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数控报告

数控技术读书报告

单

片

机

直

流

稳

压

电

源

设

计

姓名：

张福宾

学号：

200900412123

班级：

ZB091

专业：

自动化

2009-12-11

摘要

本文介绍了一种基于单片机的智能稳压电源的设计方案，其核心技术是通过单片机控制数模转换来改变其后的稳压模块的输出。

该系统由整流滤波初步稳压部分、单片机控制部分、DAC和显示部分组成，该稳压电源能连续步进可调，并且可实时显示，弥补了传统稳压电源的不足。

一、直流稳压电源的发展方向

1.1智能化

目前在研制高精度、高性能、多功能的测量控制仪表时，几乎没有不考虑采用微处理器的。

以微处理器为主体取代传统仪器仪表的常规电子线路，将计算机技术与测量控制技术结合在一起，组成新一代的所谓“智能化测量控制仪表”。

智能仪器解决了许多传统仪表不能或不易解决的难题，同时还能简化系统电路，提高系统的可靠性，加快产品的开发速度。

直流稳压电源一方面为仪器仪表提供电能量，是仪器仪表的“动力源”，另一面它本身就是仪器仪表，因此，它有可能而且应当智能化。

具体地说，智能化的直流稳压电源电源应当具有以下功能特点:

①操作自动化。

系统的整个测量过程如键盘扫描、量程选择、开关启动闭合、数据的采集、传输与处理以及显示打印等都用微控制器来控制操作，实现测量过程的全部自动化。

②具有自检测功能，包括自动调零、自动故障检测与状态检验、自动校准、自诊断及量程自动转换等。

系统能自动检测出故障的部位甚至故障的原因。

③具有友好的人机对话能力。

智能化的直流稳压电源使用键盘代替传统直流稳压电源中的切换开关，操作人员只需通过键盘输入命令，就能实现某种测量功能。

与此同时，智能直流稳压电源还通过显示屏将仪器的运行情况、工作状态以及测量数据的处理结果及时告诉操作人员，使系统的操作更加方便直观。

④网络管理能力。

随着互联网技术应用日益普及和信息处理技术的不断发展，直流稳压电源通过RS232接口实现与上位PC机通信，从而使网络技术人员可以随时监视电源设备运行状态、各项技术参数;网络技术人员可通过网络定时开关电源，实现远程开关机等功能。

1.2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。

1.3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

1.4系统研究方向

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。

智能化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7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，提高了系统的可靠性。

二、系统的硬件介绍及部分电路的功能描述

1、系统由各个模块组成，由各个模块组成的系统框图如下图所示

二、直流稳压电源的设计及原理

直流稳压电源由电源变压器T、整流、滤波和稳压电路四部分组成，其原理框图如图2.1所示。

电网供给的交流电压u1（220V,50Hz）经电源变压器降压后，得到符合电路需要的交流电压u2，然后由整流电路变换成方向不变、大小随时间变化的脉动电压u3，再用滤波器滤去其交流分量，就可得到比较平直的直流电压uI。

但这样的直流输出电压，还会随交流电网电压的波动或负载的变动而变化。

在对直流供电要求较高的场合，还需要使用稳压电路，以保证输出直流电压更加稳定。

直流稳压电源可以由多种设计方案下面简单介绍几种这些都可以作为本次设计的电源。

方案一：

采用LM78XX系列三端稳压器稳压，电路如图2.2

图2.2三端稳压器稳压电路

方案二：

采用LM317系列可调三端稳压器稳压，电路如图2.3

图2.3可调三端稳压器稳

方案三：

由运放组成的串联型稳压电源，电路如图2.4

图2.4串联型稳压电路

方案一与方案二都可实现稳定的电压输出，而且电路结构简单，但方案一电压输出固定，方案二虽然电压可调但很难实现步进调节。

方案三既可实现稳定的电压输出，而且输出电压连续步进可调，满足设计要求。

在方案三中用到了运放、单片机、数模转换DAC0832，这些器件都需要稳定的工作电压，因此系统最终的选择方案一与方案三相结合，采用方案一实现系统的工作电压，采用方案三实现系统稳压电源的连续步进可调[8]。

整流就是把交流电变成脉动的直流电的过程，整流的基本器件是二极管，利用二极管的单向导电性即可把交流电转换成脉动的直流电，桥式整流电路

滤波是为了降低输出电压的脉动成分，得到较为平滑的直流电源，常有的滤波电路有电容滤波、RC（LC）∏型的滤波形式。

电容是一个能储存电荷的元件。

有了电荷，两极板之间就有电压UC=Q/C。

在电容量不变时，要改变两端电压就必须改变两端电荷，而电荷改变的速度，取决于充放电时间常数。

时间常数越大，电荷改变得越慢，则电压变化也越慢，即交流分量越小，也就“滤除”了交流分量，经过滤波后，输出电压的纹波减小，直流成分得到提高；

固定三端稳压器稳压电路，在输入与公共端之间、输出端与公共端之间分别接了0.33uf、0.1uf的电容,可以防止自激振荡。

三、具体硬件的介绍

本系统设计的直流稳压电源的核心控制器件选用AT89C51[1]。

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。

该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT8920C51是他的精简版，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案，引脚图如下图所示

.2、DAC0832工作原理

直流稳压电源的数模转换采用通用芯片DAC0832。

DAC0832的原理框图如图3.2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，由加以控制；8位DAC寄存器用于存放待转换的数字量，由加以控制；8位D/A转换器输出与数字量成正比的模拟电流；由与门、非与门组成的输入控制电路来控制2个寄存器的选通或锁存状态。

当WR2和XFER同时有效时，8位DAC寄存器端为高电平“1”，此时DAC寄存器的输出端Q跟随输入端D也就是输入寄存器Q端的电平变化；反之，当端为低电平“0”时，第一级8位输入寄存器Q端的状态则锁存到第二级8位DAC寄存器中，以便第三级8位DAC转换器进行D/A转换。

一般情况下为了简化接口电路，使第二级8位DAC寄存器的输入端到输出端直通，只有第一级8位输入寄存器置成可选通、可锁存的单缓冲输入方式。

特殊情况下可采用双缓冲输入方式，即把两个寄存器都分别接成受控方式。

DAC单极性输出方式如图3.3所示。

图3.3DAC单极性输出电路

3、数码管显示模块

输出电压采用7段数码管进行显示。

数码管由8个发光二极管（以下简称字段）构成，通过不同的组合可用来显示数字09、字符AF、H、L、P、R、U、Y、符号“”及小数点“”。

数码管的外型结构如图3.4（a）所示。

数码管又分为共阴极和共阳极两种结构，分别如图3.4（b）和图3.4（c）所示。

（a）外型结构（b）共阴极（c）共阳极

图3.4数码管结构图

2、数码管工作原理

共阳极数码管的8个发光二极管的阳极（二极管正端）连接在一起，通常，公共阳极接高电平（一般接电源），其它管脚接段驱动电路输出端。

当某段驱动电路的输出端为低电平时，则该端所连接的字段导通并点亮，根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。

此时，要求段驱动电路能吸收额定的段导通电流，还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻。

共阴极数码管的8个发光二极管的阴极（二极管负端）连接在一起，通常，公共阴极接低电平（一般接地），其它管脚接段驱动电路输出端，当某段驱动电路的输出端为高电平时，则该端所连接的字段导通并点亮，根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。

此时，要求段驱动电路能提供额定的段导通电流，还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻

4.2AT89C51主控部分

单片机AT89C51是系统的控制核心，主要是通过控制数摸转换来实现对稳压电源的调节，并且控制显示电路，电路如图4.3所示[9]。

图4.3AT89C51主控电路

主控电路中包括AT89C51工作的基本电路：

复位电路和晶振电路，还有两个按键：

+SW键和-SW键，这两个按键用于控制输出电压的增加与减小。

4.3数模转换DAC0832[3]

DAC模块是整个系统的纽带，连接着控制部分与稳压部分，电路如图4.4所示

该数模转换电路采用的是DAC0832单极性输出方式，输出Vo=-B*Vref/256，其中B的值为D0~D7组成的8位二进制，取值范围为0~255，Vref是参考电压，该电压有电阻R2和可变电阻R3分压所得，通过调节可变电阻可以改变参考电压Vref。

1.4稳压部分

稳压部分是系统的实现核心，DAC模块输出的模拟信号决定最终的输出电压，电路如图4.5所示[10]。

图4.5稳压电路

稳压电路中电阻R7和R8组成取样电路，对输出电压进行取样，运放TL082构成比较电路，对采样电压与数模转换输出的电压进行比较以控制调整电路，三极管Q1和Q2构成调整电路，调整电路通过改变三极管的管压降来调整输出电压。

软件设计

5.1软件流程图

系统软件流程图直观的描述了如何实现对系统输出电压的调节。

首先对系统的输出电压进行初始化，设定为5V（常用电压值），然后通过判断按键是+键或是-键对系统的输出电压进行相应的调节，并保证输出电压不超出设定范围，具体的调节过程如下图：

系统源程序

ORG30H

START:

MOVR1,#64H；输出电压初使化

MOV40H,#0；设定为5V

MOV41H,#5

MOV42H,#0

DL:

JBP1.0,DL1；+键按键处理

CALLDELAY

CJNER1,#0F0H,DL3

JMPDL2

DL3:

INCR1；输出电压增加0.1V

INCR1

INC42H

MOVR5,42H

CJNER5,#0AH,DL2

MOV42H,#0

INC41H

MOVR5,41H

CJNER5,#0AH,DL2

MOV41H,#0

INC40H

JMPDL2

DL1:

JBP1.1,DL2；-键按键处理

CALLDELAY

CJNER1,#03CH,DL4

JMPDL2

DL4:

DECR1；输出电压减少0.1V

DECR1

DEC42H

MOVR5,42H

CJNER5,#0FFH,DL2

MOV42H,#9

DEC41H

MOVR5,41H

CJNER5,#0FFH,DL2

MOV41H,#9

DEC40H

MOVR5,40H

CJNER5,#0FFH,DL2

MOV40H,#0

DL2:

MOVP0,R1；数据显示

CALLDISP

JMPDL

DELAY:

MOVR4,#02H；延时

DELAY3:

MOVR3,#0FFH

DELAY1:

MOVR2,#04FH

DELAY2:

DJNZR2,DELAY2

DJNZR3,DELAY1

DJNZR4,DELAY3

RET

DISP:

MOVP3,#0F7H；显示子程序

MOVP2,#3EH；显示单位

CALLDELA

MOVDPTR,#TAB；显示小数位

MOVA,42H

MOVCA,@A+DPTR

MOVP3,#0FBH

MOVP2,A

CALLDELA

MOVA,41H；显示个位数

MOVCA,@A+DPTR；至小数点

ADDA,#80H

MOVP3,#0FDH

MOVP2,A

CALLDELA

MOVR5,40H

CJNER5,#0,DISP1

RET

DISP1:

MOVA,40H；显示十位数

MOVCA,@A+DPTR

MOVP3,#0FEH

MOVP2,A

CALLDELA

RET

DELA:

MOVR3,#04FH；延时

DELA1:

MOVR2,#57H

DELA2:

DJNZR2,DELA2

DJNZR3,DELA1

RET

TAB:

DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH,77H；数码管显示数据表

END