基于单片机的直流稳压电源的设计毕业设计论文.docx

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基于单片机的直流稳压电源的设计毕业设计论文

毕业设计论文

基于单片机的直流稳压电源的设计

摘要

直流稳压电源是电子技术常用的设备之一，广泛的应用于教学、科研等领域。

传统的直流稳压电源几乎都是用旋纽开关调节电压，调节精度不高、难控制、体积大、结构复杂，而且经常跳变，使用麻烦。

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将单片机数字控制技术融入直流稳压电源的设计中，设计出的数字化直流稳压电源具有数码显示、数字输入调压、电压调节精度高的特点。

而且通过软件编程，易于实现功能的扩展。

数控电源目前的发展，主要朝着更高的数控精度和分辨率及更好的动态特性；更好的环保性能；智能化与高可靠性；更广泛的应用方向发展。

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本设计利用AT89S51作为主控芯片，控制数模转换模块DAC0832的输出电压，通过运算放大器OPA552放大输出。

设置四个按键，来实现电压的增减，并带有数码显示模块。

可以达到每步0.1V的精度，输出电压范围0~15V，电流可以达到200mA。

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关键词：

数控电源；AT89S51；DAC0832；OPA552

Abstract

Directcurrentvoltage-stabilizedpowersupplyisoneofthecommonlyusedequipmentinelectronictechnology.It’swidelyusedinteaching,researchingandotherfields.Mostofthetraditionaldirectcurrentvoltage-stabilizedpowersupplyusetheknobswitchtoadjustthevoltage.Ithasthetroubleoflow-precisionanddifficulttocontrol.Thestructureiscomplexandthevolumeislarge.酽锕极額閉镇桧猪訣锥。

Thenumericalcontroltechniqueofsinglechipmicrocomputerisadoptedinthedesignofdirectcurrentvoltage-stabilizedpowersupplyforadigitalized.Havingnumeraldisplay,thedirectcurrentpowercanadjustvoltageprogrammablyanddifferentiatevoltageprecisely.Moreover,it’seasytohaveitsfunctionenlargedthroughtheprogrammer.Numericalcontroldirectcurrentvoltage-stabilizedpowersupplymainlytowardtohigh-precision,high-resolution,betterdynamiccharacteristics,betterenvironmentalperformance,intelligent,highreliabilityandwiderapplicationdirection.彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。

Inthisdesign,usingtheAT89S51asmainmoduletocontroltheoutputvoltageofDAC0832.ThevoltageismagnifiedbyamplifierOPA552.Inthissystem,thestepofvoltageiscontrolbyfourkeys,andthedisplaymoduleisalsodesigned.Thestepprecisionis0.1V,theoutputvoltageisrangefrom0Vto15Vandthecurrentisupto200mA.謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。

Keywords:

Numericalcontrolpower；AT89S51；DAC0832；OPA552厦礴恳蹒骈時盡继價骚。

第1章绪论

1.1课题的背景和意义

电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性很强的工程技术，服务于各行各业。

电力电子技术是电能的最佳应用技术之一。

当今电源技术融合了电气、电子、系统集成、控制理论、材料等诸多学科领域。

随着计算机和通讯技术发展而来的现代信息技术革命，给电力电子技术提供了广阔的发展前景，同时也给电源提出了更高的要求。

随着数控电源在电子装置中的普遍使用，普通电源在工作时产生的误差，会影响整个系统的精确度。

电源在使用时会造成很多不良后果，世界各国纷纷对电源产品提出了不同要求并制定了一系列的产品精度标准。

只有满足产品标准，才能够进入市场。

数控电源是从80年代才真正的发展起来，期间系统的电力电子理论开始建立。

这些理论为其后来的发展提供了一个良好的基础。

在以后的一段时间里，数控电源技术有了长足的发展。

但其产品存在数控程度达不到要求、分辨率不高、功率密度比较低、可靠性较差的缺点。

因此数控电源主要的发展方向，是针对上述缺点不断加以改善。

单片机技术及电压转换模块的出现为精确数控电源的发展提供了有利的条件[1]。

到90年代，随着新的变换技术和控制理论的不断发展，各种类型专用集成电路、数字信号处理器件的研制应用，己经出现了数控精度达到0.05V的数控电源，功率密度达到每立方英寸50W的数控电源[2]。

从组成上，数控电源可分成器件、主电路与控制等三部分。

目前在电力电子器件方面，传统的直流稳压电源通常采用电位器和波段开关来实现电压的调节，并由电压表指示电压值的大小。

因此，电压的调整精度不高，读数欠直观，电位器也易磨损，而且经常跳变，使用麻烦。

而基于单片机控制的直流稳压电源能较好地解决以上传统稳压电源的不足。

数控技术方面的发展是以51系列单片机为主控单元电路的发展和软开关技术等电子技术的完善为主要标志。

数字化则应属于控制方面的重要发展方向，随着信息技术的突飞猛进，将对数控电源技术的发展起到巨大推进作用。

数控电源目前的发展，主要朝着更高的数控精度和分辨率及更好的动态特性；更好的环保性能；智能化与高可靠性；更广泛的应用等方向发展[3]。

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1.2数控电源的发展

20世纪80年代，出现了一种开关式稳压电源，这种电源是采用功率半导体器件作为开关，通过控制开关的占空比调整输出电压。

开关型稳压电路中的调整管工作在开关状态，因而功耗小，电路效率高。

开关电源的种类很多，按调整管与负载的连接方式可分为串联和并联型，串连开关稳压电路是降压型电路，并联开关型稳压电路是升压型电路。

按稳压的控制方式可分为脉冲宽度调制型（PWM）、脉冲频率调制型（PFM）和混合调制型。

这其中尤以PWM最为盛行，这种电源在稳压方面功能非常优越，但在电压输出精度方面仍存在缺陷，旋钮式电源远不能满足工业需求，数控技术的发展给电源的发展注入新的活力，数控逐渐成为一种趋势[4]。

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随着人们生活水平的不断提高，数字化控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中数控直流稳压电源就是一个很好的典型例子，但人们对它的要求也越来越高，要为现代人工作、科研、生活提供更好的，更方便的设施就需要从数字电子技术入手，一切向数字化，智能化方向发展。

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近年来出现了不少的数控电源产品，例如数控三步仿金电镀电源，具有自动稳压功能和软启动功能，时间在0~30秒内可调；具有稳压限流功能，稳压状态下输出电流超过正常电流10%，电源会自动进入限流状态；具有高可靠的过流，短路保护功能，输出电流超过额定值的50%时，电源自动封锁输出，同时发出声和光报警[5]。

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随着数控技术以及可编程器件的发展，出现了一种可编程直流数控电源，其中最典型的就是3645A型数控电源，它是一种输出电压范围在0~36V，负载工作电流可以达到3A的直流稳压电源，电压及电流均可任意调节。

其主要功能有：

电压设定、电流上限设定、电源输出电压上限设定、通讯设定、键盘锁定功能、功率上限设定、保存选项设定等功能，电压、电流、功率均以LCD显示，画面清晰、直观，操作方便。

数控程度已很高，但成本太贵，不利于大批生产[6]。

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第2章方案设计

方案设计原理框图如图2-1所示。

图2-1方案设计原理框图

本方案是采用AT89S51芯片作为主控单元。

AT89S51是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4kbytes的可反复擦写的Flash程序存储器和128bytes的随机存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，内置功能强大的AT89S51为本设计提供了高性价比的解决方案。

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设置四个按键来实现电压的+0.1V、－0.1V、+1V、－1V。

该系统使用3个数码管，采用动态扫描驱动方式，通过软件编程的方法，可以显示三位数，一个小数位，比如可以显示10.5V。

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从整个原理框图来看，该方案思路非常清晰，就是通过单片机控制DA的输出电压，通过运算放大器放大输出，而电压大小在三位数码管上显示。

采用软件方法来解决电压的步进控制和电压的显示，使系统硬件更加简洁，各类功能易于实现。

所以选择本方案。

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第3章系统硬件电路设计

3.1主要电路的设计

系统硬件电路部分主要包括：

主控单元电路：

采用51系列单片机AT89S51为主控单元。

信号处理电路：

数模转换模块DAC0832。

电压放大电路：

集成运算放大器OPA552。

人机接口电路：

按键电路。

显示部分电路：

8位并行数码显示管。

附属电路：

包括晶体振荡电路、重启电路、参考电压电路、滤波电路等。

3.2具体电路介绍

3.2.1主控单元电路

采用51系列单片机AT89S51为主控单元。

AT89S系列单片机是ATMEL公司研制生产的，优越的性能价格比使其成为颇受欢迎的单片机。

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AT89S系列与MCS-51系列单片机相比有两大优势：

第一，片内程序存储器采用闪存存储器，使程序的写入更加方便；第二，提供了更小尺寸的芯片（AT89S2051/1051），使整个硬件电路的体积更小。

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AT89S系列单片机有4种型号：

AT89S51、AT89S52、AT89S2051、AT89S4051，其中AT89S2051/4051是ATMEL公司AT89S系列的新成员。

它以较小的体积，良好的性能价格比受青睐，在家电产品、工业控制、计算机产品、医疗器械、汽车工业等应用方面成为用户降低成本的首选器件。

这里以AT89S51为代表对AT89S系列单片机做一阐述。

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AT89S51是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4kbytes的可系统编程的Flash只读程序存储器，器件采用高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准8051指令系统及引脚。

AT89S51单片机集Flash程序存储器和通用8位微处理器于单片芯片中，功能强大，价位低，可为许多应用场合提供高性价比的解决方案，可灵活应用于各种控制领域[7]。

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AT89S51芯片的引脚图如图3-1所示：

图3-1AT89S5