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1、基于STC单片机的数控恒压源的设计【摘要】直流稳压电源的应用非常的广泛，质量优良的直流稳压电源，才能满足各种电子线路的要求。所以直流稳压电源的设计颇为重要，特别是数控制流稳压电源。本文主要介绍数控直流稳压电源的设计，对其中涉及的PM输出、A采样、单片机等也有详细介绍。将单片机数字控制技术, 有机地融入直流稳压电源的设计中, 就能设计出一款高性价比的多功能数字化通用直流稳压电源。该设计除了对电压的数字控制的功能外还有可监测实际电压输出和数字电压表的功能。因此设计具有高精度,多功能,液晶显示的特点。第一章 直流稳压电源的基本原理在电子电路中,通常都需要电压稳压的直流电源供电。日常生活中也需要将交流
2、电转变成直流电,形成直流稳压电源。直流稳压电源的基本原理直流电源电路一般由电源变压器、整流滤波电路及稳压电路所组成。如图1-1图1-1直流稳压电源的工作原理电源变压器的作用是将电网2V的交流电压变成整流电路所需要的电压U1。 1.1整流滤波电路整流电路的作用是将交流电压,变换成脉动的直流U，它主要有半波整流、全波整流方式,可以由整流二极管构成整流桥堆来执行，常见的整流二极管有1N4007、15148等，桥堆有S20等。滤波电路作用是将脉动自流U2滤除纹波,变成纹波小的U3,常见的电路有R滤波、LC滤波、等,常用的选C滤波电路。其中它们的关系为:i=n1其中，n为变压器的变化。 U2=(1.11
3、.2)U1 每只二极管或桥堆所承受的最大反向电压RM=1对于桥式整流电路中,每只二极管的平均电流(V）=12IR=0451/。RC滤波电路中，C的选择应适应下式，即RC放电时间常数应满足RC=(35）T/2式中，T为输入交流信号周期,为整流滤波电路的等效负载电阻。常用的整流滤波电路如图-2所示,桥式整流滤波电路。图1-2桥式整流、电容滤波电路图1-交流电压U的波形1.2 稳压电路稳压的作用是将滤波电路定的电路输比电压经稳压后，输出较稳定的电压。常见的稳压电路有三端稳压器、串联式稳压电路等。本文采用三端稳压器，三端固定式稳压器的基本应用电路如下图所示,只要把正输入电压Ui加到C7805的输入端,
4、MC70的公共端接地,其输出端便能输出芯片标称正电压0，在实际应用电路中,芯片输入端和输出端与地之间除分别接大容量滤波电容外，通常还需在芯片引出脚根部接小容量电容Ci,C0到地。C用于抑制芯片自激振荡,C0用于压窄芯片的高频带宽，减小高频噪声。Ci和C0的具体取值应随芯片输出电压高低及应用电路的方式不同而异。图1-4 三端固定式稳压电路正、负输出稳压电源 正、负输出稳压电源能同时输出两组数值相同、极性相反的恒定电压。 图1-5所示为正、负输出电压固定的稳压电源。它由输出电压极性不同的两片集成稳正器C815和MC7915构成，电路十分简单。两芯片输入端分别加上i 20的输入电压。图1-5 正、负
5、输出电压固定稳压电源1.3 电源设计根据以上原理电源部分则使用三端集成稳压芯片715和7915输出稳定+15V和-1V，对运算放大器O07和LF356进行双电压供电。因此电源的设计:1. 正负V电源电路如下图所示,对于滤波电容的选择，要考虑:1整流管的压降；2.785、7915最小允许压降d;3电网波动10。从而允许波纹的峰峰值t1(11%）-07Ud-15=.9 接近似电流放电计算,假设=（通角）,则C=1430f选取滤波电容C=2200f/30V2. +V电源 允许的最大纹波峰峰值t(mx)9(110)-142.3-=2.76VC=3600f 选取滤波电容C470f1V图-6 15V电源设
6、计电路原理图图1-7 V电源电路原理图第二章 数控恒压源的实现方案传统的直流稳压电源输出是通过粗调波段开关及细调电位器来调节的,并由电位表指示电压值的大小。这种直流稳压电源存在读数不直观、电位器易磨损、稳压精度不高、不易调准、电位构成复杂、体积大等缺点,而基于单片机控制的数控直流电源不但实现了直流稳压的功能，而且没有上述的缺点。.1设计要求 输出电压范围:00. 输出电压的调整方式:步进 步进数值为0. 显示方式:CD液晶显示； 监测DA的输出电压值；2.2数控电源的方案论证图-设计总体框图上图所示数控电源的输出电压数值由键盘控制。通过键盘把需要输出的电压值以步进方式输入到单片机。这里电压采用
7、单片机的W模拟电压输出。显示电路既可用来显示输出的电压值,也可用来显示键盘电路的调整过程。W输出模拟电压不一定满足要求，如果不满足输出电压的要求,将需要添加一个电压放大器。经过线形转换后，得到所需电压值，另外对于监测电压的实际输出电压值通过单片机的A采样口将采样值送回单片机处理后显示。在该数字控制电源中,使用801芯片完成系统控制按键输入判断，电压数值显示,以及对外部芯片的各种数字控制。第三章 数字控制部分3.1 STC12C5410AD单片机介绍STC12C54AD系列及STC1220AD系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代051单片机
8、,指令代码完全兼容传统805,但速度快-1倍,内部集成MAX专用复位电路。路PWM,8路高速0位A/D转换,针对电机控制,强干扰场合。SC2C252AD系列只有2路PWM,8路高速8位A/D转换。1增强型 801 CPU,1T,单时钟/机器周期,指令代码完全兼容传统8012. 工作电压:ST12C5410D系列工作电压:55V 3.(V单片机)/ .8V 2V（3V单片机)STC2C2052AD系列工作电压：5.5V -3.5V(5单片机）/3.8V - 2.2V(3V单片机)3. 工作频率范围： - 3 MHz，相当于普通801的040H4用户应用程序空间/ 2K / 4 6K K /0K
9、/2K字节.5 片上集成 512 字节 M(STC12C5410A系列),STC122AD系列单片机为25字节A. 通用IO口（27/21个)，复位后为： 准双向口/弱上拉(普通851传统I/O口)可设置成四种模式：准双向口/弱上拉,推挽/强上拉，仅为输入/高阻,开漏每个IO口驱动能力均可达到20mA,但整个芯片最大不得超过5mA7.时钟源:外部高精度晶体/时钟，内部RC 振荡器用户在下载用户程序时，可选择是使用内部R/振荡器还是外部晶体/时钟常温下内部R/ 振荡器频率为:52Mz 6.8MHz精度要求不高时,可选择使用内部时钟，但因为有制造误差和温漂，应认为是4MHz z. 共6个位定时器/
10、计数器,两个专用16位定时器T和T1再加上模块可再实现4个6位定时器,STC12C2052AD系列只有两路PCA. 外部中断2路，下降沿中断或低电平触发中断,Power Dow模式可由外部中断唤醒10. PWM(4路)PCA（可编程计数器阵列,路),51系列是4路,2系列只有两路-也可用来当4路D/A使用-也可用来再实现4个定时器-也可用来再实现4个外部中断（上升沿中断下降沿中断均可分别或同时支持)11./D转换, 10位精度AC,共8路。TC12C20AD系列只有8位精度.1.1ST1C5410AD系列051 单片机的基本结构框图 3.2IO口各种不同的工作模式及配置介绍I/口配置STC12
11、C54A系列单片机其所有/O口均可由软件配置成4种工作类型之一，如下表所示。4种类型分别为:准双向口(标准851输出模式）、推挽输出、仅为输入（高阻）或开漏输出功能。每个口由2个控制寄存器中的相应位控制每个引脚工作类型。STC12C541AD系列单片机上电复位后为准双向口(传统851的/口)模式。2以上时为高电平,0.8以下时为低电平。P3口设定P2口设定P2.7,P2.6，.5,P2.,P2.3,2.2,P1，.0P1口设定3.1.3 PWM输出STC12410AD系列单片机有四路可编程计数器阵列(CA)/WM,2052A系列只有两路。PC含有一个特殊的位定时器，有4个1位的捕获/比较模块与
12、之相连。每个模块可编程工作在种模式下：上升/下降沿捕获、软件定时器、高速输出或可调制脉冲输出。模块连接到P3.(X0/CA0/PWM)，模块1连接到P35（CEX1/PCA1/PW），模块连接到P2.(C/PC2PWM2）,模块连接到P2.4(3/CA3PWM3）。寄存器H和CL的内容是正在自由递增计数的1位CA定时器的值。PCA定时器是4个模块的公共时间基准，可通过编程工作在：/1振荡频率、1/2振荡频率、定时器0溢出或ECI脚的输入(P3.4）。定时器的计数源由O SFR的PS1和CPS位来确定。CMS还有个位与PA相关。它们分别是:IL,空闲模式下允许停止PCA；E,置位时,使能PCA中
13、断,当PC定时器溢出将PCA计数溢出标志CF（CONFR）置位。CCN R包含PCA的运行控制位(CR）和PC定时器标志(F)以及各个模块的标志（C/CCF2/CC1/CF0）。通过软件置位CR位（CON.6)来运行CA。CR位被清零时P关闭。当PA计数器溢出时,F位（CCON7)置位,如果COD寄存器的CF位置位,就产生中断。CF位只可通过软件清除。CCO寄存器的位0是CA各个模块的标志(位0对应模块,位1对应模块1,位2对应模块2,位3对应模块3),当发生匹配或比较时由硬件置位。这些标志也只能通过软件清除。所有模块共用一个中断向量。A的中断系统如图所示。PA的每个模块都对应一个特殊功能寄存
14、器。它们分别是：模块0对应CAM0,模块1对应CCP1，模块2对应CAPM2，模块3对应CAM3.特殊功能寄存器包含了相应模块的工作模式控制位。当模块发生匹配或比较时,CFn位（CCPM.0,n=0，1，2,3由工作的模块决定）使能CCONSFR的CCF标志来产生中断。WM（CCMn.)用来使能脉宽调制模式。PCA计数值与模块的捕获/比较寄存器的值相匹配时,如果TG位(CAPMn2）置位,模块的EXn输出将发生翻转。当PC计数值与模块的捕获/比较寄存器的值相匹配时,如果匹配位MAT(CCAPMn.3）置位，CON寄存器的CCn位将被置位。CNn(CCAPMn.4）和CAPn(CCPM.5）用来设置捕获输入的有效沿。CPNn位使能下降沿有效,APPn位使能上升沿有效。如果两位都置位,则两种跳变沿都被使能，捕获可在两种跳变沿产生。通过置位CCAPMn寄存器的OM位(CCAM.)来使能比较器功能。每个PC模块还对应另外两个寄存器，CCPnH和CAPnL。当出现捕获或比较时,它们用来保存1
