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1、 单位代码： 005 分 类 号： TN867 延安大学西安创新学院 本科毕业论文（设计）题 目： 数控直流稳压电源的设计 专 业： 电子信息工程 姓 名： 学 号： 0903024121 指导教师： 毕业时间： 二零一三年六月 数控直流稳压电源的设计摘要：本设计针对对普通直流电源一般不可以调节或调节范围小的缺点设计出了一种可调节，宽调节范围的直流稳压电源。该直流稳压电源系统以STC单片机公司的89C52RC单片机为核心，利用10位DA芯片TLC5615作为DA输出，由单片机由采样电阻对输出电压进行采样处理，采用C语言进行程序控制，输出09.9V，步进0.1V的精确稳压输出关键词：直流电流源；
2、单片机；89C52RC；TLC5615High precision DC current source based on 51 MCUAbstract: For regular direct current voltage stabilizer accuracy is not high, and the adjusting range is small, we designed a direct voltage stabilizer with high precision and wide adjusting range. This system is based on the MCU of
3、89C52RC which product by STC. Using a chip TLC5615 which with 10 bit as DA output. By using the resister to process the output voltage. Use the C language to control the system. So that it can output 0+9.9V, and stepping for 0.1V adjustment function.Key words: DC current;MCU;89C52RC;TLC5615目 录1 引言12
4、 设计原理13 单元电路的设计23.1 DA的选择与论证23.2 稳压输出方案选择与论证23.3 显示模块的选择与论证33.4 输入按键的选择与论证34 本系统核心器件简介34.1 STC89C52单片机34.2 TLC5615芯片44.3 TLC431芯片54.4 LM324芯片55 硬件电路设计65.1 电源电路65.2 DA输出电路65.3 稳压输出电路65.4 数码管显示电路75.5 整体电路原理设计86 系统软件设计96.1 主程序流程图96.2 DA转换流程图97 系统调试与仿真107.1 系统仿真107.2 DA输出仿真：117.3 PCB制作127.4 硬件调试137.5 软件
5、调试148 结束语15参考文献16致谢17附录一 程序清单1823延安大学西安创新学院本科毕业论文（设计）1 引言当今社会人们极大的享受着电子设备带来的便利，但是任何电子设备都有一个共同的电路-电源电路。大到超级计算机、小到袖珍计算器，所有的电子设备都必须在电源电路的支持下才能正常工作。当然这些电源电路的样式、复杂程度千差万别。可以说电源电路是一切电子设备的基础，没有电源电路就不会有如此种类繁多的电子设备。数控直流稳压电源主要用微处理器等配合其它控制器件控制电源的电压输出，实现数控可调，高精度输出，过流保护，数字显示等。其调节的范围大，利用高精度的DA转换器，可以实现数控电源高精度输出，同时步
6、进可调。这种高精度的的数控稳压电源可以满足对电源要求比较高的场合。数控直流稳压电源还可以将输出电压值进行采样处理，再送回微处理器进行处理，从而实现输出的闭环控制。还可以对输出的电流进行检测，当输出过载时，可以立即切断输出，保护电源不被烧坏。2 设计原理该方案以STC 51系列单片机89C52为控制核心，单片机控制DA输出模拟电压，然后经过运算放大器放大电压，再经功率管放大电流。通过采样电路对输出电压值进行采样，实现闭环控制。单片机对采样值进行处理，在显示部分显示设定电压值和输出电压值。若输出超过当前设定的值，则单片机启动报警同时关闭输出以保护电源。系统的框图结构如图2-1所示。按键显示单片机D
7、/A输出放大电流过流保护输出电 源 供 电图2-1系统的框图结构3 单元电路的设计3.1 DA的选择与论证方案一：采用我们熟悉的8位DA，DAC0832；方案二：采用我们熟悉的10位DA，TLC5615；方案三：采用内部自带基准源的12位DA MAX531。对于方案一：选择DAC0832虽符合题目的要求，但是输出精度不高，误差大，所以我们放弃方案一。对于方案二：为10位DA，输出精度更高，同时也可通过程序改进精度，使其变为精度更高的步进0.01V，同时该DA芯片价格比较合理。对于方案三：MAX531内部自带2.048V基准源，输出精度高，但价格太贵，本着满足设计要求尽量节约成本的前提，我们放弃
8、方案三。综上所述，我们选择方案二。3.2 稳压输出方案选择与论证方案一：DA输出的电压经过集成运算放大器进行放大，再将放大之后的电压输出到LM317的调节端，利用LM317能够可调输出，实现稳压输出。下图2-1是方案一的原理图：DA输出LM317集成运算放大输出AD图3-1方案一原理框图方案二：DA输出的电压经过集成运算放大器放大，再将放大之后的电压与达林顿管的基极相连，利用达林顿管放大电流，从而达到稳定电压输出。下图是方案二的原理图：DA输出集成运算放大输出T1R1T2图3-2方案二原理框图对于方案一：可以实现稳压输出，但是由于LM317自身调节的范围为1.2V-37V，而我们设计时要求为从
9、0V输出到9.9V，所以不能满足。对于方案二：利用达林顿管的性质，做成闭环回路控制。其输出电压不受负载影响。当DA输出为0时，其输出也为0，所以满足设计的要求。综合所述，所以我们选择方案二。3.3 显示模块的选择与论证方案一：采用1602液晶屏作为显示模块方案二：采用四位共阳极数码管作为显示模块对于方案一：1602可以显示2行英文字符和数字，电路连接简单，占用单片机I/0口少。缺点是显示字符小，不易看清，价格太高，程序编写复杂对于方案二：采用数码管至少要4位，则要占用12个I/O口，数码管显示时采用动态扫描功耗较低。显示清楚，易于辨认。程序编写简单，价格低。缺点是显示信息量较少，不能显示符号。
10、综合考虑，我们决定选取方案二。3.4 输入按键的选择与论证方案一：采用4*4键盘方案二：采用5按键，第一个和第二个加减0.1V，第三个和第四个加减1V，第五个确认输出。对于方案一：主要采用4*4的矩阵键盘，可以设置0-9和步进，小数点等按键，可以快速的输入。但是4*4键盘占用的PCB面积较大，增加了PCB的成本，增加了PCB的布线难度，并且得占用8个单片机I/0口，这种方案不可取。对于方案二：中虽不能直接输入0-9，但是可以通过“+”和“-”来实现0-9数字的输入，这样只占用了5个单片机I/O口，节约3个I/O口，同时PCB的面积和成本也进一步缩小。综上考虑，我们选择方案二。4 本系统核心器件
11、简介4.1 STC89C52单片机STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。具有以下标准功能：8k字节Flash，512字节RAM，32 位I/O口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构(兼容传统51的5向
12、量2级中断结构)，全双工串行口。另外STC89X52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz，6T/12T可选。图4-1 STC89C524.2 TLC5615芯片TLC5615为美国德州仪器公司1999年推出的产品，是具有串行接口的数模转换器，其输出为电压型，最大输出电压是基准电压值的两倍。带有上电复位功能，即把DAC寄存器复位至全零。性能比早期电流型输出的DAC要好。只需要通过3根串
13、行总线就可以完成10位数据的串行输入，易于和工业标准的微处理器或微控制器(单片机)接口,适用于电池供电的测试仪表、移动电话,也适用于数字失调与增益调整以及工业控制场合。TLC5615器件的引脚图及各引脚功能如下图：图4-2 TLC5615引脚图DIN：串行数据输入端；SCLK：串行时钟输入端；/CS：芯片选用通端，低电平有效；DOUT：用于级联时的串行数据输出端；AGND：模拟地；REFIN：基准电压输入端。2V(VDD-2)；OUT：DAC模拟电压输出端；VDD：正电源端，4.55.5V，通常取5V。4.3 TLC431芯片德州仪器公司(TI)生产的TL431是一个有良好的热稳定性能的三端可
14、调分流基准源。他的输出电压用两个电阻就可以任意的设置到从Verf(2.5V)到36V范围内的任何值。该器件的典型动态阻抗为0.2，在很多应用中用它代替齐纳二极管，例如，数字电压表，运放电路，可调压电源，开关电源等。它的引脚图如下：图4-3 TLC431引脚图4.4 LM324芯片LM324系列器件带有真差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。LM324的管脚连接图如下：图4-4 LM324管脚连接图每一组运算放大器可用图1所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-(-)为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反；Vi+(+)为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。5 硬件电路设计根据设计的要求，本系统可分为电
