测控电路数显可调稳压电源课程设计

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1、1机械工程学院课 程 设 计课程名称课程名称 测控电路 课题名称课题名称 数显可调稳压电源 专专 业业 测控技术 班班 级级 学学 号号 姓姓 名名 指导教师指导教师 年年 月月 日日等级:2机械机械工程学院课 程 设 计 任 务 书课程名称 测控电路 课 题 数显可调稳压电源 专业班级 测控技术与仪器 学生姓名 学 号 指导老师 审 批 任务书下达日期 2015 年 月 日任务完成日期 2015 年 月 日3设设计计内内容容与与设设计计要要求求设计内容：设计内容：设计一个数字显示电压的可调稳压电源，量程为 024V DC（也可以选择其它量程） ，分辨率 0.1V；采用 LED 数码管显示测量

2、值，分辨率 0.1V。输出电压值可编程设定，步进值0.5V。拓展部分 1：具有电流测量功能；拓展部分 2：具有 RS232 或 RS485 总线接口，能和PC 机通信进行编程设定与实时显示； 设计要求：设计要求：1）确定并分析系统设计要求； 2）进行系统的方案设计；3）要绘制原理框图，绘制原理电路4）要有必要的计算及元件选择说明5）如果采用单片机，必需绘制软件流程图6）写说明书7）答辩所设计的方案能满足题目要求并实现相应的功能，所编写的设计说明书应语句通顺，用词准确，层次清楚，条理分明，重点突出。4主主 要要 设设 计计 条条 件件相关参考文献若干。说 明 书 格 式1.封面2.课程设计任务书

3、3.目录4.系统总体方案设计5.系统硬件设计6.软件设计（包括流程图）7.系统的安装调试说明8、 总结 9、参考文献10、附录11、课程设计成绩评分表。5目 录 第 1 章 系统总体方案设计.71.1 电路图设计.71.2 电路安装、调试.81.3 基于单片机的数控稳压电源原理及框图 .9第 2 章 硬件电路设计.102.1 电源电路设计.112.2 单片机电路设计.142.3 数模转换电路设计.172.4 放大电路设计.6202.5 稳压电路设计.222.6 显示电路设计.24第 3 章 软件程序设计.253.1 程序流程图.253.2 程序.28第 4 章 系统的安装调试说明.294.1

4、工作原理.294.2 调试分析.30第 5 章 个人总结.317参考文献.32附录.338第一章 、系统总体方案设计1电路图设计确定目标：设计整个系统是由哪些模块组成，各个模块之间的信号 传输，并画出直流稳压电源方框图。系统分析：根据系统功能，选择各模块所用电路形式。总电路图：连接各模块电路。2电路安装、调试将各种元器件按照设计好的电路原理图焊接在电路板上。在每个模块电路的输入端加一信号，测试输出端信号，以验证每个 模块能否达到所规定的指标。将各个模块电路连接起来，整机调试，并测量。3基于单片机的数控稳压电源原理及框图直流稳压电源是一种将 220V 工频交流电转换成稳压输出的直流电压的 装置，

5、它需要经过变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。但是本次 设计是基于单片机的数控稳压电源，因此还需要按键、单片机、D/A 转换、 控制电路、输出电路和显示电路才能是一个完整的设计。经过电路原理的 分析，对电路的大概框图设计如下：单 片 机显示电路按键D/A 转换控制电路稳压电路输 出 电 路整流滤波变压器220v图 2-1 电路整体方框图本电路通过按键设置数字电压值并且在数码管上显示，而设置的电压 值通过单片机的 P0 口的 8 位数据线传输给 D/A 转换电路转换成模拟电压 值，通过模拟放大器将电压放大后送给稳压电路最终输出。各部分功能如9下： (1) 电源变压器：是降压变压器，它将电网

6、220V 交流电压变换成符合 需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确 定。 (2) 整流滤波电路：整流电路将交流电压变换成脉动的直流电压。再经 滤波电路滤除较大的纹波成分，输出纹波较小的直流电压。 稳压电路：稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网 电压 和负载的变化而变化。 控制电路：对稳压电路起控制作用。按键单元：对预置电压的改变。单片机：只要是起到控制作用。D/A 转换：将数字电压转换成为模拟电压。显示电路：用来显示预置电压。10第二章 硬件电路设计（一） 、电源电路设计在固定输出电压的集成稳压器中，常用的是三端固定正稳压器 7800 系列和三端固定负

7、稳压器 7900 系列，它们的输出电压有 5V，6V，8V，9V，10V，12V，15V，18V，24V 等，输 出电流有 100mA(78L00 系列、79L00 系列)、500mA(78M00 系列、79M00 系列)、500mA(78M00 系列、79M00 系列)、1.5A（7800 系列、7900 系列） ， 管脚如图 3-1 所示。780579121312378121322图 3-1 7805、7812、7912 管脚图 由于在此电源的设计中用到的是小电流输出，所以在此主要介绍的是 7812、7912、7805 的外形封装及符号如图 310 所示（注意：三端稳压 的封装不同，其引脚

8、排列和名称也是不同的）。电源电路如图 3-2 所示。 其输出与输入之间的电压差范围为 26.2V，输出与公共端电压为 5V。使 用时在输入端接入大的有极性滤波电容外，还应接一个较小的无极性电容， 以改善纹波，同时抑制输入瞬态过电压，该电容取值一般在 0.10.47F 之间；公共端必须可靠接地，否则，可能损坏稳压器；输出 端不需要接大的电解电容，但要接一个小的无极性电容，以改善负载的瞬 态响应，取值范围也在 0.10.47F 之间。11图 3-2 电源电路（二） 、单片机电路设计在该设计中，采用的是 AT89S51 单片机，以下是对该芯片的介绍和使 用： 1. AT89S51 单片机简介 AT8

9、9S51 是一个低功耗，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写 1000 次的 Flash 只读程序 存储器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标 准 MCS -51 指令系统及 80C51 引脚结构，芯片内集成了通用 8 位中央处 理器和 ISP Flash 存储单元，功能强大的微型计算机的 AT89S51 可为许 多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。 AT89S51 具有如下特点：40 个引脚，4k Bytes Flash 片内程序存储 器，128 bytes 的随机存

10、取数据存储器（ RAM） ，32 个外部双向输入/输出 （I/O）口，5 个中断优先级 2 层中断嵌套中断，2 个 16 位可编程定时计 数器,2 个 全双工串行通信口，看门狗（ WDT）电路，片内时钟振荡器。 此外，AT89S51 设计和配置了振荡频率可为 0Hz 并可通过软件设置省电模 式。空闲模式下，CPU 暂停工作，而 RAM 定时计数器，串行口，外中断 系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存 RAM 的数据，停止芯片其 它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有 PDIP、TQFP 和 PLCC 等三种封装形式，以适不同产品的要求的。 2. AT89S51 引脚功能 AT89

11、S51 单片机兼容 MCS-51 指令系统、4k 可反复擦写(1000 次） ISP Flash ROM、32 个双向 I/O 口、4.5-5.5V 工作电压、2 个 16 位可编12程定时/计数器、时钟频率 0-33MHz、全双工 UART 串行中断口线、 128x8bit 内部 RAM、2 个外部中断源、低功耗空闲和省电模式、中断唤醒 省电模式、3 级加密位、看门狗（WDT）电路、软件设置空闲和省电功能、 灵活的 ISP 字节和分页编程、双数据寄存器指针。AT89S51 引脚图如图 3-3 所示。图 3-3 AT89S51 引脚图 各个引脚功能：VCC：电源GND：地P0 口：P0 口是一

12、个 8 位漏极开路的双向 I/O 口。作为输出口，每位 能驱动 8 个 TTL 逻辑电平。对 P0 端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。 当访问外部程序和数据存储器时， P0 口也被作为低 8 位地址/数据复用。 在这种模式下，P0 具有内部上拉电阻。在 flash 编程时，P0 口也用来接 收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉 电阻。 P1 口：P1 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，p1 输出缓 冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把 端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引 脚由

13、于内部电阻的原因，将输出电流（ IIL） 。此外，P1.0 和 P1.2 分别 作定时器/计数器 2 的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器 2 的触发 输入（P1.1/T2EX） ，具体如下表所示。在 flash 编程和校验时，P1 口接 收低 8 位地址字节。引脚号第二功能： P1.0 T2（定时器/计数器 T2 的外部计数输入） ，时钟输出 P1.1 T2EX（定时器/计数器 T2 的捕捉/重载触发信号和方向控制） P1.5 MOSI（在系统编程用）13P1.6 MISO（在系统编程用） P1.7 SCK（在系统编程用） P2 口：P2 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I

14、/O 口，P2 输出缓 冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把 端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引 脚由于内部电阻的原因，将输出电流（ IIL） 。在访问外部程序存储器或 用 16 位地址读取外部数据存储器（例如执行 MOVXDPTR）时，P2 口送出 高八位地址。在这种应用中， P2 口使用很强的内部上拉发送 1。在使用 8 位地址（如 MOVX RI）访问外部数据存储器时， P2 口输出 P2 锁存器的 内容。在 flash 编程和校验时，P2 口也接收高 8 位地址字节和一些控制 信号。 P3 口：P3 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，p2 输出缓 冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平。对 P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把 端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引 脚由于内部电阻的原因，将输出电流（ IIL） 。P3 口亦作为 AT89S51 特殊 功能（第二功能）使用，如下表所示。在 flash 编程和校验时，P3 口也 接收一些控制信号。P3 引脚号第二功能： P3.0 RXD（串行输入） P3.1 TX