1、 本 科 毕 业 论 文 基于单片机 控制的智能稳压电源设计 Design of Intelligent Power Supply Based on MCU 学院名称： 机械工程学院 专业班级： 学生姓名： 学生学号 ： 指导教师姓名： 指导教师职称： 年 月 目录 中文 摘要、关键词 .I 英文摘要、关键词 .II 引 言 . 1 第一章 设计背景及研究方法 . 1 1.1 研究的目的及意义 . 2 1.2 直流稳压电源的发展状况及方向 . 3 1.2.1 研究现状 . 3 1.2.2 发展方向 . 3 1.3 设计采用的研究方法 . 5 第二章 稳压电源的设计原理与硬件电路 . 6 2.1
2、 智能稳压直流电源的整体设计 . 6 2.2 整流滤波稳压电路 . 7 2.3 单片机控制模块 . 7 2.4 数模转换电路 . 10 2.4.1DAC0832 数模转换器 .11 2.5 LED 数码管显示电路及按键电路的设计 . 12 2.5.1 数码管显示电路 .12 2.5.2 数码管显示原理 .12 2.5.3 按键电 路的设计 .15 2.6 运算放大电路 . 15 2.6.1 LM324 运算放大器 .16 第三章 稳压电源的软件程序设计方案 . 18 3.1 软件程序的整体设计方案 .18 3.2 主程序设计 .19 3.3 延时及显示子程序设计 .21 第四章 系统测试及数据
3、分析 . 23 4.1 系统测试及数据分析 . 23 4.2 系统误差分析 . 24 结论 . 24 致 谢 . 25 参考文献 . 26 附录 A 智能稳压电源电路图 . 26 附录 B 智能稳压电源程序 . 28 1 基于单片机控制的智能稳压电源设计 摘要 ： 据统计约有 百分之八十的科学仪器设备都是以 电能作为能量 的 来源，而且在这些仪器设备的使用过程 中常 常会对通电 的 时间、电压 的 高低、电流 的大小等有着不同的要求。 因此， 这就要求我们对电源进行智能化的设计，使其具有更高的稳定性和更多的功能，以满足科学实验的多种 需求。 新型的智能直流稳压电源摒弃了传统使用的模拟量控制改用
4、微型计算机控制，使用更加方便更加精确，我们只需要在使用之前预设参数便可以输出预设电压。因此，今后直流电源的发展方向 主要 就是 要 在功能上 要努力 实现数控化、 智能化。 本次设计的智能稳压电源功能相对简单 并且操作方便 基本可以满足普通用户的需求， 其核心技术是通过 AT89C51 单片机控制 DAC 模数转换器 的输出 信号 。该 直流 电源系统由 单相 整流 桥电路和电容并联组成的 滤波 电路、 LM 系列 稳压芯片 、 51 单片机控制部分、 按键电路、模数 转换模块 和 LED 数码管显示模块 组成。 此 此设计的直流 稳压电源 的输出电压 能够 实现高精度的 连续 可调，并且可实
5、时显示 出当前输出电压的参数 ， 有效弥补了传统 电源 硬件及系统功能的不足，使系统运行更加可靠。 关键词 ： 单片机，稳压电源， ADC ， DAC 2 Design of Intelligent Power Supply Based on MCU Abstract:According to statistics, about eighty percent of scientific instruments and equipment in electric power as a source of energy, when we use these instruments and equi
6、pment process and always have different requirements on time of electrifying, high and low voltage, electric current and so on .Therefore, all of this requests us to design the intelligent power supply, make it have higher stability and more features, to meet the various needs scientific experiments
7、.New type of intelligent DC regulated power supply to discard the traditional use of analog control to switch to a microcomputer control, using more convenient and more accurate, we only need to default parameter preset voltage before use and it can be output.Therefore, the development direction of
8、DC power supply is to realize numerical control, intelligent. The design of the intelligent stabilized voltage supply function is relatively simple basic can meet the needs of ordinary users, its core technology is DAC0832 controlled by AT89C51 to output voltage .The power supply system consists of
9、a single-phase rectifier bridge circuit and filter circuit of capacitance in parallel, LM series voltage regulator chip, 51 single-chip microcomputer control part, key circuits, analog-to-digital conversion module and LED digital tube display module, The regulated power supply can achieve high preci
10、sion of output voltage adjustable, and can be real-time display the current output voltage parameters, effectively make up for the deficiency of the traditional power supply hardware and system function, make the system run more reliable. Key words: Single chip, Constant voltage power supply, ADC, D
11、AC 引 言 随着现代科技 的 飞速 发展，电子产品及设备的复杂程度越来越高，随之设备运行的可靠性能要求也越来越严格。这就对设备系统各个相关模块的性能提出了更高的要求。电源是设备运行的能量来源 ，对设备来说至关重要，直接影响到了设备的正常运行 。近年来各种设备及电子产品需要稳定精确的直流稳压电源，这就促使生产商设计研发更加智能化的数字电源。基于数字信号控制的直流稳压电源比传统 的稳压 电源更加精确，并且可以通过 LED 数码管实时显示电压的输出参数。通过按键可以实现连续可调，单位精度可以任意设置，对使用者来说提供了极大的方便。 当今的直流稳压电源产品正在朝着智能化、绿色化、模块化、数字化方向发
12、展。本次依据设计要求设计了一款简 单经济的数字化控制的直流稳压电源，基本上可以满足普通用户的使用需求 。 第一章 设计背景 及研究方法 1.1 研究的目的及意义 直流稳压电源是电子技术 领域的常用设备，并且在各个领域都得到广乏的使 用 ，传统直流稳压电源功能 相对 比较 简单 仅仅 能够 满足 用户的 一些基本需求 、难 以 达到 准确 的控 制、可靠性 太 低、很容易受到外界环境的影响 、 输出 精度低 而 且体积 也比 较大、 电路 设计较为复杂 。 大部分稳压直流电源普遍 存在下面的缺陷， （ 1） 输出电压是通过 开关 和 电位器来调节 的 。但是 ， 当我们需要比较精准的输 出 电压
13、 或者在一个很小的误差范围改变电压参数 时 ， 这就使得我们的 调整难度 加大 。再者 ， 随着稳压电源 的使用时间 增加， 开关及 调节器 等调节元件发生 磨损 而导致触点之间 接触不良， 会对输出的电压产生一定的影响（精确度 不够或达不到预期 的 电压值） 。 （ 2) 电源的稳压方式普遍 是 通过 稳压电路 的串联来实现的 ， 模拟电路控制 ， 模拟 电路 的 构成 非常复杂，输出电压稳定 精度也不 够 高 波动范围较大 。 在 我们日常生活使用 的各类电子设备中 ， 通常要求 电源 的输出 电压稳定在允许 的误差范围 之 内。 但 是 我们知道 在 我们的 实际生活中， 我们使用的电源
14、都是来源于 电网的交流电， 这就需要 我们 通过 降压 变压器降低 其 输出 电压，然后通过整流电路 再 把交流电 转 变 成直流电，经过滤波后 通过 稳压 放大 电路输出 电压 。 传统的稳压电源包含大量模拟电路，复杂程度较高，从而造成生产的产品体积比较大。如果我们使用数字控制的稳压电源可以大大缩小产品的体积，与此同时，数字控制的精度大大提高，对于稳压电源的综 合性能实现了革命性的提高。 传统的直流稳压电源普遍采用电位器 来调 整 输出电压 的大小 ，通过 并联的 电压表来显 示 输出的电压参数 ，从而导致 电压的调整的精度 相对较 低， 误差比较大，电压参数 显示不够 直观 易读 ， 再者
15、 电位器 使用 的 时间久了也会产生 磨损 导致 触点之间 接触不良 。而 对基于单片机控制的智能电源来说，以上的大部分缺陷都 能够得到有效的弥补与解决 。 随着科学技术的快速 发展，特别是 IT 技术的飞跃式 发展 ，如今在 工业控 制领域对于稳压电源的性能要求不断提高，特别是在一些高科技领域，特别 需要一款强稳定性 、调 整范围 比较 大 的 直流 电源 供电设备 。 这就促使我 们不断的去研究设计 新型电源 ，改进 设计方案提升 其性能，使电源 朝着智能化方向发展 。 1.2 直流稳压电源的 发展状况及方向 1.2.1 研究现状 从上个世纪九十年代 开始 ，随着 各类电子设备对 其系统的
16、效率和功耗要求的不断提高，这就促使生产的电源必定朝着 更加精确 和智能化方向发展。当第一代供电系统开始向更加先进的第四代分布式供电系统 转变时 ，在交流 转换直流 的电源方面遇到了 新的问题，即怎么才能将普遍使用的电源供电系统实现 智能化和数字化 控制 。 早在 九十 年代中 期， 数控电源管理技术 就产生了， 但是 在当时 的 情 况下，这种设与当 时普遍使用的模拟控制设计比起来，在性价比方面没有太大的优势，因而不能得到广泛 的推广使用 。 在当今社会由于板载电源管理技术得到 推广 和 使用 ， 以及对能源节约的重视和系统设计的最优化 的考虑 ， 电源行业的 生产 开发商们便开始研发设计这种
17、基于数字控制的智能 新型 电源 产品。 随 着直流电源技术和微型计算机技术的快速 发展， 生产商们逐渐使用微 型计算 机控制电 源的整个 系统，从而使直流电源朝着智能化方向发展。直流电源具备了远距离测 量 、远距离通 信、远距离控制 的 功能，在一定程度上 实现了直流电源的智能化 。 从我 国现阶段电力电子领域的 发展状况来 看， 电源产业 每年的研发投入在不断增加 ，另外，在国家政策鼓励下 和 大量资金投入下，我国 电子领域 的 技术 研究 人员不断学习国外高新 技术，通过消化吸收加上自我的不断创新 在某些方面 逐渐达到国际先进水平。在电源产业 发展过程中出现了一批集 高技术、高难度、高 水
18、平 一体 的 电源产品，而且 其中的一些 研究成果和产品 非常具有创新性并且领先其他国家 。当今我国与世界各国广乏开展前沿课题的 研究并取得重大进展， 但是我国 的电源产业与发达国家比起来 ， 在电源产品的质量、稳定 性 、产业 规模、 制造 工艺水平、 智能化 程度等方面 存在着明显的差距，这些方面仍然是我们 需要努力和前进 的方向 。 1.2.2 发展方向 智能化 当今在研发和制造的高精密、高性能的仪器仪表 中都使用 嵌入式的微型处理器 作为系统的核心控制模块 。传统 仪 表所使用的 普通电子电 路 和元器件 被 微 型机 所代替 ，测控技术和微机技术融合形成了新一代智能化测控仪 器仪 表
19、技术。 智能仪器 仪表使 许多传统 仪器仪表难以解决的问题得到了有效的解决 ， 与此同时使 系统 的电子 电路 得到很大的简化， 系统 运行 的可靠性 得到提高，缩短了产品的研发周期 。 对于 直流稳压电源 自 身 来说 就是 一种 仪器仪表，而且又作为能量 源为各种 各样的仪器 设备提供电能。因此，稳压电源应当 具有智能化的特征 。准确来 说， 智能化的 直流稳压电源应 当具备以下特征 ： 操作自动化： 实现自动化的操作要求我们要以微机控制 为核心，通过微机扫描键盘输入、数据采集、输出控制、精度控制、参数显示 等操作 ，使系统的操作流程更加便捷。 自 我 检测功能： 系统有能力在 检测与反馈
20、 、 校准、 调零、 诊断等 方面实现自动化 。系统自身能够实时检测出 自身器件 故障并 发出 报警 信号 。 人机交流 功能 ： 直流稳压电源的智能化主要体现在以下方面，摒弃了传统 电源 的开关操作模式，取而代之的则是键盘输入。 使用者只需要把操作指令通过键盘输入微机系统，系统就会自动检 测并运行实现预定的功能与操作。同时系统还会把运行情况与数据通过显示系统 实时 显示出来，操作员可以方便 及时的了 解系统 运行 情况并作出相应的调整。 远程 管理功能 ： 伴随 着 IT 技术的飞速 发展，直流稳压电源 的微型控制器可以 通过串口与 个人微型计算机 实现 通信， 工作 人员 可以 远距离实时
21、监控电源系统 的 运行状况 、各项 数据 指标 ，并且可以 远程 对设备的运行进行调整操作 ， 使电源的远程管理得到实现。 数字化 传统的直流电源主要是基于模拟电子技术，电路设计比较复杂。 在 80 年代 以前，电力 电子技术 大多数是以 模电 为基础发展的。然而，现如今数字 信号、数 字电路 在电力电子技术当中 越来越 受到设计和研发者的欢迎 ， 有着不可代替的 地位 。随着 数字处理技术的日渐 完善 与成熟，数字技术呈现出了众多 的优点： 方便计算控制、不易失真、抗干扰性强、便于调试、与计算机通信 更加 便捷等。 模块化 通过模块化方案设计的直流电源包含两个部分，其中一部分是模块化的功率元
22、件，另一部分则是模块化的电源单元。 电源采用模块化的设计可以大大简化系统的线路连接，缩小电源产品的体积，有效提高系统运行的可靠性。一般情况下大功率电源使用器件的功率受到元器件本身参数的限制，为了达到输出功率的要求，我们可以使用多个 电源模块并联工作。另外在多模块并联工作情况下可以提升电源系统的可靠性，多模块共同分担总电流，即使其中一个模块出现故障 不能工作 ，电流可以分担给其它模块，从而保证电源系统正常对外供电。 绿色化 绿色环保是近年来 科技发展的趋势 ，电源 设备的发展 也不例外，在电源设计研发方面怎样做到环保主要包含以下两个方面，首先要节约电能，因为我们所使用的电能大多数是通过煤炭发电而
23、来的，节约用电意味着减少煤炭燃烧量从而达到节能减排保护环境的目的。 1.3 设计采用 的 研究 方法 直流稳 压电源是我们经常用到的 设备 之一 ， 在 日常生活及科学实 验中都是必备的设备。针对 于 电源设备功能及性能的需求 ， 设计一款 基于 单片机 控制的智能稳压直流电源 是非常有必要的 。 本 次 设计采用 Atmel公司生产的 AT89C51单片机 控制 芯片，价格 相对来说 较为便宜又可满足 系统 功能 设计的基本 需求。系统通过单片机实时对端口进行扫描，读取端口数据，通过程序检测输出接 DAC0832 数模转换器。与此同时，内部程序通过控制端口通过 LED 数码管实时显示当前的输出电压。 本次设计的智能直流稳压电源 集 数字化、 模块化 、智能化 于一体。智能化 是指系统具有单片机核心控制单元 可以 对系统进行智能控制， 数字化 主要是指 DAC0832 数模转换把数字信号转换成模拟电压输出 ， 通过按键 可以对输出电压进行连续调节 和跳跃式调节，使得使用者 在 调节电压 过程中更加便利 。
