数控直流稳压电源单片机课程设计报告最终打印版

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1、- 4 -电气与电子信息工程学院电气与电子信息工程学院单片机单片机课程设计报告课程设计报告题题 目：目： 数控直流稳压电源数控直流稳压电源 专业班级：专业班级： 学学 号：号： 姓姓 名：名： 指导教师：指导教师： 设计时间：设计时间： 设计地点：设计地点： 2013 年 11 月 20 日单片机单片机 课程设计成绩评定表- 5 -答辩或质疑记录： 1、2、成绩评定依据：成绩评定依据：课程设计考勤情况 （5）：课程设计仿真测试情况 （15）课程设计答辩情况 （30）：完成设计任务及报告规范性（50）：最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）指导教师签字： 2013 年 12 月 日 课程

2、设计任务书课程设计任务书- 6 -20132014 学年第 1 学期专业班级：专业班级： 电气工程及其自动化电气工程及其自动化 20112011 级（级（1 1）班）班 指导教师：指导教师： 工作部门：工作部门： 电气与电子信息工程学院电气与电子信息工程学院 电气自动化教研室电气自动化教研室 一、课程设计题目一、课程设计题目 单片机单片机课程设计课程设计 二、课程设计内容二、课程设计内容（含技术指标）1 1设计目的及要求设计目的及要求（1） 根据具体设计课题的技术指标和给定条件，以单片机为核心器件，能独立而正确地进行方案论证和电路设计，完成仿真操作。要求概念清楚、方案合理、方法正确、步骤完整；

3、（2） 熟悉、掌握各种外围接口电路芯片的工作原理和控制方法；（3） 熟练使用单片机汇编语言或 C51 进行软件设计；（4） 熟练使用 Proteus、Keil 软件进行仿真电路测试；（5） 熟练使用 Protel 软件设计印刷电路板；（6） 学会查阅有关参考资料和手册，并能正确选择有关元器件和参数；（7） 编写设计说明书，参考毕业设计论文格式撰写设计报告。2 2设计内容（题目名称：设计内容（题目名称： 数控直流稳压电源数控直流稳压电源 ）本系统以 AT89S51 单片机作为系统的核心，由 D/A 数字模拟转换模块、按键、LED 串口显示模块等模块组成一个数控电源。该系统实现了 输出电压：范围

4、215 V，步进1V，纹波不大于 10mV；输出电流：0.1A 以内；输出电压值由数码管显示；由“” 、 “”两键控制输出电压步进增减 。输入模块的按键按下之后，对单片机就有了一个输入，单片机将输入的数字一方面给显示模块，让它们在数码管中显示出来；另一部分输给 DAC0832，让它转化为模拟量电流输出，通过运算放大器将这模拟量转化为相应的电压，这电压经过放大后控制 LM317L 的控制端，从而实现输出电压的控制。三、课程设计考核办法与成绩评定三、课程设计考核办法与成绩评定根据过程、报告、答辩等确定设计成绩，成绩分优、良、中、及格、不及格五等。2013 年 11 月 日- 4 -一 方案论证 分

5、析本题，根据设计要求先确定了本系统的整体设计原理框图如图 1： 图 1 原理框图（一）（一） D/A 数字模拟转换模块数字模拟转换模块方案一：采用 MX7541 是高速高精度 12 位数字/模拟转换器芯片，功耗低，而且其线性失真可低达 0.012%，特别适合于精密模拟数据的获得和控制。方案二：采用 DAC0832，DAC0832 是一种常用的 8 位的数字/模拟转换芯片。本系统是基于 51 单片机的数控电源的设计， 8 位的单片机，而 MX7541 是 12 位数字输入的，因此须用锁存器。而此数控电源要求单步 1V，215V，DAC0832 完全可以达到，故选择常用的 DAC0832。 （二）

6、（二） 可调稳压芯片可调稳压芯片三端可调稳压芯片有多种，其中最常见的有 LM317、LM337、LM318、LM196 等几种，LM317 用于正电压调整，LM337 用于负电压调整。本系统的输出电压范围 2+15V 为正电压输出，固排除 LM337，对于 LM317 又有如下各种型号，它们的输出电流与电压的对照表如表1: 表 1 常见稳压输出电流和电压范围 芯片型号输出电流(A)输出电压(V) LM317L0.11.2537 LM317T0.51.2537 LM3171.51.2537 LM31851.2537 LM196101.2515根据设计要求输出电压范围 215.0V，输出电流 0.

7、1A，以上有多种型都可以满足要求，再根据成本和现有材料，我选择了 LM317L 三端可调稳压芯片。 （三）（三） 按键控制模块按键控制模块方案一：采用矩阵键盘，由于按键多可实现电压值的直接键入。方案二：采用一般的电平判键按钮，实现方法很简单，但一个端口最多只实现 8 个按键。可调稳压芯片单片 机整流滤波按键模块D/A 模块显示模块输出- 5 -由于本数控电源需要用的按键不多，要实现步进为 1V 的设计要求，只需用一个“+”和一个“-”按键，另外再加两个按键用于实现固定电压输出，按键时可直接输出相应电压。4 个按键就可实现本题的设计要求，固采用方案二。 （四）（四） 显示模块显示模块方案一：选用

8、数码管显示，用普通的数码管显示简单的数字、符号、字母。方案二：选用液晶显示,显示的内容更加的丰富。此系统显示的只是最终电源输出的 10 位和个位电压值，只需显示出两个数字，数码管更加的实惠，故我选择了方案一。 二 硬件介绍本系统选用的模块包括：单片机系统，D/A 转换模块，LED 显示模块，直流电源模块，具体的电路图参照附录二。 （一） 单片机模块 此次的课程设计的核心部分是单片机的控制，选用的是 ATMEL 公司生产的常用芯片AT89C51。 1、 单片机外围电路介绍单片机外围电路介绍 （1）电源引脚 Vcc 和 Vss Vcc：电源端，接5V。 Vss：接地端。 （2）时钟电路引脚 XTA

9、L1和 XTAL2 XTAL1：接外部晶振和微调电容的一端，在片内它是振荡器倒相放大器的输入，若使用外部 TTL 时钟时，该引脚必须接地。 XTAL2：接外部晶振和微调电容的另一端，在片内它是振荡器倒相放大器的输出，若使用外部 TTL 时钟时，该引脚为外部时钟的输入端。 （3）地址锁存允许 ALE 系统扩展时，ALE 用于控制地址锁存器锁存 P0口输出的低8位地址，从而实现数据与低位地址的复用。 P0口的 P1.0,P1.1,P1.2,P1.3和键盘相连，作为整个系统的输入部分。其中和 P1.0相接的是+5V 电源的数字输入键，和 P1.1相接的是+12V 电压的数字输入键。和P1.2,P1.

10、3相接的分别是“+”，“”号键。 P1口和 DAC0832的输入相接，作为 D/A 模块的输入。 电路如下：- 6 -图 2 按键输入图其中 K1、K2为固定电压的输入，分别是+12V 和+5V 电压的输入按钮，K3、K4分别为+，- 键，对电压值进行加和减计算。/WR 和/RD 分别接到两数码管的公共端 COM1和 COM2。 （二）（二） D/A 模块模块 1、D/A 电路简介电路简介根据平时的使用习惯和相关资料，我们使用的 D/A 转换一般有下列两种方案： 方案一：采用 MX7541 是高速高精度 12 位数字 / 模拟转换器芯片，功耗低，而且其线性失真可低达 0.012% ，特别适合于

11、精密模拟数据的获得和控制。 方案二：采用 DAC0832，DAC0832是一种常用的8位的数字/模拟转换芯片。 2 2、DAC0832DAC0832及其外围电路及其外围电路本系统是基于单片机的数控电源的设计，而 MX7541 是 12 位数字 输入的 ， 因此须用锁存器。而此数控电源要求单步 1V， 115 V 只需区分 14 个点，DAC0832 完全可以达到，故选择常用的 DAC0832。当其与单片机进行相连时，电路也 简单，只需把单片机的数据线与 DAC0832 的输入端直接相连即可，程序也很简单，只需向其送数据即可。（1）DAC0832 的管脚图如图 3 所示：I O UT111D 0

12、7D 16D 25I O UT212D 34D 416V REF8D 515D 614D 713FB9CS1WR12XFER17WR218ILE19VCC20GN D10AG ND3DA C0832图 3 DAC0832管脚图（2）其各个引脚的连接及外围图：- 7 -图 4 D/A 模块电路（3）管脚的具体名称和用法 ：D0 D7：数字量输入端； CS：片选信号，低电平有效； ILE：数据锁存允许信号，高电平有效； 1WR：第 1 写信号，低电平有效； 2WR：第 2 写信号，低电平有效； XFER：数据传送控制信号，低电平有效； 1OUTI：电流输出端 1； 2OUTI：电流输出端 2； F

13、BR：反馈电阻端； REFV：基准电压，基电压范围为-10V +10V； GND：数字地； AGND：模拟地 ； 3 3、D/AD/A 转换的计算转换的计算 D/A 转换器（DAC）输入的是数字量，经转换输出的是模拟量。DAC 的技术指标很多，如：分辨率、满刻度误差、线性度、绝对精度、相对精度、建立时间、输入/输出特性等。 分辨率：DAC 的分辨率反映了它的输出模拟电压的最小变化量。其定义为输出满刻度电压与 n2的比值，其中 n 为 DAC 的位数。如：8 位 DAC 的满刻度输出电压为 5V，则其分辨率为 )(2565 258V ； DAC 的位数越高，分辨率越小。 建立时间：是描述 DAC

14、 转换速度快慢的参数。其定义为从输入数字量变化到输出达到终值误差 21 LSB（最低有效位）所需的时间。高速 DAC 的建立时间可达 1us。 接口形式：在 DAC 输入/输出特性之一。包括输入数字量的形式，十六进制式 BCD，输入是否带有锁存器等。 DAC0832为8位 D/A 转换器。单电源供电，范围为+5V +15V，基准电压范围为 V10。电流的建立时间为1us。CMOS 工艺功耗20 mw。 输入设有两级缓冲锁存器。 - 8 -电压的计算方式： 设计要求数控电压步进为 1V，因此要准确选择 D/A 的参考电压 REFV，如上图用一个精密电阻进行调节，计算方法如下： ，nVVref256数字量取 0 256，n 取 16， REFV取 8V,即数字量每步进 16，模拟量 0.03125V，要达到步进 1V，必须放大 2 倍，用运放即可 。运算放大器的原理如下图：图 5 运算放大电路输出的电压 V，再从 Vi 输入，经过电容 C10 滤波再输入， 034 VVRVV RVVIOi，34RV RVOi