基于单片机的数控直流稳压电源【字数：8390】
摘 要本文以“基于STC12单片机的数控直流稳压电源”作为研究课题，设计了一款能够实现对输入的直流电压进行稳压输出功能的开关电源系统，能够实现对输入电压的降压整流并且用户可以通过按键对输出电压进行灵活设置，与此同时系统还能够对系统的输出功率进行实时监测，当出现过载等现象时能够实现一定的保护机制，将输出的电压信号能够通过液晶屏进行显示，所有的预期功能指标都得到了实现，整个系统的设计内容主要分为硬件和软件两个层面。在硬件系统的设计方面，本数控直流稳压电源系统将这款STC12C5A60S2单片机植入到硬件电路的核心位置，通过它来对片外所有的芯片和传感器进行驱动，使得这些功能电路发挥功能，并将工作过程中需要处理的数据在STC12C5A60S2单片机芯片内部进行运算。在软件系统的设计方面，本数控直流稳压电源系统以KEIL软件作为开发环境，通过C语言构建数控直流稳压电源系统的程序代码，通过最终的机器语言代码实现对主控微处理器的控制，从而实现对片外功能模块的驱动。经过多次的测试后，本数控直流稳压电源系统的工作状态都表现的非常稳定，能够正常的执行所有功能，非常适合推向市场进行推广。
目录
引言 1
一、 数控直流稳压电源的方案设计 2
二、 系统硬件设计 3
（一） 数控直流稳压电源主控电路设计 3
（二） BUCK开关降压电路设计 5
（三） 输出电压采集电路设计 6
（四） LCD1602显示电路设计 7
（五） 过载保护开关电路设计 8
三、 系统软件设计 10
（一） 数控直流稳压电源的主程序流程设计 10
（二） 模拟电压采集子程序流程设计 10
（三） 参数显示子程序设计 11
（四） 过载保护开关控制子程序流程设计 12
四、 实物制作与调试 14
总结 17
致谢 18
参考文献 19
附录一 原理图 20
附录二 PCB图 21
附录三 元件列表 22
附录四 程序 23
引言
最初数控直流稳压电源系统的结构功能非常简单，只能够进行简 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
单的信号接收或者中低速的信号比较等一些初级运算，很难能够实现一些复杂的逻辑运算，从而也就无法实现一些需要借助高运算能力作为前提条件的智能功能，此时的数控直流稳压电源系统内部电路大部分结构由晶体管等一些基本元器件来进行搭建，由于在电路布局时这些分散的器件之间需要隔开一定的空间间隙，因此在元器件较多时，整个数控直流稳压电源系统内部的外部体积非常大，所以外部的温度环境因素很容易干扰到系统内部电路的正常工作。现如今的数控直流稳压电源系统已经发展到了数据处理高速化、性能功能智能化以及电路密度集成化的阶段，整个内部电路架构以高速数字处理芯片作为内部核心，通过具有32位数据处理能力的微处理器芯片实现对整个系统的控制，对于接收信号全部采用数字化处理，由于数字信号比模拟信号具有更高的防干扰优点，所以数控直流稳压电源系统在整个处理过程能够保持低误码率、高正确率的功能执行。通过对当前市面上大多数数控直流稳压电源系统进行观察和资料翻阅后可以发现，在数控直流稳压电源系统发展到当今这个阶段，内部微处理器芯片自身的性能、传感器的性能以及内部程序代码的高效性三个因素决定着数控直流稳压电源系统的关键核心功能，要实现性能更高的系统，需要同时满足这些条件。现如今的数控直流稳压电源系统已经实现了大规模的数字化，很少有设计者会再采用传统的模拟电路架构，全数字化架构的优点非常显著，对于系统本身来说，工作性能稳定，极少可能会受到外部环境因素的影响；系统的功能优化非常容易实现，只需要对微处理器芯片内部的程序代码进行重新烧录即可快速的实现产品的更新换代或者缺陷修复，本课题就将以这种数字式的数控直流稳压电源系统作为研究对象，设计一款满足课题要求的系统。
通过对市场上大多数的数控直流稳压电源系统产品的发展现状来看，大多数高性能产品的核心技术都来自于国外进口，少部分的国内产品也能够实现较为高端的性能，与此同时国内技术在这段时间处于飞速发展的状态，国内外大多数的研发厂家和爱好者都越来越喜欢采用32位微处理器（STM32、ARM7以及ARM9等）芯片来作为主控部分，并且选用性能更加强大的传感器来采集信号，从而实现性能更为强大的数控直流稳压电源系统。根据前不久的一份调查报告显示，市面上的数控直流稳压电源系统相关产品的研发成本和市场售价正在呈现出逐渐下降的趋势，而整体的性能正在不断上升，这对于使用者或者购买者来说是受益的。国内的相关研发团队表示，他们正在对数控直流稳压电源系统的核心研发技术进行攻坚克难，在掌握越来越多的核心技术后，使得他们的研发成本不再受限于国外的专利权所限制，这就使得国内产品的竞争力越来越强。
数控直流稳压电源的方案设计
本次毕业设计将要实现的是一款能够实现高清显示参数、模数转换和继电器控制的单片机控制系统，将采用STC12C5A60S2单片机来作为控制器，在设计方案方面采用了自上而下的设计思路，即将所有要实现的预期功能指标划分成单独的功能模块，通过对各个功能模块的分别设计，最后按照下图1中的架构连接关系实现汇总，如下图1的架构框图所示，STC12C5A60S2单片机最小系统将作为核心部分，其周围的各个功能模块的作用可以描述为：
系统外部的输入电压送入到BUCK开关电路后，通过单片机输出PWM波控制BUCK开关电路中开关管的启闭状态实现对输出电压的降压。
通过A/D模块对输出电压值进行采集并将采集结果送入单片机中，使得系统构成一个负反馈环路，从而单片机能够根据目标输出电压值调整PWM波的占空比，使得输出电压得到稳定。
为了实现当出现过载情况时的系统保护功能，配置了继电器开关电路实现对输出电压的启闭控制，当出现该在情况时切断继电器开关，停止输出电压。
为了实现能够将数控直流稳压电源系统检测到的输出电压、输出功率等工作参数通过高清晰度液晶显示效果展示出来，选用了LCD1602液晶屏配置了显示电路。
设计BUCK型开关电路，能够通过PWM波作为输入信号实现对该电路输入电压的降压作用，使得输出电压与PWM波的占空比成正比。
6、能够将BUCK型开关电路输出的模拟电压值换算成高分辨率的数字信号，通过该模块对输出系统输出电压进行检测，并将检测结果送入单片机，单片机内部能够得到较为准确的待测电压值，从而使得系统获得负反馈调节的采样信号。
目录
引言 1
一、 数控直流稳压电源的方案设计 2
二、 系统硬件设计 3
（一） 数控直流稳压电源主控电路设计 3
（二） BUCK开关降压电路设计 5
（三） 输出电压采集电路设计 6
（四） LCD1602显示电路设计 7
（五） 过载保护开关电路设计 8
三、 系统软件设计 10
（一） 数控直流稳压电源的主程序流程设计 10
（二） 模拟电压采集子程序流程设计 10
（三） 参数显示子程序设计 11
（四） 过载保护开关控制子程序流程设计 12
四、 实物制作与调试 14
总结 17
致谢 18
参考文献 19
附录一 原理图 20
附录二 PCB图 21
附录三 元件列表 22
附录四 程序 23
引言
最初数控直流稳压电源系统的结构功能非常简单，只能够进行简 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
单的信号接收或者中低速的信号比较等一些初级运算，很难能够实现一些复杂的逻辑运算，从而也就无法实现一些需要借助高运算能力作为前提条件的智能功能，此时的数控直流稳压电源系统内部电路大部分结构由晶体管等一些基本元器件来进行搭建，由于在电路布局时这些分散的器件之间需要隔开一定的空间间隙，因此在元器件较多时，整个数控直流稳压电源系统内部的外部体积非常大，所以外部的温度环境因素很容易干扰到系统内部电路的正常工作。现如今的数控直流稳压电源系统已经发展到了数据处理高速化、性能功能智能化以及电路密度集成化的阶段，整个内部电路架构以高速数字处理芯片作为内部核心，通过具有32位数据处理能力的微处理器芯片实现对整个系统的控制，对于接收信号全部采用数字化处理，由于数字信号比模拟信号具有更高的防干扰优点，所以数控直流稳压电源系统在整个处理过程能够保持低误码率、高正确率的功能执行。通过对当前市面上大多数数控直流稳压电源系统进行观察和资料翻阅后可以发现，在数控直流稳压电源系统发展到当今这个阶段，内部微处理器芯片自身的性能、传感器的性能以及内部程序代码的高效性三个因素决定着数控直流稳压电源系统的关键核心功能，要实现性能更高的系统，需要同时满足这些条件。现如今的数控直流稳压电源系统已经实现了大规模的数字化，很少有设计者会再采用传统的模拟电路架构，全数字化架构的优点非常显著，对于系统本身来说，工作性能稳定，极少可能会受到外部环境因素的影响；系统的功能优化非常容易实现，只需要对微处理器芯片内部的程序代码进行重新烧录即可快速的实现产品的更新换代或者缺陷修复，本课题就将以这种数字式的数控直流稳压电源系统作为研究对象，设计一款满足课题要求的系统。
通过对市场上大多数的数控直流稳压电源系统产品的发展现状来看，大多数高性能产品的核心技术都来自于国外进口，少部分的国内产品也能够实现较为高端的性能，与此同时国内技术在这段时间处于飞速发展的状态，国内外大多数的研发厂家和爱好者都越来越喜欢采用32位微处理器（STM32、ARM7以及ARM9等）芯片来作为主控部分，并且选用性能更加强大的传感器来采集信号，从而实现性能更为强大的数控直流稳压电源系统。根据前不久的一份调查报告显示，市面上的数控直流稳压电源系统相关产品的研发成本和市场售价正在呈现出逐渐下降的趋势，而整体的性能正在不断上升，这对于使用者或者购买者来说是受益的。国内的相关研发团队表示，他们正在对数控直流稳压电源系统的核心研发技术进行攻坚克难，在掌握越来越多的核心技术后，使得他们的研发成本不再受限于国外的专利权所限制，这就使得国内产品的竞争力越来越强。
数控直流稳压电源的方案设计
本次毕业设计将要实现的是一款能够实现高清显示参数、模数转换和继电器控制的单片机控制系统，将采用STC12C5A60S2单片机来作为控制器，在设计方案方面采用了自上而下的设计思路，即将所有要实现的预期功能指标划分成单独的功能模块，通过对各个功能模块的分别设计，最后按照下图1中的架构连接关系实现汇总，如下图1的架构框图所示，STC12C5A60S2单片机最小系统将作为核心部分，其周围的各个功能模块的作用可以描述为：
系统外部的输入电压送入到BUCK开关电路后，通过单片机输出PWM波控制BUCK开关电路中开关管的启闭状态实现对输出电压的降压。
通过A/D模块对输出电压值进行采集并将采集结果送入单片机中，使得系统构成一个负反馈环路，从而单片机能够根据目标输出电压值调整PWM波的占空比，使得输出电压得到稳定。
为了实现当出现过载情况时的系统保护功能，配置了继电器开关电路实现对输出电压的启闭控制，当出现该在情况时切断继电器开关，停止输出电压。
为了实现能够将数控直流稳压电源系统检测到的输出电压、输出功率等工作参数通过高清晰度液晶显示效果展示出来，选用了LCD1602液晶屏配置了显示电路。
设计BUCK型开关电路，能够通过PWM波作为输入信号实现对该电路输入电压的降压作用，使得输出电压与PWM波的占空比成正比。
6、能够将BUCK型开关电路输出的模拟电压值换算成高分辨率的数字信号，通过该模块对输出系统输出电压进行检测，并将检测结果送入单片机，单片机内部能够得到较为准确的待测电压值，从而使得系统获得负反馈调节的采样信号。
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