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1西安电子科技大学

班级04101011

学号04101015

西安电子科技大学

本科毕业设计论文

题目基于单片机的恒压源设计

学院机电工程学院

专业机械设计制造及其自动化

学生姓名陈兵

导师姓名杨振江

毕业设计（论文）诚信声明书

本人声明：

本人所提交的毕业论文《基于单片机的恒压源设计》是本人在

指导教师指导下独立研究、写作的功效，论文中所引用他人的不管以何种方式发

布的文字、研究功效，均在论文中加以说明：

有关教师、同窗和其他人员对本书

的写作、修订提出过并为我在论文中加以采纳的意见、建议，均已在我的致谢词

中加以说明并深致谢意。

本论文和资料假设有不实的地方，本人承担一切相关责任。

论文作者：

陈兵（签字）时刻：

2021-5-16

指导教师已阅：

杨振江（签字）时刻：

2021-5-16

摘要

在电路当中常常会用到输出恒定电压的电源；在电子线路中保证电压恒定的部份叫做恒压源，属于电源的一种。

一种恒压源电路，具有输入端、输出端、用于产生具有波电压的恒压的恒压源单元、和用于排除波电压以便在输出端输出没有波电压的恒压的波排除电路单元，所述波排除电路单元包括连接在所述恒压源单元和所述输出端之间的电阻器；波电压检测电路单元，用于检测所述波电压并依照所检测的波电压输出信号；电流电路单元，用于从所述波电压检测电路单元接收信号并响应所接收的信号向所述输出端提供电流或从所述电阻器吸收电流，从而排除在该输出端处的波电压。

关键字：

恒压源电路电阻器波电压输出信号

ABSTRACT

Oftenusedconstantoutputvoltageinthecircuitofthepowersupply;inpartguaranteesconstantvoltageinanelectroniccircuitcalledaconstantvoltagesource,belongingtothepowersupply.Aconstantpressuresourcecircuit,hasenteredend,andoutputend,andforproduceshaswavevoltageofconstantpressureofconstantpressuresourceunit,andandforeliminationwavevoltagetoinoutputendoutputnowavevoltageofconstantpressureofwaveeliminationcircuitunit,byreferredtowaveeliminationcircuitunitincludingconnectioninbyreferredtoconstantpressuresourceunitandbyreferredtooutputendZhijianofresistanceplayers;wavevoltagedetectioncircuitunit,fordetectionbyreferredtowavevoltageandaccordingtobydetectionofwavevoltageoutputsignal;currentcircuitunit,Describedfromwavevoltagedetectingcircuitandrespondstothereceivedsignalunitreceivessignalstotheoutputtoprovidecurrentorfromtheresistorcurrent,thuseliminatingthewavevoltageattheoutputterminals.Idealvoltagesourceresistanceis0,virtuallyimpossibleforinternalresistanceof0.Limitsandcurrentandvoltagefluctuationrange.Mostsimpleseriesvoltageregulator,shuntregulators,three-Terminalvoltageregulator,switchingregulator.NowtheconstantvoltagesourceinLEDapplications,primarilyistargetedtothedriveunit.Isconstantoutputvoltage,outputcurrentinarange.Inthedigitalworldthereisno"constant"thisthing,loadregulationforallpowerindicators.Evenaconstantvoltagesource,asloadincreases,theoutputvoltagewillrise。

Keywords：

ConstantvoltagesourcecircuitResistor

Wavevoltageoutputsignal

第一章绪论

研究背景

稳固电源是各类电子电路的动力源，被人誉为电路的心脏。

人所皆知，所有效电设备，包括电子仪器仪表、家用电器等，对供电电压都有必然的要求。

例如，有的电视机要求220V的电网供电电压转变不能超过±10%.即从198V到242V之间。

若是超出那个范围，电视机就不能正常收看，乃至会因为电压太高而破坏电视机。

至于周密电子仪器，对供电电压维持稳固不变的要求就加倍严格。

为解决用电设备要求供电稳固，而市电电网又难以维持的供电矛盾，人们便研制了各类各样的稳固电源。

所谓稳固是电压的转变小到能够许诺的程度，并非是绝对不变的。

说到稳压问题，爱迪生发明电灯时，就曾考虑过稳压器。

到20世纪初，就已经显现铁磁稳压器及相关的技术文献。

电子管问世不久，就有人设计电子管直流稳压器。

在20世纪40年代后期，电子器件与磁饱和元件相结合，组成了电子操纵的磁饱和交流稳压器，至今还在应用。

20世纪50年代，随着半导体工业的飞速进展，晶体管的诞生使串联调整型晶体管稳压电源率成了直流稳压电源的中心，这一局面一直维持到20世纪60年代中期。

这种电源尽管性能优良，但他最大的弱点是由于功率调整管与负载串联，而且晶体管工作在线性区域，稳压器的输出电压调剂与稳固借助与功率晶体管发烧也很厉害，散热就成专门大问题。

随着半导体技术的进步，电子设备开始从分立元器件进入集成电路时期，体积日趋减小，装机密度不断提高，规模容量慢慢增大。

这种晶体管串联型常规电源难以知足形势进展的问题日趋显露。

20世纪60年代后期，科技工作者对稳固电源技术进行一次总结，使开关电源和可控硅电源取得快速进展。

与此同时，将稳压管的大部份元器件都集成到一块硅基片上的集成稳压管也在不断进展。

从1967年美国BobWidlar发明了第一块集成稳压管uA723。

至今，集成稳压管品种之多、系列之全令人们另眼相看。

简述之，以电子运算机为代表的要求供电电压低，电流大的电源多数是由开关电源担任的；要求供电电压高、电流大的设备的电源由可控硅电源代之；要求控电电流小、电压低的仪器仪表或家用电器都采纳集成稳压器。

至于一些对电源稳固度要求很高的周密测量仪器或在其他高电压、小电流的供电场合，仍摆脱不了串联型晶体管稳压电源。

1.2开发环境

恒压源电路必需要基于单片机来实现，单片机负责显示、采样、模数转换、处置。

要设计出一款高性价比的多功能数字化通用直流稳压电源，必需将单片机的数字操纵技术有机的融入直流稳压电源的设计中。

电路板设计是电子产品设计的重要环节之一，任何电路都需要被安装在一快电路板上才能够实现其功能，因此设计和设计和制作出布局合理、性能稳固、外观精美的电路板是必需的。

Protel99SE

是基于Windows平台的32位EDA开发工具，是成立在PC环境下的EDA电路集成设计系统，具有壮大的编辑功能、有效的检测手腕、完善灵活的设计治理方式，它是电路设计自动化的佼佼者。

1.2.1STC89C52单片机

STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微操纵器，具有8K在系统可编程Flash存储器。

STC89C52利用经典的MCS-51内核，但做了很多的改良使得芯片具有传统51单片机不具有的功能。

在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式操纵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，看门狗按时器，内置4KBEEPROM，MAX810复位电路，3个16位按时器/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向量2级中断结构），全双工串行口。

另外STC89C52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，许诺RAM、按时器/计数器、串口、中断继续工作。

掉电爱惜方式下，RAM内容被保留，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。

各引脚的标注，利于自制元件库

1.2.2Protel

PROTEL是Altium公司在80年代末推出的软件，在电子行业的CAD软件中，它当之无愧地排在众多EDA软件的前面，是电子设计者的首选软件，它较早就在国内开始利用，在国内的普及率也最高，有些高校的电子专业还专门开设了课程来学习它，几乎所有的电子公司都要用到它，许多大公司在招聘电子设计人材时在其条件栏上常会写着要求会利用PROTEL。

初期的PROTEL要紧作为印制板自动布线，运行在DOS环境，对硬件的要求很低，在无硬盘286机的1M内存下就能够运行，但它的功能也较少，只有电路原理图绘制与印制板设计功能，其印制板自动布线的布通率也低，而现今的PROTEL已进展到DXP2004，是个庞大的EDA，完全安装有200多M，它工作在WINDOWS95环境下，是个完整的板级全方位电子设计系统，它包括了电路原理图绘制、混合信号仿真、多层设计（包括印制电路板自动布线）、设计、图表生成、生成、支持宏操作等功能，并具有（客户/效劳器）体系结构，同时还兼容一些其它设计软件的，如ORCAD，PSPICE，EXCEL等，其多层印制线路板的自动布线可实现高密度PCB的100%布通率。

在国内PROTEL软件较易买到，有关PROTEL软件和利用说明的书也有很多，这为它的普及提供了基础。

想更多地了解PROTEL的软件功能或下载PROTEL99的试用版，能够在INTERNET上。

2005年年末，Protel软件的原厂商Altium公司推出了Protel系列的最新高端版本。

AltiumDesigner，它是完全一体化电子产品开发系统的一个新版本，也是业界第一款也是唯一一种完整的板级设计解决方案。

AltiumDesigner是业界首例将设计流程、集成化PCB设计、可编程器件（如FPGA）设计和基于处置器设计的功能整合在一路的产品，一种同时进行PCB和FPGA设计和嵌入式设计的解决方案，具有将设计方案从概念转变成最终成品所需的全数功能。

这款最新高端版本AltiumDesigner6.除全面继承包括99SE，Protel2004在内的先前一系列版本的功能和优势之外，还增加了许多改良和很多高端功能。

AltiumDesigner拓宽了板级设计的传统界限，全面集成了设计功能和设计实现功能，从而许诺工程师能将系统设计中的FPGA与PCB设计和嵌入式设计集成在一路。

Protel99SE共分5个模块，别离是原理图设计、PCB设计（包括）、自动布线器、原理图混合信号仿真、PLD设计。

以下介绍一些Protel99SE的部份最新功能：

◆可生成30多种格式的电气连接网络表；

◆壮大的全局编辑功能；

◆在原理图当选择一级器件，PCB中一样的器件也将被选中；

◆同时运行原理图和PCB，在打开的原理图和PCB图间许诺双向交叉查找元器件、引脚、网络

◆既能够进行正向注释元器件标号（由原理图到PCB），也能够进行反向注释（由PCB到原理图），以维持电气原理图和PCB在设计上的一致性；

◆知足国际化设计要求（包括国标题目栏输出，GB4728国标库）；*方便易用的数模混合仿真（兼容SPICE3f5）；

◆支持用语言和原理图设计，生成标准的JED下载文件；*PCB可设计32个信号层，16个电源-地层和16个机加工层；

◆壮大的“规那么驱动”设计环境，符合在线的和批处置的设计规那么检查；

◆智能覆铜功能，覆铀能够自动重铺；

◆提供大量的工业化标准电路板做为设计模版；

◆放置汉字功能；

◆能够输入和输出、格式文件，实现和等软件的数据互换；

◆智能封装导航（关于成立复杂的PGA、BGA封装很有效）；

◆方便的打印预览功能，不用修改PCB文件就能够够直接操纵打印结果；

◆独特的3D显示能够在制板之前看到装配事物的成效；

◆壮大的CAM处置使您轻松实现输出光绘文件、材料清单、钻孔文件、贴片机文件、测试点报告等；

◆通过充分验证的传输线特性和仿真精准计算的算法，信号完整性分析直接从PCB启动；

◆反射和串扰仿真的波形显示结果与便利的测量工具相结合；

◆专家导航帮您解决信号完整性问题。

第二章设计原理

单片机外围电路

a.电压预置复位电路

复位是单片机的一个重要工作方式。

在单片机工作时，上电时第一要复位，发生故障后也要复位。

复位操作有两种大体形式：

一种是上电复位，另一种是按键复位，即要复位时，只要按图中的KEY1键，电源VCC经电阻R1和R2分压，在RESET端产生一个高电平。

在上电复位时，电路要求接通电源后，通过外部电容来充电实现单片机自动复位操作。

上电刹时RESET引脚取得高电平，随着电容充电，RESET引脚的高电平将慢慢下降。

RESET引脚的高电平只要能维持足够的时刻（2个机械周期），单片机就能够够进行复位操作。

单片机复位期间不产生ALE和PSEN信号，即ALE=1和PSEN=1。

这说明单片机复位期间可不能有任何操作。

复位后：

PC值为0000H，说明复位后程序从0000H开始执行：

SP值为07H，需要从头置SP值：

单片机复位后，已使P0—P3口每一端线为“1”，为这些端线用作输入口做好预备。

复位电路图如下图：

图2-1复位电路

b.时钟振荡电路

单片机操纵中心的各项工作都是在时钟信号的操纵下和谐工作的，单片机的时钟电路可为单片机提供一个时钟信号。

单片机本身就如一个复杂的同步时序电路，为保证工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号操纵下严格地按时序进行工作。

单片机内部有一个用于组成振荡器的高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚XTAL1，其输出端为引脚XTAL2。

而在芯片内部，XTAL1和XTAL2之间跨接晶体管振荡器和微调电容，从而组成一个稳固的自激振荡器。

单片机时钟电路可分为内部时钟电路和外部时钟电路。

只要在单片机的XTAL1和XTAL2引脚外接晶体振荡器就组成了自激振荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号。

电容C1和C2的只要功能是和谐振荡器频率及帮忙振荡器起振，其电容值一样在20pF-60pF，典型值为30pF。

外部时钟方式是把外部已有的时钟信号引入到单片机内。

此方式经常使用于多单片机同时工作，以便于个单片机的同步。

一样要求外部信号高电平的持续时刻大于20us，且为频率低于12MHz的方波。

本设计采纳内部时钟电路来确保整个电路的和谐工作。

电路图如下图：

图2-2时钟电路

D/A转换电路工作原理

本设计是采纳TCL5615实现数据的数模转换，其数据口与单片机的P1口直接相连，DA的

、

、

彼此连接后接地，让DA工作在直通方式下。

DA的

接参考电压，为简化设计，在本次设计中采纳5V的参考电压，DAC的8脚输出电压的分辨率为5V/256=≈,也确实是说DA输入数据端每增加1，就意味着电压输出增加。

再在DA的电压输出端接运放LM358，将DA

输出的模拟电源转换为电压。

如此一来，咱们只要改变单片机P1口的数据输出即能够改变DA的输出电压，设当P1口的输出数据位00H时，DA的输出电压就为0V。

其电路图如下图:

图6D/A转换电路图

恒压源电路原理

整流电路的作用是将交流电压U1，变换成脉动的直流U2，能够由整流二极管组成整流桥堆来执行，常见的整流二极管有1N4007、1N5148等，桥堆有RS210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，选RC滤波电路。

图2-3桥式整流、电容滤波电路

图2-4交流电压U的波形

稳压的作用是将滤波电路定的电路输比电压经稳压后，输出较稳固的电压。

恒压源分为线型恒压源和开关恒压源。

我选用线型恒压源，选用串联恒压电路。

串联恒压电路引入了电压负反馈，能够稳固输出电压。

大体调整管稳压电路的输出电压不可调，且输出电压因UBE的转变而变，稳固性较差。

为了使输出电压可调，加深电压负反馈，可在大体调整管稳压电路的基础上引入放大环节。

图2-4具有放大环节的串联稳压电路

当电网电压波动（或负载电阻的转变）使输出电压UO上升时，取样电压UN增大，由于稳压管的电压UZ不变，运放的输入电压UNP（=UN-UP=UN-UZ）增大，使A的输出减小（即调整管的基极电位降低），而使调整管T的c-e压降低增大，输出电压UO（=UI-Uce）减小。

使输出电压取得稳固。

可见，电路是靠引入深度电压负反馈来稳固输出电压。

 当电位器R2的滑动端在最上端时，输出电压最小为

当电位器R2的滑动端在最下端时，输出电压最大为

若R1=R2=R3=300Ω，UZ=6V，那么输出电压9V≤UO≤18V。