基于單片機數控直流電源設計畢業論文(已修改)

　

【正文】 湖南商學院本科畢業設計（論文）初擬題目數控直流電源設計課題類別設計　　論文□課題來源生產□　　科研□　自擬學生姓名學 號070910XXX學 院計算機與電子工程學院專 業電子信息工程班 級電信070X指導教師趙 新 宇職 稱副 教 授發任務書日期：2010 年 10 月 28日(自己在瞎扯一下)本次我們所設計的數控直流穩壓電源與傳統的穩壓電源相比，具有操作方便，電壓穩定度高的特點，其輸出電壓大小采用數字顯示，輸出電壓的大小調節通過“+”、“”兩鍵操作，分別作加、減電壓控制，單片機將根據按鍵鎖進行的操作增加或減小Ｄ／Ａ轉換電路的輸入數值，Ｄ／Ａ轉換器將數字量按比例轉換成模擬電壓，然后經過射極跟隨器控制調整輸出級輸出所需的穩定電壓。并ICH707芯片實時測試顯示輸出電壓的變化，使設計更加人性化。第二章 方案論證及比較 控制器部分 方案一：應用PIC芯片作為控制器。PIC單片機系列是美國微芯公司（Microship）的產品，是當前市場份額增長最快的單片機之一。PIC系列單片機的I/O口是雙向的，其輸出電路為CMOS互補推挽輸出電路。I/O腳增加了用于設置輸入或輸出狀態的方向寄存器（TRISn , 其中n對應各口，如A、B、C、D、E等），從而解決了51系列I/O腳為高電平時同為輸入和輸出的狀態。當置位1時為輸入狀態，且不管該腳呈高電平或低電平，對外均呈高阻狀態；置位0時為輸出狀態，不管該腳為何種電平，均呈低阻狀態，有相當的驅動能力，低電平吸入電流達25mA，高電平輸出電流可達20mA。相對于51系列而言，這是一個很大的優點，它可以直接驅動數碼管顯示且外電路簡單。它的A/D為10位，能滿足精度要求。具有在線調試及編程（ISP）功能。方案二：應用AT89S51作為控制器。51系列優點之一是它從內部的硬件到軟件有一套完整的按位操作系統，稱作位處理器，或布爾處理器。它的處理對象不是字或字節而是位。它不光能對片內某些特殊功能寄存器的某位進行處理，如傳送、置位、清零、測試等，還能進行位的邏輯運算，其功能十分完備，使用起來得心應手。51系列的另一個優點是乘法和除法指令，這給編程也帶來了便利。而且，51系列的I/O腳的設置和使用非常簡單，當該腳作輸入腳使用時，只須將該腳設置為高電平（復位時，各I/O口均置高電平）。當該腳作輸出腳使用時，則為高電平或低電平均可。低電平時，吸入電流可達20mA，具有一定的驅動能力；而為高電平時，輸出電流僅數十μA甚至更小（電流實際上是由腳的上拉電流形成的），基本上沒有驅動能力。 PIC芯片的內置很強大，但是一方面它的價格比較昂貴，另一方面，也是由于我們對PIC不大了解，沒有試驗過，所以，我們選擇了51作為我們的控制器。這樣一來，我們實現一些功能就必須要加外圍電路了。 顯示部分 方案一 ：使用LED顯示。優點：可是角度寬，價格便宜。缺點：顯示的內容少，介面呆板，而且占用較多的IO口資源。方案二 ：使用1602液晶顯示器。可視面積大，介面美觀，抗干擾能力強，調用方便簡單，而且可以節省軟件中斷資源，應用串行連接，節省I/O口資源。這次，我們選用了LED作為我們的顯示器。因為1602液晶顯示器相對來說比較昂貴，而且我們的顯示部分只是顯示電壓的輸出值。用四位數碼管就可以實現。但是，使用LED占用了比較多的Ｉ／Ｏ資源。 電源部分方案一：三端固定輸出電壓式穩壓電源78XX系列運用其器件內部電路來實現過壓保護、過流保護、過熱保護 。這使它的性能很穩定。能夠實現1A以上的電流 器件具有良好的溫度系數。并且有多種電壓輸出值5V~24V，因此產品的應用范圍很泛 。可以運用本地調節來消除噪聲影響，解決了與單點調節相關的分散問題輸出電壓誤差精度分為177。3%和177。5% 。方案二：LM117/LM317 是美國國家半導體公司的三端可調正穩壓器集成電路。LM117/LM317 。它的使用非常簡單，僅需兩個外接電阻來設置輸出電壓。此外它的線性調整率和負載調整率也比標 準的固定穩壓器好。LM117/LM317 內置有過載保護、安全區保護等多種保護電路。通常 LM117/LM317 不需要外接電容，除非輸入濾波電容到 LM117/LM317 輸入端的連線超過 6 英寸（約 15 厘米）。使用輸出電容能改變瞬態響應。調整端使用濾波電容能得到比標準三端穩壓器高的多的紋波抑制比。LM117/LM317能夠有許多特殊的用法。比如 把調整端懸浮到一個較高的電壓上，可以用來調節高達數百伏的電壓，只要輸入輸出壓差不超過117/LM317的極限就行。當然還要避免輸出端短路。還 可以把調整端接到一個可編程電壓上，實現可編程的電源輸出。 通過比較分析，此次我們選擇了78XX系列芯片來實現我們的電源輸出。因為78XX系列的芯片能滿足我們的四個固定電壓的輸出。第三章 主要電路單元的設計本系統由電源模塊、調壓模塊、D／A轉換模塊、顯示與鍵盤模塊組成。系統電路結構原理圖，如圖所示：+ 市電輸入變壓整流電壓調整及過流保護系統電源+5v+24+15比較放大DA轉換取樣AT89S51鍵盤取樣顯示AD轉換電路設計： 1．整流、濾波電路設計。首先確定整流電路結構為橋式電路，選用大的電解電容對輸入的電流進行濾波處理。電路如圖所示： 整流濾波電路該整流濾波電路中，220V 的市電輸入到電路中，經過一個整流橋堆整流電路整流電路的任務是將電網供給的交流電變換成脈動的直流電，通常利用二極管的單向導電性來實現。一般分為半波整流/全波整流/橋式整流/被壓整流等，而橋堆就是用在橋式整流中的。通過整流橋堆后的電壓為U=U0*。U0為經過變壓器變壓后的輸出電壓。經過整流后的電壓用兩個電容實現濾波處理。該電源電路采用了四個三端集成穩壓器來為電路輸出電路所需要的各種電壓。一般三集成穩壓電路的最小輸入、輸出電壓差約為2V，否則不能輸出穩定的電壓，使電壓差保持在45V，即經變壓器變壓，二極管整流，電容器濾波后的電壓應比穩壓值高一些 。78系列的三端穩壓器能夠輸出正的電壓。79系列的三端穩壓器輸出是負電壓。由于該電路的芯片發熱較大，一般要加上合適的散熱片散熱保護電路。芯片分三個引腳，輸入、輸出和接地，三個引腳不能接反，否則容易燒化電路。：這部分電路是實現電壓放大的電路。電路的比較放大采用運放NE5534來設計，該器件具有共模抑制比高，響應速度快和壓擺率高的特點。設計時可由RR11A、R12組成分壓取樣電路，并要求R10／(R11A+R12)=1／4，即當輸出電壓存在△UO= V時，△Ua= V，這與DAC的輸出(10／255==1LSB)變化一致。事實上，經過DAC轉換以將電流轉換為電壓并進行電壓放大后，即可將得到的10 V電壓送比較器NE54534的同相端作為比較的基準電壓。由于DAC0832是8位的D／A轉換器，故有255步進。由此，當CPU控制DAC變化1LSB時， V， V(步長)。NE5534和QQ3及取樣電路構成的負反饋電路可實現調節輸出電壓的目的(穩壓)。電路中的過流保護由R9與Q2完成。當Io，VR9=R9Io≥1= V，此時Q2導通，并對調整管Q3的基極分流，使TIP41的導通電阻增大，輸出電壓降低，從而達到過流保護的目的。該系統的短路保護采用保險管來完成。該電路的數模轉換電路是由DAC083兩級低漂移的運放μA714和VREF電路組成。DAC0832和運放U3A將CPU發出的8位二進制數據轉換成0～5 V的電壓，然后經運放U3B反向放大2倍，以得到0～10 V電壓。因此，該DAC的轉換分辨率為10／(281)= V，即CPU輸出給DAC的數據變化為1 Bit， V。VREF電路為DAC提供基準電壓，調節R5A，可使基準電壓保持為5 V。8位數模轉換器DAC0832芯片1. 引腳及其功能DAC0832是雙列直插式8位D/A轉換器。能完成數字量輸入到模擬量(電流)輸出的轉換。圖11和圖12分別為DAC0832的引腳圖和內部結構圖。其主要參數如下 ：分辨率為8位，轉換時間為1μs，滿量程誤差為177。1LSB，參考電壓為(+10?/span10)V，供電電源為(+5～+15)V，邏輯電平輸入與TTL兼容。從圖11中可見， 在DAC0832中有兩級鎖存器，第一級鎖存器稱為輸入寄存器，它的允許鎖存信號為ILE，第二級鎖存器稱為DAC寄存器，它的鎖存信號也稱為通道控制信號 /XFER。DAC0832引腳圖如圖所示：圖中，當ILE為高電平，片選信號 /CS 和寫信號 /WR1為低電平時，輸入寄存器控制信號為1，這種情況下，輸入寄存器的輸出隨輸入而變化。此后，當 /WR1 由低電平變高時，控制信號成為低電平，此時，數據被鎖存到輸入寄存器中，這樣輸入寄存器的輸出端不再隨外部數據DB的變化而變化。對第二級鎖存來說，傳送控制信號 /XFER 和寫信號 /WR2同時為低電平時，二級鎖存控制信號為高電平，8位的DAC寄存器的輸出隨輸入而變化，此后，當 /WR2由低電平變高時，控制信號變為低電平，于是將輸入寄存器的信息鎖存到DAC寄存器中。圖中其余各引腳的功能定義如下：(1)、DI7～DI0 ：8位的數據輸入端，DI7為最高位。(2)、IOUT1 ：模擬電流輸出端1，當DAC寄存器中數據全為1時，輸出電流最大，當 DAC寄存器中數據全為0時，輸出電流為0。(3)、IOUT2 ：模擬電流輸出端2， IOUT2與IOUT1的和為一個常數，即IOUT1＋IOUT2＝常數。(4)、RFB ：反饋電阻引出端，DAC0832內部已經有反饋電阻，所以 RFB端可以直接接到外部運算放大器的輸出端，這樣相當于將一個反饋電阻接在運算放大器 的輸出端和輸入端之間。(5)VREF ：參考電壓輸入端，此端可接一個正電壓，也可接一個負電壓，它決定0至255的數字量轉化出來的模擬量電壓值的幅度，VREF范圍為(+10～10)V。 VREF端與D/A內部T形電阻網絡相連。(6)、Vcc ：芯片供電電壓，范圍為(+5~ 15)V。(7)、AGND ：模擬量地，即模擬電路接地端。(8)、DGND ：數字量地。 當輸出電壓經R13限流和R14取樣后，即可送入TLC24531進行模數轉換。圖中的TLC24531為11通道、12位串行A／D轉換器，具有12位分辨率，轉換時間為10μs，有11個模擬輸入通道，3路內置自測試方式，采樣率為66 kbps，線性誤差177。1LSBmax，同時帶有轉換結果輸出EOC，并可單、雙極性輸出。通過其可編程的MSB或LSB前導可編程輸出數據長度。 MHz，電源輸出電壓Uo的取樣信號從IN0輸入，芯片的I／O時鐘端、數據輸入端、轉換數據輸出端、,，然后經單片機處理后從P0口輸出，在經芯片MC74HC573N驅動后送入數碼管，通過數碼管顯示輸出電壓。電路中AT89S51單片機的晶振頻率選用12 MHz，,。K1實現設置功能，即通過此按鍵可以實現電平快速切換功能（3V，5V，6V，9V，12V），K2實現調控增加電壓的功能，K3實現調控減小電壓的功能，K4實現按鍵鎖定和解鎖的功能，防止誤觸造成不便。5．電壓顯示電路該部分電路通過運用兩個MC74HC573N芯片控制數碼管的位選和段選，并且，都將～Ｐ０．７口上進行對數碼管的控制。通過數碼管的時時檢測來知道電路電壓輸出的大小。電壓顯示電路，如下圖所示：電路按