基于AT89C51的数控电源设计.doc

1、 凌阳， 拇指 凌阳 基于 AT89C51 的数控电源设计 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳凌阳， 拇指 凌阳 摘要：随着人们日益广泛的生活生产需求 ， 拇指 小电源的智能化 ， 拇指 数字化以快速发展 。 食指 本系统是一个输出电压可调节的直流稳压电源 。 食指 它采用 AT89C51 单片机为核心控制器 ， 拇指 用输出信号采集调理电路对输出的电压、电流进行实时采样 ， 拇指 然后把采样的值送入控制器进行 AD转换 ， 拇指转换后的值又经 AT89C51 处理 ， 拇指 后在数码管上显示当前输出的电压或电流值 。 食指 通过按键可以自己设定输入电压值 ， 拇指 然

2、后由 DA转换电路将设定值转换后由模拟电路输出 。 食指 本电路还具有过流保护和报警提示功能 。 食指 凌阳， 拇指 凌阳 关键字： AT89C51 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 直流稳压电源 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 数码管显示 凌阳， 拇指 凌阳 前言 凌阳， 拇指 凌阳 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 ， 拇指 服务于各行各业 。食指 电力电子技术是电能的最佳应用技术之一 。 食指 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 。 食指 随着计算机和通讯技术发展而来的现代信息技术

3、 革命 ， 拇指 给电力电子技术提供了广阔的发展前景 ， 拇指 同时也给电源提出了更高的要求 。 食指 随着数控电源在电子装置中的普遍使用 ， 拇指 普通电源在工作时产生的误差 ， 拇指 会影响整个系统的精确度 。 食指 电源在使用时会造成很多不良后果 ， 拇指 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 。 食指 只有满足产品标准 ， 拇指 才能够进入市场 。 食指 随着经济全球化的发展 ， 拇指 满足国际标准的产品才能获得进出的通行证 。 食指 数控电源是从 80 年代才真正的发展起来的 ， 拇指 期间系统的电力电子理论开始建立 。 食指 这些理论为其后来的发展提供了

4、一 个良好的基础 。 食指 在以后的一段时间里 ， 拇指 数控电源技术有了长足的发展 。 食指 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 。 食指 因此数控电源主要的发展方向 ， 拇指 是针对上述缺点不断加以改善 。 食指 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 。 食指 新的变换技术和控制理论的不断发展 ， 拇指 各种类型专用集成电路、数字信号处理器件的研制应用 ， 拇指 到 90 年代 ， 拇指 己出现了数控精度达到 0.05V 的数控电源 ， 拇指 功率密度达到每立方英寸 50W 的数控电源 。 食指 从组成上 ，拇指 数控

5、电源 可分成器件、主电路与控制等三部分 。 食指 目前在电力电子器件方面 ， 拇指 几乎都为旋纽开关调节电压 ， 拇指 调节精度不高 ， 拇指 而且经常跳变 ， 拇指 使用麻烦 。 食指 数字化智能电源是针对传统电源的不足设计的 ， 拇指 数字化能够减少生产过程中的不确定因素和人为参与的环节数 ， 拇指 有效地解决电源模块中诸如可靠性、智能化和产品一致性等工程问题 ， 拇指 极大地提高生产效率和产品的可维护性 。 食指 凌阳， 拇指 凌阳 在家用电器和其他各类电子设备中 ， 拇指 通常都需要电压稳定的直流电源供电 。 食指 但在实际生活中 ， 拇指 都是由 220V 凌阳， 拇指 凌阳 的交流

6、电网供电 。 食指 这就需要通过变压、整流、滤波、稳压电路将交流电转换成稳定的直流电 。 食指 滤波器用于滤去整流输出电压中的纹波 ， 拇指 一般传统电路由滤波扼流圈和电容器组成 ， 拇指 若由晶体管滤波器来替代 ， 拇指 则可缩小直流电源的体积 ， 拇指 减轻其重量 ， 拇指 且晶体管滤波直流电源不需直流稳压器就能用作家用电器的电源 ， 拇指 这既降低了家用电器的成本 ， 拇指 又缩小了其体积 ， 拇指 使家用电器小型化 。 食指 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 . 凌阳， 拇指 凌阳 因此 ,电压的调整精度不高 ,读数欠直观 ,电位

7、器也易磨损 .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 。 食指 凌阳， 拇指 凌阳 从上世纪九十年代末起 ， 拇指 随着对系统更高效率和更低功耗的需求 ， 拇指 电信与数据通讯设备的技术更新推动电源行业中直流 /直流电源转换器向更高灵活性和智能化方向发展 。 食指 整流系统由以前的分立元件和集成电路控制发展为微机控制 , 凌阳， 拇指 凌阳 从而使直流电源智能化 , 凌阳， 拇指 凌阳 基本实现了直流电源的无人值守 凌阳， 拇指 凌阳 。 食指 直流稳压电源是最常用的仪器设备 , 凌阳， 拇指 凌阳 在科研及实验中都是必不可少的 。 食指 数控 电源采用 按 键盘 ，

8、 拇指 可对输出电压进行设置 , 凌阳， 拇指 凌阳 输出由单片机通过 D/A,控制驱动模块输出一个稳 定电压 。 食指 同时稳压方法采用单片机控制 , 凌阳， 拇指 凌阳 单片机通过 A/D 凌阳， 拇指 凌阳 采样输出电压 , 凌阳， 拇指 凌阳 与设定值进行比较 , 凌阳， 拇指 凌阳若有偏差则调整输出 , 凌阳， 拇指 凌阳 越限则输出报警信号并截流 。 食指 工作过程中 , 凌阳， 拇指 凌阳 稳压电源的工作状态 (输出电压、电流等各种工作状态 ) 凌阳， 拇指 凌阳 均由单片机输出驱动 LCD 显示 , 凌阳， 拇指 凌阳 由键盘控制进行动态逻辑切换 。 食指 以单片机为核心的智能

9、化高精度 简易直流电源的设计 ,电源采用数字调节、输出精度高 , 凌阳， 拇指 凌阳 特别适用于各种有较高精度要求的场合 。 食指 凌阳 ， 拇指 凌阳 电源采用数字控制 ， 拇指 具有以下明显优点 :凌阳， 拇指 凌阳 易于采用先进的控制方法和智能控制策略 ， 拇指 使电源模块的智能化程度更高 ， 拇指性能更完美 。 食指 凌阳， 拇指 凌阳 控制灵活 ， 拇指 系统升级方便 ， 拇指 甚至可以在线修改控制算法 ， 拇指 而不必改动硬件线路 。食指 凌阳， 拇指 凌阳 控制系统的可靠性提高 ， 拇指 易于标准化 ， 拇指 可以针对不同的系统 (或不同型号的产品 )， 拇指 采用统一的控制板

10、， 拇指 而只是对控制 软件做一些调整即可 。 食指 凌阳， 拇指 凌阳 本数控电源系统总述 凌阳， 拇指 凌阳 ( )、 系统概述 凌阳， 拇指 凌阳 本系统主要由 AT89C51 核心控制电路、数码管显示及键盘电路、稳压电源输出电路、信号采集调理电路、 DA 转换电路、 ADC 转换电路、输出电压调理电路 ， 拇指 声光报警电路和为系统供电的电源电路等组成 。 食指 凌阳， 拇指 凌阳 (二 )、 系统工作原理图 凌阳， 拇指 凌阳 系统工作原理图如图 1 所示： 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 图 1 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 系统工作原理 凌阳

11、， 拇指 凌阳 (三 )、 功能要求与技术指标 凌阳， 拇指 凌阳 1功能要求 凌阳， 拇指 凌阳 (1)通过“”、“”键 步进调整 输出电压 ， 拇指 可调范围为 0 +12V， 拇指 步进幅度为0.5V。 食指 凌阳， 拇指 凌阳 （ 2） 输出电压和电流值通过液晶显示设定值 ， 拇指 显示精度分别为 0.1V 和 0.01A。食指 凌阳， 拇指 凌阳 (3) 凌阳， 拇指 凌阳 输出电压和电流值通过液晶同时显示 ， 拇指 显示精度分别为 0.1V 和 0.01A。 食指 凌阳， 拇指 凌阳 (4) 凌阳， 拇指 凌阳 过流保护与报警功能 。 食指 凌阳， 拇指 凌阳 键盘电路 为系 统供

12、电的电源电路 声光报警电路 数码管显示电路 AT89C51 核心控制电路 控制信号调理电路 采集信号调理电路 DA转换 稳压 电源 输出 电路 2技术指 标 凌阳， 拇指 凌阳 (1) 凌阳， 拇指 凌阳 交流输入 电压 范围： 220V10 凌阳， 拇指 凌阳 (2) 凌阳， 拇指 凌阳 输出电压范围： 0 +12V 凌阳， 拇指 凌阳 (3) 凌阳， 拇指 凌阳 输出电流范围： 0 1A 凌阳， 拇指 凌阳 (4) 凌阳， 拇指 凌阳 输出纹波电压： 10mV（输出电压为 10V， 拇指 输出电流为 500mA 时测得） 凌阳， 拇指 凌阳 (5) 凌阳， 拇指 凌阳 过流保护动作电流：

13、1.1 凌阳， 拇指 凌阳 A 凌阳， 拇指 凌阳 三、硬件电路说明 凌阳， 拇指 凌阳 （一）、 凌阳， 拇指 凌阳 AT89C51 核心控制电路 凌阳， 拇指 凌阳 电路如 图 2所示： 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 图 2 凌阳， 拇指 凌阳 AT89C51 核心控制电路 凌阳， 拇指 凌阳 由于单片机对时钟的要求比较精确 ， 拇指 在此采用 12 晶振和两个 30P 的独石电容 ， 拇指从而保证单片机的正常精确工作 。 食指 凌阳， 拇指 凌阳 C401 凌阳， 拇指 凌阳 、 R401 和按键 S1 组成单片机的上电复位兼手动复位电路 。 食指 当开始上电时 ，拇指 由于电

14、容两端电压不能突变 ， 拇指 单片机的 9 脚相当于接一个高电平 ， 拇指 随着对 C401的充电 9脚电位会逐渐升高 ， 拇指 上电复位完成 。 食指 在单片机运行中 ， 拇指 当按下按键 S1后 ， 拇指 单片 机 9脚出现高电平使单片机复位 。 食指 在单片机复位后 ， 拇指 松开按键 S1， 拇指 单片机即可开始进行正常的运行程序 。 食指 凌阳， 拇指 凌阳 单片机的 P20P23 管脚是按键的输入端口 ， 拇指 作用分别为加和减 0.1V、电压电流转换显示、无 。 食指 单片机接收不同的键值会做出相应的处理 ， 拇指 同时在数码管上显示 。食指 凌阳， 拇指 凌阳 ADC0809

15、作为模数转换芯片 ， 拇指 通过采集 AD0、 AD1 两路信号 ， 拇指 由单片机处理后可以得到显示所需要的电压值和电流值 。 食指 凌阳， 拇指 凌阳 P1口作为数码管显示输出口 ， 拇指 P35、 P36、 P31、 P34 分别作为显示驱动端 ， 拇指 通过三极管驱动数码管显示 。 食指 凌阳， 拇指 凌阳 单片机 P0 口作为 DAC0832 的数据端 。 食指 凌阳， 拇指 凌阳 （二）、按键电路 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 电路如图 3所示： 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 图 3 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳

16、 按键电路 凌阳， 拇指 凌阳 KEY0、 KEY1、 KEY2、 KEY3 分别和 P20P23 相连接 。 食指 凌阳， 拇指 凌阳 按键功能如下： 凌阳， 拇指 凌阳 按键 KEY0：每次按下此键输出电压加 0.1V； 凌阳， 拇指 凌阳 按键 KEY1： 每次按下此键输出电压减 0.1V； 凌阳， 拇指 凌阳 按键 KEY2：实现电压、电流转换； 凌阳， 拇指 凌阳 按键 KEY3：功能没有设定 。 食指 凌阳， 拇指 凌阳 （三）、稳压电源输出电路 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 电路如图 4所示： 凌阳， 拇指 凌阳 R 2 0 13 K 3R 2 0 2 0.33R 2

17、0 310KR 2 0 410KR 2 0 52KD 2 0 2D IO D ED 2 0 1D IO D ED 2 0 3D IO D ED 2 0 4D IO D EF 2 0 1 3AC2011000uF/25VC202104 C 2 0 3103C2050.22uFC2041000uF/50VD205POWERT 2 0 1 T I P 1 2 2D 2 0 61 N 4 1 4 8 R P 2 0 110K12J 2 0 1 1 5 V12J 2 0 2OUT凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 图 4 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 稳压电源输出电路 凌阳， 拇指 凌阳

18、电路原理：从变压器次级输出的 15V 交流电经过整流二极管 D201、 D202、 D203、D204 的整流、电容 C201、 C202 的滤波后送给调整管 TIP122， 拇指 同时由 A点控 制输出电压 ， 拇指 其中 A点位控制点 ， 拇指 B、 C 分别为电流、电压采样点 。 食指 凌阳， 拇指 凌阳 （四）、信号采集调理电路 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 电路如图 5所示： 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 图 5 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 信号采集调理电路 凌阳， 拇指 凌阳 由图 4、图 5可知 B点的采样值是采样电阻 R202 分压所提供的 ，

19、拇指 采样值送给由A B C B A C R8、 R9、 R10 和 U4B 组成的同相加法器进行放大 ,uo=（ 1+R9/R8） Ub， 拇指 后经过 R11降压后同时送给 ADC0809 的 IN1 通道和比较器 U4C， 拇指 比较器的基 准电压是 12V 电压经过 10K电阻限流然后经过 LM385稳压管稳压和一个 10k的电位器并联调节得到的 ， 拇指 比较器的输出控制二极管 D10 的导通和截止 ， 拇指 并能影响 A 点的电位变化 ，拇指 从而调整 TIP122 的基极电压 ， 拇指 从而改变输出电压 ， 拇指 同时也起到保护的作用 。 食指 凌阳， 拇指 凌阳 由图 4、图

20、5可知 C点的采样值是采样电阻 R203、 R204 和电位器 RP201 分压得到的 ， 拇指 采样值首先送给由 U5A 构成的电压跟随器 ， 拇指 实现电流的放大 ， 拇指 然后送给由电阻 R13、 R14 和 U5B 构成的 1:1 的反比例放大器 ， 拇指 然后经过电阻 R15 后送由ADC0809 进行转换 。 食指 凌阳， 拇指 凌阳 （五）、 凌阳， 拇指 凌阳 DA 转换电路 凌阳， 拇指 凌阳 电路如图 6所示： 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 图 6 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 DA 转换电路 凌阳， 拇指 凌阳 DA0832 的 CS 与单片机的 P3

21、7 相连接； WR 与 P24 连接； DI0 DI7:数据输入端 ， 拇指在本电路中与单片机的 P0 相连接； 凌阳， 拇指 凌阳 ILE：数据锁存允许控制信号输入端 ， 拇指 高电平有效； 凌阳， 拇指 凌阳 CS：片选信号输入端 ， 拇指 低电平有效； 凌阳， 拇指 凌阳 Xfer：数据传送控制信号输 入端 ， 拇指 低电平有效； 凌阳， 拇指 凌阳 Vref:基础电压输入端 ， 拇指 在本电路中接 VCC； 凌阳， 拇指 凌阳 Rfb：反馈信号输入端输入端 ， 拇指 反馈电阻在芯片内部； 凌阳， 拇指 凌阳 Iout1：电流输出端 ， 拇指 当输入全为 1时 ， 拇指 其值最大； 凌阳

22、， 拇指 凌阳 Iout2:电流输出端 ， 拇指 其值与 IOUT1 之和为 常熟； 凌阳， 拇指 凌阳 Vcc：电源输 入（ +5 +15） ，拇指 在本电路中 接 VCC； 凌阳， 拇指 凌阳 AGND:模拟 地； 凌阳， 拇指 凌阳 DGND：数字 地； 凌阳， 拇指 凌阳 因为 DAC0832 是电流型输出 型 ， 拇指 在本电路中用 A1 构 成的放大电路 ， 拇指 将电流 转换成电压输出 。 食指 凌阳， 拇指 凌阳 （六）、 ADC 转换电路 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳

23、 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 图 7 凌阳， 拇指 凌阳 ADC0809 转换电路 凌阳， 拇指 凌阳 ADD-A、 ADD-B、 ADD-C 通道选择端 ， 拇指 在本系统中仅用两个通道 ， 拇指 所以 ADD-B、ADD-C直接接地 ， 拇指 P00P07 数据输出端 ， 拇指 其他的各控制端由单片机控制 。 食指 凌 阳， 拇指 凌阳 （七）、 凌阳， 拇指 凌阳 控制信号调理电路 凌阳， 拇指 凌阳 电路如图 8所示： 凌阳， 拇指 凌阳 A 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指

24、 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 图 8 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 控制信号调理电路 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 DAC0832 的输出电压送给图 14 中的 DA， 拇指 并作为 U4A 构成的比较器的基准电压 ， 拇指 从图 4 和图

25、8 可以看出采样电压 Ub与参考电压比较控制 A 点电压变化 ， 拇指 而A点电位变化使调整管 TIP122 动作 ， 拇指 从而使输出电压改变 ， 拇指 输出电压变化进而使输出采样电压变化 ， 拇指 这样就够成了一个闭环的自动调节电路 ， 拇指 只需改变 DA 数值便可以改变输出电压值 。 食指 凌阳， 拇指 凌阳 （八）、声光报警模块 凌阳， 拇指 凌阳 此模块电路图如图 9所示 ， 拇指 其原理是当输出电路过载时采样端送往由 U301 构成的比较器的 3脚 ， 拇指 从而改变 1 脚的输出电压 ， 拇指 当达到设定值时 ， 拇指 LED2 导通 ， 拇指 使TLP521-1工作 ， 拇指

26、 进而使三极管 9013 导通驱动蜂鸣器发出声音 。 食指 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 B 图 9 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 声光报警模块 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 （九）、 凌阳， 拇指 凌阳 数码管显示电路 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 图 10 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 数码管显示电路 凌阳， 拇指 凌阳 图 10 中 ， 拇指 三极管 9013 驱动位 ， 拇指 74HC245 驱动段 ， 拇指 DISP0DISP7 通过排线与单片机连接 。 食指 凌阳， 拇指 凌阳 （十）、硬件连接说明 凌阳， 拇指 凌阳 控制板与显示电路的连接 ， 拇指 可用一根排线直接相连 ， 拇指 对于其中每根线的定义这里就不在说明了 ， 拇指 可查看电路图来获得相关信息 。 食指 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 四、程序设计 凌阳， 拇指 凌阳 凌阳， 拇指 凌阳 （一）、程序设计条件 凌阳， 拇指 凌阳 程序设计必须在硬件电路完好的情况下实验 ， 拇指 这在统调过程中是非常重要的 。 食指 凌阳， 拇指 凌阳 硬件条件： 凌阳， 拇指 凌阳 DAC0832 基准电压设定为 5.0V； AD转换的基准电压设定为 5.0V； 凌阳， 拇指 凌阳 +12V、 -12V