元的模块化。
模块化的目的不仅在于使用方便，缩小整机体积，更重要的是取消传统连线，把寄生参数降到最小，从而把器件承受的电应力降至最低，提高系统的可靠性。
大功率的电源，由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考虑，一般采用多个独立的模块单元并联工作，采用均流技术，所有模块共同分担负载电流，一旦其中某个模块失效，其它模块再平均分担负载电流。
极大的提高系统可靠性，即使万一出现单模块故障，也不会影响系统的正常工作。
绿色化：
电源系统的绿色化有两层含义:
首先是显著节电，这意味着发电容量的节约，而发电是造成环境污染的重要原因，所以节电就可以减少对环境的污染;
其次这些电源不能（或少）对电网产生污染，国际电工委员会（IEC对此制定了一系列标准，如工EC555,IEC917,IECI000等。
20世纪末，各种有源滤波器和有源补偿器的方案诞生，为21世纪批量生产各种绿色直流稳压电源产品奠定了基础。
1.3论文构成及研究内容
本系统研究的直流稳压电源主要是符合智能化、数字化以及模块化的特点。
只能话主要是指系统有可编程模块可以对系统进行智能控制。
数字化主要是指系统输出电压通过8段数码管显示，并且可以通过按键对输出电压进行连续步进数字化调节。
模块化是指系统由各个相关模块组成，提高了系统的稳定性以及可靠性。
本文总体概括了单片机实现数字式可调稳压电源的原理、着重介绍了单片机实现数字式可调稳压电源的硬件电路设计和软件设计。
在各章节中，突出讲述了各功能模块的设计思路，具体设计情况，以及模块之间的联系。
本系统主要研究数字式可调稳压电源如何实现数控、稳压和输出电压显示，其中包含一些必要的硬件设计和软件设计。
第二章数字式可调稳压电源原理介绍
第二章数字式可调稳压电源原理介绍
在实验室里通常所用到的直流电源都是用调节电位器来达到调节电压的目的，由于电位器的温漂较大，使得输出的电压会有所漂移，而且用电位器调节电压操作起来不是很方便。
本文所介绍的数字式可调稳压电源与传统的稳压电源相比，具有操作方便，电压稳定度高的特点。
它由单片机AT89S52、LCD-1602、数模转换芯片DAC0832、放大电路等部分构成，能实现输出电压显示、设定等功能，其原理包括键盘扫描原理、模数转换原理，在本章，主要介绍在设计过程中所涉及到的原理。
2.1方案选择及总体原理介绍
本系统采用最常用的AT89C52单片机为核心控制器件，利用键盘输入数字量，经过控制单片处理后将数字量送入LCD-1602显示部分和DAC0832输出模拟量，然后经过运算放大器转换成电压信号后进行隔离放大，控制输出功率管的基极，随着输出功率管基极电压的变化，间接地改变输出电压的大小。
系统方案框图如图2.1所示。
系统框图
2.2单片机AT89C52原理及其介绍
AT89C52是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能COMS8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和256bytes的随机存取数据存储器（RAM）,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大AT89C52单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。
AT89C52主要性能参数：
1、与MCS-51产品指令和引脚完全兼容
2、8k字节可重擦写Flash闪速存储器
3、1000次擦写周期
4、全静态操作：
0Hz-24MHz
5、三级加密程序存储器
6、256*8字节内部RAM
7、32个可编程I/O口线
8、3个16位定时/计数器
9、8个中断源
10、可编程串行LART通道
11、低功耗空闲和掉电模式
AT89C52提供以下标准功能：
8k字节可重擦写Flash闪速存储器、256字节内部RAM、32个可编程I/O口线、3个16位定时/计数器、一个六向量两级中断结构、一个全双工串行通信口、片内振荡器及时钟电路。
同时，AT89C52可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。
空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM,定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。
掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。
AT89C52引脚如图2.2所示。
图2.2AT89C52引脚图
AT89C52单片机引脚介绍：
1．主电源引脚和。
电源输入端，（GND）公用接地端。
2．时钟电路引脚XATL1和XATL2分别用作晶体振荡电路的反相器输入端和输出端。
在使用外部振荡电路时，这两个端子用来外接石英晶体，这个部分给单片机提供工作节拍，可称为单片机的主频。
3．控制信号引脚,,和。
由于单片机的很多引脚的使用方法相同，所以常把引脚分为控制总线、地址总线和数据总线。
总线是指一类在使用方法上功能相同的引脚。
这里讲到得4条引脚可看成是单片机的控制总线。
4．4个8位I/O端口：
P0、P1、P2和P3。
P0口第一功能是一个8位漏极开路型的双向I/O口这时P0口可看成是用户数据总线，第二功能是在访问外部存储器时，分别提供低8位地址和8位双向数据总线。
P1口是一个内部带上拉电阻的8位准双向I/O口。
P2口第一功能是内部带上拉电阻的8位准双向I/O口（使用前有一个准备动作），第二功能是在访问外部存储器时，输出高8位地址。
P3口第一功能是一个内部带上拉电阻的8位准双向I/O口。
在系统中，这8个引脚都有各自的第二功能。
2.3矩阵键盘扫描原理介绍
键盘是由若干按键所组成的开关矩阵，它是微型计算机最常用的输入设备，用户可以通过键盘向计算机输入指令，地址和数据。
通常单片机系统采用非编码键盘。
非编码键盘通过软件来识别键盘上的闭合键，它具有结构简单、使用灵活等特点，因此被广泛应用于单片机系统。
在系统中当按键数目较多时，若每一个按键都占用一条I/O口线，就要使用大量的I/O口线。
为了减少键盘与单片机接口时所占用I/O口线数目，通常设置两组互相不连接的行线和列线，在行线与列线的交叉处设置一个按键开关。
无键按下时，行线与列线不连接，有键按下时，行线与列线接通。
组成键盘的按键一般有接触式和非接触式两种，单片机中的按键一般由接触式按键构成。
按键的读取容易引起误操作，抖动时间的长短由按键的机械特性决定，一般为5ms-10ms，为了使单片机能正确读出口线的状态，对于每一次按键只做一次响应，这就必须考虑如何去抖动，由于键盘的触点在闭合和断开时会产生抖动，这是触点的逻辑电平是不稳定的，必须采取妥善的处理，本设计。
2.4LCD-1602显示原理介绍
液晶显示原理
液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出图形。
液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点，目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、PDA移动通信工具等众多领域。
液晶显示器的分类
液晶显示的分类方法有很多种，通常可按其显示方式分为段式、字符式、点阵式等。
除了黑白显示外，液晶显示器还有多灰度有彩色显示等。
如果根据驱动方式来分，可以分为静态驱动（Static）、单纯矩阵驱动（SimpleMatrix）和主动矩阵驱动（ActiveMatrix）三种。
液晶显示器各种图形的显示原理:
线段的显示
点阵图形式液晶由M×
N个显示单元组成，假设LCD显示屏有64行，每行有128列，每8列对应1字节的8位，即每行由16字节，共16×
8=128个点组成，屏上64×
16个显示单元与显示RAM区1024字节相对应，每一字节的内容和显示屏上相应位置的亮暗对应。
例如屏的第一行的亮暗由RAM区的000H——00FH的16字节的内容决定，当（000H）=FFH时，则屏幕的左上角显示一条短亮线，长度为8个点；
当（3FFH）=FFH时，则屏幕的右下角显示一条短亮线；
当（000H）=FFH，（001H）=00H，（002H）=00H，……（00EH）=00H，（00FH）=00H时，则在屏幕的顶部显示一条由8段亮线和8条暗线组成的虚线。
这就是LCD显示的基本原理。
字符的显示
用LCD显示一个字符时比较复杂，因为一个字符由6×
8或8×
8点阵组成，既要找到和显示屏幕上某几个位置对应的显示RAM区的8字节，还要使每字节的不同位为“1”，其它的为“0”，为“1”的点亮，为“0”的不亮。
这样一来就组成某个字符。
但由于内带字符发生器的控制器来说，显示字符就比较简单了，可以让控制器工作在文本方式，根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数找出显示RAM对应的地址，设立光标，在此送上该字符对应的代码即可。
汉字的显示
汉字的显示一般采用图形的方式，事先从微机中提取要显示的汉字的点阵码（一般用字模提取软件），每个汉字占32B，分左右两半，各占16B，左边为1、3、5……右边为2、4、6……根据在LCD上开始显示的行列号及每行的列数可找出显示RAM对应的地址，设立光标，送上要显示的汉字的第一字节，光标位置加1，送第二个字节，换行按列对齐，送第三个字节……直到32B显示完就可以LCD上得到一个完整汉字。
1602LCD主要技术参数：
显示容量:
16×
2个字符，芯片工作电压:
4.5—5.5V，工作电流:
2.0mA（5.0V），模块最佳工作电压:
5.0V，字符尺寸:
2.95×
4.35（W×
H）mm。
编号
符号
引脚说明
1
VSS
电源地
9
D2
数据
2
VDD
电源正极
10
D3
VL
液晶显示偏压
11
D4
4
RS
数据/命令选择
12
D5
5
R/W
读/写选择
13
D6
6
E
使能信号
14
D7
7
D0
15
BLA
背光源正极
8
D1
16
BLK
背光源负极
这里采用液晶1602来显示数据，LCD1602支持总线接口，数据线D7~D0，控制线有RS（数据命令选择），RW（读写选择），E（时能信号）。
根据它的时序图可以对它进行操作（下载关于LCD1602的资料）。
第一行显示设计者的名字“BBXYzhangchao”
第二行显示输出电压的数值“Voltage:
0.0V”.
2.5数模转换电路原理介绍
在设计D/A转换时，主要涉及到以下几个方面的参数，同时也是选用D/A转换器件时必须考虑的参数。
1.分辨率。
分辨率是指最小输出电压（对应于输入数字量最低位增1所引起的输出电压增量）和最大输出电压（对应于输入数字量所有有效位全为1时的输出电压）之比，
2.转换精度。
如果不考虑D/A转换的误差，DAC转换精度就是分辨率的大小，因此，要获得高精度的D/A转换结果，首先要选择有足够高分辨率的DAC。
D/A转换精度分为绝对和相对转换精度，一般是用误差大小表示。
DAC的转换误差包括零点误差、漂移误差、增益误差、噪声和线性误差、微分线性误差等综合误差。
绝对转换精度是指满刻度数字量输入时，模拟量输出接近理论值的程度。
它和标准电源的精度、权电阻的精度有关。
相对转换精度指在满刻度已经校准的前提下，整个刻度范围内，对应任一模拟量的输出与它的理论值之差。
它反映了DAC的线性度。
通常，相对转换精度比绝对转换精度更有实用性。
相对转换精度一般用绝对转换精度相对于满量程输出的百分数来表示，有时也用最低位（LSB）的几分之几表示。
例如，设VFS为满量程输出电压5V，n位DAC的相对转换精度为±
0.1%，则最大误差为±
0.1%VFS=±
5mV；
若相对转换精度为±
1/2LSB，LSB=1/2n，则最大相对误差为±
1/2n+1VFS。
3.非线性误差。
D/A转换器的非线性误差定义为实际转换特性曲线与理想特性曲线之间的最大偏差，并以该偏差相对于满量程的百分数度量。
转换器电路设计一般要求非线性误差不大于±
1/2LSB。
4.建立时间是D/A转换速率快慢的一个重要参数。
很显然，建立时间越大，转换速率越低。
不同型号DAC的建立时间一般从几个毫微秒到几个微秒不等。
若输出形式是电流，DAC的建立时间是很短的；
若输出形式是电压，DAC的建立时间主要是输出运算放大器所需要的响应时间。
本系统的数模转换部分采用通用芯片DAC0832。
DAC0832的原理框图如下图所示。
DAC0832主要由8位输入寄存器，8位DAC寄存器，8位D/A转换器以及输入控制电路四部分组成。
8位输入寄存器用于存放主机送来的数字量，使输入数字量得到缓冲和锁存；
8位DAC寄存器用于存放待转换的数字量
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