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1、数控直流稳压电源数控直流稳压电源设设 计计所在单位：华南理工大学自动化学院所在单位：华南理工大学自动化学院 09 级（级（2）班）班 作作 者者: :武少宇武少宇 自动化自动化 0909 陈瑞华陈瑞华 自动化自动化 0909张丽香张丽香 自动化自动化 09092目录目录设计任务简要说设计任务简要说明明3第一章第一章摘摘要要4第二章第二章方案论证与比方案论证与比较较5第三章第三章主要电路单元设主要电路单元设计计7第四章第四章 系统软件设系统软件设计计134-1 程序设计思路4-2 程序设计流程图第五章第五章 测试、及结果分测试、及结果分析析16第六章第六章 部分芯片资料简部分芯片资料简介介317
2、3-1AT89S523-2TLC24533-3DAC08323-4NE55343-5UA7143-624C02 3-774HC573 3-8LM-78XX 系列 第七章第七章 制板的一些问制板的一些问题题31第八章第八章 制作的心得体制作的心得体会会39附附录录40参考文参考文献献69设计任务简要说明设计任务简要说明A 题题 数控直流稳压电源数控直流稳压电源4一、一、设计任务设计任务设计并制作一个直流可调稳压电源。二、二、设计要求设计要求1、基本要求：1)当输入交流电压为 220v10%时，输出电压在 3-13v 可调；2)额定电流为 0.5A，且纹波不大于 10mV；3)使用按键设定电压，同
3、时具有常用电平快速切换功能（3v、5v、6v、9v、12v） ，设定后按键可锁定，防止误触；4)显示设定电压和测量电压，显示精度为 0.01v。2、扩展要求：1)输出电压在 0-13v 可调；2)额定电流为 1A，且纹波不大于 1mV；3)掉电后可记忆上次的设定值；4)两级过流保护功能，当电流超过额定值的 20%达 5 秒时，电路作断开操作；当电流超过额定值的 50%时，电路立即断开。具有光提示（如 LED） ；5)其他创新。三、三、说明说明禁止直接使用 220v 直接电阻分压的作法，注意用电安全。四、四、评分标准评分标准项 目 满分 设计与总结报告：方案比较、设计与论证，理论分析与计算，电路
4、图及有关设计文件，测试方法与仪器，测试数据及测试结果分析。 30完成第（1）项 15完成第（2）项 15完成第（3）项 15基本要求 完成第（4）项15发挥部分 完成第（1）项155完成第（2）项15完成第（3）项 10完成第（4）项 10完成第（5）项10第一章第一章 摘要摘要电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性很强的工程技术，服务于各行各业。电力电子技术是电能的最佳应用技术之一。当今电源技术融合了电气、电子、系统集成、控制理论、材料等诸多学科领域。随着计算机和通讯技术发展而来的现代信息技术革命，给电力电子技术提供了广阔的发展前景，同时也给电源提出了更高的要求。随着数控电源在电子装置中的普
5、遍使用，普通电源在工作时产生的误差，会影响整个系统的精确度。数字化智能电源模块是针对传统智能电源模块的不足提出的，数字化能够减少生产过程中的不确定因素和人为参与的环节数，有效地解决电源模块中诸如可靠性、智能化和产品一致性等工程问题，极大地提高生产效率和产品的可靠性。 随着时代的发展，随着人们生活水平的不断提高，数字电子技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，,数字化控制无疑是人们追求的目标之一,它所给人带来的方便也是不可否定的。其中数控制直流稳压电源就是一个很好的典型例子,但人们对它的要求也越来越高,要为现代人工作、科研，生活、提供更好的，更方便的设施就需要从数字电子技术入手，一切向数字
6、化，智能化方向发展。数控电源技术从 80 年代至今已经有了长足的发展。但其产品存在数控程度达不到要求、分辨率不高、功率密度比较低、可靠性较差的缺点。因此数控电源主要的发展方向，是针对上述缺点不断加以改善。单片机技术及电压转换模块的出现为精确数控电源的发展提供了有利的条件。通过这次比赛学习的机会，我们提出以 AT89S51 单片机为控制器，运用数字技术和模拟技术相互装换的概念设计直流数控可调稳压电源。本次我们所设计的数控直流稳压电源与传统的稳压电源相比，具有操作方便，电压稳定度高的特点，其输出电压大小采用数字显示，输出电压的大小调节通过“+”、6“-”两键操做，控制可逆计数器分别作加、减计数，可
7、逆计数器的二进制数字输出分两路运行：一路用于驱动数显电路，指示电源输出电压的大小值；另一路进入转换电路，转换器将数字量按比例转换成模拟电压，然后经过射极跟随器控制调整输出级输出所需的稳定电更能方便快捷地时时读出电路电压的变化，具有设计更加地趋向于人性化的特点。而且，我们的设计基于比赛要求的基础上，扩展了掉电保护的功能，使用 24C02锁存数据，便于我们对前次使用电压的了解。电路还设置了两极过流保护的功能，从硬件和软件两方面结合，更加地安全可靠。第二章第二章 方案论证及比较方案论证及比较2.1 控制器部分控制器部分方案一：方案一：应用 PIC 芯片作为控制器。PIC 单片机系列是美国微芯公司（M
8、icroship）的产品，是当前市场份额增长最快的单片机之一。PIC 系列单片机的I/O 口是双向的，其输出电路为 CMOS 互补推挽输出电路。I/O 脚增加了用于设置输入或输出状态的方向寄存器（TRISn , 其中 n 对应各口，如 A、B、C、D、E 等） ，从而解决了 51 系列 I/O 脚为高电平时同为输入和输出的状态。当置位 1 时为输入状态，且不管该脚呈高电平或低电平，对外均呈高阻状态；置位 0 时为输出状态，不管该脚为何种电平，均呈低阻状态，有相当的驱动能力，低电平吸入电流达 25mA，高电平输出电流可达 20mA。相对于 51 系列而言，这是一个很大的优点，它可以直接驱动数码管
9、显示且外电路简单。它的 A/D 为 10 位，能满足精度要求。具有在线调试及编程（ISP）功能。方案二方案二：应用 AT89S51 作为控制器。51 系列优点之一是它从内部的硬件到软件有一套完整的按位操作系统，称作位处理器，或布尔处理器。它的处理对象不是字或字节而是位。它不光能对片内某些特殊功能寄存器的某位进行处理，如传送、置位、清零、测试等，还能进行位的逻辑运算，其功能十分完备，使用起来得心应手。51 系列的另一个优点是乘法和除法指令，这给编程也带来了便利。而且，51 系列的 I/O 脚的设置和使用非常简单，当该脚作输入脚使用时，只须将该脚设置为高电平（复位时，各7I/O 口均置高电平） 。
10、当该脚作输出脚使用时，则为高电平或低电平均可。低电平时，吸入电流可达 20mA，具有一定的驱动能力；而为高电平时，输出电流仅数十 A 甚至更小（电流实际上是由脚的上拉电流形成的） ，基本上没有驱动能力。PIC 芯片的内置很强大，但是一方面它的价格比较昂贵，另一方面，也是由于我们对 PIC 不大了解，没有试验过，所以，我们选择了 51 作为我们的控制器。这样一来，我们实现一些功能就必须要加外围电路了。2.2 显示部分显示部分方案一方案一 ：使用 LED 显示。优点：可是角度宽，价格便宜。缺点：显示的内容少，介面呆板，而且占用较多的 IO 口资源。方案二方案二 ：使用 1602 液晶显示器。可视面
11、积大，介面美观，抗干扰能力强，调用方便简单，而且可以节省软件中断资源，应用串行连接，节省 I/O 口资源。这次，我们选用了 LED 作为我们的显示器。因为 1602 液晶显示器相对来说比较昂贵，而且我们的显示部分只是显示电压的输出值。用四位数码管就可以实现。但是，使用 LED 占用了比较多的资源。2.3 电源部分电源部分方案一：方案一：三端固定输出电压式稳压电源 78XXXX 系列 运用其器件内部电路来实现过压保护、过流保护、过热保护 。这使它的性能很稳定。能够实现 1A 以上的电流 器件具有良好的温度系数 本产品有多种电压输出值 5V24V，因此产品的应用范围很泛 可以运用本地调节来消除噪声
12、影响，解决了与单点调节相关的分散问题 输出电压误差精度分为3%和5% 。方案二：方案二：LM117/LM317 是美国国家半导体公司的三端可调正稳压器集成电路。LM117/LM317 的输出电压范围是 1.2V 至 37V，负载电流最大为 1.5A。它的使用非常简单，仅需两个外接电阻来设置输出电压。此外它的线性调整率和负载调整率也比标 准的固定稳压8器好。LM117/LM317 内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。通常 LM117/LM317 不需要外接电容，除非输入滤波电容到 LM117/LM317 输入端的连线超过 6 英寸（约 15 厘米）。使用输出电容能改变瞬态响应。调整端使用滤
13、波电容能得到比标准三端稳压器高的多的纹波抑制比。LM117/LM317 能够有许多特殊的用法。比如 把调整端悬浮到一个较高的电压上，可以用来调节高达数百伏的电压，只要输入输出压差不超过 LM117/LM317 的极限就行。当然还要避免输出端短路。还 可以把调整端接到一个可编程电压上，实现可编程的电源输出。通过比较分析，此次我们选择了 78XX 系列芯片来实现我们的电源输出。因为 78XX 系列的芯片能满足我们的四个固定电压的输出。第三章第三章 主要电路单元的设计主要电路单元的设计本系统由电源模块、调压模块、本系统由电源模块、调压模块、D DA A 转换模块、显示与键盘模块组成转换模块、显示与键盘模块组成。系统电路结系统电路结构原理图，如图所示：构原理图，如图所示：+市电输入市电输入变压变压整流整流电压调整电压调整 及过流保及过流保 护护系统电源系统电源+5v+24+15比较放大比较放大DA 转换取样取样 AT89S51键盘取样取样 显示AD
