数控电压源的设计大学学位论文.docx

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数控电压源的设计大学学位论文

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本科生毕业设计（论文）

学院：

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专业：

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学生：

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指导教师：

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完成日期：

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XXXXXXXXXXXXXXXXX本科生毕业设计（论文）

数控电压源的设计（实物制作）

总计毕业设计（论文）38页

表格3表

插图17幅

摘要

本课题以LM2576-ADJ作为调整输出电压的主控器件，通过调节按键来调整输出电压。

同时借助AD0832进行A/D转换并一次将需要显示的信息提供给数码管。

本系统由五个模块构成，分别为LM2576输出电压控制模块、单片机、数码管显示模块、整流滤波模块以及AD0832A/D转换模块，通过这几个模块的有机组合，构成一个完整的数控稳压电源。

该稳压电源具有数字显示功能，还具有能耗低、电压稳的优点。

关键词：

LM2576；输出电压；单片机；数码管

Abstract

ThistopictoaLM2576-ADJasmaincontroldevicetoadjusttheoutputvoltage,byadjustingthesliderheostatvaluetoadjusttheoutputvoltage.AtthesametimeuseAD0832toA/DconversionandAwillneedtodisplaytheinformationprovidedtodigitaltube.Thissystemiscomposedofsixmodules,respectivelyLM2576outputvoltagecontrolmodule,microcontroller,digitaltubedisplaymodule,rectifierfilteringmodule,AD0832A/DconversionmoduleandDS18B20temperaturemeasurementmodule,throughtheorganiccombinationofseveralmodules,constituteAcompletenumericalcontrolregulatedpowersupply.Theregulatedpowersupplywithdigitaldisplayfunction,butalsohastheadvantagesoflowenergyconsumption,thevoltagestability.

Keywords：

LM2576;Theoutputvoltage;Singlechipmicrocomputer;Digitalt

第一章概述

1.1引言

电源技术的发展在现代工业的发展中起到了不可替代的作用。

各行各业的发展都离不开电源，随着技术的不断发展，对电源的性能要求越来越高，电源提供电压的稳定性以及电压的精度是电源的重要性能指标。

为了提高电源的性能，数控电源技术应运而生，经过多年的发展，应经成为一个热门的研究领域。

数控电源技术发展到今天已经成为了一个与多个学科（电子、控制等）理论相互交织的综合学科。

新技术的不断发展，为数控电源技术的发展提供了更先进的实验设备和试验方法，但也提出了更高的性能要求。

随着科技的不断进步，对电源有精确控制要求的领域越来越多，传统的电源显然是满足不了需求的，因此，数控电源的市场越来越大，研究的人也越来越多，数控电源已经成为当今世界各行各业发展必不可缺的重要设备。

电源的数字化、智能化是电源技术的未来发展方向。

在实验室中，稳定的可调直流电源有着不可取代的地位，很多实验的成败都取决于电源的性能。

一般常见的直流稳压电源主要通过粗调波段和细调电位器的手段来控制对电压的输出，电压值的读取依赖于指针的显示，这种方式具有以下几个面向的缺点：

（1）指针式的电压值获取方式不够精确，误差较大；

（2）对电压稳定性的控制能力不够精细；（3）电压的调节难度很大；（4）电位器比较容易磨损；（5）电路的构成极为复杂，导致电源的体积很大，给使用带来很多不便。

上述问题的一个比较理想的解决方案就是将电压值的获取以数字显示的形式给出，同时基于单片机进行控制。

本文的主要思路是，基于单片机和外围电路，以及其他元器件实现数控式可调稳压电源的设计。

该设计具备设定显示电压值输出、输出稳定电压值、存储等便捷功能。

在此作品的研究和设置过程中，设计者能更熟练的掌握单片机基本原理，还能学习到一些外围电路的基础知识，更重要的是，使用c语言进行软件开发的能力得到了较大的提升。

1.2数控电压源的意义

在当代科技与经济高速发展的过程中，电源起到关键性的作用。

电源技术尤其是数控电源技术是一门可用于各行各业的，实践性很强的工程技术。

电力电子技术是电能应用的最佳技术之一。

现如今电源技术囊括了电气、电子、控制理论、系统集成和材料等诸多3.3STC89C51单片机引脚说明学科领域。

随着通讯技术和计算机不断发展的现代信息技术革命，给电力电子技术创造了广阔的发展空间，同时也对电源的提供提出了更高难度的要求。

因为数控电源在电子装置中有较高的使用率，普通电源在使用中产生的极小误差都会影响整体系统的精确度。

电源在使用时会造成诸多不良后果，正因为如此，电源的数字化控制才成为了人们追求的永恒目标之一，它为人类提供的方便也是无可估量的，其中数控直流稳压电源的成功就是一个典型例子，这使得人们对它的性能要求也越来越高。

简言之，要想为现代人的工作，生活，科研，提供更好更方便的设施就得从数字电子技术入手，一切以数字化，智能化方向发展为目标。

对我们学生而言，能在大学的实验室和课程设计中，一个稳定可调的直流电源是十分有必要的。

传统的直流稳压电源输出电压是通过细调电位器及粗调波段来调节的，并由电压表指示电压值的大小。

这种直流稳压电源有电位器易磨损、读数不直观、稳压精度低、调准难、电路构成不简化、体积大等显而易见的缺点，而以单片机控制为基础的数字式可调稳压电源可以轻松解决以上问题。

此设计主要采用单片机和外围电路及其它元器件，设计一个数控式可调稳压电源。

该设计具备设定显示电压值输出、输出稳定电压值、存储等便捷功能。

在此作品的研究和设置过程中，设计者能更熟练的掌握单片机基本原理，还能学习到一些外围电路的基础知识，更重要的是，大幅度的提高了C语言的软件编程能力。

1.3国内外现状研究

数控电压源技术作为通信工程的一个重要的研究方向，经过多年的不断发展，已经成为一种体系完整的高科技技术。

信息产业是数控电压源技术早期的主要应用领域，随着信息技术的不断发展，对数控电压源技术的要求越来越高，同时信息技术的发展成果也不断的应用到数控电压源技术领域。

这样，二者形成了一个相互促进、相互借鉴的关系，在这种相辅相成的关系的促进下，二者都取得了长足的发展。

发展到今天，电源已经成为各行各业必不可少的设备，对电源技术的研究也扩展到了各行各业。

目前电源技术的主要前进方向是设计制造频率更高、效率更高、密度更高、电流更大的低压多元化电源，另外，为了适应全球一体化发展进程的要求，封装和外形尺寸的标准化也是一个不可阻挡的趋势。

电源技术发展到今天，产生了各种各样的技术，也设计制造了样式各异的电源。

当前，在主流市场上占有一定份额的主要有：

整流焊接电源DC/DC开关电源、UPS、线性稳压电源、光伏逆变电源、点解电镀电源通讯用的AC/DC开关电源、正弦波逆变电源、交流变频调速电源、风光互补型电源、电力操作电源、中频感应加热电源等。

影响用户对电源的选择的要素有很多，其中主要的有：

品牌效应、价格因素、电源性能等，而为了更好的应对客户的需求，各电源生产厂商都将发展目标定位于数字化、绿色化、智能化、模块化。

1.4数控电压源的设计要求

本设计的目的是为不同型号的低压电器提供稳定的电压，通过调节按键可调出0～20V稳定的电压，方便使用。

本设计主要是基于LM2576而设计制作用7805可直接输出+5V稳定的电源为单片机供电。

第二章方案论证与比较

根据对现状的分析，以及选题的指导，本课题的主要任务是设计出能够数字显示的数控稳压电源，为了实现这个功能，本文将所要设计的系统划分成了四个功能模块：

按键模块、单片机模块、输出电压控制模块、LED显示模块。

如图2-1所示：

图2-1功能模块图

2.1输出电压控制模块

输出电压控制模块的实现依赖于稳压器的选择，常见的稳压器有两种：

LM317和LM2576，下面对这两种稳压器进行简介。

LM317可以提供1.2~37V范围内的电压输出，能够提供的电流为1.5A，是一种三端可调节的线性正电压稳压器。

LM317基于线性调节的工作方式，会导致大量的热量流失，带来的坏处一是效率变低，二是浪费的热量还会给稳压器带来负担，需要散热。

最重要的是单片机不能直接到LM317。

LM2576可以提供1.23~18V范围内的电压输出，能够提供的电流为3A，是一种降压型的开关式稳压器，采用完全导通或关断的方式取代线性调节的方式，减少了热量损耗，提升了工作效率，同时还内置了过热和过流两种防护措施，可以摆脱散热片。

综上所述，LM2576的性能明显优于LM317，因此本文选用LM2576作为输出电压控制模块。

2.2显示模块

显示模块也有多种备选方案，最常用的有LED数码管和LCD液晶显示屏。

两种显示方式各有优缺点，LED价格简单、使用方便而且亮度较高，但能耗大；LCD功耗小、接口简单、显示清晰，但价格昂贵，使用复杂。

结合对比权衡以及课题的具体需求，本文决定选用LED作为解决方案。

2.3控制芯片的模块

芯片的控制模块主要靠单片机来实现，单片机有有多种型号，比较常见的有两种，分别是：

51系列单片机和凌阳系列单片机。

51系列单片机的优势是价格便宜，有较强的算术计算能力，而且逻辑控制算法的实现比较灵活，同时功耗较低、技术比较成熟，有很好的抗干扰性能。

凌阳系列单片机可以看作是专业版的51系列单片机，其可以实现更加复杂的逻辑控制，进行了更高层次的聚合，体积进一步减小，运算速度进一步提高，常用于大规模系统的控制，但价格比较昂贵。

因为51单片机价格低于凌阳系列，且本次设计需要的处理速度较低，出于经济和方便的角度考虑，方案1为最佳方案。

2.4按键模块

键盘接口通常包括两部分，一是硬件部分，二是软件部分。

硬件是指主机的连接方式及其键盘的结构；软件是指键盘的管理程序。

常用的按键有三种：

机械触点式：

利用金属的弹性使按键复位。

导电橡胶式：

利用橡胶良好的接触性使按键复位。

柔性按键：

面板布局还有外形等可以按照整机要求设计，在使用寿命、防潮、防锈、价格等方面体现出其较强的优越性。

第三章控制电路设计

3.1STC89C51简介

STC89C51是CMOS8位微控制器的一种，具有功耗低、性能高的特点。

STC89C51在单芯片上有8位的CPU以及系统可编程Flash，同时整体上还包含了8K的系统可编程Flash存储器，这些特性使得STC89C51具备了灵活有效的特征，也使得它可以适用于非常多的嵌入式控制应用系统。

STC89C51主要由以下部分组成：

256ByteRAM、4KEEPROM、4KByteFlash、MAX810复位电路、32位I/O口线、16bit定时器/计数器3、看门狗定时器、全双工串行口等。

STC89C51在频率为0时进行相关的逻辑操作，它提供了两种节电模式，软件可以在两种中任意选择。

当处于空闲状态时，进入空闲模式，CPU不再工作，但是