数字式可调直流稳压电源的设计.docx
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1、数字式可调稳压电源的设计与制作摘 要单 片 机 实 现 的 数 字 可 调 稳 压 电 源 由 于 原 理 简 单 、 稳 定 性 好 、 精 度 高 、 成 本 低 、易 实 现 等 诸 多 优 点 而 受 到 越 来 越 广 泛 的 重 视 。 通 过 对 数 字 可 调 稳压 电 源 系 统 的 设 计 ,详 细 介 绍 了 AT89C52单 片 机 及 键 盘 扫 描 原 理 、数 码 管动 态 显 示 原 理 、定 时 中 断 原 理 , 从 而 了 解 单 片 机 相 关 指 令 在 各 方 面 的 应 用 , 同 时 还 介 绍 了 数 模 转 换 芯 片 DAC0832 的 工
2、 作 原 理 。系 统 由 辅 助 电 源 、输 入 键 盘 电 路 、 单 片 机 控 制 电 路 、 数 模 转 换 电 路 、 输 出 稳 压 电 路 、 显 示 电 路 等 构 成 ,能 输 出 5V 15V 电 压 ,步 进 值 为 和 1V 。本 文 采 用 单 片 机 和 其 他 元 件 及 外 围 电 路 , 开 发 一 个 数 字 式 可 调 直 流 稳 压 电 源 , 能 够 设 定 输 出 电 压 值 , 电 压 输 出 和 显 示 。关键词: 单片机;直流稳压;数字控制; D/A 转换AbstractSingle chip implementation of digit
3、al adjustable regulated power supply because of its simple principle, good stability, high precision, low cost, easy to implement, and many other advantages by more and more widely attention. Through to the digital adjustable regulated power supply system design, detailed introduces the single-chip
4、microcomputer AT89C52 and keyboard scanning principle, dynamic display of digital tube principle, timing interrupt principle, to understand SCM related instruction in all aspects of the application, at thesame time also introduced DAC0832 d/a conversion chip works. System consists of auxiliary power
5、 supply, keyboard input circuit, single-chip microcomputer control circuit, d/a conversion circuit, output voltage regulation circuit, display circuit and so on, can output 5 V to 15 V voltage, the step value of V and 1 V. Using microcontroller and other components and peripheral circuit, this paper
6、 developed a digital adjustable dc regulated power supply, can set the output voltage, output voltage and display.Keywords: Single chip microcomputer; Dc voltage; Digital control; D/A conversion目录1 绪论.错误!未定义书签。数字可调稳压电源的背景及意义 . 错误!未定义书签。数字式可调稳压电源的研究现状及发展趋势 . 错误!未定义书签。课题研究内容 . 错误!未定义书签。2 方案设计.错误!未定义书签
7、。设计原理 . 错误!未定义书签。方案设计及论证 . 错误!未定义书签。方案一 . 错误!未定义书签。方案二 . 错误!未定义书签。方案比较选择 . 错误!未定义书签。主要元件介绍 . 错误!未定义书签。AT89C52 . 错误!未定义书签。DAC0832 . 错误!未定义书签。3 数字式可调稳压电路设计.错误!未定义书签。系统设计 . 错误!未定义书签。单元电路的设计 . 错误!未定义书签。单片机主体电路 . 错误!未定义书签。稳压电源电路 . 错误!未定义书签。矩阵键盘电路 . 错误!未定义书签。数码管显示部分电路 . 错误!未定义书签。DAC0832 数模转换部分电路. 错误!未定义书签
8、。输出电压控制单元电路 . 错误!未定义书签。. 晶振及复位电路 . 错误!未定义书签。4 数字式可调稳压电源软件设计.错误!未定义书签。系统软件流程图 . 错误!未定义书签。系统程序介绍 . 错误!未定义书签。初始化硬件程序 . 错误!未定义书签。键盘扫描程序 . 错误!未定义书签。键盘服务程序 . 错误!未定义书签。数码显示程序 . 错误!未定义书签。5 电路仿真.错误!未定义书签。6 结论.错误!未定义书签。参考文献.错误!未定义书签。致 谢.错误!未定义书签。附录.错误!未定义书签。1 绪论数字可调稳压电源的背景及意义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
9、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带来的现代信息技术革命,给电力电 子技术提供了广阔的发展前景,同时也给电源技术提出了更高的要求。目前在电力电 子器件方面,几乎都为旋纽开关调节电压,调节精度不高,而且经常跳变,使用麻烦。 数字化智能电源模块是针对传统智能电源模块的不足提出的,数字化能够减少生产过 程中的不确定因素和人为参与的环节,有效地解决电源模块中诸如可靠性、智能化和 产品一致性等工程问题,极大地提高生产效率和产品的可维护性。对我们学生而言,在大学的实验室和课程设计里,有一个稳定可调的直流稳压电 源是很有
10、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 控制的数字可调稳压电源能较好地解决以上问题。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、电压值输出显示等功能。通过此系统的设计,也让本人更深刻的掌 握单片机基本原理,并熟悉一些外围电路的扩展,以及进一步提高对 C 语言的软件编 程能力。数字式可调稳压电源的研究现状及发展趋势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
11、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AC/DC的 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
12、电源、电力操作电源、正弦波逆变电源U、PS、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
13、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
14、 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 IEC555,IEC917,IEC1000 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。课题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。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
15、统的稳定性以及可靠性。本论文总体概括了数字显示可调稳压电源的设计原理,介绍了稳压电源的硬件电 路设计。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显示可调稳压电源如何实现整流、滤波、稳压和输出电压显 示,也包含一些必要的硬件设计和软件设计。2 方案论证数字可调稳压电源可通过多种方案实现,本文着重介绍了两种比较常用的方法, 并进行比较和选择其中一种最适合的方案。一种是用单片机作为数控部分带动数模转 换芯片提供线性稳压电压的参考电压,另一种是 AVR 单片机的 PWM 模拟输出。方案设计及论证方案一使用 AT89C52 单片机为核心控制器件,利
16、用 44 键盘输入数字量,经过单片处理 后将数字量送入数码管显示部分和 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,再稳压输出。其原理框图如图所示:LED 显示模块DA 转换模块AT89C52稳压输出模块矩阵键盘模块电源模块图 方案一的原理框图方案二数控部分用 AVR 单片机的 PWM 组成开关电源,再利用 AVR 的 AD 转换对输出电压进 行实时转换,利用软件进行电压调整以达到稳压。其原理框图如图所示:LCD 液晶显示键盘电路单片机电路PWM 模拟电压输出滤波电路电压放大电路AD 采样图 方案二的原理框图方案比较选择方案一:优点:对于单片机,系统工作在开环
17、状态,对数模转换的精度要求较高,设计成 本低。缺点:功耗较大, LED 数码管输出显示不是系统的精确输出电压,须对它进行软 件补偿。方案二:优点:硬件简单,稳压的大部分工作由软件完成,对单片机的运行速度要求很高, 利用手头的 ATmaga16L 单片机最高 8MHz 工作频率很难达到速度要求。对软件要求较高, 功耗小。缺点:输出纹波电压较大,对硬件的要求很高。方案二简单的电路结构起初对设计者很吸引,但是后来了解到 AVR 单片机的 PWM 的精度用于开关电源比较勉强,而且开关电源有个通病:纹波电压大,考虑到设计目 标对电源的功耗要求不是很严,同时为了保证纹波足够小也鉴于自身对于 52 单片机和
18、 线性电源较为熟练,故选择方案一。主要元件介绍AT89C52AT89C52 是一个低电压,高性能 CMOS 8 位单片机,片内含 8k bytes 的可反复擦写 的 Flash 只读程序存储器和 256 bytes 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,兼容标准 MCS-51 指令系统,片内置通用 8 位 中央处理器和 Flash 存储单元,AT89C52 单片机在电子行业中有着广泛的应用。功能特性:1、 兼容 MCS51 指令系统2、 8kB 可反复擦写(大于 1000 次)Flash ROM;3、 32 个双向 I/O 口;4、 256x
19、8bit 内部 RAM;5、 3 个 16 位可编程定时/计数器中断;6、 时钟频率 0-24MHz;7、 2 个串行中断,可编程 UART 串行通道;8、 2 个外部中断源,共 8 个中断源;,数控直流稳压电源的工作原理框图如图 1 所示。主要包括三大部分:数字控制部分、数字/模拟转换部分(D/A 变换器)及稳压电路。数字控制部分用+、- 按键控制一可逆二进制计数器,二进制计数器的输出输入到 D/A 变换器,经 D/A 器转换成相应的电压,此电压经过放大到合适的电压值后,去控制稳压电源的输出,使稳压电源的输出电压以的步 进值增或减。9、 2 个读写中断口线,3 级加密位;10、 低功耗空闲和
20、掉电模式,软件设置睡眠和唤醒功能;11、 有 PDIP、PQFP、TQFP 及 PLCC 等几种封装形式,以适应不同产品的需求。 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。A
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- 数字式 可调 直流 稳压电源 设计
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