保密类别 编 号 湖北工业大学毕业论文基于51单片机数控直流稳压电源的设计院(系)别 （小二号宋体居中）专 业 班 级姓 名 学 号 指导教师 2014年 4 月 9 日 43目录一、绪论1.1直流稳压电源.31.2数控直流稳压电源.31.3数控直流稳压电源要求.3二、数控直流稳压电源方案设计与论证2.1硬件原理框图.42.2方案简介.42.3单片机选择与论证.52.4DA方案选择62.5稳压输出选择与论证.72.6显示模块.82.7输入按键.92.8电源模块选择.9三、硬件电路设计3.1供电电路设计103.2 单片机最小系统.123.3DA输出设计.133.4稳压输出153.5电压采样电路183.6数码管显示电路19四、系统软件设计4.1系统软件设计流程图214.2AD转换程序.214.3DA转换程序.22五、系统调试与仿真.235.1硬件调试.235.2软件调试.255.3仿真软件protues简介.265.4DA仿真图.285.5AD仿真图.28六、总结.29基于51单片机数控直流稳压电源的设计摘要：随着科技的日益的发展，电子产品对电源的要求也越来越高。针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12C5408AD单片机为核心，利用8位DA芯片DAC0832作为DA输出，由单片机12C5408AD内部自带AD转换器对输出电压进行采样处理，采用C语言进行程序控制，输出0+9.9V，扩展0-9.9V的输出范围，步进0.1V的精确稳压输出。关键词：直流电流源 单片机 12C5408AD DAC0832High precision DC current source based on 51 MCUAbstract: With the development of science and technology. Electronic products to the requirements of the power supply is more and more high. 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 12C5408AD which product by STC. Using a chip DAC0832 which with 8 bit as DA output. By using the MCU internal AD converter to process the output voltage. Use the C language to control the system. So that it can output 0+9.9V, extend to 0-9.9 V, and stepping for 0.1V adjustment function.Key words: DC current MCU 12C5408AD DAC0832一、绪论1.1 直流稳压电源简介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。 由于电子技术的特性，电子设备对电源电路的要求就是能够提供持续稳定、满足负载要求的电能，而且通常情况下都要求提供稳定的直流电能。提供这种稳定的直流电能的电源就是直流稳压电源。直流稳压电源在电源技术中占有十分重要的地位。1.2数控直流稳压电源简介一般普通线性电源具有不可调节或只能线性调节等特点。其调节的范围小，精度低，无法适应于精度要求比较高的场合。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。 1.3 数控电源特点与要求 1输出电压值能够在额定输出电压值以下任意设定和正常工作。 2输出电流的稳流值能在额定输出电流值以下任意设定和正常工作。 3直流稳压电源的稳压与稳流状态能够自动转换并有相应的状态指示。 4对于输出的电压值和电流值要求精确的显示和识别。 5对于输出电压值和电流值有精准要求的直流稳压电源直接数字输入。 6要有完善的保护电路。直流稳压电源在输出端发生短路及异常工作状态时不应损坏，在异常情况消除后能立即正常工作。二、数控直流稳压电源方案设计与论证2.1 硬件设计框图按键输入稳压输出DA输出负载 51系列单片机12C5408AD显示部分报警采样过流供 电 电 源图2-1 硬件设计框图2.2 方案简介该方案以STC 51系列单片机12C5408AD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。利用单片机内部自带10位AD转换器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。2.3单片机选择与论证一、单片机选择：方案一：采用增强型51单片机，内部自带DA和AD，方案二：采用增强型51单片机，内部自带AD方案三：采用MCS-51系列89S52单片机 二、方案论证: 我们在网上找了许多增强型的的单片机，内部自带AD及DA的，但是发现一般内部自带8位的AD及DA，带10位和12位AD及DA的价格太高，考虑到成本的问题，我们放弃了方案一方案三采用89S52单片机，单片机价格虽然降下来了，但是要采集输出电压，必然要加AD采集电路，因为要采2路电压，所以电路变得很复杂，加大了硬件电路的难度。而方案二采用的单片机内部自带AD，我们选取了STC公司的12C5408AD，该单片机自带8路10位AD，可以满足设计的要求。相对方案三，简化了电路，价格也不是很高。综合考虑，我们选择方案二。 12C5408AD简介：图2-2 12C5408引脚图STC 12C5408AD系列单片机 是宏晶科技生产的单时钟/机器周期（1T）的单片机，是高速，低功耗的51系列单片机，指令代码完全兼容传统8051，速度快8-12倍速。内部集成MAX810专用复位电路，4路PWM，8路高速10位A/D转换。12C5408AD的工作电压5.5V-3.5V 工作频率 0-35MHz 片上集成512字节RAM，8K ROM2.4 DA选择与论证DA选择方案一：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方案论证：DA输出的电压计算公式Uout =X(Rf/DA) （公式一）其中，Rf为电压基准源，DA为所选择的单片机位数，DA=2N X为单片机程序控制的步进值。若我们选用的电压基准源Rf=2.5V，步进值取1，则用8位AD则有最小输出电压为 Uout =10.01V （公式二）再将DA输出值放大10倍，则输出电压的范围为0.1V-25V,满足设计要求。方案一中选择DAC0832符合题目的要求。所以我们选取方案一。方案二为10位DA，输出的精度更高，但考虑到价格的问题，我们放弃方案二。方案三中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，我们放弃方案三。图2-3 DAC0832引脚图2.5 稳压输出方案选择与论证方案选择方案一、输出LM317集成运放放大DA输出D2 31 ADJ 图2-4 方案一原理框图方案一中，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。方案二、输出DA输出集成运放放大 图2-5方案二原理框图方案二中，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。方案论证方案