基于51单片机的数控直流稳压电源设计

摘 要

数控直流稳压电源就是能用数字来控制电源输出电压的大小，而且能使输出的直流电压能保持稳定、精确的直流电压源。本文介绍了利用D/A转换电路、辅助电源电路、去抖电路等组成的数控稳压电源电路，详述了电源的基本电路结构和控制策略。它与传统的稳压电源相比，具有操作方便，电压稳定度高的特点，其结构简单、制作方便、成本低，输出电压在1-10V之间连续可调，其输出电压大小以0.5V步进，输出电压的大小调节是通过“?”、“-”两个键操作的，而且可以根据实际要求组成具有不同的输出电压值的稳压源电路。该电源控制电路选用89C51单片机控制主电路采用串联调整稳压技术具有线路简单、响应迅速、稳定性好、效率高等特点。

关键词：稳压电源、单片微型机；数控直流、D/A转换；

目 录

第一章 绪论 ................................................................................................................. 3

1.1数控直流稳压电源的产生背景 ...................................................................... 3 1.2 系统开发的意义 ............................................................................................. 4 1.3 系统主要功能 ................................................................................................. 5 1.4 研究中拟解决的主要问题 ........................................... 错误！未定义书签。 第二章 系统总体方案设计 ....................................................... 错误！未定义书签。

2.1系统概述 ........................................................................ 错误！未定义书签。 2.2系统整体概述 ................................................................ 错误！未定义书签。 2.2.1控制部分.............................................................. 错误！未定义书签。

2.2.2显示部分.............................................................. 错误！未定义书签。 2.2.3 键盘接口部分..................................................... 错误！未定义书签。 2.2.4 电源部分............................................................. 错误！未定义书签。 2.2.5 其它电路部分..................................................... 错误！未定义书签。

第三章 系统硬件电路设计 ....................................................... 错误！未定义书签。

3.1 单片机主控电路设计 ................................................... 错误！未定义书签。 3.2 显示电路 ....................................................................... 错误！未定义书签。 3.3 按键电路 ....................................................................... 错误！未定义书签。 3.4 电源电路 ....................................................................... 错误！未定义书签。 3.5 系统时钟及复位电路 ................................................... 错误！未定义书签。 3.6 系统总电路 ................................................................... 错误！未定义书签。 第四章 系统软件设计 ............................................................... 错误！未定义书签。

4.1 主程序 ........................................................................... 错误！未定义书签。 第五章 组装与调试 ................................................................... 错误！未定义书签。

5.1硬件电路的布线与焊接 ................................................ 错误！未定义书签。 5.2电路组装和调试 ............................................................ 错误！未定义书签。 结束语 ......................................................................................... 错误！未定义书签。 参考文献 ..................................................................................... 错误！未定义书签。 致 谢 ........................................................................................... 错误！未定义书签。 附 录 ........................................................................................... 错误！未定义书签。

第一章 绪论

引言

数控直流稳压电源是一种常见的电子仪器，广泛地应用于电子电路、教学实验和科学研究等领域。但是，目前使用的直流稳压电源大部分是线性电源，利用分立器件组成，其体积大、效率低，可靠性差，操作使用不方便，自我保护功能不够，因而故障率高，随着电子技术的飞速发展，各种电子、电器设备对稳压电源的性能要求日益提高、稳压电源不断朝着小型化，高效率，低成本，高可靠性，低电磁干扰，模块化智能化方向发展，以单片机系统为核心而设计制造出来的新一代稳压电源不但电路简单，结构紧凑，价格低廉，性能卓越，而且由于单片机具有计算和控制能力，利用它对采样数据进行各种计算，从而可排除和减少由于骚扰信号和模拟电路引起的误差，大大提高稳压电源输出电压和控制电流精度，降低了对模拟电路的要求。智能稳压电源可利用单片机设置周密的保护监测系统，确保电源运行可靠。输出电压和限定电流采用数字显示，输入采用键盘方式，电源的外表美观，操作使用方便，具有较高的使用价值。

采用单片机的数字可调稳压电源价格低廉采用普遍使用的元件就能实现其功能，显示清晰直观，传统的模拟可调稳压电源没有读数，在读数过程中很不方便，并且长时间使用会造成输出电压不稳。数字可调稳压电源克服了这个缺陷，它采用先进的数显技术，使测量结果一目了然，只要仪表不发生跳数现象，测量结果就是唯一的，不仅保证读数的客观性与准确性，还符合人们的读数习惯，能缩短读数和记录的时间。另外，模拟可调稳压电源大多是通过调节电位器的阻值改变输出直流电压，电位器特别容易磨损，使用一段时间后就会出现接触不良，引起输出电压不稳定。数字可调稳压电源是通过接触按钮以步进方式选取不同的输出电压，再有数码管显示输出电压机器工作状态，工作稳定可靠。采用单片机的数字可调稳压电源，它具有输出电压容易改变、价格低廉、显示清晰直观、准确度高、扩展能力强等特点。 本文通过对一个基于51单片机的能实现数字可调的电压源，详细介绍了单片机应用中的数据处理，液晶显示原理。从而达到学习、了解单片机相关指令在各方面的应用。系统由AT89C51单片机、DA转换、数码管等组成，能进行1-10V的电压大小调节。 1.1 数控电压源产生的背景

电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性很强的工程技术，服务于各行各业。当今电源技术融合了电气、电子、系统集成、控制理论、材料等诸多学科领域。直流稳压电源是电子技术常用的仪表设备之一，广泛的应用于教学、科研等领域，是电子实验员、电子设计人员及电路开发部门进行试验操作和科学研究不可缺少的电子仪器。在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流电源来供电。而整个稳压过程是由电源变压器、整流、滤波、稳压等

四部分组成。然而这种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、复杂度高。普通的直流稳压电源品种有很多，但均存在一下二个问题：输出电压是通过粗调（波段开关）及细调（电位器）来调节。这样，当输出电压需要精确输出，或需要在一个小范围内改变时，困难就较大。另外，随着使用时间的增加，波段开关及电位器难免接触不良，对输出会有影响。稳压方式均是采用串联型稳压电路，对过载进行限流和截流保护，电路构成复杂，稳压精度也不高。

在家用电器和其他各类电子设备中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。但在实际生活中，都是由220V的交流电网供电。这就需要通过变压、整流、滤波、稳压电路将交流电转换成稳定的直流电。滤波器用于滤去整流输出电压中的纹波，一般传统电路由滤波扼流圈和电容器组成，若由晶体管滤波器来代替，则可缩小直流电源的体积减轻其重量，且晶体管滤波直流电源不需要直流稳压器就能用作家用电器的电源，就既降低了家用电器的成本，由缩小了其体积，使家用电器小型化。传统的直流稳压电源通常采用电位器和波段开关来实现电压的调节，并由电压表指示电压值的大小。因此，电压的调节精度不高，读数欠直观，电位器也易磨损。而基于单片机控制的直流稳压电源就较好地解决以上传统稳压电源的不足。

数控稳压电源是电子行业发展的必然产物。近年来，随着电子技术的发展可调稳压电源应用的越来越广泛。目前，由各种单片机构成的数字稳压电源产品越来越多，已被广泛用于家庭电器、工业电器、军事电器等领域，显示出强大的生命力。与此同时，由于它扩展能力很强,功能日趋完善而扩展到人们生活的各个方面。

电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性很强的工程技术，服务于各行各业，电力电子技术是电能的最佳应用技术之一。当今电源技术融合了电气、电子、系统集成、控制理论和材料等诸多学科领域。随着计算机和通讯技术发展而来的现代信息技术革命，给电力电子技术提供了广阔的发展前景，同时也给电源提出了更高的要求。数控电源是从80年代才真正的发展起来的，在以后的一段时间里，数控电源技术有了长期的发展。但其产品存在数控程度达不到要求、分辨率不高、功率密度比较低、可靠性较差的缺点。因此数控电源主要的发展方向，是针对上述缺点不断加以改善。单片机技术及电压转换模块的出现为精确数控电源的发展提供了有利的条件。 1.2 系统开发的意义

随着时代的发展，数字电子技术已经普及到我们生活、工作和科研等各个领域。本文将介绍一种数控直流稳压电源，本电源由直流电源、控制电路、显示电路、数模转换电路、电压放大和射极输出等部分组成。具体说采用51系列单片机作为整机的控制单元，通过改变输入数字量来改变输出电压值，经集成运放放

大和射极输出器输出，间接地改变输出电压的大小。与传统的稳压电源相比具有操作方便，电源稳定性高以及其输出电压大小采用数码显示等的特点。

1.3 系统主要功能

本系统以AT89C51单片机作为系统的核心，由D/A数字模拟转换模块、按键、LED串口显示模块等模块组成一个数控电源。该系统实现了 输出电压：范围 1.2V ～＋10 V，步进0.5V（符合要求），纹波不大于30mV；输出电流：500mA；输出电压值由数码管显示；由“＋”、“－”两键控制输出电压步进增减 。输入模块的按键按下之后，对单片机就有了一个输入，单片机将输入的数字一方面给显示模块，让它们在数码管中显示出来；另一部分输给DAC0808，让它转化为模拟量电流输出，通过运算放大器将这模拟量转化为相应的电压，这电压经过放大后控制LM317T的控制端，从而实现输出电压的控制 2、概述 2.1、系统概述：

数控稳压电源是电子设备的重要部分，其质量好坏直接影响着电子设备的可靠性，而且电子设备的故障60%来自电源。因此电源越来越受到人们的重视。电子电路及电子设备对电源最基本的要求就是电源的输出电压或输出电流要稳定。通过查阅大量资料，显示电路和控制电路是本电路的核心部分，对它的选择有以下三种方案：

方案一：采用模拟电路

采用模拟电路的可调稳压电路就是用一个多档开关来控制输出电压,而所谓的显示系统只是在多档开关的每个档的旁边注明电压值。随着电子行业的发展，它不耐用的弊端已经使它逐渐离开历史的舞台。

方案二：采用纯数字电路

纯数字电路的稳压电源避免了硬件之间的磨损，使得使用寿命大大提高，而且其输出电压也不会随时间产生误差。但是它的电路较为复杂，制作时很困难，由于电路的复杂产生的问题也会很多。

方案三：采用单片机的方法

采用单片机的数字稳压电源是将数字电路和单片机很好地结合在一起，不但能够达到数字电路的效果，而且能够大大地简化复杂的纯数字电路。采用单片机后，还可以用软件实现保护功能，要扩展其他的功能也非常容易。 通过多方面考虑和实用性，精确度，单片机进行处理，具有低功耗、高性能、抗干扰能力强等优点，故我们选择方案三。

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