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1、河南科技大学本科毕业设计（论文）MCU控制的可编程稳压电源设计摘 要 直流稳压电源是电子设计中常用的设备之一，广泛应用于电子电路的各个领域。传统的直流稳压电源功能简单，难于控制，可靠性低，干扰大，精度低，体积大且复杂度高。而基于单片机控制的直流稳压电源则能较好地解决以上传统稳压电源的不足。 本设计控制芯片选用51系列单片机，基本原理为通过单片机串口在线调整X9313系列数字电位器的阻值，从而实现对三端稳压器LM317输出电压的调整。通过51系列单片机编程可以非常方便地调整X9313数字电位器的阻值。稳压芯片采用三端稳压器LM317，LM317非常易于使用，只需要两个外部电阻即可设置其输出电压。
2、本次设计中使用Keil软件进行单片机的编程，Keil软件功能强大，支持C语言编程，借助其调试功能，可以直观的了解到软件运行的结果，使繁琐的编程工作变得简单。硬件电路仿真使用Proteus软件，可以方便地对单片机及其外围电路进行仿真。 设计中着重研究了X9313系列数字电位器的原理和应用，以及如何通过单片机串口在线调整数字电位器的阻值。数字电位器本身能够承受的电流和电压有限，在实际应用中需要进行扩展，本设计介绍了对其端点电压进行扩展的方法。本设计能够实现计算机在线调整三端稳压器LM317的输出电压，输出电压值和数字电位器的阻值能够在1602液晶上实时显示出来。关键词：直流稳压电源，单片机，X93
3、13系列数字电位器，三端稳压器LM317， 串口，1602液晶A DESIGN OF PROGRAMMABLE DC REGULATED POWER SUPPLY BASED ON MCUABSTRACT The DC regulated power supply is a common device that widely used in the electronic system.Traditional DC Regulated Power Supply has many disadvantages，for example，function is simple, low reliabili
4、ty，big jam,low accuracy，volume is big and system is complicated. The programmable DC regulated power supply based on MCU can solve this problems. This design chooses MCS-51 serieses MCU as a controller, the radical principle of design is changing a X9313 dallastats resistance by MCUs serial port on
5、line.It is very convenient to change a X9313 dallastats resistance by MCUs programming.The design chooses the LM317 as regulation chip,only needs two external resistances to change its output voltage.This design uses Keil software to program MCUs function.The hardware emulation of MCU and peripheral
6、 equipment use Proteus software. This design emphasizes the priniple and application of the X9313 dallastat, and how to change a X9313 dallastats resistance by MCUs serial port on line.The X9313 dallastats capability of supply voltage and current is restricted,in practical application need to expand
7、 its port voltage and current.This design introduced a method of expand X9313 dallastats port voltage.This design can use computer to change the output voltage of LM317,and the same time display the value of output voltage and the resistance of the X9313 dallastat on 1602LCD.KEY WORDS：DC regulated p
8、ower supply, MCU, X9313 dallastat, LM317, serial port, 1602LCD 目录前言1第一章 设计综述31.1 设计原理图31.2 X9313对LM317的控制31.3 串口使用41.4 1602液晶显示5第二章 硬件设计62.1 51系列单片机62.1.1 单片机串口72.1.2 定时器/计数器72.1.3 并行I/O接口82.2 三端稳压器LM31782.2.1 LM317特性92.2.2 LM317应用92.3 集成运放LM324102.3.1 LM324特性102.3.2 LM324应用112.4 数字电位器X9313122.4.1 X
9、9313工作原理122.4.2 X9313应用142.5 Proteus硬件仿真15第三章 程序设计173.1 程序流程图173.2 X9313程序设计183.3 单片机串口程序设计183.4 1602液晶显示程序设计19第四章 硬件实现及测试204.1 硬件实现204.2 硬件测试20结论23参考文献24致谢26附录272前言随着电子技术的迅速发展，直流稳压电源的应用已经非常广泛。其好坏直接影响着电子设备或电子系统的工作性能。直流稳压电源是电子设计中常用的设备之一，广泛应用于电子电路的各个领域。直流稳压电源分连续导电式与开关式两类。前者由工频变压器把单相或三相交流电压变到适当值，然后经整流、
10、滤波，获得不稳定的直流电源，再经稳压电路得到稳定电压(或电流)。这种电源线路简单，纹波小，相互干扰小，但体积大，耗材多，效率低(常低于4060)。后者以改变调整元件(或开关)的通断时间比来调节输出电压，从而达到稳压。这类电源功耗小，效率可达85左右，但缺点是纹波大、相互干扰大。 直流稳压电路的分类主要有四类：稳压二极管稳压电路，这种稳压电路中利用硅稳压二极管的稳压特性，实现直流工作电压的稳压输出。这种直流稳压电路的稳压特性一半，往往只用于稳定局部的直流电压。在整机电源电路中一般不用。串联调整管稳压电路，这种稳压电路利用了三极管集电极与发射极之间阻抗随基极电流大小变化而变化的特性，进行直流输出电
11、压的自动调整，实现直流输出电压的稳定。在这种稳压电路中的三极管（调整管）一直处于导通状态。开关型稳压电路，这是一种高性能的直流稳压电路，稳压原理比较复杂，在这种电路中的三极管（开关管）处于导通、截止两种状态的转换中，即工作在开关状态，所以开关型稳压电路由此得名。三端集成稳压电路，这是一种集成电路的稳压电路，其功能是稳定直流输出电压。这种集成电路只有三根引脚，使用很方便，在许多场合都有着广泛应用。传统的直流稳压电源功能简单，难于控制，可靠性低，干扰大，精度低且体积大，复杂度高。而基于单片机控制的直流稳压电源则能较好地解决以上传统稳压电源的不足。其良好的性价比更能为人们所接受，具有一定的设计价值。
12、本设计控制芯片选用51系列单片机，基本原理为通过单片机串口在线调整X9313系列数字电位器的阻值，从而实现对三端稳压器LM317输出电压的调整。X9313是固态非失易性电位器，可用作数字控制的微调电位器。通过51系列单片机编程可以非常方便地控制X9313数字电位器的阻值。本设计稳压芯片采用三端稳压器LM317。LM317非常易于使用，只需要两个外部电阻即可设置其输出电压。51系列单片机具有功能强大，编程简单，开发方便，易于使用等优点，广泛应用于各种电子控制领域。不过单片机的开发还是比较繁琐的，它涉及编程、汇编、烧写等内容。完成以上工作，不但需要编程者能够进行软件编程，还需要掌握相应的编程器，烧
13、写器等硬件的使用。本次设计中使用Keil软件进行单片机的编程，Keil软件功能强大，支持C语言编程，借助其调试功能，可以直观的了解到软件运行的结果，使繁琐的编程工作变得简单。硬件电路仿真使用Proteus软件，可以方便地对单片机及其外围电路进行仿真。Proteus软件一款EDA工具软件， 同时它也是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。本设计综合了单片机编程，数字电位器应用，三端稳压器的使用，能够很好地提高设计者的系统级设计能力。本设计的主要设计方法是：对51系列单片机进行深入的了解。对于其中断系统，计数器系统，串 口烧写，各端口的硬件组成以及各个特殊功能寄存器的工作特点进行 全面的掌握。使用
14、Proteus软件对单片机及其外围硬件电路的搭建进行布局。使用Keil软件进行单片机编程，并将程序植入Proteus的硬件电路中 进行仿真。使用Protel99se软件绘制PCB版图。完成硬件焊接及后期在线调试。第1章 设计综述 本文主要介绍的是一种基于单片机的可编程稳压电源设计，通过单片机的串口在线调整稳压电源的输出电压。本设计的核心有三个，一个是数字电位器X9313如何控制三端稳压器LM317；第二个是如何通过串口使用计算机在线调整数字电位器X9313；最后一个是如何将三端稳压器LM317的输出电压值和数字电位器X9313的阻值显示在1602液晶上。下面将分节对以上内容进行详细说明。1.1
15、 设计原理图图1-1 设计原理图1.2 X9313对LM317的控制在数字电位器X9313如何控制三端稳压器LM317的问题上，有两种方案可以使用。方案一：将X9313作为可变电阻器使用，直接用在LM317的调节端进行控制。见图1-2所示。方案二：将X9313作为电位器使用，用同相放大器扩展其端点电压，间接控制LM317的输出电压。图1-2 方案一方案一方案理论上是可行的，而且原理简单。但是目前所有的数字电位器所能承受的端点电压不高（一般在-5到+5伏），这使其在应用上受到了很大的限制。设计时LM317的输入电压为12伏，在其调节端会有10伏左右的电压，显然X9313是承受不了的。所以这个方案由于硬件限制，不能使用。方案二实际上是对数字电位器X9313的端点电压进行扩展，间接地控制LM317的输出电压。该方案虽然比较复杂，但是可以解决数字电位器能承受的端点电压较小的问题，同样能够很好地控制LM317，所以在本设计中采用这种方案。数字电位器端点电压的扩展是通过同相放大器实现的，具体方法在第2章会详细介绍。1.3 串口使用为了实
