stc89c51单片机的数控直流电源设计
摘 要本课题对当前大量数控直流稳压电源相关产品的普遍性能做了一个总体调查后发现，在使用性能以及产品成本方面还有一段很大的空间可以上升，尤其是在功率消耗方面，因此本文选用了STC89C51单片机来作为控制器芯片，结合了 等核心器件，设计了一款数控直流稳压电源控制系统，可以实现能够实现1~3.3V直流电压以及最大3A的电流输出，输出电压可通过电位器旋钮灵活调节，为了保证用电安全，系统还设置了安全报警功能，当输出电压超过设定的安全值时，蜂鸣器将发出报警信号。在软件上使用了C语言进行程序代码编写，经过了大量的仿真测试得出系统中软硬件实现了良好的兼容，并且系统实现了课题预期确立的所有功能指标。将这款数控直流稳压电源控制系统投入批量生产，可以改善市场上现有产品的总体性能，并能够快速赢得消费用户的青睐。
目录
一、 引言 1
（一） 直流稳电压电源的发展背景 1
（二） 直流稳压电源控制系统的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 控制器的选取 3
（二） STC89C51单片机简要介绍 3
（三） AD采样芯片简介 4
（四） LCD1602显示器概述 5
三、 硬件系统设计 6
（一） 硬件结构框图设计 6
（二） STC89C51单片机最小系统设计 6
1. 复位电路设计 6
2. 时钟电路设计 7
（三） LM2596直流稳压电源模块电路设计 7
（四） AD采样芯片电路设计 8
（五） 显示器电路设计 9
（六） 报警器电路设计 9
（七） 按键电路设计 10
四、 软件系统设计 11
（一） 软件工作流程设计 11
（二） AD转换工作流程设计 12
1. 启动指令 12
2. 通道选择指令 12
3. 读取指令 13
（三） 显示器工作流程设计 13
五、 实物展示 15
（一） 硬件调试 15
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1. 实物展示 15
2. 电压输出显示 16
3. 报警电压设置 16
（二）问题总结 17
总 结 18
参考文献 19
致 谢 20
附录一 原理图 21
附录二 PCB 22
附录三 元件列表 23
附录四 程序 24
引言
直流稳电压电源的发展背景
本课题将要设计的这款直流稳压电源控制系统是一种使用微处理器来控制的电子系统，所谓的基于51单片机的直流稳压电源控制系统指的是在硬件结构上以51单片机作为核心部分，通过单片机对芯片外部的硬件稳压芯片、按键模块以及显示屏等部分的驱动，实现整个系统的良好工作，这就是我们经常说的基于51单片机的直流稳压电源控制系统。传统意义上的直流稳压电源系统全部采用笨重的电子元器件结构来完成，这种传统式直流稳压电源系统所表现出的特点也是非常显著的，由于全部采用笨重的传统电子器件来组成整个系统框架，因此在外观上是非常庞大的，在使用过程中由于笨重的传统电子器件存在不可避免的摩擦和老损，因此需要定期地进行维护或者部件更换，另外由于全部采用传统电路结构，因此一旦投入使用就很难有办法进行功能升级或者系统优化，只能一直使用到报废，这就是传统直流稳压电源系统的典型特点。随着科学技术的飞速发展以及电子技术的空前的全民化，人们已经越来越不能满足于这种传统直流稳压电源系统所能实现的功能，于是诸多开发人员以及相关传统企业开始了对基于单片机的直流稳压电源控制系统的开发与设计，由于单片机具有多管脚以及可编程等重要特性，其多管脚特点使得它可以同时对多种模块（按键、报警器以及液晶屏等）进行驱动，更加重要的是由于单片机能够实现程序编程，因此即使将产品推向市场，也不耽误直流稳压电源产品的再升级，只需要通过程序代码的改写以及重新烧写就可以实现直流稳压电源控制系统的二次甚至多次升级，另外由于这种电子式直流稳压电源系统全部采用芯片来完成各项功能，因此在批量生产后可以大幅度地降低生产成本，使得直流稳压电源控制系统表现出非常高的性价比。因为大学期间对于单片机的知识掌握比较充分，并且之前通过老师对门课题有过较深入探讨与了解，而且有过对相关课题的设计经验再结合其他课程的知识能够较好的完成这个课题。通过再三的研究与考虑最终本课题采用单片机芯片来实现一款直流稳压电源控制系统。
直流稳压电源控制系统的国内外发展现状
电子式直流稳压电源系统在国内外目前都已实现了全面化，由于各大企业对于生产直流稳压电源系统产品的技术已经趋于成熟，而要实现更高的性能，还有很大的一段上升空间，因为随着微处理器技术的不断发展，64位处理器即将横空出世，一旦64位微处理器技术成熟并投向市场，将这种更高性能的微处理器替换掉目前的16位或者32位芯片，将能够快速地淘汰掉现有产品，到那时基于单片机的直流稳压电源控制系统将能够实现更好的直流电压可控精度以及稳定度等功能，目前国内外所能实现的最先进直流稳压电源系统是32位的，大多采用ARM架构来实现，前不久美国芝加哥大学的一个兴趣小组采用了CM3架构微处理器作为主控，实现了一款纹波分量远低于0.05%的直流稳压电源系统，这款系统的推出实现了高质量以及高精度的电压输出功能，同时也标志着为了实现更高性能的直流稳压电源系统我们有很长一段路要走。
本文主要研究内容
在对数控直流稳压电源控制系统的发展背景以及国内外的研究现状进行了简要的介绍后，下面对本文的结构安排进行阐述，以便于更加清晰的对本系统的设计过程进行展现。论文的第一章是引言章节，该章节主要对数控直流稳压电源控制系统的发展背景等进行了介绍，并通过对设计现状的对比确立了本系统的设计目标；在接下来的第二章，将对系统的总体设计方案进行设计，包括对几种常用控制器的对比，并对所要使用的元器件进行了简要介绍；在对主控器件以及外围元器件进行确立后，文章第三章将对硬件系统进行设计，通过Altium designer绘制了相关模块的电路原理图从而进行设计思路的讲解；硬件系统设计完毕后，第四章开始对系统的软件部分进行设计，并通过Visio软件绘制了相应的软件流程图，下面为本课题将要实现的功能和指标：
1）能实现51单片机最小系统的设计，实现对ADC0832模数转换器、液晶屏、降压稳压模块以及按键等模块的驱动；
2）能实现51单片机对液晶屏的驱动，实现对系统输出电压以及报警电压的显示；
3）能够实现13.3V直流电压的稳定输出，最大输出电流可达到3A ；
4）具有报警功能，当输出电压超过报警电压时，单片机驱动蜂鸣器发出报警信号；
方案选择及元器件介绍
控制器的选取
本文考虑到了上一章对控制系统所设定的功能指标等参数，最终从众多类型的控制器中选择出了两款，分别为我们熟知的高性价比单片机STC89C51和进入市场不久的新型高性能单片机STM32，这两款单片机无论在开发资料普及度还是成熟度上，都已经达到了很高的程度，如果选择其中一个用于本文所设计的系统中，能够大大提高控制系统的稳定度、性价比以及各项功能指标参数，由于这两款芯片同属于单片机范畴，因此相似点较多，下面对这两款单片机进行各项性能对比，从而最终选择出更适合的一个来作为本文所设计系统的核心控制器。
目录
一、 引言 1
（一） 直流稳电压电源的发展背景 1
（二） 直流稳压电源控制系统的国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 控制器的选取 3
（二） STC89C51单片机简要介绍 3
（三） AD采样芯片简介 4
（四） LCD1602显示器概述 5
三、 硬件系统设计 6
（一） 硬件结构框图设计 6
（二） STC89C51单片机最小系统设计 6
1. 复位电路设计 6
2. 时钟电路设计 7
（三） LM2596直流稳压电源模块电路设计 7
（四） AD采样芯片电路设计 8
（五） 显示器电路设计 9
（六） 报警器电路设计 9
（七） 按键电路设计 10
四、 软件系统设计 11
（一） 软件工作流程设计 11
（二） AD转换工作流程设计 12
1. 启动指令 12
2. 通道选择指令 12
3. 读取指令 13
（三） 显示器工作流程设计 13
五、 实物展示 15
（一） 硬件调试 15
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
1. 实物展示 15
2. 电压输出显示 16
3. 报警电压设置 16
（二）问题总结 17
总 结 18
参考文献 19
致 谢 20
附录一 原理图 21
附录二 PCB 22
附录三 元件列表 23
附录四 程序 24
引言
直流稳电压电源的发展背景
本课题将要设计的这款直流稳压电源控制系统是一种使用微处理器来控制的电子系统，所谓的基于51单片机的直流稳压电源控制系统指的是在硬件结构上以51单片机作为核心部分，通过单片机对芯片外部的硬件稳压芯片、按键模块以及显示屏等部分的驱动，实现整个系统的良好工作，这就是我们经常说的基于51单片机的直流稳压电源控制系统。传统意义上的直流稳压电源系统全部采用笨重的电子元器件结构来完成，这种传统式直流稳压电源系统所表现出的特点也是非常显著的，由于全部采用笨重的传统电子器件来组成整个系统框架，因此在外观上是非常庞大的，在使用过程中由于笨重的传统电子器件存在不可避免的摩擦和老损，因此需要定期地进行维护或者部件更换，另外由于全部采用传统电路结构，因此一旦投入使用就很难有办法进行功能升级或者系统优化，只能一直使用到报废，这就是传统直流稳压电源系统的典型特点。随着科学技术的飞速发展以及电子技术的空前的全民化，人们已经越来越不能满足于这种传统直流稳压电源系统所能实现的功能，于是诸多开发人员以及相关传统企业开始了对基于单片机的直流稳压电源控制系统的开发与设计，由于单片机具有多管脚以及可编程等重要特性，其多管脚特点使得它可以同时对多种模块（按键、报警器以及液晶屏等）进行驱动，更加重要的是由于单片机能够实现程序编程，因此即使将产品推向市场，也不耽误直流稳压电源产品的再升级，只需要通过程序代码的改写以及重新烧写就可以实现直流稳压电源控制系统的二次甚至多次升级，另外由于这种电子式直流稳压电源系统全部采用芯片来完成各项功能，因此在批量生产后可以大幅度地降低生产成本，使得直流稳压电源控制系统表现出非常高的性价比。因为大学期间对于单片机的知识掌握比较充分，并且之前通过老师对门课题有过较深入探讨与了解，而且有过对相关课题的设计经验再结合其他课程的知识能够较好的完成这个课题。通过再三的研究与考虑最终本课题采用单片机芯片来实现一款直流稳压电源控制系统。
直流稳压电源控制系统的国内外发展现状
电子式直流稳压电源系统在国内外目前都已实现了全面化，由于各大企业对于生产直流稳压电源系统产品的技术已经趋于成熟，而要实现更高的性能，还有很大的一段上升空间，因为随着微处理器技术的不断发展，64位处理器即将横空出世，一旦64位微处理器技术成熟并投向市场，将这种更高性能的微处理器替换掉目前的16位或者32位芯片，将能够快速地淘汰掉现有产品，到那时基于单片机的直流稳压电源控制系统将能够实现更好的直流电压可控精度以及稳定度等功能，目前国内外所能实现的最先进直流稳压电源系统是32位的，大多采用ARM架构来实现，前不久美国芝加哥大学的一个兴趣小组采用了CM3架构微处理器作为主控，实现了一款纹波分量远低于0.05%的直流稳压电源系统，这款系统的推出实现了高质量以及高精度的电压输出功能，同时也标志着为了实现更高性能的直流稳压电源系统我们有很长一段路要走。
本文主要研究内容
在对数控直流稳压电源控制系统的发展背景以及国内外的研究现状进行了简要的介绍后，下面对本文的结构安排进行阐述，以便于更加清晰的对本系统的设计过程进行展现。论文的第一章是引言章节，该章节主要对数控直流稳压电源控制系统的发展背景等进行了介绍，并通过对设计现状的对比确立了本系统的设计目标；在接下来的第二章，将对系统的总体设计方案进行设计，包括对几种常用控制器的对比，并对所要使用的元器件进行了简要介绍；在对主控器件以及外围元器件进行确立后，文章第三章将对硬件系统进行设计，通过Altium designer绘制了相关模块的电路原理图从而进行设计思路的讲解；硬件系统设计完毕后，第四章开始对系统的软件部分进行设计，并通过Visio软件绘制了相应的软件流程图，下面为本课题将要实现的功能和指标：
1）能实现51单片机最小系统的设计，实现对ADC0832模数转换器、液晶屏、降压稳压模块以及按键等模块的驱动；
2）能实现51单片机对液晶屏的驱动，实现对系统输出电压以及报警电压的显示；
3）能够实现13.3V直流电压的稳定输出，最大输出电流可达到3A ；
4）具有报警功能，当输出电压超过报警电压时，单片机驱动蜂鸣器发出报警信号；
方案选择及元器件介绍
控制器的选取
本文考虑到了上一章对控制系统所设定的功能指标等参数，最终从众多类型的控制器中选择出了两款，分别为我们熟知的高性价比单片机STC89C51和进入市场不久的新型高性能单片机STM32，这两款单片机无论在开发资料普及度还是成熟度上，都已经达到了很高的程度，如果选择其中一个用于本文所设计的系统中，能够大大提高控制系统的稳定度、性价比以及各项功能指标参数，由于这两款芯片同属于单片机范畴，因此相似点较多，下面对这两款单片机进行各项性能对比，从而最终选择出更适合的一个来作为本文所设计系统的核心控制器。
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