毕业设计论文-数控直流稳压电源.doc
《毕业设计论文-数控直流稳压电源.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《毕业设计论文-数控直流稳压电源.doc(38页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、中文摘要 - 1 - 毕业设计 数控直流稳压电源 摘要 本设计以直流电压源为核心,AT89C51 单片机为主控制器,通过按键来设 置直流电源的输出电压,设置步进等级可达 0.1V,输出电压范围为 09.9V, 最大电流为 1000mA,并可由 LED 数码显示管显示实际输出电压值。系统有过流 保护电路,当输出电流过大时功率管自动截至。本设计由单片机程控输出数字 信号,经过 D/A 转换器(DAC0832)输出模拟量,再经过运算放大器隔离放大, 控制输出功率管的基极,随着功率管基极电压的变化而输出不同的电压。实际 测试结果表明,本系统实际应用于需要高稳定度小功率恒压源的领域。 关键词:数字控制关
2、键词:数字控制; ;直流稳压电源直流稳压电源; ;单片机单片机 Abstract II Abstract This system to dc voltage source as the core, mainly AT89C51SCM, through the keyboard controller to install dc power supply output voltage, setting stepping class can reach.01v output voltage, the range of 0-9.9 V, the maximum current1000mA for, a
3、nd can show the actual pipe by digital output voltage values. This system consists of microcontroller program output digital signal, through D/A converter (DAC0832) output analog amplifier, through isolating amplifier output power, control of base, with the power to change the passive tube voltage o
4、utput of different voltage. Test results show that this system application in need of high stability of small power constant-voltage source fields. Keywords:Keywords: Digital control;Regular power supply of direct current;Single- chip microcomputer 目录 III 目录 摘要1 ABSTRACT . 目录 . 第一章 引言 1 1.1 设计背景和意义.
5、 1 1.2 设计任务要求. 2 第二章 方案设计与论证 8 2.1 方案比较 .9 2.2 设计思想. 4 第三章 系统硬件设计5 3.1 系统硬件原理框图 .5 3.2 单片机最小系统 .5 3.2.1 单片机5 3.2.2 按键电路 8 3.2.3 时钟电路和复位电路 8 3.3 数模转换电路 .9 3.3.1 DAC0832 芯片 9 3.3.2 四运放放大器 LM324.11 3.3.3 数模转换电路 12 3.4 数字显示电路 . 12 3.5 放大与功率输出模块 . 14 3.6 直流稳压电源电路. 14 第四章 系统软件设计.16 4.1 程序流程图 16 4.2 源程序.17
6、 第五章 系统仿真及调试 23 5.1 系统仿真 .23 5.2 仿真电压显示 . 24 5.3 系统调试 . 25 5.4 调试结果 . 26 目录 IV 总结.30 参考文献 31 致谢 32 附录.33 第三章 硬件设计 - 5 - 第一章 引言 1.1 设计背景和意义 直流稳压电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。普通直流稳压电源品种很多, 但均存在以下二个问题: 1、稳压方式均是采用串联型稳压电路,对过载进行限流或截流型保护,电 路构成复杂,稳压精度也不高。 2、输出电压是
7、通过粗调(波段开关) 及细调(电位器)来调节。这样, 当输 出电压需要精确输出,或需要在一个小范围内改变时(如 1. 05 1. 07V ) , 困难就较大。另外, 随着使用时间的增加,波段开关及电位器难免接触不良, 对输出会有影响。 在家用电器和其他各类电子设备中,通常都需要电压稳定的直流电源供电。 但在实际生活中,都是由 220V 的交流电网供电。这就需要通过变压、整流、 滤波、稳压电路将交流电转换成稳定的直流电。滤波器用于滤去整流输出电压 中的纹波,一般传统电路由滤波扼流圈和电容器组成,若由晶体管滤波器来替 代,则可缩小直流电源的体积,减轻其重量,且晶体管滤波直流电源不需直流 稳压器就能
8、用作家用电器的电源,这既降低了家用电器的成本,又缩小了其体 积,使家用电器小型化。 传统的直流稳压电源通常采用电位器和波段开关来实现电压的调节,并由 电压表指示电压值的大小。因此,电压的调整精度不高,读数欠直观,电位器 也易磨损。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 的不足。 几乎所有的电子设备都需要稳定的直流电源,因此直流稳压电源的应用非 常的广泛。随着科学技术的不断发展,特别是计算机技术的突飞猛进,现代工 业应用的工控产品均需要有低纹波、宽调整范围的高压电源,而在一些高能物 理领域,更是急需电脑或单片机控制的低纹波、宽调整范围的电源。直流稳压 电源的电路形式有很多种,
9、有串联型、开关型、集成电路、稳压管直流稳压电源 等等。在电子设备中,直流稳压电源的故障率是最高的(长期工作在大电流和 大电压下,电子元器件很容易损坏)但在直流稳压电源中,通过整流、滤波电路 第三章 硬件设计 - 6 - 所获得的直流电源的电压往往是不稳定的。输出电压在电网电压波动或负载电 流变化时也会随之有所改变。电子设备电源电压的不稳定,将会引起很多问题, 比如:测量仪器的准确度降低,交流放大器的噪声增大,直流放大器的零点漂 移等等。设计出质量优良的直流稳压电源,才能满足各种电子线路的要求。因 此,直流稳压电源的研究就颇为重要。目前产生直流稳压电源的方法大致分为两 种:一种是模拟方法,另一种
10、是数字方法。前者的电路均采用模拟电路控制,而 后者则是通过数字电路进行自动控制。直流稳压电源朝着数字化方向发展。因 此对于数控恒压源的研究是必要的。从上世纪九十年代末起,随着对系统更高 效率和更低功耗的需求,电信与数据通讯设备的技术更新推动电源行业中直流/ 直流电源转换器向更高灵活性和智能化方向发展。在 80 年代的第一代分布式供 电系统开始转向到 20 世纪末更为先进的第四代分布式供电结构以及中间母线结 构,直流/直流电源行业正面临着新的挑战,即如何在现有系统加入嵌入式电源 智能系统和数字控制。早在 90 年代中,半导体生产商们就开发出了数控电源管 理技术,而在当时,这种方案的性价比与当时广
11、泛使用的模拟控制方案相比处 与劣势,因而无法被广泛采用。由于板载电源管理的更广泛应用和行业能源节 约和运行最优化的关注,电源行业和半导体生产商们便开始共同开发这种名为 “数控电源”的新产品。现今随着直流电源技术的飞跃发展,整流系统由以前 的分立元件和集成电路控制发展为微机控制,从而使直流电源智能化,具有遥 测、遥信、遥控的三遥功能,基本实现了直流电源的无人值守。目前, 国外直 流稳压电源已朝着多功能和数字化的方向发展。M atthew 等提出了采用多路 DA 分别设定多路输出电压,以及以多路 A D 进行输出检测的微机数控电源。 随着科学技术飞速发展,对电源可靠性、输出精度和稳定性要求越来越高
12、,利用 D/ A 转换器的高分辨率和单片机的自动检测技术设计程控电源就显示出其优越 性。程控电源既能方便输入和选择预设电压值又具有较高精度和稳定性,而且 还可程控实现对电源的可编程监控,如模拟电压跌落、间断或起伏等情况,即 可编程电源也可以看作一种功率型的低频信号发生器。程控电源可以任意设定 输出电压或电流,所有功能由板上的键盘或通过 RS-232C 串口连接的上位微机 实现,给电路实验带来极大的方便,提高了工作效率。 1.2 设计任务要求 输出电压:099V 步进可调,调整步距 01;V 输出电流:1000mA; 第三章 硬件设计 - 7 - 精 度:静态误差1%FSR,纹波10mV; 显
13、示:输出电压值用 LED 数码管显示; 电压调整:由“+”、“-”两键分别控制输出电压的步进增减; 输出电压预置:输出电压可预置在 099V 之间的任意一个值; 其 它:自制电路工作所需的直流稳压电源,输出电压为 12V,+5V; 第三章 硬件设计 - 8 - 第二章 方案设计与论证 2.1 方案设计 方案一:采用单片机的数控电压源的设计 采用常用的 AT89C51 单片机作为控制器,P0 口和 DAC8032 的数据口直接相 连,DA 的各个端口连接后接 P3.4,和接单片机的端,让 DA 工作在单缓冲方式 下。DA 的 8 脚接参考电压,DA 的基准电压接-10V 电源,所以在 DAC 的
14、 8 脚输 出电压的分辨率为约等于 0.1V,也就是说 DA 输入数据端每增加 1,电压增加 0.1V。通过运放 LM324 将 DA 的输出电流转化为电压,再通过运放 LM324 将电压 反相并放大输出电压并稳压,最后通过示波器观察其波纹,其硬件框图如图 2.1 所示: 显示 图 2.1 方案一硬件框图 方案二:采用传统的调整管方案,主要特点在于使用一套双计数器完成系 统的控制功能,其中二进制计数器的输出经过 D/A 变换后去控制误差放大的基 准电压,以控制输出步进。十进制计数器通过译码后数码管显示输出电压值, 为了使系统工作正常,必须保证双十计数器同步工作。其硬件框图如图 2.2 所 示
15、输出 键盘 数码显示 单 片 机 电压输出D/A 转换 电压预置A/D 转换 整流滤波 译码显示 电 源 D/A 转换 误差放大 时钟控制 电压预置 二进制 计数器 十进制 计数器 过流保护调整管 步进加步进减 第三章 硬件设计 - 9 - 图 2.2 方案二硬件框图 方案三:采用调整管的十进制计数器的数控电压源的设计。此方案不同于 方案之二处在于使用一套十进制计数器,一方面完成电压的译码显示,另一方 面其作为 EPROM 的地址输入,而由 EPROM 的输出经 D/A 变换后控制误差放大的 基准电压来实现输出步进,只使用了一套计数器,回避了方案二中必须保证双 计数器同步的问题,但由于控制数据
16、烧录在 EPROM 中,使系统设计灵活性降低。 其硬件框图如图 2.3 所示 输出 图 2.3 方案三硬件框图 2.2 方案比较 2.2.1 数控部分的比较 方案二、三中采用中、小规模器件实现系统的数控部分,使用的芯片很多, 造成控制电路内部接口信号繁琐,中间相互关联多,抗干扰能力差。在方案一 中采用了 AT89C51 单片机完成整个数控部分的功能,同时,AT89C51 作为一个 智能化的可编程器件,便于系统功能的扩展。 2.2.2 输出部分的比较 方案二、三中采用线性调压电源,以改变其基准电压的方式使输出步进增 加或减少,这不能不考虑整流滤波后的纹波对输出的影响,而方案一中使用运 算放大器放
17、大电压,由于运算放大器具有很大的电源电压抑制化,可以大大减 少输出端的纹波电压。 步进加 D/A 转换 步进减 电压预置 译码显示 十进制 计数器 EPROM 误差放大 过流保护调整管整流滤波 第三章 硬件设计 - 10 - 2.2.3 显示部分的比较 方案二、三中的显示输出是对电压的量化值直接进行译码显示输出,显示 值为 D/A 变化输入量,由于 D/A 变换与功率驱动电路引入的误差,显示值与电 源实际输出值之间可能出现较大偏差,而方案一中采用三位一体的数码管直接 对电压值进行显示。 总之,方案一的优点是具有精度高,使用方便,硬件电路简单等特点,它 使用了单片机,使得进一步扩展功能较为方便;
18、方案二、三的优点是电路结构 简单,其缺点是使用比较复杂,精度没有那么高。考虑到各种因素,本设计采 用方案一。 第三章 硬件设计 - 11 - 第三章 硬件设计 3.1 硬件原理框图 时钟电路、复位电路和按键电路组成单片机最小系统,时钟电路提供时钟 信号,复位电路可以实现复位功能,按键电路作为用户对波形和频率的选择。 单片机 AT89S51 输出所需波形和频率的二进制数据,经过数模转换器 DAC0832 将数字信号转换为模拟信号,经过 LM324 集成运放放大后输出所需的方波、三 角波、正弦波。电源电路为电路供电。 电压显示 按键控制 单 片 机 D/A 转换放大电路 电源 12v 5v 功率输
19、出 电压输出 图 3-1 硬件原理框图 3.2 单片机最小系统 3.2.1 单片机 AT89S51 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器,具有 8K 在系统可编 程 Flash 存储器。AT89S51 具有以下标准功能: 8k 字节 Flash,256 字节 RAM, 32 位 I/O 口线,看门狗定时器,2 个数据指针,三个 16 位 定时器/计 数器,一个 6 向量 2 级中断结构,全双工串行口, 片内晶振及时钟电路。另外, AT89S51 可降至 0Hz 静态逻 辑操作,支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模 式下,CPU 停止工作,允许 RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工
20、 作。掉 电保护方式下,RAM 内容被保存,振荡器被冻结, 单片机一切工作停止,直到 下一个中断或硬件复位为止。 本设计只需要 P1 和 P2 口只对其介绍: P1 口:P1 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口,p1 输出缓冲 器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P1 端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉 高,此时可以作为输入 口使用。作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部 第三章 硬件设计 - 12 - 电阻的原因,将输出电流(IIL)。 此外,P1.0 和 P1.1 分别作定时器/计数器 2 的外部计数输入(P1.0/T2) 和定时器/计数器 2 的触发输入(P1.1
21、/T2EX)。 在 flash 编程和校验时,P1 口接收低 8 位地址字节。 引脚号第二功能: P1.0 T2(定时器/计数器 T2 的外部计数输入),时钟输出 P1.1 T2EX(定时器/计数器 T2 的捕捉/重载触发信号和方向控制) P1.5 MOSI(在系统编程用) P1.6 MISO(在系统编程用) P1.7 SCK(在系统编程用) P2 口:P2 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口,P2 输出缓冲 器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P2 端口写“1”时,内部上拉电阻把端口拉 高,此时可以作为输入 口使用。作为输入使用时,被外部拉低的引脚由于内部 电阻的原因,将
22、输出电流(IIL)。 在访问外部程序存储器或用 16 位地址读取 外部数据存储器(例如执行 MOVX DPTR) 时,P2 口送出高八位地址。在这种 应用中,P2 口使用很强的内部上拉发送 1。在使用 8 位地址(如 MOVX RI) 访问外部数据存储器时,P2 口输出 P2 锁存器的内容。 在 flash 编程和校验时, P2 口也接收高 8 位地址字节和一些控制信号。 RST:复位输入。当振荡器工作时,RST 引脚出现两个机器周期以上高电平 将是单片机复位。 ALE/PROG:当访问外部程序存储器或数据存储器时,ALE(地址锁存允许) 输出脉冲用于锁存地址的低 8 位字节。一般情况下,AL
23、E 仍以时钟振荡频率的 1/6 输出固定的脉冲信号,因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的 是:每当访问外部数据存储器时将跳过一个 ALE 脉冲。对 FLASH 存储器编程期 间,该引脚还用于输入编程脉冲(PROG)。如有必要,可通过对特殊功能寄存 器(SFR)区中的 8EH 单元的 D0 位置位,可禁止 ALE 操作。该位置位后,只有 一条 MOVX 和 MOVC 指令才能将 ALE 激活。此外,该引脚会被微弱拉高,单片机 执行外部程序时,应设置 ALE 禁止位无效。 PSEN:程序储存允许(PSEN)输出是外部程序存储器的读选通信号,当 AT89S51 由外部程序存储器取指令(或数据
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 毕业设计 论文 数控 直流 稳压电源
链接地址:https://www.31doc.com/p-3947291.html