基于单片机的可调直流稳压电源设计说明.docx
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1、初步整流稳压局部、单片机控制局部、DAC稳压局部和显示局部组 成。该稳压电源可步进调节、实时显示,弥补了传统稳压电源的缺乏, 其核心技术是通过单片机控制数模转换来改变其后稳压模块的输出。利用单片机控制数模转换芯片 DAC0832输出电压作为稳压电路的参 考电压;单片机通过键控改变DAC0832勺输出电压,作为参考电压发 生改变,稳压电路调整管的压降也会相应地发生变化, 从而改变输出 电压。目录1. 引言42. 设计任务与要求42.1设计目的42.2设计容43 电源设计方案与论证53.1设计方案分析53.2 D/A数字模拟转换模块63.3稳压模块63.4按键控制模块73.5显示模块73.6电源模
2、块74 电源系统硬件介绍74.1单片机模块74.1.1 单片机介绍74.1.2 单片机外围电路介绍94.2 D/A 模块104.2.1 DAC0832T 作原理104.2.2 DAC083%其外围电路114.2.3 D/A转换的计算124.3 LED数码管显示模块14数码管结构14数码管工作原理14数码管连接电路图154.4直流电源15整流滤波、初步稳压155. 电源硬件电路仿真图166. 电源硬件电路原理图177. 硬件电路PCB图178. 硬件电路实物图19设计心得参考文献附录1引言随着电力电子技术的迅速开展,直流电源应用非常广泛,其好坏直接影响着电气设备或控制系统的工作性能。 直流稳压电
3、源是电子 技术常用的设备之一,广泛的应用于教学、科研等领域。传统的多功 能直流稳压电源功能简单、难控制、可靠性低、干扰大、精度低且体 积大、复杂度高。而基于单片机控制的直流稳压电源能较好地解决以 上传统稳压电源的缺乏。2设计任务与要求2.1 设计目的1. 学习根本理论在实践中综合运用的初步经验,掌握模拟电路结 合单片机设计电路的根本方法、设计步骤,培养综合设计与调试能力。2. 学会直流稳压电源的设计方法和性能指标测试方法,稳固单 片机的学习应用。3. 培养实践技能,提高分析和解决实际问题的能力。2.2 设计容设计数显式直流稳压电压源,要求完成以下主要技术指标:1. 当输入交流电压为220v时,
4、输出电压连续可调;2. 使用按键调节电压,调整围在012V可调,调整幅度为0.1V ; 初试电压置为5.0V3. 显示设定电压和测量电压,显示精度为0.1V,显示方式数码 管显示。2.3 设计步骤1. 查阅有关资料,完成总体设计框图2. 完成设计框图各个局部的详细设计,并选择适宜参数的电子元器件完成各局部电路,绘制电路原理图。统计所有元器件的参数和 数量,购置元器件。3. 将元器件依照电路原理图焊接至电路板上,完成电源的实物 制作。4. 调试电路,根据需要调节元件参数,必要时,替换个别元件。5. 完成设计报告。3电源设计方案论证 3.1设计方案分析分析此题,根据设计要求先确定了本系统的整体设计
5、原理框图如图 1:显示电路调整电路按键控制电源电路STC89C51单片机比拟电路rDAC输出 稳压 电路图1系统框图3.2 D/A数字模拟转换模块方案一:采用MX7541是高速高精度12位数字/模拟转换器芯片, 功耗低,而且其线性失真可低达 0.012%,特别适合于精密模拟数据 的获得和控制。方案二:采用DAC0832 DAC0832是一种常用的8位的数字/模拟 转换芯片。本系统是基于51单片机的数控电源的设计,8位的单片机,而 MX7541是12位数字输入的,因此须用锁存器。而此数控电源要求单 步0.1V,012V, DAC0832完全可以到达,应选择常用的 DAC08323.3稳压模块稳压
6、局部是系统的实现核心,DAC模块输出的模拟信号决定最终 的输出电压,电路如图2所示。图2稳压电路稳压电路中电阻R1和R3组成取样电路,对输出电压进行取样,运放TLC082构成比拟电路,对采样电压与数模转换输出的电压进行比拟 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Q2的管压降来调整输出电压。3.4按键控制模块方案一:采用矩阵键盘,由于按键多可实现电压值的直接键入。 方案二:采用一般的电平判键按钮,实现方法很简单,但一个端 口最多只实现8个按键。由于本数控电源需要用的按键不多,要实现步进为1V的设计要求,只需用一个“ +和一个“-按键。2个按键就可实现此题的设计要求
7、,固采用方案二。3.5显示模块方案一:选用数码管显示,用普通的数码管显示简单的数字、符 号、字母。方案二:选用液晶显示,显示的容更加的丰富。此系统显示的只是最终电源输出的 10位和个位电压值,只需显 示出两个数字,数码管更加的实惠,故我选择了方案一。3.6电源模块220V交流电经过降压、整流,然后使用LM7805 LM7815 LM7915 芯片进行稳压,分别为系统提供+5V、+15V -15V工作电压,使单片 机芯片、显示模块、稳压模块、DAC莫块等正常工作。4电源系统硬件介绍4.1单片机模块STC89C5是一种带8K字节闪烁可编程可檫除只读存储器的低电压, 高性能COMOS8微处理器。该器
8、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-5指令集和输出管脚相兼容。单片机介绍CPU即中央处理器的简称,是单片机的核心部件,它完成各种运 算和控制操作,CPU由运算器和控制器两局部电路组成。a. 运算器电路运算器电路包括ALU算术逻辑单元、ACC累加器、B存放 器、状态存放器、暂存器1和暂存器2等部件,运算器的功能是进行算 术运算和逻辑运算。b. 控制器电路控制器电路包括程序计数器 PC PC加 1存放器、指令存放器、指 令译码器、数据指针 DPTR堆栈指针SR缓冲器以与定时与控制电 路等。控制电路完成指挥控制工作,协调单片机各局部正常工作。c. 定时器/计数器
9、MCS 52单片机片有两个16位的定时/计数器,即定时器0和定时 器1。它们可以用于定时控制、延时以与对外部事件的计数和检测等。d. 存储器MCS 52系列单片机的存储器包括数据存储器和程序存储器,其 主要特点是程序存储器和数据存储器的寻址空间是相互独立的,物理结构也不相同。e. 并行I/O 口MCS 52单片机共有4个8位的I/O 口 P0 P1、P2和P3,每 一条I/O线都能独立地用作输入或输出。P0口为三态双向口,能带8 个TTL门电路,P1、P2和P3口为准双向口,负载能力为4个TTL门电 路。f. 串行I/O 口MCS 521单片机具有一个采用通用异步工作方式的全双工串行 通信接口
10、,可以同时发送和接收数据。g. 中断控制系统8051共有5个中断源,即外中断2个,定时/计数中断2个,串行中 断1个。h. 时钟电路MCS 52芯片部有时钟电路,但晶体振荡器和微调电容必须外接。 时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列,振荡器的频率围为1.2MHz12MHz典型取值为6MHzi. 总线以上所有组成局部都是通过总线连接起来,从而构成一个完整的 单片机。系统的地址信号、数据信号和控制信号都是通过总线传送的, 总线结构减少了单片机的连线和引脚,提高了集成度和可靠性。 选用单片机的结构:1 一个8位算术逻辑单元2 32个I/O 口4组8位端口可单独寻址3两个16位定时计数器4全双工串行通信5
11、 6个中断源两个中断优先级6 128字节置RAM7独立的64K字节可寻址数据和代码区每个8051处理周期包括12个振荡周期每12个振荡周期用来完成一 项操作如取指令和计算指令执行时间可把时钟频率除以12取倒数然后指令执行所须的周期数因此如果你的系统时钟是11.059MHz除以12后就得到了每秒执行的指令个数为921583条指令取倒数将得到每 条指令所须的时间1.085ms。STC89C5的管脚图如图3:图 3 STC89C52管 脚图单片机外围电路介绍电源引脚Vcc和VssVcc :电源端,接+ 5V。Vss :接地端。时钟电路引脚XTAL和XTAL2XTAL1 :接外部晶振和微调电容的一端,
12、在片它是振荡器倒相放 大器的输入,假设使用外部TTL时钟时,该引脚必须接地。XTAL2 :接外部晶振和微调电容的另一端,在片它是振荡器倒相 放大器的输出,假设使用外部TTL时钟时,该引脚为外部时钟的输入端。地址锁存允许ALE系统扩展时,ALE用于控制地址锁存器锁存 P0口输出的低8位地 址,从而实现数据与低位地址的复用。P0口与数码管相连,P1 口的P1.0P1.3作为位选端。P1 口的P1.6,P1.7和键盘相连,作为整个系统的输入局部。和 P1.6,P1.7相接的分别是“ +,“ - 号键。P2口和DAC083的输入相接,作为 D/A模块的输入。4.2 D/A模块421 DAC0832工作
13、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4所示。DAC0832主要由8位输入存放器、8位DAC存放 器、8位D/A转换器以与输入控制电路四局部组成。8位输入存放器 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存放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个存放器的选通或锁存状态。DI0DI7ILE8位输入存放器LE1LE28位D/A转换器CSWRWR2_ &XFER- 一8位DAC存放器VrefIout2 loutl Rfb,AGN
14、DVCC DGND4 DAC0832原理框图Vcc芯片电源电压,+5V + 15VVREF参考电压,-10V+10VRFB反应电阻引出端,此端可接运算放大器输出端AGND模拟信号地DGND数字信号地DI7 DI0数字量输入信号 其中:DI0为最低位,DI7为最高 位。当WR莉XFER同时有效时,8位DAC存放器端为高电平“ 1,此时DAC存放器的输出端Q跟随输入端D也就是输入存放器Q端的电 平变化;反之,当端为低电平“ 0时,第一级8位输入存放器Q端的状态那么锁存到第二级8位DAC存放器中,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存放器的输入
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