1、本科毕业设计（20 届）数控直流稳压电源的设计所在学院 专业班级 电子信息工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 目 录摘要 1概述 1.1 课题背景 1.2 本设计的主要设计思想 1.3 数控直流稳压电源设计研究的意义 2 各模块方案的论证 2.1 控制方案比较 2.2 稳压输出方案比较2.3 显示部分比较 2.4 总体方案框图3.系统的硬件电路设计 3.1 主控制器模块3.2 稳压输出模块3.2.1 稳压控制芯片LM3243.2.2 稳压输出原理与电路3.2.3 调压控制芯片LM317.93.3 按键控制模块3.4 液晶显示模块 103.4.1 LCD1602 主要管脚介绍
2、 103.4.2 液晶显示程序设计 113.4.3 读写控制时序如表 3-3 所示 123.4.4 1602LCD 的一般初始化过程 . 133.4.5 LCD1602 与单片机连接图 .133.5 振 荡 电 路 设 计 模 块 133.6 复 位 电 路 设 计 模 块 143.6.1 CPUA内 部 复 位 电 路 143.7 采 用 分 段 供 电 的 方 法 供 电 153.8 辅 助 电 源 设 计 154. 系 统 软 件 设 计 164.1 系统程序设计流程图 165.调试结果与分析 175.1 测试仪器 175.2 测试方法 175.3 调试过程与分析 175.4 测试结果
3、195.5 测试结论 196.毕业设计总结 206.1 主要成果 206.2 展望 206.3 经验总结和致谢 21参考文献 22附录附录1：电子元器件明细表 22附录 2：系统总体电路图 26附录：系统源代码 30数控直流稳压电源设计- 1 - 摘要本设计以现行线性直流电压源为核心，ATMEGABL-8PU单片机为主要控制器，单片机系统是数控电源的核心。它通过运行程序来控制整个电源的工作，来完成设定的功能。通过按键来设置线性直流电源的输出电压，输出电压范围为09.9V（可以根据程序来设定），最大输出电流为1000mA，并可由液晶屏LCD1602显示电路来显示实际输出的电压值。本设计由单片机程
4、序控制输出数字信号，经过ATMEGABL-8PU单片机内部D/A转换器输出模拟量，再经过运算放大器LM324隔离放大,最后输出各种设备所需要的电压。实际测试结果表明，本系统实际应用于需要高稳定度小功率恒压源的领域。【关键字】直流稳压电源；单片机；数控；ATMEGABL-8PU数控直流稳压电源设计- 2 - 1 概述1.1 课题背景电源技术特别是稳压电源技术在工程技术方面的实用性很强，在各行各业里都得到了广泛的应用。直流稳压电源的电路形式有很多种,有串联型、开关型、集成电路、稳压管直流稳压电源等。目前使用的直流稳压电源大部分是线性电源，利用分立元件组成，体积大，效率低，可靠性差，操作使用不便，自
5、我保护功能不完善，故障率高（长期工作在大电流和大电压下,电子元器件很容易损坏），但在直流稳压电源电路构成相对简单，除变压器外其余器件相对便宜。但在相对要求电路稳定的场合并不建议采用。1.2 本设计的主要设计思想目前，市场上各种直流电源的基本环节大致相同，都包括交流电源、交流变压器、整流电路、滤波稳压电路等。本设计将单片机控制系统应用于直流稳压电源的方法和原理，实现了稳压电源的数控调节。从组成上，本设计硬件电路主要由单片机、变压器、整流电路、滤波电路、稳压输出电路、D/A转换电路、显示电路等组成。利用D/A 转换器和单片机的自动检测技术设计数控电源更显示出其优越性。数控电源既能方便输入，具有较高
6、精度和稳定性，而且在0.0V到9.9V可以任意设定输出电压，所有功能由面板上的键盘控制单片机实现，给电路实验带来极大的方便,提高了工作效率。1.3 数控直流稳压电源设计研究的意义基于单片机的数控直流稳压电源，与传统直流稳压电源相比，具有新颖性、独创性和先进性。它不但能作为常规的电子产品和科学研究实验电源用，数控直流稳压电源设计- 3 - 而且可以通过软件编程的方法使稳压电源产生连续变化的输出电压，具有很高的性价比。电源采用数字控制，具有以下明显优点：1.采用单片机控制策略和控制方法，体现出电源模块的高程度智能化，更加完美性能。 2.系统升级方便，控制比较灵活，只需修改控制算法，而不必改动硬件线
7、路。 3.系统提高控制的可靠性，更容易实现标准化，可以针对不同的系统(或不同型号的产品)，采用相同的控制板，而只需要对软件控制部分做出微小调整便可。4.系统电压输出的一致性比较好，成本低廉，方便量产。在要求不高的场合可以大量使用。2 各模块方案的论证2.1 控制方案比较方案一:采用各类数字电路来组成键盘控制系统，进行信号处理，如选用 CPLD 等可编程 逻辑 器件。本方案电路复杂，灵活性不高，效率低，不利于系统的扩展，对信号处理比较困难。方案二：采用单片机作为这个系统的控制单元，可以通过 LM324 的电压调整可以改变系统输出电压的大小。为了能够使系统具备检测实际输出电压值的大小，可以利用单片
8、机将输出电压经过模数转换，直接用单片机实时对电压进行采样，然后进行数据处理及送至 LCD1602 显示。显示的电压值便是输出的电压大小。此系统比较灵活，采用软件方法来解决数据的预置以数控直流稳压电源设计- 4 - 及电压的大小控制，使系统硬件更加简洁，各类功能易于实现，能很好地满足题目的要求。比较以上两种方案的优缺点，方案一采用中、小规模器件实现系统的数控部分，使用的芯片很多，容易造成控制电路内部接口信号繁琐，中间相互关联多，抗干扰能力差。在方案二中采用单片机完成整个数控部分的功能，也便于系统功能的扩展。 2.2 稳压输出方案比较方案一:采用线性调压电源以改变其基准电压的方式使输出增加/减少，
9、这样不能不考虑整流滤波后的纹波对输出的影响。方案二:使用运算放大器对电压的比较放大由于运算放大器具有很大的电源电压抑制比，可以大大减小输出端的纹波电压。在方案一中输出的电压很难跟踪电压的快速变化，而方案二不仅可以输出直流电平，而且只要预先生成产生波形的量化数据，便可以输出多种波形，使系统产生的信号源有一定的驱动能力。2.3 显示部分比较 方案一:使用数码管显示使用多位数码管显示，显示不灵活。而且占用较多单片机 I/O 口。方案二:使用 LCD1602 液晶显示液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富、超薄轻巧等优点。本方案采用 LCD1602，它具有两行显示，每行显示 16 个字符，采用单
10、+5V 供电，外围电路简单，价格较为便宜，具有很高的性价比。而数码管虽数控直流稳压电源设计- 5 - 然便宜，但显示单调。占用过多的 I/O,而 ATMEGABL-8PU 的 I/O 较少不建议使用数码管。2.4 总体方案框图系统总体方案框图如图 2-1 所示。图 2-1 系统总体方案框图3.系统的硬件电路设计3.1 主控制器模块本设计采用 PDIP 封装的 ATMEGABL-8PU 芯片为主控制器，如图 3-1所示。本单片机具有以下特点：产品种类: 微控制器 (MCU)数据总线宽度: 8 bit系列: AVR程序存储器类型: Flash程序存储器大小: 8 KB数据 RAM 大小: 1 KB数控直流稳压电源设计- 6 - 最大工作温度: + 85 C封装 / 箱体: PDIP-28最小工作温度: - 40 C图 3-1 ATMEGABL-8PU 芯片引脚图控制部分是系统整机协调工作和智能化管理的核心部分，采用ATMEGABL-8PU 单片机实现控制功能是其关键，采用单片机不但方便监控，并且大大减少硬件设计。电路图如图 3-2。
