单片机的数控直流电源设计
1.1 引言 1
1.2 直流电源的发展 1
第二章 方案的选择与系统原理设计 2
2.1 方案选择 2
2.2 设计思想 2
2.3 系统功能 2
2.4 系统框图 3
第三章 系统硬件平台设计 3
3.1 相关芯片介绍 3
3.2 具体硬件电路的实现 5
第四章 系统软件平台设计框架 10
4.1 软件设计 10
4.2 软件流程图 10
第五章 仿真测试 12
5.1 Proteus仿真 12
5.2 硬件调试 14
5.3 测试结果 14
第六章 结束语与展望 15
参考文献 16
致谢词 16
附录A：总体电路图 17
附录B：实物图 18
附录C：软件实现程序 19
第一章 绪论
1.1 引言
电源是各种电子设备的重要组成部分，其性能的优劣直接影响到整个系统的安全性与可靠性。随着电子信息产业的迅速发展，电子设备对电源要求越来越高，普通电源的精确度不高，功率密度较低，带负载能力不强，体积大，操作繁琐，工作不稳定等电源在使用时造成很多不良后果。数字化能够减少操作过程中的不确定因素和人为参与的环节，因此简单的数控稳压电源，是顺应电子器件发展的必然趋势。常见的直流稳压电源，大多采用串联式稳压电路构成，通过调整输出端取样电阻支路上的电位器来调整输出电压的。由于电位器阻值非线性变化和调整范围窄的缺点，使普通直流稳压电源的难以实现高精度输出。本文提出了一种基于AT89C51单片机的数控直流电源，该电源由直流电源、按键电路 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
、显示电路、数模转换电路、输出电路等部分组成。输出电压值由键盘输入控制，数码管显示输出电压值。该设计克服了传统直流稳压电的稳定性低和不便设置及调整的缺点并且调整简便、输出稳定和读数直观。该设计主要是利用AT89C51芯片，DAC0832串行接口8位数字/模拟转换器、LM358芯片实现的。
1.2 直流电源的发展
直流稳压电源作为电子技术常用的仪器设备之一,应用于教学、科研等众多领域，是电子人员及电路开发部门进行实验和科学研究所不可缺少的电子仪器。在实验中，通常都需要电压输出稳定的直流电源来供电，而在我们实际生活中电源往往都是由220V 的交流电网供电，那么这就需要通过变压、整流、滤波、稳压电路将交流电转换成输出稳定的直流电。然而传统的直流稳压电源电压的调节通常是采用电位器和波段开关来实现的,并通过电压表指示电压值的大小. 因此,电压的调整精度不高,读数不直观,电位器也易受损。而基于单片机控制的直流稳压电源能较好地客服传统稳压电源的不足，并且数控直流电源与传统稳压电源相比，具有调整简便、输出稳定和读数直观的特点。
随着科学技术的迅速发展，人们对物质要求也越来越来高，特别是一些高新技术产品。作为当今人们生活中普遍存在的电子商品——电源，自上世纪九十年代末起得到迅速发展。随着人们对系统更高效率和更低功耗的需求，电子产品的不断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。直流/直流电源行业正面临着新的挑战。
数控直流电源是电源技术里一门实践性很强工程技术，它应用于各行各业，随着电子信息产业的迅速发展，给电力电子提供了广阔的发展前景，同时电子设备对电源要求越来越高，普通电源的精确度不高，功率密度较低，带负载能力不强，体积大，操作繁琐，工作不稳定等电源在使用时造成很多不良后果。数字化能够减少操作过程中的不确定因素和人为参与的环节，因此简单的数控稳压电源，是顺应电子器件发展的必然趋势。
第二章 方案的选择与系统原理设计
2.1 方案选择
该课题主要有两种方案：
方案一：采用各类数字电路来组成键盘控制系统对信号进行处理，如选用CPLD等可编程逻辑器件。该方案电路复杂，灵活性不高，效率低，不利于系统的扩展，对信号处理比较困难。
方案二：采用单片机作为整机的控制单元，通过改变DAC0832的输入数字量来改变输出电压值，从而使输出功率管的基极电压发生变化，间接改变输出电压的大小。该系统比较灵活，采用软件来解决数据的预置及电压的步进控制，使系统硬件更加简洁，各类功能易于实现，能够满足题目的要求。
比较以上两种方案，方案一数控部分采用中、小规模器件实现，使用芯片较多，造成控制电路内部接口信号繁琐，相互干扰，抗干扰能力差。方案二简洁、灵活、可扩展性好，能很好满足题目的设计要求，因此采取方案二来实现。
2.2 设计思想
单片机控制系统是整个控制系统的核心，它完成整个系统的信息处理及协调功能。采用单片机不但方便监控，并且很大部分的减少了硬件部分的设计。本次我们选用的是Atmel公司生产的ATC89C51芯片；是一种低电压、低功耗、高性能的CMOS 8位单片机芯片。以C51单片机系统为控制核心，稳压驱动放大电路、过流保护电路为外围的硬件系统，在检测与控制软件的支持下实现对电压输出的数字控制，通过对稳压电源输出的电压进行数据采样与给定数据比较，从而调整和控制稳压电源的工作状态及监测开关电路的输出电流大小。数控直流稳压电源主要包括四部分：数字控制部分、键盘显示部分、D/A转换部分和稳压电路部分。在ATC89C51中P2.0—P2.7是数码管的段选；P3.0和P3.1是数码管的位选。
2.3 系统功能
系统输出电压范围为0～＋9.9V，步进0.1V，输出电流为500mA，输出电压分为100个档位，从00-99；可任意调到要求的一档输出电压，并用七段数码管显示。 由键盘控制档位的步进增减，以控制输出电压的步进增减。键盘设有0～9十个键以及复位键，步进增减0.1V两个键和确认键。该系统有过流保护功能，过电流时软硬件保护电路开始工作，产生中断信号使档位置“0”，从而使输出电压值为0。同时，该设计可预置电压值，显示值和输出可连续增减，禁止9.9V~0V和0V~9.9V跳变。
2.4 系统框图
硬件系统框图如图2.1所示。
图2.1 数控稳压电源硬件系统框图
第三章 系统硬件平台设计
3.1 相关芯片介绍
3.1.1 ATC89C51芯片介绍
ATC89C51引脚图如图3.1所示。AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器的低电压、高性能CMOS 8位微处理器。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。它可与MCS-51兼容，其全静态工作频率为0Hz-24MHz，具有128×8位内部RAM，32可编程I/O线。
图3.1 ATC89C51引脚
3.1.2 DAC0832芯片介绍
DAC0832引脚图如图3.2所示。DAC0832是一个8位D/A转换器，有8个输入端（其中每个输入端是8位二进制的一位），一个模拟输出端。在本设计中要求电压输出范围是0.0V～9.9V，步进0.1V，共有100种状态，8位字长的D/A转换器DAC0832具有2^8=256种状态，因此能满足该设计要求。
1.2 直流电源的发展 1
第二章 方案的选择与系统原理设计 2
2.1 方案选择 2
2.2 设计思想 2
2.3 系统功能 2
2.4 系统框图 3
第三章 系统硬件平台设计 3
3.1 相关芯片介绍 3
3.2 具体硬件电路的实现 5
第四章 系统软件平台设计框架 10
4.1 软件设计 10
4.2 软件流程图 10
第五章 仿真测试 12
5.1 Proteus仿真 12
5.2 硬件调试 14
5.3 测试结果 14
第六章 结束语与展望 15
参考文献 16
致谢词 16
附录A：总体电路图 17
附录B：实物图 18
附录C：软件实现程序 19
第一章 绪论
1.1 引言
电源是各种电子设备的重要组成部分，其性能的优劣直接影响到整个系统的安全性与可靠性。随着电子信息产业的迅速发展，电子设备对电源要求越来越高，普通电源的精确度不高，功率密度较低，带负载能力不强，体积大，操作繁琐，工作不稳定等电源在使用时造成很多不良后果。数字化能够减少操作过程中的不确定因素和人为参与的环节，因此简单的数控稳压电源，是顺应电子器件发展的必然趋势。常见的直流稳压电源，大多采用串联式稳压电路构成，通过调整输出端取样电阻支路上的电位器来调整输出电压的。由于电位器阻值非线性变化和调整范围窄的缺点，使普通直流稳压电源的难以实现高精度输出。本文提出了一种基于AT89C51单片机的数控直流电源，该电源由直流电源、按键电路 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
、显示电路、数模转换电路、输出电路等部分组成。输出电压值由键盘输入控制，数码管显示输出电压值。该设计克服了传统直流稳压电的稳定性低和不便设置及调整的缺点并且调整简便、输出稳定和读数直观。该设计主要是利用AT89C51芯片，DAC0832串行接口8位数字/模拟转换器、LM358芯片实现的。
1.2 直流电源的发展
直流稳压电源作为电子技术常用的仪器设备之一,应用于教学、科研等众多领域，是电子人员及电路开发部门进行实验和科学研究所不可缺少的电子仪器。在实验中，通常都需要电压输出稳定的直流电源来供电，而在我们实际生活中电源往往都是由220V 的交流电网供电，那么这就需要通过变压、整流、滤波、稳压电路将交流电转换成输出稳定的直流电。然而传统的直流稳压电源电压的调节通常是采用电位器和波段开关来实现的,并通过电压表指示电压值的大小. 因此,电压的调整精度不高,读数不直观,电位器也易受损。而基于单片机控制的直流稳压电源能较好地客服传统稳压电源的不足，并且数控直流电源与传统稳压电源相比，具有调整简便、输出稳定和读数直观的特点。
随着科学技术的迅速发展，人们对物质要求也越来越来高，特别是一些高新技术产品。作为当今人们生活中普遍存在的电子商品——电源，自上世纪九十年代末起得到迅速发展。随着人们对系统更高效率和更低功耗的需求，电子产品的不断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。直流/直流电源行业正面临着新的挑战。
数控直流电源是电源技术里一门实践性很强工程技术，它应用于各行各业，随着电子信息产业的迅速发展，给电力电子提供了广阔的发展前景，同时电子设备对电源要求越来越高，普通电源的精确度不高，功率密度较低，带负载能力不强，体积大，操作繁琐，工作不稳定等电源在使用时造成很多不良后果。数字化能够减少操作过程中的不确定因素和人为参与的环节，因此简单的数控稳压电源，是顺应电子器件发展的必然趋势。
第二章 方案的选择与系统原理设计
2.1 方案选择
该课题主要有两种方案：
方案一：采用各类数字电路来组成键盘控制系统对信号进行处理，如选用CPLD等可编程逻辑器件。该方案电路复杂，灵活性不高，效率低，不利于系统的扩展，对信号处理比较困难。
方案二：采用单片机作为整机的控制单元，通过改变DAC0832的输入数字量来改变输出电压值，从而使输出功率管的基极电压发生变化，间接改变输出电压的大小。该系统比较灵活，采用软件来解决数据的预置及电压的步进控制，使系统硬件更加简洁，各类功能易于实现，能够满足题目的要求。
比较以上两种方案，方案一数控部分采用中、小规模器件实现，使用芯片较多，造成控制电路内部接口信号繁琐，相互干扰，抗干扰能力差。方案二简洁、灵活、可扩展性好，能很好满足题目的设计要求，因此采取方案二来实现。
2.2 设计思想
单片机控制系统是整个控制系统的核心，它完成整个系统的信息处理及协调功能。采用单片机不但方便监控，并且很大部分的减少了硬件部分的设计。本次我们选用的是Atmel公司生产的ATC89C51芯片；是一种低电压、低功耗、高性能的CMOS 8位单片机芯片。以C51单片机系统为控制核心，稳压驱动放大电路、过流保护电路为外围的硬件系统，在检测与控制软件的支持下实现对电压输出的数字控制，通过对稳压电源输出的电压进行数据采样与给定数据比较，从而调整和控制稳压电源的工作状态及监测开关电路的输出电流大小。数控直流稳压电源主要包括四部分：数字控制部分、键盘显示部分、D/A转换部分和稳压电路部分。在ATC89C51中P2.0—P2.7是数码管的段选；P3.0和P3.1是数码管的位选。
2.3 系统功能
系统输出电压范围为0～＋9.9V，步进0.1V，输出电流为500mA，输出电压分为100个档位，从00-99；可任意调到要求的一档输出电压，并用七段数码管显示。 由键盘控制档位的步进增减，以控制输出电压的步进增减。键盘设有0～9十个键以及复位键，步进增减0.1V两个键和确认键。该系统有过流保护功能，过电流时软硬件保护电路开始工作，产生中断信号使档位置“0”，从而使输出电压值为0。同时，该设计可预置电压值，显示值和输出可连续增减，禁止9.9V~0V和0V~9.9V跳变。
2.4 系统框图
硬件系统框图如图2.1所示。
图2.1 数控稳压电源硬件系统框图
第三章 系统硬件平台设计
3.1 相关芯片介绍
3.1.1 ATC89C51芯片介绍
ATC89C51引脚图如图3.1所示。AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器
图3.1 ATC89C51引脚
3.1.2 DAC0832芯片介绍
DAC0832引脚图如图3.2所示。DAC0832是一个8位D/A转换器，有8个输入端（其中每个输入端是8位二进制的一位），一个模拟输出端。在本设计中要求电压输出范围是0.0V～9.9V，步进0.1V，共有100种状态，8位字长的D/A转换器DAC0832具有2^8=256种状态，因此能满足该设计要求。
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