基于單片機的數控直流穩(wěn)壓電源開發(fā)設計-畢業(yè)設計學位論文范文模板參考資料

1、數控直流穩(wěn)壓電源設計摘 要：本系統(tǒng)以直流電壓源為核心，AT89S52單片機為主控制器，通過鍵盤來設置直流電源的輸出電壓，設置步進等級可達0.1V，輸出電壓范圍為09.9V，最大電流為5A，并可由液晶屏顯示實際輸出電壓值。本系統(tǒng)由單片機程控輸出數字信號，經過D/A轉換器DAC0832輸出模擬量，再經過運算放大器隔離放大，控制輸出功率管的基極，隨著功率管基極電壓的變化而輸出不同的電壓。本系統(tǒng)有兩局部組成:硬件局部和軟件局部.其中硬件局部包括：單片機電路、D/A轉換電路、放大電路、數據存儲電路、穩(wěn)壓輸出電路、鍵盤電路和顯示電路。軟件局部包括：主程序、運算控制程序、以及各功能實現(xiàn)模塊的程序。實際測試結

2、果說明，本系統(tǒng)實際應用于需要高穩(wěn)定度小功率恒壓源的領域。關鍵詞：直流電壓源 單片機 D/A轉換器 運算控制CNC DC Power Supply Design Abstract：This system to dc voltage source as the core, mainly AT89S52 SCM, through the keyboard controller to install dc power supply output voltage, setting stepping class can reach.01v output voltage, the range of 0-9.

3、9 V, the maximum current 330mA for, and 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

4、 to change the passive tube voltage output of different voltage. This system Composed of two parts: hardware components and software components. Among, hardware components include: microcontroller circuit, D/A conversion circuit, amplifier, data storage circuit, Regulator output circuit，keyboard cir

5、cuit and display circuit. Software components include: main program, operational control procedures, and each program modules.Test results show that this system application in need of high stability of small power constant-voltage source fields.Key words：DC voltage source SCM D/A Converter Operation

6、al control1 緒論1.1 數控直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)概述隨著電力電子技術的迅速開展,直流電源應用非常廣泛,其好壞直接影響著電氣設備或控制系統(tǒng)的工作性能。目前,市場上各種直流電源的根本環(huán)節(jié)大致相同,都包括交流電源、交流變壓器、整流電路、濾波穩(wěn)壓電路等。本系統(tǒng)將單片機控制系統(tǒng)應用于直流穩(wěn)壓電源的方法和原理,實現(xiàn)了穩(wěn)壓電源的數控調節(jié),在寬輸出電壓下實現(xiàn)了0.1v步進調節(jié),并分析了穩(wěn)壓工作原理和電壓調節(jié)方法。該電源具有電壓調整簡便、電壓輸出穩(wěn)定、便于智能化管理等特點。1.2 課題的提出電源技術尤其是數控電源技術是一門實踐性很強的工程技術，效勞于各行各業(yè)。電力電子技術是電能的最正確應用技術之一。當今

7、電源技術融合了電氣、電子、系統(tǒng)集成、控制理論、材料等諸多學科領域。隨著計算機和通訊技術開展而來的現(xiàn)代信息技術革命，給電力電子技術提供了廣闊的開展前景，同時也給電源提出了更高的要求。隨著數控電源在電子裝置中的普遍使用，普通電源在工作時產生的誤差，會影響整個系統(tǒng)的精確度。電源在使用時會造成很多不良后果，世界各國紛紛對電源產品提出了不同要求并制定了一系列的產品精度標準。只有滿足產品標準，才能夠進入市場。隨著經濟全球化的開展，滿足國際標準的產品才能獲得進出的通行證。數控電源是從80年代才真正的開展起來的，期間系統(tǒng)的電力電子理論開始建立。這些理論為其后來的開展提供了一個良好的根底。在以后的一段時間里，數

8、控電源技術有了長足的開展。但其產品存在數控程度達不到要求、分辨率不高、功率密度比擬低、可靠性較差的缺點。因此數控電源主要的開展方向，是針對上述缺點不斷加以改善。單片機技術及電壓轉換模塊的出現(xiàn)為精確數控電源的開展提供了有利的條件。新的變換技術和控制理論的不斷開展，各種類型專用集成電路、數字信號處理器件的研制應用，到90年代，己出現(xiàn)了數控精度到達0.05V的數控電源，功率密度到達每立方英寸50W的數控電源。從組成上，數控電源可分成器件、主電路與控制等三局部。目前在電力電子器件方面，幾乎都為旋紐開關調節(jié)電壓，調節(jié)精度不高，而且經常跳變，使用麻煩數字化智能電源模塊是針對傳統(tǒng)智能電源模塊的缺乏提出的，數

9、字化能夠減少生產過程中的不確定因素和人為參與的環(huán)節(jié)數，有效地解決電源模塊中諸如可靠性、智能化和產品一致性等工程問題，極大地提高生產效率和產品的可維護性。電源采用數字控制，具有以下明顯優(yōu)點:易于采用先進的控制方法和智能控制策略，使電源模塊的智能化程度更高，性能更完美。控制靈活，系統(tǒng)升級方便，甚至可以在線修改控制算法，而不必改動硬件線路?？刂葡到y(tǒng)的可靠性提高，易于標準化，可以針對不同的系統(tǒng)(或不同型號的產品)，采用統(tǒng)一的控制板，而只是對控制軟件做一些調整即可。系統(tǒng)維護方便，一旦出現(xiàn)故障，可以很方便地通過RS232接口或RS485接口或USB接口進行調試，故障查詢，歷史記錄查詢，故障診斷，軟件修復，

10、甚至控制參數的在線修改、調試;也可以通過MODEM遠程操作。系統(tǒng)的一致性好，本錢低，生產制造方便。由于控制軟件不像模擬器件那樣存在差異，所以，其一致性很好。由于采用軟件控制，控制板的體積將大大減小，生產本錢下降。易組成高可靠性的多模塊逆變電源并聯(lián)運行系統(tǒng)。為了得到高性能的并聯(lián)運行逆變電源系統(tǒng)，每個并聯(lián)運行的逆變電源單元模塊都采用全數字化控制，易于在模塊之間更好地進行均流控制和通訊或者在模塊中實現(xiàn)復雜的均流控制算法(不需要通訊)，從而實現(xiàn)高可靠性、高冗余度的逆變電源并聯(lián)運行系統(tǒng)。1.3 本課題設計意義及內容1 設計意義 幾乎所有的HYPERLINK :/ 直流穩(wěn)壓電源的電路形式有很多種,有串聯(lián)型

11、、開關型、集成電路、穩(wěn)壓管直流穩(wěn)壓電源等等。在電子設備中，直流穩(wěn)壓電源的故障率是最高的長期工作在大電流和大電壓下,電子元器件很容易損壞但在直流穩(wěn)壓電源中，通過整流、濾波電路所獲得的直流電源的電壓往往是不穩(wěn)定的。輸出電壓在電網電壓波動或負載電流變化時也會隨之有所改變。電子設備電源電壓的不穩(wěn)定,將會引起很多問題。設計出質量優(yōu)良的直流穩(wěn)壓電源，才能滿足各種電子線路的要求。因此,直流穩(wěn)壓電源的研究就頗為重要。目前產生直流穩(wěn)壓電源的方法大致分為兩種:一種是模擬方法，另一種是數字方法。前者的電路均采用模擬電路控制，而后者那么是通過數字電路進行自動控制。直流穩(wěn)壓電源朝著數字化方向HYPERLINK :/ :

12、/ A 轉換器的高分辨率和單片機的自動檢測技術設計程控電源就顯示出其優(yōu)越性。程控電源既能方便輸入和選擇預設電壓值又具有較高精度和穩(wěn)定性，而且可以任意設定輸出電壓或電流，所有功能由面板上的鍵盤控制單片機實現(xiàn)，給電路實驗帶來極大的方便,提高了工作效率。 設計內容本次設計的電源用S52系列單片機作為整機的控制單元，通過改變輸入數字量來改變輸出電壓值，從而使輸出功率管的基極電壓發(fā)生變化，間接地改變輸出電壓的大小。采用軟件方法來解決數據的預置以及電流的步進控制，使系統(tǒng)硬件更加簡潔，各類功能易于實現(xiàn)本系統(tǒng)以直流電源為核心，利用S52系列單片機為主控制器，通過鍵盤來設置直流電源的輸出電流，設置步進等級可達0

13、.1V，并可由數碼管顯示實際輸出電壓值和電壓設定值。利用單片機程控輸出數字信號，經過D/A轉換器DAC0832輸出模擬量，再經過運算放大器隔離放大，控制輸出功率管的基極，隨著功率管基極電電流的變化而輸出不同的電壓。本直流穩(wěn)壓電源控制系統(tǒng)具體控制參數如下： 工作電壓：2-6V(典型5V) 工作電流：4.5mA(5V時) 2.5mA(3V時) 輸出紋波電壓：10mV 輸出電流：5A針對基于51單片機的電源控制系統(tǒng)，本論文共分為七章：第一章，緒論。簡單介紹了本課題的背景知識、課題的提出以及研究內容和研究意義。第二章，系統(tǒng)總體設計及元器件選型。從總體上給出了該系統(tǒng)的設計原那么、設計思想、總體設計方案以

14、及該系統(tǒng)中的關鍵技術，然后簡單介紹了本系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境，最后給出了完成系統(tǒng)所需要的元器件并對主要元器件的功能和用法進行了詳細介紹。第三章，電源控制系統(tǒng)硬件設計。分塊對硬件電路進行了詳細介紹并給出了相應的電路圖。第四章，電路板的手工制作。詳細介紹了電路板的制作流程，附加PCB板圖。第五章，系統(tǒng)程序的設計。詳細分析系統(tǒng)主程序和各個子程序的設計思路，并給出了流程圖。第六章，調試及性能分析。分別從硬件和軟件兩方面介紹了系統(tǒng)調試的步驟，并簡單對系統(tǒng)性能進行了分析。第七章，總結與展望。對本文所做的工作進行了總結。進一步說明了主要的創(chuàng)新點和所存在的缺乏之處，并提出了一些改良該系統(tǒng)的建議。2 系統(tǒng)總體設計及元器

15、件選型2.1 系統(tǒng)工作原理 系統(tǒng)通過鍵盤設置步進值，送入主控單片機AT89S52。單片機分析處理后程控輸出數字信號，信號送入D/A轉換器DAC0832，轉化為模擬信號輸出。輸出的模擬信號經過放大處理后，控制輸出電壓信號。最后信號送入LCD顯示器顯示出來。從而到達對輸出電壓的數字恒壓控制。2.2 系統(tǒng)方案設計為了使系統(tǒng)具有結構簡單、性能可靠、性價比高的特點，本系統(tǒng)采用模塊化設計，共分為六個模塊：單片機控制模塊、D/A轉換模塊、鍵盤控制模塊、顯示模塊、放大模塊、數據存儲模塊，其系統(tǒng)設計方案框圖如圖1所示。 圖1 系統(tǒng)總體框圖 2.3 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境本系統(tǒng)的硬件電路圖及PCB板布線制作均在Aitium

16、 Designer中完成，軟件的編寫及調試過程在Keil C中完成，最后通過編程器SP200S將編譯好的程序燒錄到單片機中?，F(xiàn)對系統(tǒng)的這三種開發(fā)工具進行簡單介紹。2.3.1 Aitium DesignerAitium Designer拓展了Protel軟件的原設計領域，Aitium Designer功能更加完備、風格更加成熟，并且界面更加靈活，尤其在仿真和PLD電路設計方面有了重大改良，Protel Dxp具有的功能它都有。Aitium Designer是目前國內最流行的通用EDA軟件，它將電路原理圖設PCB板圖設計、電路仿真和PLD設計等多個實用工具組合起來構成EDA工作平臺，是1個將EDA

17、軟件設計基于WINDOWS的普及型產品。 Keil C本系統(tǒng)所有程序均在Keil uVision3下完成。Keil 公司的uVision3整合式開發(fā)環(huán)境是一套相當好用的8051開發(fā)軟件，在整合式開發(fā)環(huán)境里，包括工程管理器(Project Manager)、源程序編輯器(Editor)、組譯器(Assembler)、編譯器(Compiler)、鏈接器(Linker/Locator)、調試器(Debugger)等，我們可從建立設計工程(Project)開始，然后編譯源程序(C語言或匯編語言)、編譯、組譯、鏈接，再進行調試，而調試就是一種程序功能仿真。之后將編譯生成的HEX文件通過SP200S編程器

18、燒錄到單片機中完成整個程序的編寫。 SP200S編程器 SP200S編程器是偉納電子繼廣受歡送的SP180S編程器根底上改良設計的一款編程器，直接使用USB接口通訊和供電，體積小巧，軟件和硬件設計成熟，功能完善，是目前唯一一款擁有專業(yè)編程控制軟件的免費編程器。可以支持ATMEL/WINBOND/SST公司常用的MCS51系列單片機，支持ATMEL/MICROCHIP/ST等公司24、93系列串行存儲器。增強版還具有標準的ISP下載接口，可支持ATMEL公司MCS51系列和AVR系列單片機在線下載編程(ISP)。SP200S編程器不但可以滿足單片機愛好者和開發(fā)人員學習和開發(fā)51、AVR單片機使用

19、需求，也非常適合家電維修人員燒寫93系列、24系列EEPROM的需求。2.4 系統(tǒng)關鍵技術 D/A轉換器原理以四位轉換器為例，圖2為四位D/A轉換原理圖。假設D3、D2、D1、D0全為1，那么BS3、BS2、BS1、BS0全部與“1端相連。根據電流定律，有：圖2四位D/A轉換原理圖由于開關 BS3 BS0 的狀態(tài)是受要轉換的二進制數 D3、D2、D1、D0 控制的，并不一定全是“1。因此，可以得到通式：考慮到放大器反相端為虛地，故：選取 Rfb = R ，可以得到：對于 n 位 D/A 轉換器，它的輸出電壓VOUT與輸入二進制數B( Dn-1 D0) 的關系式可寫成： D/A轉換器的性能指標

20、D/A轉換器性能指標是衡量芯片質量的重要參數，也是選用D/A芯片型號的依據。主要性能指標有：分辨率分辨率-是指 D/A 轉換器能分辨的最小輸出模擬增量，即當輸入數字發(fā)生單位數碼變化時所對應輸出模擬量的變化量，它取決于能轉換的二進制位數，數字量位數越多，分辨率也就越高 。其分辨率與二進制位數n呈以下關系：分辨率 = 滿刻度值/2n-1=VREF / 2n轉換精度轉換精度-是指轉換后所得的實際值和理論值的接近程度。它和分辨率是兩個不同的概念。例如，滿量程時的理論輸出值為10V，實際輸出值是在9.99V10.01V之間，其轉換精度為10mV。對于分辨率很高的D/A轉換器并不一定具有很高的精度。偏移量

21、誤差偏移量誤差-是指輸入數字量時，輸出模擬量對于零的偏移值。此誤差可通過D/A轉換器的外接VREF和電位器加以調整。穩(wěn)定時間穩(wěn)定時間-是描述D/A轉換速度快慢的一個參數，指從輸入數字量變化到輸出模擬量到達終值誤差1/2LSB時所需的時間。顯然，穩(wěn)定時間越大，轉換速度越低。對于輸出是電流的D/A轉換器來說，穩(wěn)定時間是很快的，約幾微秒，而輸出是電壓的D/A轉換器，其穩(wěn)定時間主要取決于運算放大器的響應時間。 DAC0832工作原理DAC0832的原理框圖及引腳如圖3所示。圖3 DAC0832工作原理圖 放大器工作參數 放大器由同相比例運算電路組成。將反相比例運算電路中的輸入端和接地端互換，就得到同相

22、比例運算電路，如下圖。電路引入電壓串聯(lián)負反應，故運放工作在線性區(qū)。根據“虛短和“虛斷的概念，集成運放的凈輸入電壓為零。即說明集成運放有共模輸入電壓。凈輸入電流為零即 ，因而 ，即說明 與 同相且大于 。同相比例運算電路具有高輸入電阻、低輸出電阻的優(yōu)點，但有共模輸入，所以為了提高運算精度，應中選用高共模抑制比的集成運放。按照本課題的研究內容和系統(tǒng)的功能要求，在精心計算下，特選擇表2中的元件完成此系統(tǒng)。表1 元件清單名稱型號數量名稱型號數量單片機AT89S521片九針排阻1個D/A轉換器DAC08321片電阻假設干數據存儲器AT24C021個發(fā)光二極管2個液晶顯示LCD-SMC1602A1個按鍵4

23、個放大器LM3241個電容假設干三極管PNP1個導線假設干2.6 主要芯片介紹 單片微型計算機AT89S52本系統(tǒng)的上、下位機均采用單片微型計算機Single Chip MicrocomputerAT89S52單片機。AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè)80C51產品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。其引腳圖如圖4所示。AT89S52的主要性能特點如下：與MCS-51單片機產品兼容。8KB Flash ROM，可以檫除1000次以上，數據

24、保存10年。256字節(jié)內部RAM。電源控制模式時鐘可停止和恢復；空閑模式；掉電模式。圖4 AT89S52引腳圖全靜態(tài)操作：0Hz33Hz。三級加密程序存儲器。32個可編程I/O口。三個16位定時器/計數器。八個中斷源。全雙工UART串行通道。看門狗定時器。雙數據指針。因上、下位單片機間的串行通信在本系統(tǒng)中舉足輕重，故在此對AT89S52的串行口進行詳細介紹。 串行通信接口及功能AT89S52內部有一個可編程的全雙工異步通信接口，可以同時進行數據的發(fā)送或接收，既可作為通用異步接收和發(fā)送器UART，也可作為同步移位存放器，能方便地組成雙機、多機串行通信接口。串行口的組成結構如圖5所示，它主要由兩個

25、在物理上獨立的但使用一個地址串行數據緩沖器SBUF，波特率發(fā)生器用定時器T1實現(xiàn)，并通過累加器ACC實現(xiàn)。片外有兩根串行口接收輸入線RXD和串行口發(fā)送輸出線TXD用來完成全雙工異步串行通信的功能。圖5 串行口結構圖由圖可見，SBUF有兩個獨立的發(fā)送緩沖器和接受緩沖器。發(fā)送緩沖器只能用CPU指令寫入而不能讀出，接受緩沖器只能CPU指令讀出而不能寫入。它們只占用片內RAM區(qū)SFR的一個公用地址99H名稱SBUF，是靠CPU所用指令決定對哪一個緩沖器進行操作。 串行口對外也有兩條獨立的收、發(fā)信號線RXDP3.0和TXDP3.1，可以同時發(fā)送、接收數據，實現(xiàn)串行異步全雙工傳送。使用串行口以后，串行通信

26、的收發(fā)工作主要由串行接口完成。在發(fā)送時，CPU通過累加器ACC由一條寫發(fā)送緩沖器的指令，將ACC中的數據寫入串行口發(fā)送緩沖器，然后由串行口一位一位通過TXD引腳向外發(fā)送。與此同時，另一臺單片機的串行口接受端也可以一位一位地接受數據，直到把一個字符數據接受完后，通知CPU，在用另一條指令把接收緩沖器的內容讀入到累加器ACC中。由此可見，在整個串行收、發(fā)過程中，占用CPU工作的時間很少，大大提高了CPU的使用效率。 串行通信接口的工作控制AT89S52串行口的工作主要由兩個SFR來控制。一個是串行口控制存放器SCONSeries Control，SCON用來設定串行口的4種工作方式，接收、發(fā)送控制

27、及設置狀態(tài)標志。二是電源控制存放器PCONPower Control，其中與串行口工作有關的只有一位D7SMOD為波特率選擇控制位。串行端口控制存放器(serial port control register，簡稱SCON)是一個8為、可尋址的存放器，如表2所示其功能是設定與控制串行端口。對其中的幾位說明如下。表2 SCON存放器SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRISM0與SM1這兩位的功能是設定串行端口的模式，如表3所示。表3的4種工作方式，串行通信只使用了方式1、2、3。方式0主要用來擴展輸入、輸出口。OSC為單片機的時鐘頻率表3 串口工作方式SM1SM0mode功能簡介比特率00

28、0移位存放器OSC/120118位UART可變1029位UARTOSC/32或OSC/64續(xù)表1139為UART可變TI本位為傳送中斷標志位，當中斷結束時，本位并不會恢復為0，必須由軟件去除。mode 1、mode 2或mode 3時，假設完成傳送停止位，那么本位自動設定為1，并產生TI中斷。mode 0時，假設完成傳送第8位，那么本位自動設定為1，并產生TI中斷。RI本位為接收中斷標志位，當中斷結束時，本位并不會恢復為0，必須由軟件去除。mode 1、mode 2或mode 3時，假設完成接收到停止位，那么本位自動設定為1，并產生RI中斷。mode 0時，假設完成接收第8位，那么本位自動設定

29、為1，并產生RI中斷。 DAC0832DAC0832工作原理本系統(tǒng)的D/A轉換器采用DAC0832。DAC0832 是一個 8 位 D/A 轉換器。單電源供電，從 +5V +15V 均可正常工作?；鶞孰妷旱姆秶鸀?10V ；電流建立時間為 1 S ；CMOS 工藝，低功耗 20mW 。 DAC0832 轉換器芯片為 20 引腳，雙列直插式封裝,其引腳排列如圖6所示。DAC0832內部結構框圖如圖7所示。該轉換器由輸入存放器和DAC存放器構成兩級數據輸入鎖存。使用時數據輸入可以采用兩級鎖存雙鎖存形式，或單級鎖存一級鎖存，一級直通形式，或直接輸入兩級直通形式。此外，由三個與門電路組成存放器輸出控制

30、邏輯電路，該邏輯電路的功能是進行數據鎖存控制，當=0時，輸入數據被鎖存；當=1時，鎖存器的輸出跟隨輸入的數據。D/A轉換電路是一個R-2R T型電阻網絡，實現(xiàn)8位數據的轉換。對各引腳信號說明如下： V cc 芯片電源電壓, +5V+15VVREF 參考電壓, -10V+10V RFB 反應電阻引出端, 此端可接運算放大器輸出端AGND 模擬信號地DGND 數字信號地DI7 DI0 數字量輸入信號，其中: DI0為最低位，DI7為最高位圖6 DAC0832引腳圖圖7 DAC0832內部結構圖ILE 輸入鎖存允許信號, 高電平有效CS 片選信號, 低電平有效WR1 寫信號1，低電平有效當 ILE、

31、CS、WR1同時有效時, LE=1，輸入存放器的輸出隨輸入而變化WR1 , LE=0， 將輸入數據鎖存到輸入存放器。XFER 轉移控制信號，低電平有效WR2 寫信號2，低電平有效當XFER、WR2同時有效時, LE2=1，DAC存放器輸出隨輸入而變化；WR1 , LE=0，將輸入數據鎖存到DAC存放器，數據進入D/A轉換器，開始D/A轉換。IOUT1 模擬電流輸出端1當輸入數字為全1時, 輸出電流最大，約為：255VREF / 256RFB；全0時, 輸出電流為0。IOUT2 模擬電流輸出端2 IOUT1 + I OUT2 = 常數DAC0832與微機系統(tǒng)的連接單緩沖工作方式：所謂單緩沖方式就

32、是使0832的兩個輸入存放器中有一個處于直通方式，而另一個處于受控的鎖存方式，或者說兩個輸入存放器同時受控的方式。在實際應用中，如果只有一路模擬量輸出，或雖有幾路模擬量但并不要求同步輸出的情況，就可采用單緩沖方式，此時只需一次寫操作，就開始轉換，可以提高D/A的數據吞吐量。連接方式如圖8所示。圖8 DAC0832單緩沖工作方式雙緩沖工作方式：所謂雙緩沖方式，就是把DAC0832的兩個鎖存器都接成受控鎖存方式，其連接方式如圖9所示。圖9 DAC0832雙緩沖工作方式 由于兩個鎖存器分別占據兩個地址，因此在程序中需要使用兩條傳送指令，才能完成一個數字量的模擬轉換。假定輸入存放器地址為FEH，DAC

33、存放器地址為FFH。那么完成一次數/模轉換的程序段如下： MOV R0，#0FEH ；裝入輸入存放器地址 MOVX R0，A ；轉換數據送輸入存放器 INC R0 ；產生DAC存放器地址 MOVX R0 , A ；數據通過DAC存放器最后一條指令，外表上看來是把A中數據送DAC存放器，實際上這種數據轉送并不真正進行，該指令只是起到翻開DAC存放器使輸入存放器中數據通過的作用，數據通過后就去進行D/A轉換。2.6.3 AT24C02芯片概述 AT24C02是一個2K位串行CMOS E2PROM， 內部含有256個8位字節(jié)，CATALYST公司的先進CMOS技術實質上減少了器件的功耗。AT24C0

34、2有一個16字節(jié)頁寫緩沖器。該器件通過IC總線接口進行操作，有一個專門的寫保護功能。管腳配置，如圖10。圖10 管腳封裝極限參數工作溫度工業(yè)級-55 +125 商業(yè)級0 +75 貯存溫度-65 +150 各管腳承受電壓-2.0 Vcc+2.0V Vcc管腳承受電壓-2.0 +7.0V 封裝功率損耗Ta=25 1.0W 焊接溫度(10 秒) 300 輸出短路電流100mA 表4可靠性參數符號 參數 最小 最大 單位 參考測試模式 NEND 耐久性 1,000,000 周期/字節(jié) MIL-STD-883 測試方法1033 TDR 數據保存時間 100 年 MIL-STD-883 測試方法1008

35、VZAP ESD 2000 V MIL-STD-883 測試方法3015 ILTH 上拉電流 100 mA JEDEC 標準17 功能描述 AT24C02支持IC，總線數據傳送協(xié)議IC，總線協(xié)議規(guī)定任何將數據傳送到總線的器件作為發(fā)送器。任何從總線接收數據的器件為接收器。數據傳送是由產生串行時鐘和所有起始停止信號的主器件控制的。主器件和從器件都可以作為發(fā)送器或接收器，但由主器件控制傳送數據發(fā)送或接收的模式，通過器件地址輸入端A0、A1和A2可以實現(xiàn)將最多8個AT24C02器件連接到總線上。 管腳描述表5管腳描述管腳名稱 功能 A0 A1 A2 器件地址選擇 SDA 串行數據/地址 SCL 串行時

36、鐘 WP 寫保護 Vcc +1.8V 6.0V 工作電壓 Vss 地 SCL 串行時鐘 AT24C02串行時鐘輸入管腳用于產生器件所有數據發(fā)送或接收的時鐘，這是一個輸入管腳。 SDA 串行數據/地址 AT24C02 雙向串行數據/地址管腳用于器件所有數據的發(fā)送或接收，SDA 是一個開漏輸出管腳，可與其它開漏輸出或集電極開路輸出進行線或wire-OR。 A0、A1、A2 器件地址輸入端 這些輸入腳用于多個器件級聯(lián)時設置器件地址，當這些腳懸空時默認值為0。當使用AT24C02 時最大可級聯(lián)8個器件。如果只有一個AT24C02被總線尋址，這三個地址輸入腳A0、A1、A2 可懸空或連接到Vss，如果只

37、有一個AT24C02被總線尋址這三個地址輸入腳A0、A1、A2 必須連接到Vss。 WP 寫保護 如果WP管腳連接到Vcc，所有的內容都被寫保護只能讀。當WP管腳連接到Vss 或懸空允許器件進行正常的讀/寫操作。3 電源控制系統(tǒng)硬件設計按照系統(tǒng)的設計方案，本系統(tǒng)的硬件電路也采用分塊設計，現(xiàn)對其分塊進行詳細介紹。3.1 單片機控制模塊此模塊是整個系統(tǒng)的“大腦，主要負責電壓信號的控制輸出。如圖11。圖11 單片機控制電路3.2 D/A轉換模塊此模塊負責將單片機控制輸出的數字信號轉化為模擬信號輸出。如圖12。圖12 D/A轉換模塊3.3 鍵盤和顯示模塊圖13 鍵盤控制模塊圖14 顯示模塊3.4 數據

38、存儲模塊此模塊主要負責將S52主控芯片處理的數據存儲起來。如圖15。 圖15 數據存儲模塊3.5 電壓放大模塊這個模塊應用反相比例運算電路來實現(xiàn)。如圖16所示。圖16 同相比例運算電路3.6 穩(wěn)壓輸出模塊為了使系統(tǒng)輸出穩(wěn)定的電壓，加上一個穩(wěn)壓輸出電路。電路如圖17所示。圖17 穩(wěn)壓輸出電路至此，系統(tǒng)的分塊設計完成，可以進行整合。4 電路板板的手工制作4.1 PCB板制作前期準備 繪制原理圖圖18 系統(tǒng)整體電路圖 確定適宜的原件封裝確定元件封裝雖然是在原理圖繪制過程中完成，但對于PCB板的制作至關重要。PCB板中載入的PCB元件就是根據原理圖中確定的引腳封裝，從封裝庫中調出而形成的，因此原理圖元

39、件、原理圖元件的連接關系和PCB的引腳封裝、PCB板銅箔走線是一一對應的，只是二者的表達方式和側重點不同而已，原理圖采用“原理圖符號和清晰明了的連線來表達電路的工作原理和信號處理過程，重點在于表達電路的結構、功能，便于電路講解和分析。PCB板通過 “引腳封裝和實際銅箔導線來實現(xiàn)原理圖的具體功能，重點在于元件的安裝、焊接、調試等，所以在由原理圖繪制逐步轉入PCB板設計時，必須以原理圖為依據，接合原理圖綜合考慮PCB元件的布局和布線。 更改元件引腳封裝4.2 產生網絡表在Protel 的前期版本如Protel 98中，網絡表是原理圖和PCB板之間的聯(lián)系紐帶，正是通過網絡表，PCB編輯器才能從封裝庫

40、中調入和原理圖元件相對應的PCB元件引腳封裝，才知道各封裝焊盤之間的相互連接關系。而在Altium Designer中，并不一定要通過載入網絡表才能調入PCB元件封裝和網絡，但讀者可以通過網絡表查看各元件編號、參數是否正確，封裝是否適宜，元件之間的網絡連接關系是否正確等。4.3 新建PCB文件并規(guī)劃電路板 必須根據元件的多少、大小,以及電路板的外殼限制等因素確定電路板的尺寸大小，除用戶特殊要求外，電路板尺寸應盡量滿足電路板外形尺寸國家標準GB9316-88的規(guī)定。在確定電路板的尺寸大小后，就可新建PCB文件，并規(guī)劃電路板了，規(guī)劃電路板有二種方法：一種方法采用PCB板向導規(guī)劃，此方法快捷，易于操

41、作，是一種較為常用的方法。另一種為新建PCB文件后，在機械層手工繪制電路板邊框，在禁止布線層手工繪制布線區(qū)，標注尺寸，該方法比擬復雜，但靈活性較大，可以繪制較為特殊的電路板。4.4 載入元件封裝與網絡 Altium Designer實現(xiàn)了真正的雙向同步設計，元件封裝和網絡信息即可通過在原理圖編輯器中更新PCB文件來實現(xiàn)，也可通過在PCB編輯器中導入原理圖的變化來實現(xiàn)。本系統(tǒng)是利用系統(tǒng)提供的同步功能更新PCB編輯器的封裝和網絡。 4.5 元件布局元件布局有二種方法，一種為自動布局，該方法利用PCB編輯器的自動布局功能，按照一定的規(guī)那么自動將元件分布于電路板框內，該方法簡單方便，但由于其智能化程度

42、不高，不可能考慮到具體電路在電氣特性方面的不同要求，所以很難滿足實際要求；另一種為手工布局，設計者根據自身經驗、具體設計要求對PCB元件進行布局，該方法取決于設計者的經驗和豐富的電子技術知識，可以充分考慮電氣特性方面的要求，但需花費較多的時間。本系統(tǒng)采用二者結合的方法，先自動布局，形成一個大概的布局輪廓，然后根據實際需要再進行手工調整。 4.6 設置自動布線規(guī)那么布線也有二種方式：自動布線和手工布線，與自動布局和手工布局一樣，各有各的優(yōu)缺點，自動布線方便快捷，但不一定滿足電氣特性方面的要求。手工布線要求布線者具有較豐富的實際經驗，且工作量較大，耗時較多。所以本系統(tǒng)采用二者結合的方法，先進行自動

43、布線，然后手工修改不合理的導線，甚至可以采用先預布一定導線鎖定后，再采取自動布線與手工調整相結合的方法。 4.7 布線結果與3D效果圖圖19 布線圖圖20 3D效果圖5 系統(tǒng)程序設計5.1 系統(tǒng)整體程序設計方案為了與系統(tǒng)整體模塊化設計相符，本系統(tǒng)的程序設計也采用分塊設計，其整體程序框圖如圖20所示。系統(tǒng)初始化。從存儲芯片AT24C02中讀取數據。將存儲器重的數據讀出顯示，并送入D/A轉換器中。掃描鍵盤，查看輸入的步進電壓值，送入到S52處理芯片中。S52單片機初始化后調用按鍵子程序判斷是否有手動控制信號輸入，然后通過調用串行通信接收子程序讀取數據并送顯示，同時作出判斷是否應該執(zhí)行相應的輸出控制

44、，一次完整的巡回檢測完成。 圖21 系統(tǒng)整體程序框圖5.2 系統(tǒng)程序詳細設計 初始化程序初始化程序主要負責程序上電后的設置工作，主要功能是設置單片機的定時器T0、T1的工作方式及初值；串行通信方式；開中斷等。 主程序主程序主要是對存儲器數據進行讀取和掃描鍵盤。調用D/A轉換子程序，調用串行通信子程序。單片機主程序主要負責接收存儲器傳送過來的數據并通過LCD進行實時顯示，同時與原先內部設定的參數值進行比擬處理并根據比擬的結果對執(zhí)行機構發(fā)出相應的信號，并將數據進行存儲，其程序流程圖如圖21所示。圖22 單片機程序流程圖 按鍵子程序按鍵子程序主要是用來檢測是否有按鍵按下，并根據不同的信號作出不同的調

45、整，。當按鍵子程序開始運行時，就要給出一個判斷信號，判斷是否有按鍵按下，如果有就延時然后再進行檢測，如果還是檢測到有按鍵按下再延時后就可以進行按鍵分析了，這樣做的主要目的是為了防按鍵抖動。本系統(tǒng)設有3個按鍵，主要用來設置電壓步進值的加減，因此在確定有按鍵按下后要對其進行分析，根據不同的信號作出不同執(zhí)行不同的程序。按鍵子程序流程如圖22所示。圖23 按鍵子程序流程圖6 調試及性能測試6.1 硬件調試本系統(tǒng)采用的是模塊化設計，因此在硬件調試時我們也采用分塊調試，在所有模塊都沒有問題后進行再配合主程序進行總體調試。調試的過程主要分以下幾個局部：將數字萬用表調到二極管檔，檢測電路板上是否存在短路現(xiàn)象，

46、假設聽見“滴滴聲說明存在短路。經測試，電路板沒有短路后可以上電檢測。上電后用萬用表測量電路中的供電電壓是否在5V左右。假設供電電壓不夠，先檢查變壓器是否正常工作，然后再檢查橋式整流電路是否正確，最后再檢查7805是否能正常工作即可。2.5V之間就表示單片機在正常工作范圍之內；按下復位鍵時，用萬用表測量單片機的第9腳，是否為高電平，假設為高電平說明復位電路正常。同時測量第三十一腳是否為高電平。經測量，上電后18、19腳的電壓為2.23V，按下復位鍵，9腳、31腳的電壓為5.05V，說明單片機最小系統(tǒng)能正常運行。各個功能模塊的調測。D/A轉換模塊：按下電壓步進按鍵，看單片機能否接收到數據，同時結合

47、D/A轉換，看單片機能正常接收、處理、顯示當前電壓值。顯示模塊：給LCD送出信號，檢測它能否正常顯示。數據存儲模塊：通過相應的程序將數據送存儲器后，按下相關的按鍵，看顯示局部能否顯示預計要提取的數據，到達檢測的目的。穩(wěn)壓輸出模塊：將輸出端口接到示波器，看輸出電壓波形是否穩(wěn)定，改變電壓時波形是否有跳變等情況。假設有，那么穩(wěn)壓正常工作。6.2 軟件調試源程序編譯及仿真調試應分段或以子程序為單位一個一個進行，最后可結合硬件進行硬件的正確性檢驗。軟件調試到能顯示電壓值，而且在按下電壓步進按鍵時顯示電壓能改變并且能對執(zhí)行模塊發(fā)出相應信號就根本完成。6.3 性能測試經測試，本系統(tǒng)比擬穩(wěn)定可靠。其實際性能指

48、標如表6所示。表6 實際性能指標性能指標測量條件測量結果測量儀表全程輸出電壓DM-311型數字萬用表負載電流 =5V, =25206mA過流保護 330mA6.4 測試結果測試結果如表7所示。表7 測試結果預置電壓V顯示電壓V測量電壓V12357897 總結與展望本論文主要設計并實現(xiàn)了一種基于S52單片機的數控直流穩(wěn)壓源系統(tǒng)。針對現(xiàn)代工業(yè)生產的高精度要求，本文運用目前較為流行且成熟的單片機控制技術，設計并建立了一套結構簡單、性能可靠、性價比高的系統(tǒng)。一方面使對恒壓直流的數字控制更為方便、易于操作，到達了自動化的要求；另一方面對單片機的應用進行了擴展，對于單片機在其他生產領域的應用也有一定得借鑒

49、作用。雖然本系統(tǒng)完成了初步設想，實現(xiàn)其功能要求，但仍然存在很多問題。這些問題只有在未來的實際運用中慢慢解決。參考文獻2 趙亮,侯國銳.單片機C語言編程與實例 M.北京：人民郵電出版社3 潘曉寧,朱耀東,楊敏.單片機程序設計教程 M.北京：清華大學出版社2021,65-984 譚浩強.C程序設計第三版M.北京：清華大學出版社，2005 5 閻石.數字電子技術根底第四版M.北京：高等教育出版社，1999 .15-3376 康華光，陳大欽.模擬電子技術根底第四版M.北京：高等教育出版社，1999 .57-1587 沈元隆，劉陳.電路分析M.北京：人民郵電出版社8 HYPERLINK :/ amazo

50、n /mn/searchApp?searchWord=);%252C%12 顧德英， HYPERLINK :/ amazon /mn/searchApp?searchWord=2ND61F 羅云林， HYPERLINK :/ amazon /mn/searchApp?searchWord=2%5d:W+%1A 馬淑華.計算機控制技術 (第2版)M.北京：北京郵電大學出版社，2021 .23-1799 北京三恒星科技公司.Altium Designer 6 M.北京：電子工業(yè)出版社，2007 10 祝建科 .簡易數控直流電源設計探討J.中小企業(yè)管理與科技，2021,(24)11 陳學清,黃世震.

51、一種新型數控直流穩(wěn)壓電源的設計J.通信電源技術，2006, (23 ):55-59 12 王超,黃顯高.高速數據采集系統(tǒng)的電源設計研究J.西安郵電學院報，2021, (5):35-3913 楊秀增,黃燦勝. HYPERLINK :/ cqvip /qk/98233A/202109/31467871.html 基于Nios的高精度數控直流穩(wěn)壓電源設計J.電子設計工程，2021,(19):46-5114 曾素瓊. HYPERLINK :/ cqvip /qk/90340X/202113/31166958.html 基于AT89C52和IW1692的智能開關電源設計與研究 J.低電壓器，2021,(

52、13):76-80 15 覃南強,林新.線性直流穩(wěn)壓電源設計 J.中國科技博覽 ，2021,(23)：78-82 目 錄 TOC o 1-2 h z u HYPERLINK l _Toc262955249 1 緒論 PAGEREF _Toc262955249 h 3 HYPERLINK l _Toc262955250 1.1 數控直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)概述 PAGEREF _Toc262955250 h 3 HYPERLINK l _Toc262955251 1.2 課題的提出 PAGEREF _Toc262955251 h 3 HYPERLINK l _Toc262955252 1.3 本課題設計

53、意義及內容 PAGEREF _Toc262955252 h 4 HYPERLINK l _Toc262955253 2 系統(tǒng)總體設計及元器件選型 PAGEREF _Toc262955253 h 6 HYPERLINK l _Toc262955254 2.1 系統(tǒng)工作原理 PAGEREF _Toc262955254 h 6 HYPERLINK l _Toc262955255 2.2 系統(tǒng)方案設計 PAGEREF _Toc262955255 h 6 HYPERLINK l _Toc262955256 2.3 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境 PAGEREF _Toc262955256 h 7 HYPERLINK l _Toc262955257 2