1、 湖州師范學院信息與工程學院 畢 業 設 計（論文）2011 屆 題 目 基于51單片機的數控穩壓電源專 業 電 子 信 息 工 程學生姓名 學 號 指導教師 論文字數 完成日期 湖州師范學院文印中心印制 摘要：數控直流穩壓電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。本文介紹了利用D/A轉換電路、輔助電源電路、去抖電路等組成的數控穩壓電源電路，詳述了電源的基本電路結構和控制策略。它與傳統的穩壓電源相比，具有操作方便，電壓穩定度高的特點，其結構簡單、制作方便、成本低，輸出電壓在0-10V之間連續可調，其輸出電壓大小以0.1V步進，輸出電壓的大小調

2、節是通過“+”、“”兩個鍵操作的，而且可以根據實際要求組成具有不同的輸出電壓值的穩壓源電路。該電源控制電路選用89C51單片機控制主電路采用串聯調整穩壓技術具有線路簡單、響應迅速、穩定性好、效率高等特點。詳細分析了電源的拓撲圖及工作原理。關鍵詞：穩壓電源、單片微型機；數控直流、D/A轉換；目 錄第一章 緒論11.1數控直流穩壓電源的產生背景11.2 系統開發的意義11.3 系統主要功能21.4 研究中擬解決的主要問題2第二章 系統總體方案設計32.1系統概述32.2系統整體概述4控制部分5顯示部分52.2.3 紅外部分52.2.4 鍵盤接口部分52.2.5 外部存儲52.2.6 電源部分52.

3、2.7 其它電路部分6第三章 相關技術介紹73.1 紅外通信原理73.1.1 紅外的發射和接收73.1.2 編碼73.1.3 調制83.1.4 解調83.1.5 解碼93.2 I2C總線概述10第四章 系統硬件電路設計124.1 單片機主控電路設計124.2 顯示電路134.3 紅外接收電路154.4 按鍵電路154.5 外部存儲電路154.6 報警電路174.7 開鎖電路174.8 電源電路184.9 系統時鐘及復位電路184.10 系統總電路19第五章 系統軟件設計215.1 主程序215.2掉電存儲服務程序225.3 紅外遙控解碼程序235.4密碼設定程序24結束語26參考文獻27致 謝

4、28附 錄29第一章 緒論引言采用單片機的數字可調穩壓電源價格低廉采用普遍使用的元件就能實現其功能，顯示清晰直觀，傳統的模擬可調穩壓電源沒有讀數，在讀數過程中很不方便，并且長時間使用會造成輸出電壓不穩。數字可調穩壓電源則采用先進的數顯技術，使測量結果一目了然，只要儀表不發生跳數現象，測量結果就是唯一的，不僅保證讀數的客觀性與準確性，還符合人們的讀數習慣，能縮短讀數和記錄的時間。模擬可調穩壓電源大多是通過調節電位器的阻值改變輸出直流電壓，電位器特別容易磨損，使用一段時間后就會出現接觸不良，引起輸出電壓不穩定。數字可調穩壓電源是通過接觸按鈕以步進方式選取不同的輸出電壓，再有數碼管顯示輸出電壓機器工

5、作狀態，工作穩定可靠。采用單片機的數字可調穩壓電源，它具有輸出電壓容易改變、價格低廉、顯示清晰直觀、準確度高、擴展能力強等特點。數控直流穩壓電源是一種常見的電子儀器，廣泛地應用于電子電路、教學實驗和科學研究等領域，目前使用的直流穩壓電源大部分是線性電源，利用分立器件組成，其體積大、效率低，可靠性差，操作使用不方便，自我保護功能不夠，因而故障率高，隨著電子技術的飛速發展，各種電子、電器設備對穩壓電源的性能要求日益提高、穩壓電源不斷朝著小型化，高效率，低成本，高可靠性，低電磁干擾，模塊化智能化方向發展，以單片機系統為核心而設計制造出來的新一代穩壓電源不但電路簡單，結構緊湊，價格低廉，性能卓越，而且

6、由于單片機具有計算和控制能力，利用它對采樣數據進行各種計算，從而可排除和減少由于騷擾信號和模擬電路引起的誤差，大大提高穩壓電源輸出電壓和控制電流精度，降低了對模擬電路的要求。智能穩壓電源可利用單片機設置周密的保護監測系統，確保電源運行可靠。輸出電壓和限定電流采用數字顯示，輸入采用鍵盤方式，電源的外表美觀，操作使用方便，具有較高的使用價值。單片計算機即單片微型計算機是集CPU ,RAM ,ROM ,定時，計數和多種接口于一體的微控制器。它體積小，成本低，功能強，廣泛應用于智能產業和工業自動化上。而51系列單片機是各單片機中最為典型和最有代表性的一種。這次畢業設計通過對它的學習，應用，從而達到學習

7、、設計、開發軟、硬的能力。 本文通過對一個基于51單片機的能實現數字可調的電壓源，詳細介紹了單片機應用中的數據處理，液晶顯示原理。從而達到學習、了解單片機相關指令在各方面的應用。系統由AT89S52單片機、DA轉換、LCD12864液晶等組成，能進行0-10V的電壓大小調節。1.1 數控電壓源產生的背景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。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。直流穩壓電源是電子技術常用的儀表設備之一，廣泛的應用于教學、科研等領域，是電子實驗員、電子設計人員及電路開發部門進行試驗操作和科學研究不可缺少的電子儀器。在

8、電子電路中，通常都需要電壓穩定的直流電源來供電。而整個穩壓過程是由電源變壓器、整流、濾波、穩壓等四部分組成。然而這種傳統的直流穩壓電源功能簡單、不好控制、可靠性低、干擾大、精度低、復雜度高。普通的直流穩壓電源品種有很多，但均存在一下二個問題：輸出電壓是通過粗調（波段開關）及細調（電位器）來調節。這樣，當輸出電壓需要精確輸出，或需要在一個小范圍內改變時，困難就較大。另外，隨著使用時間的增加，波段開關及電位器難免接觸不良，對輸出會有影響。穩壓方式均是采用串聯型穩壓電路，對過載進行限流和截流保護，電路構成復雜，穩壓精度也不高。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

9、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器組成，若由晶體管濾波器來代替，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要直流穩壓器就能用作家用電器的電源，就既降低了家用電器的成本，由縮小了其體積，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，電壓的調節精度不高，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就較好地解決以上傳統穩壓電源的不足。數控穩壓電源是電子行業發展的必然產物

10、。近年來，隨著電子技術的發展可調穩壓電源應用的越來越廣泛。目前，由各種單片機構成的數字穩壓電源產品越來越多，已被廣泛用于家庭電器、工業電器、軍事電器等領域，顯示出強大的生命力。與此同時，由于它擴展能力很強,功能日趨完善而擴展到人們生活的各個方面。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、控制理論和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。數控電源是從80年代才真正的發展起來的，在以后的一段時間里，數

11、控電源技術有了長期的發展。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。1.2 系統開發的意義隨著時代的發展，數字電子技術已經普及到我們生活、工作和科研等各個領域。本文將介紹一種數控直流穩壓電源，本電源由直流電源、控制電路、顯示電路、數模轉換電路、電壓放大和射極輸出等部分組成。具體說采用51系列單片機作為整機的控制單元，通過改變輸入數字量來改變輸出電壓值，經集成運放放大和射極輸出器輸出，間接地改變輸出電壓的大小。與傳統的穩壓電源相比具有操作

12、方便，電源穩定性高以及其輸出電壓大小采用數碼顯示的特點。1.3 系統主要功能本系統的主要功能如下：1、輸出直流電壓調節范圍0-10V；2、輸出直流電壓能步進調節，步進值為0.1V；3、由“+”“-”兩鍵分別控制輸出電壓步進增和減；4、輸出電壓類型可選：直流電壓具體數值。1.4 研究中擬解決的主要問題 在研究過程中，要使電源的輸出電壓時0.1V的精度，開始硬件的設計部分有些難度，還有就是硬件焊接完成以后的調試過程也是很困難的，因為以前課程設計的時候，做過硬件方面的調試，所以在這次畢業設計過程中，硬件的調試成功與否是關鍵。 1、概述2.1、系統概述：電源技術尤其是數控電源技術是一門實踐性很強的工程

13、技術，服務于各行各業。隨著數控電源在電子裝置中的普遍使用，普通電源在工作生產時產生的誤差，會影響整個系統的精確度，數控電源是從80年代才真正發展起來的，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進步和發展，但是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。單片機技術及電壓裝換模塊的出現為精度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，已經出現了數控精度

14、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，幾乎都為旋鈕開關調節電壓，調節精度不高、而且經常跳變，使用麻煩數字化電源模塊是針對傳統電源模塊的不足提出的，數字化能夠減少生產過程中的不確定因素和認為參與的環節數，有效的解決電源模塊中諸如可靠性、智能化和產品一致性等的工程問題，極大的提高生產效率和產品的可維護性。數控穩壓電源是電子設備的重要部分，其質量好壞直接影響著電子設備的可靠性，而且電子設備的故障60%來自電源。因此電源越來越受到人們的重視。電子電路及電子設備對電源最基本的要求就是電源的輸出電壓或輸

15、出電流要穩定。通過查閱大量資料，顯示電路和控制電路是本電路的核心部分，對它的選擇有以下三種方案：方案一：采用模擬電路采用模擬電路的可調穩壓電路就是用一個多檔開關來控制輸出電壓,而所謂的顯示系統只是在多檔開關的每個檔的旁邊注明電壓值。隨著電子行業的發展，它不耐用的弊端已經使它逐漸離開歷史的舞臺。方案二：采用純數字電路純數字電路的穩壓電源避免了硬件之間的磨損，使得使用壽命大大提高，而且其輸出電壓也不會隨時間產生誤差。但是它的電路較為復雜，制作時很困難，由于電路的復雜產生的問題也會很多。方案三：采用單片機的方法采用單片機的數字穩壓電源是將數字電路和單片機很好地結合在一起，不但能夠達到數字電路的效果，

16、而且能夠大大地簡化復雜的純數字電路。采用單片機后，還可以用軟件實現保護功能，要擴展其他的功能也非常容易。通過多方面考慮和實用性，精確度，單片機進行處理，具有低功耗、高性能、抗干擾能力強等優點，故我們選擇方案三。系統整體框圖（里面內容可以根據你做的改）單片機顯示電路按鍵D/A轉換控制電路穩壓電路輸出電路整流濾波變壓器220v2.2系統整體概述控制部分顯示部分方案論證 方案一：采用數碼管作為顯示器件，數碼管是一種半導體發光器件，其基本單元是發光二極管。數碼管按段數分為七段數碼管和八段數碼管，通過對其不同的管腳輸入相對的電流，會使其發亮，從而顯示出數字能夠顯示 時間、日期、溫度等所有可用數字表示的參

17、數。由于它的價格便宜，使用簡單是我們平時用的比較多的。 方案二，采用LCD液晶顯示。（不知道你用來顯示什么）字符型液晶顯示模塊是專門用于顯示字母、數字、符號等的點陣型液晶顯示模塊。方案二與方案一相比，有更高的精度和顯示多數據，比較符合本設計所需要，綜上所述采用方案二。紅外部分（紅外不懂）鍵盤接口部分方案一，采用獨立式鍵盤方案二，采用行列式矩陣鍵盤因為本設計所需要的按鍵數多，如果采用獨立式鍵盤每個按鍵需要一個單片機的I/O會占用很多I/O口，因此采用方案二的矩陣鍵盤外部存儲（不懂干嘛用的） 電源部分 其它電路部分 第三章 相關技術介紹3.1 紅外通信原理通用紅外遙控系統由發射和接收兩大部分組成，

18、應用編/解碼專用集成電路芯片來進行控制操作。紅外遙控的發射電路是采用紅外發光二極管來發出經過調制的紅外光波；紅外接收電路由紅外接收二極管、三極管或硅光電池組成，它們將紅外發射器發射雕紅外光轉換為相應的電信號，再送后置放大器。 紅外的發射和接收發射部分的主要元件為紅外發光二極管。它實際上是一只特殊的發光二極管，由于其內部材料不同于普通發光二極管，因而在其兩端施加一定電壓時，它發出的便是紅外線而不是可見光。目前大量使用的紅外發光二極管發出的紅外線波長為940nm左右，外形與普通5發光二極管相同，只是顏色不同7。 遙控發射通過鍵盤，每按下一個鍵，即產生具有不同的編碼數字脈沖，這種代碼指令信號調制在4

19、0KHz的載波上，激勵紅外光二極管產生不同的脈沖，通過空間的傳送到受控機的遙控接收器。接收部分主要元件是紅外接收管，它是一種光敏二極管（實際上是三極管，基極為感光部分）。在實際應用中要給紅外接收二極管加反向偏壓，它才能正常工作，亦即紅外接收二極管在電路中應用時是反向運用，這樣才能獲得較高的靈敏度 編碼 調制 解調 解碼 第四章 系統硬件電路設計4.1 單片機主控電路設計單片機最小系統是整個設計的核心部分，4.2 顯示電路4.3 紅外接收電路4.4 按鍵電路4.5 外部存儲電路4.6 報警電路4.7 開鎖電路4.8 電源電路4.9 系統時鐘及復位電路4.10 系統總電路 第五章 系統軟件設計(你

20、根據編程畫幾個流程圖就好了)1.2、設計思路 根據設計任務要求走，數控直流穩壓電源的工作原理框圖如圖1所示。主要包括三大部分：數字控制部分、模擬/數字轉換部分（D/A變換器）及可調穩壓電源。數字控制部分用+、-按鍵控制一可逆二進制計數器，二進制計數器的輸入輸出到D/A轉換器，經D/A轉換器轉換成相應的電壓，此電壓經過放大到適合的電壓值后，去控制穩壓電源的輸出，是穩壓電源的輸出電壓以0.1V的步進值增或減。 圖11.3、穩壓源的技術指標與要求 設計并制作有一定輸出電壓調節范圍和功能的數控直流穩壓電源。基本要求如下：（1）輸出直流電壓調節范圍0-10V；（2）輸出直流電壓能步進調節，步進值為0.1

21、V（3）由“+”“-”兩鍵分別控制輸出電壓步進增和減；（4）輸出電壓類型可選：直流電壓具體數值。 在圖3中，該部分主要是由三端穩壓器LM7812、LM7912、LM7805和若干個電容、二極管元器件組成，220V市電經220V/12V變壓器降壓后得到的雙12V交流電壓，經三端穩壓器LM7812和LM7912得到的+12V，再經過LM7805得到的+5V的電壓。3.2、顯示部分 在圖4中，顯示部分比較簡單，主要是由兩個數碼管和若干電阻組成，兩個數碼管分別顯示電壓的個位和十分位，該部分是由單片機完成的，數碼管的各個端口以依次連到AT89C51單片機的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4

22、、P1.5、P1.6、P1.7口，完成對電壓的顯示功能。 圖4 圖6 結束語 本文設計的數控直流電壓源，利用AT89C51單片機及其外圍擴展電路，采用了鍵盤數碼顯示，該電源具有調整方便、步進精度高等特點，可作為電子儀器直流標準電壓源，其數字化的輸入快捷方便、簡潔明了。在該系統中，穩定性非常的好。參考文獻： 1 吳海波,康長武. 分光光度計用高精度恒流源的設計與分析. 中國科技論文在線, http: / /www. paper. edu. cn: 16. 2 郭繼昌,李香萍. 張宏濤. 基于單片機控制的恒流源的設計 J . 電子測量與儀器學報, 2000 (4) : 5963. 3 尉廣軍,朱宇

23、虹. 采用集成穩壓器構成的恒流源電路 J . 華北工學院調試技術學報, 2000, 14: 643646. 4 李維波,毛承雄,陸繼明等. 電力設備直流電阻測量用恒流源研究 J . 電力自動化設備, 2003. (5) : 6366. 5 童詩白,華成英編著. 模擬電子技術M . 北京:高等教育出版社, 2001.6 周瑋,吳貴能,李儒章.一種二階補償的CMOS帶隙基準電壓源J. 重慶郵電大學學報(自然科學版),2009,(01).7Khong-Meng Tham, Krishnaswamy Nagaraj. A LowSupplyVoltage High PSRR Voltage Refer

24、ence in CMOSProcessJ. IEEE Journal of Solid-state Circuits,1995,30 8 陳 碧, 羅 嵐, 周帥林, 等. 一種低溫漂CMOS 帶隙基準電壓源的設計 J . 電子器件, 2004, 27( 1) : 79- 82. 9 金愛娟, 李航天, 李少龍. 五相異步電機的SVPWM J . 電機與控制學報, 2004, 8 (4) : 377 - 381.10 李朝青.單片機原理及接口技術M.北京：北京航空航天大學出版社，2005.11 盧超.分布式礦井溫度監測系統的設計J. 煤炭科學技術，2007,(12):××1

25、2 盧超.單片機同PC機通信的一種新方法J.礦山機械，2007,(04)：××13 王昊，李昕.集成運放應用電路設計360例M.北京：電子工業出版社，2007.14 盧超.PVDF型脈搏傳感器信號處理電路的設計J. 齊齊哈爾大學學報(自然科學版).200915 郭天祥.51單片機C語言教程M. 北京：電子工業出版社，200916張吉衛,李瑞霞,丁曉東.數控直流電流源設計J.微計算機信息,2007,3-1:247-249.17許艷惠.一種智能化高精度數控直流電源的設計與實現J.微計算機信息,2007,11-2:136-138.18賈暢鵬.數控直流電流源的設計J.煤礦機械,20

26、07,3-3:21-23.19王永德,趙宏才,馬石巖,張召友,劉士軍.高精度數控直流電流源J.微電子學與計算機 2007,3-2:120-123.20梅笙,李瑋.基于 AT89C52 的數控直流電流源設計J.電子測,2007,9-2:20-27.試21曲學基.穩定電源電路設計手冊M.北京:電子工業出版社,2003.22胡漢才.單片機原理及其接口技術M.北京:清華大學出版社,2003.23 魏智.多 ADC 系統的基準源設計.國外電子元器件,2002.24 RazaviB著.陳貴燦等譯.模擬 CMOS集成電路設計M.西安:西安交通大學出版社,2002.25 劉剛,何笑明,陳濤.微電子器件與 IC

27、 設計.北京:科學出版社,2005.26 Kiat- SengYeo,Samir S. Rofail,Wang- LingGob 著.周元興，張志龍等譯.低壓低功耗 CMOS/BiCMOS超大規模集成電路.北京:電子工業出版社,2003.附錄：1、 實物圖：相關程序：#include<reg51.h>#include"1602.h"#define DAC XBYTE0x7fff /P2.7接CS#include <absacc.h>unsigned char shu=0x31,0x32,0x33,0x34,0x35,0x36,0x37,0x38,0x

28、39,0x30,0x2e,11;char show1="input V:"char show2="zhao song"char show3='v'char show4="error"unsigned int V=0;unsigned char t;unsigned char Data5=0,0,0,0,0;unsigned long dac, c=0;void delay(char t) unsigned char i; while(t-) for(i=0;i<150;i+);void keybarod( ) u

29、nsigned char a,i; unsigned char num=0xef,0xdf,0xbf; for(i=0;i<3;i+) P1=numi; if(P1!=numi) delay(15); /延時十毫秒 if(P1!=numi) a=P1; c+; while(P1!=numi);/確保按鍵每次按下只產生一個對應數字 switch(a) case 0xee: Datac=shu4*i+0;break; case 0xed: Datac=shu4*i+1;break; case 0xeb: Datac=shu4*i+2;break; case 0xe7: Datac=shu4*

30、i+3;break; case 0xde: Datac=shu4*i+0;break; case 0xdd: Datac=shu4*i+1;break; case 0xdb: Datac=shu4*i+2;break; case 0xd7: Datac=shu4*i+3;break; case 0xbe: Datac=shu4*i+0;break; case 0xbd: Datac=shu4*i+1;break; case 0xbb: Datac=shu4*i+2;break; case 0xb7: Datac=shu4*i+3;break; switch(c) case 1: write_c

31、om(0x01);/清屏 write_com(0x80); for(i=0;i<8;i+) write_data(show1i); write_com(0xc0); for(i=0;i<10;i+) write_data(show2i);/第二行的字 write_com(0x88); if (Data1=0x2e) /第一個輸入的如果是小數點，自動在第一位寫入0，并且在第二位輸入小數點 write_data(0x30); write_data(Data1); else if(Data1=11)/如果第一次輸入為確認鍵，輸出error for(i=0;i<5;i+) write

32、_data(show4i); c=0;break; else write_data(Data1);/如果第一次輸入為數，輸出 break; case 2: if(Data2=11) /如果第二次輸入為確認鍵 if (Data1!=0x2e) /第一次輸入為數 V=Data1-0x30; write_data(show30); dac=V*128/12+128;c=0;break; else /第一次輸入為小數點 write_com(0x88); for(i=0;i<5;i+) write_data(show4i); c=0;break; else if (Data2=0x2e) /如果第

33、二次輸入為小數點 if(Data1=0x2e) /第一次輸入也為小數點 ，輸出error write_com(0x88); for(i=0;i<5;i+) write_data(show4i); c=0;break; else /第一次輸入為數，輸出此數 write_data(Data2);break; else /如果第二次輸入為數 (判斷) if(Data1=0x2e) /第一次輸入為小數點 write_data(Data2);break; else /第一次輸入也為數 ，則（再判斷） V=10*(Data1-0x30)+(Data2-0x30); if(V>=0&&a

34、mp;V<=10) write_data(Data2);break; else write_com(0x88); for(i=0;i<5;i+) write_data(show4i); c=0;break; case 3: if(Data3=11) /如果第三次輸入為確認鍵 if(Data1!=0x2e&&Data2!=0x2e) /前兩次輸入的都為數字 V=10*(Data1-0x30)+(Data2-0x30); write_data(show30); dac=V*128/12+128;c=0;break; else if(Data1=0x2e) V=Data2

35、-0x30; write_data(show30); dac=V*12.8/12+128;c=0;break; else V=Data1-0x30; write_data(show30); dac=V*128/12+128;c=0;break; else if(Data3=0x2e) /如果第三次輸入為小數點 if(Data1!=0x2e&&Data2!=0x2e) write_data(Data3);break; else write_com(0x88); for(i=0;i<5;i+) write_data(show4i); c=0;break; else /如果第三次輸入為