单极性可调精密直流稳压电源的设计实现.doc

实 验 报 告课程名称电子电路综合试验实验项目名称 单极性可调精密直流稳压电源的设计实现实验类型实验学时班级20110821学号2011082108姓名郭子强指导教师实验室名称21b360实验时间实验成绩预习部分实验过程表现实验报告部分总成绩教师签字日期哈尔滨工程大学教务处 制实验报告相关要求实验是理论联系实际的重要环节，实验报告必须在科学实验的基础上进行，实验报告的撰写是知识系统化的吸收和升华的过程，实验报告应该体现完整性、规范性、正确性、有效性。现将撰写实验报告的有关内容说明如下：1实验项目名称2实验目的本次实验所涉及并要求掌握的知识点，要培养哪方面的能力、达到什么样的效果等。3实验内容与实验步骤要完成的实验内容、应用（或涉及）的原理、设计实验数据表格及具体实验步骤等。4实验环境实验所使用的器件、仪器设备名称及规格等。5实验过程与分析根据具体实验，记录、整理相应数据表格、绘制曲线、波形图等，并进行误差分析；详细记录在实验过程中发生的故障和问题，并进行故障分析，说明故障排除的过程及方法。6实验结果总结对实验结果进行分析，完成思考题目，总结实验的心得体会，并提出实验的改进意见。7.教师评分原则实验项目成绩应综合以下三部分给出。1.预习部分：学生在上实验课之前应认真预习，准备实验相关材料，可以是预习报告，也可以是实验报告中的需要学生上课前完成的部分；2.实验过程表现：主要考查学生在实验过程中的动手能力、解决问题的能力和实验完成情况等；3.实验报告部分：实验报告应书写工整、内容全面、原始记录完整、图表清晰，体现出学生综合分析、总结的能力。注：1对于学生自拟实验题目、参与科研、创新实验等形式实验项目的实验报告可采用论文、实验总结报告等形式完成。2此封皮标准页面为A4，左侧装订，下载网址http:/jw.hrbeu.edu.cn。电子电路实验综合设计总结报告题目： 单极性可调精密直流稳压电 源的设计实现 班级：20110821学号：2011082108姓名：郭子强成绩：日期：一、摘 要 随着电子技术的高速发展，电子系统的应用领域越来越广泛，电子设备的种类越来越多，电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电子设备离不开可靠的电源，对电源的要求更加灵活多样。电子设备的小型化和低成本化使电源以轻、薄、小和高效率为发展方向。电源是各种电子设备必不可少的的重要组成部分，其性能的优劣直接关系到整个系统的安全性和可靠性指标。对于不同的电子设备和不同的应用场合，电子设备所需要的电源种类和对电源的输入与输出的指标都有着不同的要求。在电子设备电源的设计上，要根据电子设备对电源提出的技术指标，发挥线性稳压器和开关稳压器的各自的特点，以此来满足电子设备对电源提出的不同的要求。目前所用的电源大多是只有固定电压输出(例如常用的有：±5V、±12V或±15V)。其缺点是输出电压不可人为的改变；输出精度和稳定性都不高，在测量上传统的电源一般采用指针式或数字式来显示电压或电流，需要搭配电位器来调整所要的电压及电流输出值，然而电位器的阻值特性非线性，在调整时又要花费一定的时间，且会产生漂移。单片机的引入，使电源的性能以及安全性大大提高。智能化的实现，使电源的实用性更强，为电源的发展提供了强有力的后盾。 本次电子电路实验是以STC89C51单片机为核心来进行设计的单极性可调精密直流稳压电源。主要由单片机控制模块、D/A转换模块、功率放大模块、键盘输入设定模块、数码管显示模块和串口下载模块等几大部分构成。单极性可调精密直流稳压电源通过硬件电路和软件程序相结合，由单片机通D/A来控制功率放大器输出电压，在误差不大于4mV的条件下输出电压范围为05V，输出电压的步进值分为三种：20mV、100mV、1V。同时将输出的信号经过功率放大器模块，保证输出的电流不小于0.2A，用于驱动外部设备。 D/A转换模块是是采用DAC0832数模转换器将设置电压值转换成模拟量，再通过运算放大电路来实现电压的正向稳定输出。键盘设置了“左移”、“右移”、“加”、“减”四个按键，实现三种步进的增减及任意位上数值的增减。数码显示部分显示输出电压的预定值（05V）。单极性可调精密直流稳压电源具有设置灵活、操作简便、输出精度高、性能可靠、成本低廉等优点，具有初步的智能化功能。二、设计任务1设计选题： 单极性可调精密直流稳压电源的设计实现2设计任务： 设计一个由单片机为控制核心的单极性可调精密直流稳压电源，通过dac0832完成数模转换，按键来控制电压增加的幅度并在数码管上显示出来。3设计要求：1.输出电压调节范围：05V2.输出电压值在满刻度时的误差：8mV3.该电压值的输出步进值分为三种：20mV、100mV、1V。4.输出纹波电压的峰-峰值（满刻度输出时）5mV三、方案设计与论证一 原理框图二 设计方案2 各模块方案主要由单片机系统及显示电路、控制电路三部分组成。采用STC89C51输出的数字信号，经D/A转换，变成模拟电压值，经放大作为输出电压。（1） 本电子电路设计的直流稳压电源的核心控制器件选用STC89C51RC单片机。STC89C51系列单片机是宏晶科技推出的新一代超强抗干扰/高速/低功耗的单片机，是MCS-51系列单片机的派生产品；它们在指令系统中、硬件系统和片内资源与标准的8052单片机完全兼容，DIP-40封装系列与8051为pin-to-pin兼容，指令代码是与8051完全兼容的单片机。外型：40个引脚，双列直插DIP-40。可以完成ISP在线编程功能。STC89C51内部有EEPROM，可以在程序中修改，断电不丢失。还增加了两级中断优先级，等等。 STC89C51单片机具有增强型12时钟/机器周期、6时钟机器/周期任意选择，工作电压为5.5V-3.4V（5V单片机）/3.8V-2.0V（5V单片机）；工作频率范围：0-40MHZ，相当于普通8051的0-80MHZ。实际频率可达48MHZ。用户应用程序空间为4K/8K/13K/16K/20K/32K/64K字节；片上集成1280字节/512字节RAM；有32/36个通用I/O口，P1/P2/P3/P4是准双向口；集成ISP（在系统可编程）/IPA（在应用可编程），无需专用的编程器/仿真器，可通过串行口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，8K程序3秒就可以完成一片，具备EEPROM功能，工作温度范围在075C，共有3个16位定时器/计数器，其中定时器T0还可以当成2个8位定时器使用；封装形式有DIP-40，PLCC-44，PQFP-44等。 晶振的使用 晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振，而通过电子调整频率的方法保持同步。晶振通常与锁相环电路配合使用，以提供系统所需的时钟频率。如果不同子系统需要不同频率的时钟信号，可以用与同一个晶振相连的不同锁相环来提供单片机工作,就是靠晶振起振才能工作。这种电路是单片机内部振荡电路，由只需要在单片机的XTAL1和XTAL2引脚边接一个晶体振荡器或一个陶瓷振荡器，并通过两个电容后接地即可，XTAL1和XTAL2分别为单片机片内反相器的输入和输出端口，因为单片机内部工作需要时钟，产生机器周期，振荡电容一般选取10-30PF，振荡电路的频率要满足单片机的工作频率要求，单片机才能正常工作，如89S52,其工作频率为0-33MHz。每个晶振都会有它的参数:中心频率：晶振的工作频率，单位Hz稳定度：温度对晶振频率的影响这个数字越大晶振就越稳定;可调范围：晶振频率的可调范围这个数字越大那晶振频率的可调范围就越小;负载电容：晶振在中心频率下所要求的电容值，单位pF谐振电阻：晶振的交流电阻,单位；震荡方式：基频和泛音。基频的震荡方式一般都不会高于25MHz。如果要更高的频率就可以用泛音晶振。泛音的次数一般是单数如3次泛音、5次泛音、7次泛音。使用晶振连接最小系统结构如下图： 当晶振接到震荡电路上，在震荡电路所引入的电容不符合晶振的负载电容的容量要求时，震荡电路所出的频率就会和晶振所标的频率不同。（2） 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4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。LM324为四运放集成电路，采用14脚双列直插塑料封装。内部有四个运算放大器，有相位补偿电路。 电路功耗很小，LM324工作电压范围宽，可用正电源330V，或正负双电源±15V±15V工作。它的输入电压可低到地电位，而输出电压范围为0VCC。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互单独。每一组运算放大器可用如图所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。LM324四运放电路电源电压范围宽（332V），静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点。（3） 对于共阳极数码管的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，比如74LS47驱动芯片的输出端。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以保护数码管及其驱动芯片。数码管在显示时每个时钟周期内只有一个数码管处于导通状态，通过控制芯片的周期性扫描凭借人眼的视觉暂留现象显现点亮状态。共阴极数码管工作原理于此类似。（4）通过编程预设指定I/O口为高电平，当按键上没有键闭合时，呈现高电平。按键通过连线与单片机的P20P24口相连，当键盘有键闭合时电流流通至地为低电平，因此可通过按键扫描程序获得指定的键值。但是，按键在被按下时，其触点电压变化的波形与实际波形是有区别的，而不是理想的矩形脉冲，实际波形在按下和释放的瞬间都有机械抖动现象，抖动时间的长短和按键的机械特性有关，一般有5-10ms。为了防止键盘由于按下时间稍长，使得按键多次触发，使输出电压值连续跳变，因此在程序中采用延时程序来验证按键是否重复按下，进行消抖。为了限制流经开关的电流值，在P2口加上拉电阻。三 设计思路 控制电路以89c51单片机为核心，从p0口输出数码管数据，p10p12控制数码管，p2口输出0832数字信号，p13p17控制开关。 按键电路由五个开关构成，编程预设高电平，扫描低电平来输入。 数模转换电路有dac0832和lm324一起构成，0832将p2口八位二进制数转化为电流值，通过lm324 ref的反馈电路，将其转化为电压值，最后经过三极管功放输出电压。显示电路由四位七段数码管构成，共阳接法p0输出显示值，p10p12接a口控制哪个数码管亮。 程序参照附录。四、电路单元参数的选定和设计实现1 单片机最小系统电路2 运放转换电路五、装调测试过程 第一步，测试单片机最小系统是否可运行，首先测量18 19管脚晶振是否输出标准正弦波，在测量30管脚是否有正弦波。第二步，测量按键是否通畅，导通之后是否为低电平。第三步，直接给定输如八位二进制数测量lm324 1管脚7管脚9管脚是否有合适电压。我只进行到这一步，之后的测量均未完成。第四步，测试单片机是否能在p10p12输出控制值，在p0口输出数码管需要的高低电平，在p2口输出dac0832的二进制数。并测量是否于按键值对应。第五部，测试mje13002是否能输出合理电压。六、实验注意事项及主要可能故障分析1电路设计错误（1） 显示模块设计错误。 为了节约资源减少焊接难度，所以取消了74ls47译码器选择直接用p0输出数码管数据，用p1接a口控制数码管是否工作，但是忽略了功率问题，导致数码管亮度不明显。解决方法，p1和a口间使用三极管9012驱动，增加电压从而增强亮度。 （2）输出模块设置错误 第一次电路设计错误是没有搞定出0832和数码管的输入方式，从而把p0口直接接在了数码管和0832输入上，实际上0832是输入二进制数字，而数码管的八位分别代表八个不同的发光二极管本质上是不一样的，所以才需要使用两个io口的不同输出来解决。2焊接错误（1） mje13007焊接错误 最开始习惯性以为他是背面由左到右ebc，结果实际上这个三极管比较特殊，有字一面朝向自己从左到右分别是bce。（2）单片机最小系统虚焊 第一次测试输出正常，第二次单片机最小系统的方波都不出现了，晶振旁边的正弦波时而有时而没有，所以拆掉全部重新焊接了一次。（3） lm324电源接法错误 Lm324 vcc vee两个管脚 应该接+7v和-7v。正确接法应该是第一个电源的正接vcc第二个电源的负接vee，第一个的负极和第二个的正极相连接地。3 最后故障太多，可能是0832和单片机相连时使用了过多导线产生了电子干扰，也可能是电路焊接有问题。总之最后没有生成理想的电压输出。4心得：经过本次实验我知道（1）不同模块对输入的要求是不一样的不能一概而论（2）电路焊接很重要，尤其是这种焊接要求比较严格的电路，所以应该学习pcb板的绘制，减少焊接难度增加电路稳定性（3）有问题了要一个模块一个模块的查，单片机不工作检查最小系统，运放不正确检查1管脚的电压是否正确，数码管不正确检查对应的数表和程序是否相对应（4）做实验前先测量每个元件的参数尤其是电阻和按键，测量按键是否可通电阻阻值是否正确（5）仿真很重要，应该先做仿真确定程序可用电路没问题才能进行焊接（6）事实和仿真有一定差别，仿真的时候可以显示的数码管实际上可能因为功率问题显示不出来，要把理论和实践结合起来。附录：#include <reg51.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define yanshu3 5sbit led1=P12;sbit led2=P11;sbit led3=P10;sbit key1=P13;sbit key2=P14;sbit key3=P15;sbit key4=P16;sbit key5=P17;uchar shishu1,shishu2,shishu3;uint voltage=0;uchar code sund="I get "uint flag,a,i,t,BUF10;uchar code table_dian= /带点的显示位 共阳数码管 0x40,0x79,0x24,0x30,0x19,0x12,0x02,0x78,0x00,0x10,0x08,0x03,0x66,0x21,0x06,0x0e; uchar code table=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e;void delayms(uint xms)uint i,j;for(i=xms;i>0;i-)for(j=110;j>0;j-);void display(uint vol) /显示子程序，基于TX_1C板子 shishu3=vol%100/10;shishu2=vol%1000/100;shishu1=vol/1000;led3=1;led1=1;P0=table_dianshishu1;led1=0;delayms(yanshu3);led1=1;led2=1;P0=tableshishu2;led2=0;delayms(yanshu3);led2=1;led3=1;P0=tableshishu3;led3=0;delayms(yanshu3);void key_scan()if(key1=0)delayms(5);if(key1=0)while(key1=0);voltage+=20; /*/if(key2=0)delayms(5); if(key2=0) while(key2=0); voltage+=100; if(key3=0)delayms(5); if(key3=0) while(key3=0); voltage+=1000; /*/if(key4=0)delayms(5); if(key3=0) while(key3=0); voltage+=1000; /*/if(key5=0)delayms(5); if(key3=0) while(key3=0); voltage+=1000; /*/void init() TMOD=0x21; TH1=0xfd; TL1=0xfd; TH0=(65536-20000)/256; TL0=(65536-20000)%256; ET0=0; TR0=0; /ET0=1; /TR0=1; TR1=1; REN=1; SM0=0; SM1=1; EA=1; ES=1;void chuankou() if(flag=1) ES=0;/关闭串口中断 for(i=0;i<6;i+)/发送I GET SBUF=sundi; while(!TI); TI=0; voltage=1000*(BUF1-0X30)+100*(BUF3-0X30)+10*(BUF0-0X30); SBUF=BUF1; while(!TI); TI=0; SBUF=BUF2; while(!TI); TI=0; SBUF=BUF3; while(!TI); TI=0; SBUF=BUF0; while(!TI); TI=0; ES=1; flag=0; void main() init(); while(1) key_scan(); chuankou(); if(voltage>5000)voltage=0; P2=(double)voltage/5000*255;/外加 display(voltage); /*void delay() interrupt 4if(RI=1) BUFt=SBUF;/接受数据给a RI=0; t+;if(TI)TI=0;if(t=4) t=0;flag=1; 附录2 电路图（英文版 ） easily blame, to prevent the broken window effect. Supervise the leading cadres to play an exemplary role, take the lead in the strict implementation of the < code > and < rule >, lead to safeguard the solemnity and authority of the party discipline, ensure that the party discipline and the laws and regulations for implementation in place. Throughout the discipline in the daily supervision and management, strengthen supervision and inspection, from the thorough investigation of violations of discipline behavior. Strengthen to key areas, key departments and key projects as well as the masses reflect the concentration of the units and departments for supervision. - strengthening supervision, discipline inspection and supervision of cadres to set an example for compliance with the < code > and < rule > is a man must be hexyl, blacksmith needs its own hardware. Discipline inspection organs as the executor of the party discipline, and supervisor of the defenders, for its supervision must be more strictly, discipline inspection and supervision of cadres to firmly establish the awareness of Party Constitution, sense of discipline and rules consciousness, politics loyalty, sense obey. Action speak Ji Ordinance to set an example of the regulations of the rule of law, strengthen supervision and accept the supervision of the firmness and consciousness, do comply with < > and < >. To firmly establish the discipline must first be disciplined, the supervisor will be subject to the supervision of "concept, and consciously safeguard and implement party compasses party, take the lead in practicing" three strict real strict, so loyal, clean, play. To be good at learning, the Constitution and the < code > as morality, politics and brought to fruition; to implement < >, do not want to, dare not, not with disciplinary ruler to supervision; to discipline a ruler, often the control inspection, and consciously in the ideological red line to draw the row Ming Good accumulation is indeed the bottom line, so that the heart has fear, said to have quit, the line has ended. Attached: indifferent to heart, calmly to the table in our life, there are many unpredictable things will happen, some good, some bad things, we cannot control is powerless to stop, but with time, you will find in life sometimes turns out to be not good, some bad things finally turned out to be a good thing, but then we muddy however did not know, this is the life teach us things. 1, life can be complex, can also be simple. Want simple life of precipitation, to have enough time to reflect, to make Become more perfect. Life is the most important thing is not to win, but the struggle; not to have conquered, but to have fought well. 2, the plain is the background of life. Live a plain life, give up on themselves is not a coward, but the wise answers; not disillusioned after the heart, such as ashes, but experience the storm after the enlightenment; not unrewarding perfunctorily, but calm attitude of life of unrestrained self-confidence. Plain living, there is no noise noisy, no earthly troubles, more did not fill in the discontent of desire, some just a calm, a calm. 3, memory of heart will not good things to erase the, life is a When no movie, pain is a beginning, the struggle is a kind of process, death is a kind of ending. Give up this giving up is the helpless, do not give up the abandoned, do not give up this giving up is ignorance, do not give up should not give up is persistent. 4, a thing figured is heaven, think impassability is hell. Since the living, to live better. Sometimes we because of too narrow-minded, too care around the chores and penny wise and pound foolish, not worth the candle. Some things to attract trouble and worry, completely depends on how we look at and deal with it. Don't always take everything back to things, and don't get into a blind alley, don't want to face, don't be narrow-minded. Poke to care, is a kind of open-minded, a free and easy. 5, I am not afraid of others behind me a knife, I afraid to look back and see stab me, is my intention to treat people; I am not afraid of the truth to tell the best friend, I'm afraid he turned to it as a joke to tell don't 6, when we are in a positive frame of mind, you will find many good things; and when we are in a negative state of mind, you will find many depressed things; life happy and worry, all is you of life attitude, optimistic, good luck; loss of sink, Eritrea company. When you are in adversity, may wish to change a point of view to think everything over to the good Think, because good mentality decided the fate of the! 7, people are tired, rest; heart tired, calm. Grow up, mature, this society read. Tired and sad, squat down, to their a hug. Because the world no one can sympathize with you, have mercy on you. You cry, tears is your own; you pain, no one can understand. Then you only tears to smile. 8, each people have youth,Each youth are a story, the life of the world never gets easier, I want what, wish the world all know, as has been the same; now want anything, for fear that others know, or like to lose the same. 9, the heart move, everything in the world is followed by birth, Rangrang, important thing is often the most difficult to open one's mouth, because words will reduce its importance; to let strangers people care about your life in the good things, the original is not easy 10, do not blame, do not laugh at who, also don't envy who. Like a person is a kind of feeling, not like a person is true. The truth is easy to explain, I feel Is unspeakable. The best travel life is that you in a strange place found a long lost touched. 11, happy life not in the bustling in, and in the peace of mind; no matter how many grievances, how uncomfortable, and ultimately to heal themselves or their own, others