数控直流稳压电源的设计 - 图文

目 录

1 绪论............................................................. 4

1.1 课题背景及意义 .............................................. 4 1.2 国内外研究现状 .............................................. 4 1.3 本文所设计的数控直流电源性能指标 ............................ 5 2 系统设计方案及其组成............................................. 6

2.1 主控模块 .................................................... 6 2.2 可调稳压电源模块 ............................................ 7 2.3 正负电源模块 ................................................ 8 2.4 电压偏置及放大模块 .......................................... 8 2.5 数据采集与处理模块 .......................................... 9 2.6 显示模块 .................................................... 9 3 系统的硬件设计.................................................. 10

3.1 系统的总体设计 ............................................. 10 3.2 主控模块 ................................................... 10 3.3 正负稳压供电电源模块 ....................................... 12 3.4 可调稳压电源模块 ........................................... 12 3.5 电压偏置及放大输出模块 ..................................... 15 3.6 过流保护模块 ............................................... 16 3.7 LCD1602液晶显示模块........................................ 17 3.8 数据采集与处理模块 ......................................... 18 4 软件设计........................................................ 20

4.1 系统主程序 ................................................. 20 4.2 TLC5615部分程序............................................ 21 4.3 TLC549部分程序 ................................................ 22

4.4 LCD1602显示程序............................................ 24 5 系统调试........................................................ 26

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5.1 调试结果 ................................................... 26 5.2 误差分析 ................................................... 27 6 设计总结........................................................ 29 7 致谢............................................................ 30 8 参考文献........................................................ 31 广西师范大学本科毕业论文(设计)学生诚信保证书....................... 32 9 附录............................................................ 34

9.1 设计整体硬件图 ............................................. 34 9.2 设计实物图 ................................................. 35 9.3 设计所用元器件清单 ......................................... 35

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数控直流稳压电源

数 控 直 流 稳 压 电 源

专业；电子信息工程 学号：200713002562 学生姓名:王冬旭 指导老师：闭金杰

[内 容 摘 要]

本文设计的数控直流稳压电源与传统的稳压电源相比，具有操作简便，电压稳定度高的优点，其结构简单、制作方便、成本低、输出电压在0—30V之间连续可调，其输出电压可以0.1V步进，输出电压的大小是通过“+”、“-”调节，而且可根据实际要求输出不同电压的稳压电源。因此，数控直流稳压电源代替传统的直流稳压电源，本文所设计的电源采用89C52单片机控制主电路并采用LM317可调技术，具有线路简单、响应迅速、稳定性好、效率高、并且具有保护电路的功能等特点。主要用AT89S52单片机控制运放和LM317的输出电压；设计制作的电源满足：能够显示电压值和电流值，设定不同的电压值则输出随之变化的电压的直流电，电压值步进为0.1V，有保护电路，提高电路的安全性。 [关键词] 单片机；稳压电源；反馈控制；D/A；A/D；运算放大器

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数控直流稳压电源

1 绪论

1.1 课题背景及意义

如今的经济活动已经到了工业化经济时代，并正在进行经济结构调整，高新技术产业在经济、科研等活动中所占的比重迅速升高，高新技术产业技术同时也正在以不可阻挡的势头迅猛发展，直流稳压电源是电子技术常用到的仪器设备之一，广泛用于教学、科研等领域，是电子实验员、电子工程师进行设计与开发电路的实验操作和科学研究所不可缺少的电子仪器，在电子电路中通常需要电压稳定的直流电源来供电，而整个过程是由电源变压器、整流、滤波、稳压等四部分组成。而传统的直流稳压电源功能简单、不好控制、可靠性低、干扰大、精度低、体积大、复杂度高

从上述方面我们能看出传统的直流稳压电源已经不满足现在的需要，但是直流稳压电源又是电子设备中必不可少的部分，在我们实际生活中都是由220V交流电网供电，就需要通过变压、整流、滤波、稳压电路将交流电转为稳定的直流电，传统的直流稳压电源的电压调节技术并且通过电压表指示电压的大小，从而造成电压的调节精度不高，读书欠直观，而基于单片机的数控直流稳压电源可以很好的解决传统的直流稳压电源的不足，并且数控直流稳压电源具有操作简便，电压稳定度高的优点，其结构简单、制作方便、成本低的特点，并且波纹低，电压调节准确，输出电压大小采用数字显示，直观易读。 1.2 国内外研究现状

随着科学技术的发展，人们对物质需求也越来越高，特别是一些高新技术产品——电源，作为当今人们生活普遍存在的电子商品，从上世纪九十年代未起便迅速发展。随着对系统更高效率和功耗更低的要求，电信与数据通信技术更推动电源行业中直流电源向更高灵活性和高智能化方向发展，从80年代的第一代分布式供电系统开始转向20世纪末更为先进的第四代分布式供电结构以及中间母线结构，直流电源行业面临着新的挑战，即如何在现有系统中加入嵌入式电源智能系统和数字控制，然而，早在90年代，半导体生产商就开发出了数控电源管

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理技术，而在当时，这种方案的性价比与当时广泛使用的模拟控制方案相比处于劣势，因而无法被广泛采用。如今的直流电源技术的飞跃发展，从而使直流电源智能化，具有遥测、遥信、遥控的三遥功能。 1.3 本文所设计的数控直流电源性能指标

最大输出电压：30V；电压步进：0.1

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2 系统设计方案及其组成

图 1 总体设计方案框图

这次设计方案采用以单片机为核心控制D/A再经过电压偏置和运放最终由LM317可调电源输出一个0至30V的直流稳定电压，通过负载后，经过A/D的采样电路输入给单片机最终显示出来精确的电压值和电流值。

设计由主控模块、正负供电电源模块、过流保护模块、可调稳压电源模块、电压偏置及放大模块、数据采集与处理模块、显示模块七个主要部分组成，下面就电路中各个模块进行介绍： 2.1 主控模块

采用AT89S52单片机作为整个系统的核心，用52单片机控制电压的输出和电压、电流的显示，能够体现出52单片机的运行速度要比51单片快，而且52单片机能兼容51单片机的优点，同时又能将51单片机的不足之处加以改正，52

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单片机的运行速度快，则在调整输出的时候，设定一个输出电压，则实际输出电压会立刻跟随其变化，同时又能够及时、快速、精确的反映在电流值的变化上。 针对本次设计要求输出电压、电流数据的准确、快速等要求，最终决定采用AT89S52单片机作为系统的核心控制，充分利用52单片机的优点为系统服务。 2.2 可调稳压电源模块

我们常用到的可调稳压芯片有LM117、LM317、LM2941CT。

如果用LM2941为核心,包括了电源的稳压电路、扩流电路和芯片保护电路等。该电源可以在1A负载电流下正常工作,电源电路具有稳定性好、带负载能力强和功能完善等优点,适用于NIM机箱、核电子仪器、以及其它稳定性要求较高的电子仪器，但是LM2941在市场是普及率不高，若用LM2941，则设计的成本会增加，并且操作不方便，芯片不易获得。

若果用LM117作为可调稳压电源模块的核心，LM117能够服务于多种场合，适合用来做输出稳压器，同样可以完成设计内容，也可以满足设计题目的要求，但是用LM117的话，输出的电流则会不易控制，虽然题目没有对功率方面的要求，但是这样完成的设计在实际生活中显得不适用。

用LM317作为可调稳压电源模块的核心芯片时与LM117类似，但是，LM317在不仅可以稳压，而且在稳流方面同样很容易实现稳流的功能，这样就解决了使用LM117的后顾之忧，LM317经常被用作稳流器，并且LM317在市场上的普及程度很高，芯片易于获得，最终证实，选择LM317是正确的选择，使得电路不仅能稳压，而且能稳流。

另外在做电源电路最重要当然是整流部分，整流部分有半波整流电路和桥式整流电路，半波整流电路的优点是结构简单，使用原件少，但有明显的缺点：输出波形脉动大；直流成分比较低；变压器有半个周期不导电，利用率低；变压器含有直流成分，容易饱和，所以只能在输出电流较小，要求不高的场合使用半波整流电路；在同样的变压器的条件下，桥式整流电路输出电压波形是半波整流电路的2倍，因此平均值也是半波整流电路的2倍，而且脉动成分也比半波整流电路下降了很多[3]。

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2.3 正负电源模块

若采用低压差的稳压芯片LM2940芯片。在电池损耗的情况下，虽然此芯片可以比较可靠的保证电压降低以后的稳定输出5V，但是由于我们对此芯片的需要量小，市场上比较难买到，在材料上的获取上有一定的麻烦

因为设计制作的是一个电源类，所以中间供电模块的好坏对结果有着直接的影响，如果输出不稳定的话则会造成结果的不稳定，所以是否能够输出稳定的直流电压是关键，正负电源模块会给单片机、集成运放芯片、D/A、A/D以及显示模块供电，这样就更加体现出在硬件中供电电源的重要性，若采用7805、7905稳压芯片则不必担心上述问题，因为，78、79系列的稳压芯片在电压降低以后能够长时间输出稳定的5V直流电压，而且78、79系列在市场非常常见，芯片很容易获得，并且平时经常用到，是经过实践检验的，选用7805、7905输出正负5V

2.4 电压偏置及放大模块

常用的运放芯片有LM358、LM324、NE5532、OP07：

LM358双运算放大器： 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。LM358 的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式[9]。

LM324低功率运算放大器：LM324为价格便宜的四运放集成电路，采用14脚双列直插塑料封装，内部包含四组形式完全相同的运算放大器，该放大器可以工作在3V到32V的电源下静态电流大致为MC1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性，输出电压范围也包括负电源电压[12]。

OP07具有非常低的输入失调电压（对于OP07A 最大为25μV），所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP07同时具有输入偏置电流低（OP07A 为±2nA）和开环增益高（对于OP07A为300V/mV ）的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方

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面[9].

NE5532 是高性能低噪声运放，与很多标准运放（如1458）相似，它具有较好的噪声性能，优良的输出驱动能力及相当高的小信号与电源带宽。

由以上资料对比之后，由于设计要求输出30V的电源，而LM324、LM358、OP07运放芯片的输出电压均在0至30V以内，并且结合自身的技术以及设计的要求等客观方面，运放芯片选择NE5532高性能运放，在NE5532的输入端输入0至正5V的直流电压，利用反馈电阻调节运放的放大倍数，使其放大倍数为6倍，这时NE5532的输出电压即可达到0至30V的直流稳压电源。 2.5 数据采集与处理模块

TLC549是美国德州仪器公司生产的8位串行A/D转换器芯片，可与通用微处理器、控制器通过CLK、CS、DATA OUT三条口线进行串行接口。具有4MHz片内系统时钟和软、硬件控制电路，转换时间最长17μs， TLC549为40 000次/s。总失调误差最大为±0.5LSB，典型功耗为6mW。采用差分参考电压高阻输入，抗干扰，可按比例量程校准转换范围，VREF-接地，VREF+－VREF-≥1V，可用于较小信号的采样。之所以选用TLC549由于其是8位的A/D转换器，它共有2的8次方字节，即256个字节，这样在编写电压显示程序时方便计算，减少程序的复杂性，采样性能较好。

TLC5615是一个串行10位的DAC芯片，性能比早期的电流型输出的DAC要好，只通过3根串行总线就可以完成10位数据的串行输入，易于和单片机接口；之所以选用TLC5615作为D/A，因为它是10位的D/A转换芯片，它共有2的10次方字节，即1024个字节，这样在同样会减少程序的复杂性，易于计算。 2.6 显示模块

常用到的显示器件有LED数码管、LCD1602液晶显示屏、LCD12864液晶显示屏。 LED数码管由8个发光二极管组成，每个数码管轮流显示各自的字符。但它很难显示字符，功能太少。无法满足设计的要求。

LCD1602液晶显示器，它具有微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，可以通过单片机控制将所测电压值和电流值读数显示出来。

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LCD12864液晶显示屏，体积大，显示内容比1602更加丰富，功耗自然比1602大，同样可以通过单片机控制显示电压值和电流值，但是，12864的成本远远高于1602。

综上，由于设计只需显示出电压值和电流值，内容不多，使用12864的话，会造成一定程度的浪费，从而增加了设计的成本，综合考虑选择使用LCD1602液晶显示屏。

3 系统的硬件设计

3.1 系统的总体设计

图 2 系统硬件设计框图

3.2 主控模块

AT89S52是一个与MCS-51单片机产品兼容，具有低功耗、高性能的8K字节在

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系统可编程Flash存储器、1000次擦写周期、 全静态操作：0Hz～33Hz 、三级加密程序存储器、32个可编程I/O口线、三个16位定时器/计数器 八个中断源 、全双工UART串行通道、 低功耗空闲和掉电模式 、掉电后中断可唤醒 、看门狗定时器 、双数据指针 、掉电标识符。

52单片机最小系统作为主控模块的控制系统，主要负责整个系统的各个信号的采样、处理、分析，以及对各部分电路的调整控制，通过向各个电路发出控制信号从而达到控制的作用，有利于整个电路的整体控制。

系统中的52单片机最小系统包括52单片机芯片、复位电路、石英晶振时钟电路。

复位电路 ：是维持单片机最小系统运行的基本模块，通常分两种：上电复位和手动复位。在运行过程中出现程序跑飞的问题的情况以及在程序开发过程中，经常用到手动复位电路。

时钟电路：高频率的时钟电路有利于程序更快的运行，也可以实现更高的信号采样率，从而实现更多的功能，但是对系统要求较高，而且功耗大，运行环境苛刻。考虑到单片机本身用在控制，并非高速信号采样处理，所以选取合适的频率即可，合适频率的晶振对于选频信号强度和准确度都有好处，本次设计选取8.00M无源晶振介入XTAL1和XTAL2引脚，并联2个30uf陶瓷电容帮助起振。

图 3 单片机最小系统与原理图

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3.3 正负稳压供电电源模块

L7805CV是一个输入在7.5到24伏并且电流充足的情况下，就可以输出正5V的稳定直流电压，而且在电压降低以后仍然能够稳定的输出正5V的直流电压，使用方便，稳定性好。

L7905CV与7805一样，输入在7.5到24伏并且电流充足的情况下，输出一个负5V的稳定直流电压。

图 4 正负电源原理图

直流稳压电源一般由电源变压器，整流，滤波和稳压电路等四部分组成。电压变压器是将电网220V的交流电压变为所需的电压值送入整流电路，整流电路再将交流电压变成脉动的直流电压。由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤波。滤波电路将脉动的直流电压的纹波滤除后得到平滑的直流电压。稳压电路的作用是当电网电压波动，负载和温度变化时，能维持输出直流电压的稳定。

上图中整流部分由四个二级管组成，能够有效的将交流电转化成直流电，为

整个电路提供最初的直流电；滤波部分是由4个0.1uf（104）电容组成，滤除波纹。

此电路稳定输出正负5V直流电压，原理简单易懂，电路简化，焊接方便，输出准确。

3.4 可调稳压电源模块

由于系统需要稳定的直流电源，所以需要将电网220V的单相交流电路进行

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整流、滤波，输出平滑的直流电。

图5系统电源稳压流程图

单相桥整流电路与半波整流电路相比，在相同的变压器副边电压下，对二极管的参数要求是一样的，并且还具有输出电压高、变压器利用率高、脉动小等优点，因此得到相当广泛的应用[3]。

图6 单相桥式整流电路极其波形图

单相桥式整流电路的输出电压、电流与输入电压的关系：

VL=2×0.45V2=0.9V2 IL=0.9×(VO/RL）

在变压器次级交流电压u2为正半周时，即A+B-时，二极管VD1、VD3导通，VD2、VD4截至。电流流过的路径是：从A 点出发，经二极管VD1、负载RL，再经VD3回到B 点。若忽略二极管的正向压降，可以认为RL上的电压uL≈u2。

当u2为负半周，即A-B+时，二极管VD2、VD4导通，VD1、VD3截至。电流的通路是从B 点出发，经VD4、负载RL、V?回到A点。若忽略二极管的正向压降uL= -u2。

从图上看出，无论u2的正、负半周如何变换，流经RL

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的电流方向始终不变，即由C →D 。四只二极管中对应桥臂上的两只为一组，两组轮流导通。在负载上，即可得到全波脉冲的直流电压和电流。因为这种整流属于全波整流类型。其波形如图b所示

单相整流电路整流后的直流电为脉动直流电，其中仍包含有较多的交流成分，为保证电源质量需要滤除其中的交流成分，保留直流成分，将脉动变化的直流电变为平滑的直流电称为滤波[3]。

LM317是可调节三端正电压稳压器，输出电压范围是1.2V到37V之间，由于本次设计要求输出电压达到30V以上，所以选用LM317，另外此稳压器易于使用，只需要两个外部电阻设置输出电压。此外还使用内部限流、热关断和安全工作区补偿使之基本能防止烧断保险丝。

图7 LM317稳压原理图

稳压电源的输出电压可用下式计算，V0=1.25*（1+R2/R1），仅仅从公式来看，R1和R2电阻值可以随意设置，然而作为稳压电源的输出电压计算公式，R1和R2的阻值是不能随意设定的。

首先，317稳压块的输出电压变化范围是V0=1.25V-37V(高输出电压的317稳压块输出电压变化范围是V0=1.25V-45V)，所以R2/R1的比值范围只能是0——28.6V。

其次，317稳压块都有一个最小稳定工作电流，最小稳定工作电流一般为1.5mA。当输出电流大于其最小稳定工作电流时，317稳压块就可以输出稳定的直

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流电压。

上图中在317的输出端和调节端加上一个稳压管，用做保护电路，以防止电路中的电容放电时的高压把317烧坏。 3.5 电压偏置及放大输出模块

电压偏置及放大输出模块主要由NE5532集成运放构成，为使NE5532能够证工作以及满足设计的工作要求，需要-5V供电，另外需要一个+31V以上的供电模块即电压偏置。

电压偏置部分选择用LM317的可调稳压电路，使输出电压达到满足要求的+31V以上。

图8 LM317供电原理图

图中采用一个10K的电位器调节317的输出电压。 NE5532运放部分:

图 9工作原理图

利用负反馈的原理，调节反馈电阻用以调节放大倍数，通过调节图中RP1和RP2的阻值，负反馈可以提高电路放大倍数的稳定性、减小非线性失真和抑制干扰、展宽频带改变输入输出电阻。利用公式：放大倍数A=1/F（反馈系数）计算

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放大倍数，经过实践动手调节后，RP1为2.6K，RP2为3.8K，此时放大倍数为6倍，即输入0到+5V时，可以输出0到+30V的稳定直流电压。

在运放工作时，有个非常重要的就是注意运放的零漂，正常情况下，NE5532在输入0V时，输出不是0V，而是1.25V，所以，需要在输入端加上一个-1.25V的负压，经过调节才能使运放在输入0时，输出尽量的接近零，最大限度的减少误差。

此电路经过上述模块的共同作用下，最终即可输出0到30V以上稳定直流电压。

3.6 过流保护模块

保护电路由5V的继电器和一个S8050NPN三极管，继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。

当电路中电流过大时，单片机会发出中断信号，使继电器切断电路，以免烧坏器件。

继电器保护电路的电路原理图：

图 10保护电路原理图

此次设计是当电路产生的电流达到0.5A时，自动切断输出，并显示错误的提示，可以方式电流过大时烧坏电路板，这样以来起到过流保护电路的功能。

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3.7 LCD1602液晶显示模块

LCD1602液晶显示器是一种低功耗，体积小，显示内容丰富、超薄轻巧、高可靠性的理想显示模块。它内置192种字符（160个5X7点阵字符和32个5X10点阵字符）具有64个字节的自定义字符RAM，可自定义8个5X8点阵字符或4个5X11点阵字符。利用单片机驱动LCD1602液晶显示器的电路图如图所示。

图 11 D1602液晶屏电路图

图12 1602实物图

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图 13 602尺寸

3.8 数据采集与处理模块

数据采集模块由A/D，D/A组成，此次设计用TLC549、TLC5615的组合做为数据采集与处理模块的主要构成器件。

当片选CS 为低电平时, 串行输入数据才能被移入16 位移位寄存器。当CS 为低电平时,在每一个SCL K 时钟的上升沿将DIN 的一位数据移入16位移寄存器。注意, 二进制最高有效位被导前移入。接着,CS 的上升沿将16位移位寄存器的10 位有效数据锁存于

图 14 C5615工作原理图

10 位DAC 寄存器, 供DAC 电路进行转换; 当片选CS 为高电平时,串行输入数据不能被移入16 位移位寄存器。

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图 15 615内部工作原理图

TLC549均有片内系统时钟，该时钟与I/O CLOCK是独立工作的，无须特殊的速度或相位匹配。

当CS为高时，数据输出(DATA OUT)端处于高阻状态，此时I/O CLOCK不起作用。这种CS控制作用允许在同时使用多片TLC549时，共用I/O CLOCK，以减少多路(片)A/D并用时的I/O控制端口。

图 16 C549工作原理图

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4 软件设计

4.1 系统主程序

图 17 主程序流程图

本系统的程序设计主要由上电初始化程序、DA_5615输出程序、AD_549数据采样程序、LCD1602显示程序、过流保护程序组成。单片机上电后调用上电初始

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化程序，对端口以及5615的输出值进行初始化设定，通过负载后条用549的采样程序，并对采样数据进行过载判断，如若过载则调用过流保护程序切断LM317的输出，如若未达到过载值，则系统调用5615的输出数据以及5619的电流采样数据并调用LCD1602显示程序，在液晶屏上显示出当前的电压值和电流值。 下面是本次设计的部分程序： 4.2 TLC5615部分程序

每次访问DA_5615时，按照下图的5615的程序流程图进行：初始化、调入

输入输出电压数据，发送电压数据到显示部分。不断按图中循环的方式进行循环。

图 18 TLC5615程序流程图

TLC5615的驱动C程序：

void DA_TLC5615_Write(unsigned int Din) {

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unsigned char i;

DACSE_0; Din<<=6;

//数据左移6位

//

for(i=0;i<12;i++) {

if(Din & 0x8000)DADIN_1; else DADIN_0; DACLK_1; DACLK_0; Din<<=1; } DACSE_1; }

4.3 TLC549部分程序

//

TLC549每次工作都按照下图的程序流程图工作，初始化后经过电压转换产生

电压数据，在将转换得到的电压数据根据欧姆定律把计算出相应的电流值，并送至1602显示，并进入循环模式。

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图 19 TLC549程序流程图

TLC549的驱动C程序： uint tlc549() {

uchar i; uchar v; clk_549=1; dat_549=1; clk_549=0; clk_549=0; cs_549=0; v=0;

for(i=8;i>0;i--)

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{ v<<=1; clk_549=1;

if(dat_549)v|=0x01; clk_549=0;

}

4.4 LCD1602显示程序

LCD1602液晶显示屏按照下图所示的流程图进行工作，上电后先调用初始化程序使1602初始化，并调入系统初始化的输出值，通过按键输入，调用设定的输出数据，显示出来，并进入循环模式。

图 20 1602 显示程序流程图

1602的驱动C程序： /*显示屏命令写入函数*/

void LCD_write_com(unsigned char com)

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{ RS_CLR; RW_CLR; EN_SET; P0 = com; delay_us(5); EN_CLR; }

/*显示屏数据写入函数*/

void LCD_write_Data(unsigned char Data) { RS_SET; RW_CLR; EN_SET; P0 = Data; delay_us(5); EN_CLR; }

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5 系统调试

5.1 调试结果

此次设计的调试结果是用一下调试工具得到的：1.万用表 2.稳压电流源

表1 调试结果

设定电压值实际输出电压值测量误差 （V） （V） 1.08 1.03 0.05 2.04 2.07 0.03 3.00 3.01 0.01 4.08 4.16 0.08 5.04 5.10 0.06 6.00 6.04 0.04 7.08 7.09 0.01 8.04 8.03 0.01 9.00 8.98 0.02 10.08 10.12 0.04 11.04 11.06 0.02 12.00 11.91 0.09 13.08 13.15 0.07 14.04 14.09 0.05 15.00 14.93 0.07 16.08 16.08 0.00 17.04 17.03 0.01 18.00 17.96 0.04 19.08 19.11 0.03 20.04 20.0 0.0

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21.00 22.08 23.04 24.00 25.08 26.04 27.00 28.08 29.04 30.00 5.2 误差分析

造成误差的原因有： （1） 运放零点漂移

20.9 22.0 23.0 24.0 25.0 25.9 27.0 28.0 29.1 30.0 0.1 0.0 0.0 0.0 0.0 0.1 0.0 0.0 0.1 0.0 由于运算放大器的零点漂移，温度漂移等带来的误差，可以通过温度补偿措施来解决此误差。

（2） 采样电阻自热效应引起的误差

由于电阻在温度上升时阻值会发生变化，因此会引起温度飘移，给系统带来测量的误差。

（3） A/D，D/A转换误差

受AD转换器精度及基准源稳定程度的限制，不可避免地带来一定的误差，为了更精确的输出恒流电源，必须选用更多位数的AD、DA芯片。

（4） 因外界突发干扰或仪表显示值等引起的随机误差或粗大误差。 （5） 纹波对电流输出的影响。

采用屏蔽的方法、远离容易产生势骚动或脉冲工作方式的器件、减少IC供电电源的纹波等可减少由IC外部干扰产生的纹波。对选择低噪声的运放是解决问题的一种方法，但不幸的是大多数产品目录中均未列出噪声指标。根据少数运放的该项指标知道，其低频噪声(0.1～10Hz)电压的峰-峰值为(0.1～20μV),因此，选择满足1x10-6稳定度要求的运放也不是很容易的。另外，在输出接近

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数控直流稳压电源

低频直流时，运放的失调电压和失调电流也是产生低频噪声的源泉，特别是失调电流，在选择运放时亦应注意。消除高频噪声可采用交流负反馈来提高运放的交流放大倍数和拓宽频带，但将造成增益降低。解决的办法是在运放前加一级晶体管或场效应管的差分级，由于分离元件便于精选，故可改变整个比较放大器的噪声指标。

另外，可通过:程序补偿的方法尽量减少输出误差，使输出电压值更加准确。

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数控直流稳压电源

6 设计总结

通过本次毕业设计的设计、制作、调试过程中，动手能力得到了很好的锻炼，对硬件、软件的操作能力都有很大的提高，对所学的理论知识有了较多的实践经验，对以后的实践、研究都奠定了坚实的基础，经过几个月的努力，成功制作出了数控直流稳压电源，虽然在某些方面，本次设计还有很多不够成熟的地方，在以后的时间里，我会继续努力，对专业知识进行进一步的学习，完善自己所做的设计。

本次设计制作完成了设计题目的要求：设计一个可以通过按键调整输出电压和电

流的直流稳压电源，电压步进值为0.1V，输出电压范围0-30V，能显示电压和电流值，使用单片机控制，具备短路保护功能。

本次设计所达到的各项实际功能：

1. 实际输出电压范围：0—32V

2. 具有“+、-”步进调整功能，步进值可达到为0.1V；

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数控直流稳压电源

7 致谢

在本次设计制作中，衷心的感谢毕金杰老师对我的极大帮助，在他的悉心指导以及严谨的科学研究态度下，我坚持完成了本次设计—数控直流稳压电源的设计制作，同时还要感谢帮助过我的兄弟姐妹们，没有他们的鼓励和帮助，我将很难坚持完成本次设计。

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数控直流稳压电源

8 参考文献

[1] 钟睿等. MCS-51单片机原理及应用开发技术[M].北京:中国铁道出版社.2-30 [2] 李广弟. 单片机基础 [M].北京：北京航空航天大学出版社.2001.400-420 [3] 杨素行．模拟电子技术基础简明教程[M]．北京：高等教育出版社.300-400 [4] 谭浩强． C语言程序设计 [M]．北京：清华出版社出版，2005．01.50-375 [5] 王庆. Protel 99SE@DXP电路设计教程[M]. 北京：电子工业出版社.156-170 [6] 陈正义. 单片机控制实习[M]. 北京：人民邮电出版社.2006.7-15 [7] 张晓晖 译. 标准C语言实用全书. 电子工业出版社. 第二版.21-26 [8] 谢自美主编. 电子线路设计 实验 测试. 华中科技大学出版. 第二

版.35-38

[9] 黄智伟. 全国大学生电子设计竞赛. 北航出版社. 第一版.46-50 [10] [11]

何立民. 单片机应用技术选编. 北航出版社. 第一版.1-20

王港元.电工电子实践指导[M].南昌：江西科学技术出版社,2005.03第

一版.147-150 [12]

全国大学生电子设计竞赛组委会.全国大学生电子设计竞赛获奖作品精

选 （1994——1999）[M].北京：北京理工大学出版社,2003年第1版.160-165 [13]

肖玲妮 袁增贵.Protel 99se 印刷电路板设计教材[M].北京：清华大学

出版社 2003.180-185 [14]

马忠梅，刘滨，戚军，马岩.单片机C语言Windows环境编程宝典[M].

北京：北京航空航天大学出版社，2003．6-12.

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数控直流稳压电源

广西师范大学本科毕业论文(设计)学生诚信保证书

本人郑重承诺：毕业论文（设计）《数控直流稳压电源》的内容真实、可靠，系本人在闭金杰指导教师的指导下独立完成。如果存在弄虚作假、抄袭的情况，本人愿承担全部责任。

学生签名：

年

月 日

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Digital Controlled DC Stabilized Voltage/power Source

Author：Wang Dong Xu

This design DC voltage stabilizer compared with traditional Power Supply. Abstract：

The advantage is high of voltage stability，it‘s simple structure, production convenient, the cost is low and Output voltage in 0 - between 30V continuous adjustable，its output voltage can be 0.1 V stepping，the size of the output voltage is through \\regulation，and according to the practical demands of different voltage output voltage power supply. Therefore, numerical control DC power supply instead of traditional dc voltage stabilizer，this design of power supply through AT89S52 control main circuit and uses the LM317 adjustable technology，has the circuit is simple, rapid response, good stability, high efficiency，and has the function of protection circuit. Design of power supply satisfied that it can display voltage and currently. The different voltage is the output changed, the DC voltage is changed of stepping 0.1 V. It will protect circuit and improve the security of circuit.

Keyword： Numerical Current Source； AT89S52 ； Operational Amplifier；A/D；D/A

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9 附录

9.1 设计整体硬件图

图表 21 整体硬件PCB

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9.2 设计实物图

图表 22 整体硬件PCB

9.3 设计所用元器件清单

本次设计制作用到的元器件共有：

表2 器件清单

名称 AT89S52 473电位器 LM317 L7805CV L7905CV 3300uf 数量（个） 1 1 2 1 1 2 35

数控直流稳压电源

4700uf 330uf 0.33uf 0.1uf 12MHZ晶振 30pf 10uf S8050NPN 5V继电器 100K电位器 5K精调电位器 L发光二极管 接线柱 IN4007 IN5408 环牛变压器（双18V） NE5532 TLC5615 TLC549 10欧20W的水泥桥电阻 普通电阻 插针 LCD1602 22uH电感 470排阻

2 2 2 9 1 2 1 1 1 1 3 5 7 10 4 1 1 1 1 1 若干 若干 1 1 3 36

数控直流稳压电源

4700uf 330uf 0.33uf 0.1uf 12MHZ晶振 30pf 10uf S8050NPN 5V继电器 100K电位器 5K精调电位器 L发光二极管 接线柱 IN4007 IN5408 环牛变压器（双18V） NE5532 TLC5615 TLC549 10欧20W的水泥桥电阻 普通电阻 插针 LCD1602 22uH电感 470排阻

2 2 2 9 1 2 1 1 1 1 3 5 7 10 4 1 1 1 1 1 若干 若干 1 1 3 36

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