1、專業電氣工程及其自動化指導教師姓名專業技術職務講師目錄摘 要1第一章引言11.1.數控電源的發展史11.2.數控電源的應用范圍21.3.數控電源的優點2第二章系統的設計要求和方案選擇32.1.設計要求32.2.方案論證與比較3穩壓電源的選擇3數字顯示方案4第三章系統硬件設計43.1.系統設計43.2.微控制器模塊5單片機的性能5單片機的最小系統63.3.電源模塊7單片機供電模塊7整流濾波電路和+5v 供電模塊 . 73.4.W117 電阻網絡和繼電器驅動電路83.5.顯示電路103.6.鍵盤電路10第四章軟件114.1.主程序114.2.掃描鍵盤程序174.3.顯示驅動程序18第五章總結23第

2、六章附件（電路圖）24參考文獻25致謝26摘 要數控直流穩壓源就是能用數字來控制電源輸出電壓的大小，而且能使輸出的直流電壓能保持穩定、精確的直流電壓源；數控電源是針對傳統電源的不足設計的，數字化能夠減少生產過程中的不確定因素和人為參與的環節數，有效地解決電源模塊中諸如可靠性、智能化和產品一致性等工程問題，極大地提高生產效率和產品的可維護性，市場前景廣闊。在本文中控制部分主要以 8051 單片機為核心制作控制電路，穩壓部分主要以 w117 為核心制作三端穩壓電路，顯示部分采用數碼管顯示，輸入采用鍵盤式輸入再加一個驅動電路；通過軟件編程有效的實現可控、可顯的電源輸出。關鍵詞：直流穩壓電源；8051

3、 單片機；數碼管顯示。第一章引言1.1. 數控電源的發展史電源技術尤其是數控電源技術是一門實踐性很強的工程技術，服務于各行各業。電力電子技術是電能的最佳應用技術之一。當今電源技術融合了電氣、電子、系統集成、控制理論、材料等諸多學科領域。隨著計算機和通訊技術發展而來的現代信息技術革命，給電力電子技術提供了廣闊的發展前景，同時也給電源提出了更高的要求。隨著數控電源在電子裝置中的普遍使用，普通電源在工作時產生的誤差，會影響整個系統的精確度。電源在使用時會造成很多不良后果，世界各國紛紛對電源產品提出了不同要求并制定了一系列的產品精度標準。只有滿足產品標準，才能夠進入市場。隨著經濟全球化的發展，滿足國際

4、標準的產品才能獲得進出的通行證。數控電源是從 80 年代才真正的發展起來的，期間系統的電力電子理論開始建立。這些理論為其后來的發展提供了一個良好的基礎。在以后的一段時間里，數控電源技術有了長足的發展。但其產品存在數控程度達不到要求、分辨率不高、功率密度比較低、可靠性較差的缺點。因此數控電源主要的發展方向，是針對上述缺點不斷加以改善。單片機技術及電壓轉換模塊的出現為精確數控電源的發展提供了有利的條件。新的變換技術和控制理論的不斷發展，各種類型專用集成電路、數字信號處理器件的研制應用。到 90 年代，己出現了數控精度達到0.05V 的數控電源，功率密度達到每立方英寸50W 的數控電源。從組成上，數

5、控電源可分成器件、主電路與控制等三部分。目前在電力電子器件方面，幾乎都為旋紐開關調節電壓，調節精度不高，而且經常跳變，使用麻煩。數字化智能電源是針對傳統電源的不足設計的，數字化能夠減少生產過程中的不確定因素和人為參與的環節數，有效地解決電源模塊中諸如可靠性、智能化和產品一致性等工程問題，極大地提高生產效率和產品的可維護性。1.2. 數控電源的應用范圍在家用電器和其他各類電子設備中，通常都需要電壓穩定的直流電源供電。但在實際生活中，都是由 220V 的交流電網供電。這就需要通過變壓、整流、濾波、穩壓電路將交流電轉換成穩定的直流電。濾波器用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般傳統電路由濾波扼流圈和電容

6、器組成，若由晶體管濾波器來替代，則可縮小直流電源的體積，減輕其重量，且晶體管濾波直流電源不需直流穩壓器就能用作家用電器的電源，這既降低了家用電器的成本，又縮小了其體積，使家用電器小型化。傳統的直流穩壓電源通常采用電位器和波段開關來實現電壓的調節 , 并由電壓表指示電壓值的大小 . 因此 , 電壓的調整精度不高 , 讀數欠直觀 , 電位器也易磨損 . 而基于單片機控制的直流穩壓電源能較好地解決以上傳統穩壓電源的不足。從上世紀九十年代末起，隨著對系統更高效率和更低功耗的需求，電信與數據通訊設備的技術更新推動電源行業中直流/ 直流電源轉換器向更高靈活性和智能化方向發展。整流系統由以前的分立元件和集成

7、電路控制發展為微機控制,從而使直流電源智能化 , 基本實現了直流電源的無人值守 。直流穩壓電源是最常用的儀器設備 , 在科研及實驗中都是必不可少的。數控電源采用按鍵盤，可對輸出電壓進行設置 , 輸出由單片機通過 D/A, 控制驅動模塊輸出一個穩定電壓。同時穩壓方法采用單片機控制 , 單片機通過 A/D 采樣輸出電壓 , 與設定值進行比較 , 若有偏差則調整輸出 , 越限則輸出報警信號并截流。工作過程中 , 穩壓電源的工作狀態 ( 輸出電壓、電流等各種工作狀態 ) 均由單片機輸出驅動 LCD 顯示 , 由鍵盤控制進行動態邏輯切換。以單片機為核心的智能化高精度簡易直流電源的設計 , 電源采用數字調

8、節、輸出精度高 , 特別適用于各種有較高精度要求的場合。1.3. 數控電源的優點(1) 易于采用先進的控制方法和智能控制策略，使電源模塊的智能化程度更高，性能更完美。(2) 控制靈活，系統升級方便，甚至可以在線修改控制算法，而不必改動硬件線路。(3) 控制系統的可靠性提高，易于標準化，可以針對不同的系統 ( 或不同型號的產品 ) ，采用統一的控制板，而只是對控制軟件做一些調整即可。第二章系統的設計要求和方案選擇2.1. 設計要求系統電壓調節范圍為 0 12V，最大輸出電流 1A，具有過載和短路保護功能。輸出電壓可用 1602LCD液晶顯示。鍵盤設有 6個鍵，復位鍵，步進增減1V兩個鍵，步進增減

9、 0.1V兩個鍵以及確認鍵。復位鍵用于啟動參數設定狀態（ 5V），步進增減鍵用于設定參數數值，確認鍵用于確認輸出設定值.電源開機設定電壓輸出默認值為 5V。通過步進增減按鍵功能選擇可在不同的設定參數之間切換，再按確認鍵進入設定電壓輸出狀態。若按復位鍵，則電壓輸出恢復 5V。系統設有自動識別功能，將不接受超出使用范圍（ 012V）的設定值2.2. 方案論證與比較穩壓電源的選擇方案一：簡單的并聯型穩壓電源并聯型穩壓電源的調整元件與負載并聯，因而具有極低的輸出電阻，動態特性好，電路簡單，并具有自動保護功能；負載短路時調整管截止，可靠性高，但效率低，尤其是在小電流時調整管需承受很大的電流，損耗過大。方

10、案二：串聯型穩壓電源并聯穩壓電源有效率低、輸出電壓調節范圍小和穩定度不高這三個缺點。而串聯穩壓電源可以避免這些缺點，同時串聯穩壓電源可以通過三端穩壓實現，而且這類芯片內部都有過流和過熱的保護電路，例如W117，其額定電流可達1.5A ，輸出電壓的調節范圍為1.2-37V ，內部有過流和過熱保護電路，而且價格也的相當便宜如圖2.1 所示，所以綜合考慮采用方案二。圖 2.1 三端穩壓器數字顯示方案方案一：液晶顯示器顯示利用單片機的軟硬件資源實現高精度高速 A/D 轉換，轉換精度和轉換速度可以通過軟件來改變。但是對軟件部分要求非常高不易實現。方案二：數碼管顯示數碼管顯示分為靜態顯示和動態顯示兩種，但

11、是不管哪種顯示都具有結構簡單、易于實現等優點。同時采用 3 位數碼管完全可以滿足本設計的要求。在用 8051 控制的同時，可以簡化軟件程序，快速實現。所以本設計中采用數碼管顯示。第三章系統硬件設計3.1. 系統設計由于本設計的輸入為220V 的交流電電壓，所以必須先經過整流濾波電路然后經過三端穩壓器的處理輸出直流穩定的電壓，當然在輸出前還得有單片機的控制才可以輸出。在控制中單片機通過接受來自鍵盤的指令信號，并且通過數碼顯示器顯示當前值，然后由單片機發出控制信號控制接口和驅動電路來控制穩壓器的輸出，通過數碼顯示器顯示輸出值。具體的系統圖如圖3.1 所示。220v 交流電整流濾波三端穩壓W117鍵

12、鍵盤盤顯示器接數碼顯示口8051單片機電阻網絡模擬開關接口和驅動電路輸出顯示圖 3.1 系統流程圖3.2. 微控制器模塊單片機的性能AT89S51 是 一 種 帶 4K字 節 閃 爍 可 編 程 可 擦 除 只 讀 存 儲 器 （ FPEROM FalshProgrammable and Erasable Read Only Memory ）的低電壓，高性能CMOS8 位微處理器，俗稱單片機。該器件采用ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的 AT89S51 是一種高效微控

13、制器，為很多嵌入式控制系統提供了一種靈活性高且價廉的方案。主要特性為：（1）與MCS-51兼容（2）4K字節可編程閃爍存儲器（3）壽命：1000寫/擦循環（4）數據保留時間：10年（5）全靜態工作：0Hz-24Hz（6）三級程序存儲器鎖定（7）128*8位內部RAM（8）32可編程I/O線（9）兩個16位定時器/計數器（10）5個中斷源（11）可編程串行通道（12）低功耗的閑置和掉電模式（13）片內振蕩器和時鐘電路單片機的最小系統對于一個完整的電子設計來講，首要問題就是為整個系統提供電源供電模塊，電源模塊的穩定可靠是系統平穩運行的前提和基礎。51 單片機雖然使用時間最早、應用范圍最廣，但是在實

14、際使用過程中，一個和典型的問題就是相比其他系列的單片機，51 單片機更容易受到干擾而出現程序跑飛的現象，克服這種現象出現的一個重要手段就是為單片機系統配置一個穩定可靠的電源供電模塊。在次最小系統中包含了復位電路、振蕩電路和供電電路。如圖3.2 所示。圖 3.2 單片機最小系統3.3. 電源模塊單片機供電模塊為了滿足單片機的正常工作，必須給其提供+5v的直流電源，所以設計一個可以使用usb 的5v 直流供電電路，具體電路如圖所示。圖單片機供電圖整流濾波電路和+5v 供電模塊整流電路采用橋式電路，整流管采用普遍使用橋堆。根據使用手冊可知W7805的輸入端電壓為9V ， W117 的輸入電壓為25V

15、 ，具體電路如圖所示。圖輔助電源模塊3.4. W117 電阻網絡和繼電器驅動電路根據 w117 的基本功能，調壓電阻網絡可采用如圖3.4.1 所示電路。這里的電阻網絡采用分立元件組成的8 為權電阻串聯式網絡，而開關采用舌簧式繼電器的觸點。為了使W117 正常工作，要求流過R1 的電流不小于 5mA ，而 R1 兩端的電壓為恒定的1.25v，所以若取流過 R1的電流為5mA ，則 R1=1.25V/5mA=250 ，為了滿足調節單位為0.1v ，故R=0.1/5mA=20 ，則可以求得該網絡的其他電阻值。圖的調壓電阻網絡和驅動電路3.5. 顯示電路在顯示電路中分為靜態顯示和動態顯示，由于本設計是

16、要求采用三位數碼管，而靜態顯示無法滿足設計的需要，故在本設計中采用并聯動態顯示。圖3.5 是動態顯示的原理圖，只要有一位接通過單片機的掃描讓每位選線輪流選通，同時在段選線上送出該位要顯示的段位碼。3.6. 鍵盤電路第四章 ?軟件4.1. 主程序開始初始化端口，輸出預設值掃描鍵盤端口，判斷是否有操作讀取按鍵情況，執行電壓設置程序顯示當前輸出電壓返回C 語言程序如下：#include <REGX51.H>Unsigned charled15=0x6f,0x7f,0x07,0x7d,0x6d,0x66,0x4f,0x5b,0x06,0x3f,0x39,0x52,0x64,0x37,0x0

17、e。/9876543210void main()/主函數void ledout(unsigned char A TA,char add,char j) 。void delays(unsigned char t) 。unsigned char odata,key,temp。unsigned int F,f=0x100 。 /初始頻率char add=0,j=1 。odata = 155。/電壓初值為5vj=1。while(1)for(F=f 。 F<0x110 。 F+)P3=0xff 。key=P3。if (key!=0xff)unsigned char i。for(i=0 。 i<

18、;10。 i+)ledout(odata,add,j) 。delays(10)。ledout(odata,add,-j) 。delays(10)。key=P3。if (key=0xff) break 。for(i=0 。 i<10。 i+)ledout(odata,add,j) 。delays(10)。ledout(odata,add,-j) 。delays(10)。if(add=0)temp=odata。/記錄當前電壓值switch(key)case 0x7f: if (add=0)if(odata>57)odata=odata-2。/電壓加 0.1Vbreak。case 0xb

19、f: if (add=0)if(odata<255)odata=odata+2。break。case 0xdf: if(add=0)/三角波f=0x100 。/1 時為頻率最高，最大允許256odata=155。add=1。else if(add=1)/方波/f=f*200。/頻率跟隨f=0x100 。odata=55。add=200。else if(add=-1)/f=f*200 。f=0x100 。odata=55。add=200。else if(add=200)/直流電壓add=0。odata=temp。/電壓記憶恢復elseadd=0。odata=temp。break。case

20、0xef: if(add!=0)f=f/2 。/頻率頻率加if (f=1)if(add=1)f=0x100 。else f=0x3200 。break。if(odata=255)add=-add。odata=odata+add。if(odata=55)add=-add。P0=odata。/送數據ledout(odata,add,j) 。/送顯示j=-j 。void ledout(unsigned char ATA,char add,char j)unsigned char DH,DL,tempswitch(add)case 0:。temp=(ATA-55)/2)-1DH=temp/10 。DL

21、=temp%10 。/十進制轉換break 。case 1:DH=11 。DL=12 。break 。case -1:DH=11 。DL=12 。break 。case 200:DH=13 。DL=14 。break 。case -200:DH=13 。DL=14 。break 。switch(j)case 1:P1=ledDH。/送數碼管高位顯示P1_7=1。/動態顯示break 。case -1:P1=ledDL。/送數碼管低位顯示break。void delays(unsigned char t)unsigned char s。for( 。t>0。 t-)for(s=0 。s<

22、;255。 s+) 。4.2. 掃描鍵盤程序開始將 P1.0 和 P1.1 設置成功能輸入口讀取 p1 口輸入狀態P1 口屏蔽高5 位，賦值key_valu=?若 key_valu=6若 key_valu=5若 key_valu=4否則檢查錯誤退S1 鍵按下S2 鍵按下S3 鍵按下出S1 件對應子S2 件對應子S3 件對應子程序程序程序結束C 語言程序如下：#include <reg51.h>void key_deal(void)unsigned char Key_value 。/ 按鍵鍵值P1 |= 0x07。/ P1.0P1.2 為輸入端口Key_value = P1 &

23、; 07 。/ 屏蔽 P1 口高 5 位，取鍵值switch (Key_value)case 6: Sub_S1()。 break。/ S1 按鍵按下，執行對應子程序case 5: Sub_S2()。 break。/ S2 按鍵按下，執行對應子程序case 3: Sub_S3()。 break。/ S3 按鍵按下，執行對應子程序default:break。4.3. 顯示驅動程序開始K1按鍵進入時間調整程序初始化S2+， S3-是否是狀態 s1啟動狀態K2 按鍵循環執行 S1s1是否是狀態 s2啟動狀態K3 按鍵循環執行 S2s2返回是否是狀態s3啟動狀態s3按鍵是否按下按鍵處理返回C語言程序如

24、下：#include <reg51.h>#include <absacc.h>#include <Adc_Temp.h>code uchar disp_seg=0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F,0x77,0x7c,0x39,0x5f,0x79,0x71,0x40,0x00,0xff,0xf3 。/ 0123456789abcdef-全滅 , 全亮 , P./定義顯示緩沖區（由定時中斷程序自動掃描）uchar DispBuf8 。/8位數碼管顯示的數字碼（顯示段碼的偏移量）uchar bdata

25、 key_flag=0 。/定義鍵盤狀態標志位sbit key_first_flag = key_flag0。sbit key_delay_flag = key_flag1。sbit key_valid_flag = key_flag2。uchar key_value 。/key_value=0: no key, or key_value=1-8 stand for key1-key8void DispInit() 。/ 數碼管掃描顯示初始化void DispClear() 。/清除數碼管的所有顯示void DispP() 。/ 顯示 "P."/在數碼管位置x（ 0 7）處

26、顯示字符c（僅限十進制數字和減號）/void DispChar(unsigned char x, unsigned char y) 。/顯示指定位置x（ 0 7）處的小數點/void DispDotOn(unsigned char x) 。/*函數： T1INTSVC()功能：定時器T0 的中斷服務函數*/void T1INTSVC() interrupt 1using 1/interrupt 3 for T1code uchar com = 0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80。static uchar key_value_temp, n = 0 。

27、uchar key_in,i 。TR0 = 0。TH0 = 0xf8 。 / 0xfc66:1ms for 11.0592MHz, oxf8cd:2ms, 0xB800:20ms, 0x4C00:50ms TL0 = 0xcd 。P1 = 0xFF 。/暫停顯示if ( (DispBufn&0x80) = 0x80 )DispBufn = DispBufn&0x7f/。帶小數點顯示LED_OUT = (disp_segDispBufn | 0x80)。 /更新掃描數據elseLED_OUT = disp_segDispBufnP1 = comn 。/重新顯示。 /更新掃描數據i

28、f(key_first_flag=0)key_in = KEY_IN if(key_in!=0xff) 。/初次檢測到有鍵按下for(i=0 。 i<n 。 i+)/n ：當前掃描鍵key_in = key_in>>1 。if( (key_in&0x01)=0x00 )/若鍵按下，對應KEY_IN的輸入口讀入狀態位為0key_first_flag = 1 。/ 置標志key_value_temp = i 。 /暫存else if(key_delay_flag=0 && n=key_value_temp)key_in = KEY_IN。for(i=0 。

29、 i<n 。 i+)key_in = key_in>>1 。if( (key_in&0x01)=0x00 )/經過一輪掃描后（8*2ms=16ms ），第一次按下的鍵仍被按下key_delay_flag = 1 。else if(key_delay_flag=1 && n=key_value_temp)key_in = KEY_IN。for(i=0 。 i<n 。 i+)key_in = key_in>>1 。if( (key_in&0x01)=0x01 )/再經過一輪掃描后，按鍵已釋放：則為有效鍵key_valid_flag

30、 = 1 。key_value = key_value_temp+1 。n+。n &= 0x07 。-/-。TR0 = 1。/*函數： DispClear()功能：清除數碼管的所有顯示*/void DispClear()unsigned char i 。for ( i=0 。 i<8 。 i+ )DispBuf = 0x11 。/0x00 。/*函數： DispP()功能：顯示 "P."，即最高為顯示"P."，其余顯示滅*/void DispP()DispClear() 。DispBuf7 = 0x13 。/0xf3 。/*函數： Disp

31、Char()功能：在數碼管上顯示字符參數：x：數碼管的坐標位置（07， 0 為高位， 7 為低位）y：要顯示的字符，c=019 （僅限十進制數字和減號）*/*void DispChar(unsigned char x, unsigned char y)/0123456789,-, 全滅，全亮的數碼管字型數據/ code unsigned char Tab = 0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F,0x40,0x00,0xff 。DispBufx = disp_segy。/Tabx 。*/*函數： DispDotOn()功能：顯示指定

32、位的小數點參數： x 為數碼管坐標*/*void DispDotOn(unsigned char x)DispBuf7-x |= 0x80 。*/*函數： DispInit()功能：數碼管掃描顯示初始化*/void DispInit()DispClear()。EA=0。TMOD &= 0xf0。/0x0F 。TMOD |= 0x01。/0x10 。TH0 = 0xf8 。 / 0xfc66:1ms for 11.0592MHz, oxf8cd:2ms, 0xB800:20ms, 0x4C00:50ms TL0 = 0xcd 。TR0 = 1。ET0 = 1。EA=1。第五章總結在本次設

33、計的過程中，我發現很多的問題，給我的感覺就是很難，很不順手，看似很簡單的電路，要動手把它給設計出來，是很難的一件事，主要原因是我沒有經常動手設計過電路，還有資料的查找也是一大難題，這就要求我在以后的學習中，應該注意到這一點，更重要的是我要學會把從書本中學到的知識和實際的電路聯系起來，這不論是對我以后就業還是學習，都會起到很大的促進和幫助，我相信，通過這次的畢業設計，在以后的學習中我會更加努力，力爭把這專業學好，學精。在本次設計過程中,對紋波也沒有提出嚴格要求,所以常用的穩壓集成電路就可以滿足要求。在電路中采用了模擬器件和數字器件所以需要+5V 、和 -15V 電源供電。本設計輸出的電壓穩壓精度高，可以用在對直流電壓要求較高的設備上，或在科研實驗室中當作實驗電源使用。同時，通過本次畢業設計，鞏固了我學習過的專業知識，也使我把理論與實踐從真正意義上相結合了起來；考驗了我借助互聯網絡搜集、查閱相關文獻資料和組織材料的綜合能力；從中可以自我測驗，認識到自己哪方面有欠缺、不足，以便于在日后的學習