中北大学2013届毕业设计说明书基于单片机的数控直流稳压电源的设计与制作Hengyu Wu ,Minli Tang􀎳(Corresponding author),Ling HeDepartment of Electronic Engineering,Hainan Software Profession InstituteQionghai, Hainan ,571400 ,Chinawhytml163.com ,gslstml163.com,heling_2818126.com摘要近年来，基于单片机的数字控制技术被广泛应用于要求多功能数字化且具有较高性价比的直流稳压电源的设计之中。本次设计的数控直流稳压电源采用数字式步进调节，不但具有输出精度高的特点，同时它也具有短路保护和过流保护功能，并具有报警提示功能，因此此数控直流稳压电源特别适用于具有高精度要求的各种复杂应用场合。本次设计的智能化数控直流稳压电源使用自制矩阵键盘输入设置电压数值，AT89S51单片机接收矩阵键盘输入的电压值信息，然后进行数字显示、数模转换输出等相应的处理。关键词单片机 ；数字控制；直流电源一、介绍直流稳压电源是一个用于电子技术的通用设备，它已经被非常广泛地应用到相关领域的教学和科学研究等诸多方面。传统多功能直流稳压电源相对较不完善，主要缺点包括：电源结构过于简单，控制较难不够便捷，电源可靠性较低，抗干扰性较差，准确性偏低，整体尺寸过大，内部结构复杂性较高。虽然传统的直流稳压电源有着很多不同的设计结构，但是他们都或多或少的存在以下的问题：输出电压的调节都是通过粗调(开关)和微调(电位计)实现，这意味着电源难以输出精确电压或进行小幅度的调节(比如：1.02 1.03V)，而且开关和电位差计较少的接触可能对输出电压造成了巨大的影响。当过载情况发生时,输出限流电路会对硬件实施保护，但本次电路结构相对复杂，而且电压调节精度较低。本文将概述一种以单片机为核心的新的设计简单操作方便的智能直流稳压电源，它具有基于单片机控制的智能设计和高精度等一些列优点可以消除传统直流稳压电源的上述缺点，所以此直流稳压电源非常具有现实意义与实用价值。二、系统硬件设计A系统架构本系统采用AT89S51单片机作为核心控制器，它可以进行电压预先设置，电压步进调整，同时也可使数控直流稳压电源电压信号的输出和预设同时进行，硬件理论图如图1所示。数控直流稳压电源系统包括八个部分，它们分别是：AT89S51单片机控制电路、输入键盘电路、电源电路、D/A（数模）转换电路,PA电路、短路保护电路、报警电路、稳压电路、LED显示电路。本系统采用“开/关”、“+”、“-”按钮来控制预设电压的上升和下降并采用LED数码管进行显示。AT89S51单片机的稳定控制可以通过相应的数字信号发送、D/A转换后的电流输出、集成运算放大器LM358的转换,三极管的放大和RC网络过滤来实现。同时,LED数码管将显示输出电压同时由数字电压表显示电压的测量值。B 数字控制这部分主要是AT89S51单片机的最小化系统控制电路，单片机将实现键盘控制，预设电压显示控制，短路保护控制和预警控制等诸多功能。由于外部设备大多采用串行接口，单片机的外围电路就十分简单，只要外接晶体振荡器和复位电路即可。最小化的AT89S51单片机控制系统如图2所示。1） 键盘接口电路键盘接口电路如图3所示。键盘的设计由三个按钮(“开/关”、“+”和“-”)和三个外部上拉电阻监控键盘XX组成。这三个按钮分别连接到单片机的p1.0,p1.1,p1.2接口。2） 预设电压显示电路下面的图显示了预设电压显示电路。这种电路设计使用解码驱动74f2442来驱动LED数码管来显示预设电压。它是由单片机接口P2.0-p2.7控制。共阴极的LED由单片机接口p1.4 p1.6控制，而LED数码管显示屏是由三极管8050控制的。C 电源电路1） 主电源电路220 v / 50Hz交流电源通过变压器和相应的电源芯片转换提供了三种系统运行所需要的电压+ 5 v、+ 15 v和-5 v，可应用于AT89S51单片机和D/A转换芯片作为电源电压和输入电压。除了供应运算放大器的正极,+ 15 v也是主要的功率输出电路的调节电压。这个电源模块扩展-5v电压用来充当负极的供应电压(参见图5)。2） 稳压输出电路输出电压调节的作用是将电压控制数据从控制器中转换到稳定的电压输出部分。这部分是由D/A转换器(DAC0808)，集成运算放大器LM358，晶振，参考电压+15V电压源和过电流检测电路组成的。稳压输出电路包括稳压输出模块、过电流检测电路，当过电流情况发生时可以输出低电平。并且当INT0中断请求被触发时，CPU将开中断。在CPU接收到电平信号后,将有5毫秒的延迟。三、系统软件设计软件控制程序包括主程序和过电流保护程序两个部分。其主要目的是实现电源的主要功能，如步进加减调节、D/A转换控制、键盘输入扫描、LED数码管显示控制、过电流和短路预警等等。A. 主控制程序系统初始化指令(也称为AT89S51单片机初始化)将首先被执行，然后设置系统时间。按键处理子程序的功能是扫描是否有按钮被按下，如果有按键按下，则系统将调用显示处理子程序来调用LED数码管显示预设电压数值。在D/A转换之后，单片机会检测单片机控制信号用以判断到是否短路发生。如果发生短路，中断保护程序将被激活，如果没有短路发生，直流稳压电源就实现了稳压输出。主程序流程图如图6所示。 B过电流保护程序AT89S51单片机会处理来自数字模拟转换电路的信号，通过过电流检测电路进行检测，判断有误过电流情况发生。如果电流过大时，蜂鸣器就会被激活而发出过电流报警。过电流保护程序如图7所示。四、结论本论文着重讨论以单片机为核心的智能稳压电源设计。本次设计的智能数控稳压电源具有诸多功能优点，主要有电路设计简单，结构紧凑，成本效益高且电源性能良好。通过单片机的控制，这种新型的直流稳压电源可以设置一个复杂的检测系统，以确保电源的稳定运行。电源的输出电压采用键盘输入和LED数码管数字显示，具有良好可视性强的外观和友好方便的操作方式，因此本次设计的数控直流稳压电源具有较高的实际应用价值。参考文献1 LI Quan-li.Monolithic Principle & Applications M,Bei Jing:HigherEducation Press_2004.2 LI Zhong-fa. Digital Electronics Technology M,Chinese WaterConservancy And Water-electric Press:2001.3 GONG Mao-fa. Monolithic Man-machine interface Examples M,Bei Jing University of Aeronautics and Astronautics Press:1998.第1页 共6页