基于单片机的数控直流稳压电源论文设计 - 图文

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基于单片机的可调直流稳压电源设计论文推荐度：
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第0章绪论…………………………………………………………………… 第1章系统设计……………………………………………………………………

1.1设计任务与要求……………………………………………………….. 1.2方案的选择与论证…………………………………………………………………………………………………….. 1.3 总体设计方案………………………………………………………………………………………………………………….

第2章系统的软件设计……………………………………………

2.1

主控程序……………………………………………………………………………………………….

2.2 键盘扫描方案…………………………………………………… 2.3 数码管扫描方案…………………………………………………………

2.4 主程序…………………………………………………………

结束语………………………………………………………………… 结论……………………………………………………………… 参考文献……………………………………………… 附录………………………………………………………

绪论

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、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。随着数控电源在电子装置中的普遍使用，普通电源在工作时产生

www.sfmcu.com www.sf-edu.cn 盛方单片机整理作者：未知的误差，会影响整个系统的精确度。电源在使用时会造成很多不良后果，世界各国纷纷对电源产品提出了不同要求并制定了一系列的产品精度标准。只有满足产品标准，才能够进入市场。随着经济全球化的发展，满足国际标准的产品才能获得进出的通行证。数控电源是从80年代才真正的发展起来的，期间系统的电力电子理论开始建立。这些理论为其后来的发展提供了一个良好的基础。在以后的一段时间里，数控电源技术有了长足的发展。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。新的变换技术和控制理论的不断发展，各种类型专用集成电路、数字信号处理器件的研制应用，到90年代，己出现了数控精度达到0.05V的数控电源，功率密度达到每立方英寸50W的数控电源。从组成上，数控电源可分成器件、主电路与控制等三部分。目前在电力电子器件方面，几乎都为旋纽开关调节电压，调节精度不高，而且经常跳变，使用麻烦

数字化智能电源模块是针对传统智能电源模块的不足提出的，数字化能够减少生产过程中的不确定因素和人为参与的环节数，有效地解决电源模块中诸如可靠性、智能化和产品一致性等工程问题，极大地提高生产效率和产品的可维护性。

电源采用数字控制，具有以下明显优点:

1)易于采用先进的控制方法和智能控制策略，使电源模块的智能化程度更高，性能更完美。

2)控制灵活，系统升级方便，甚至可以在线修改控制算法，而不必改动硬件线路。

3)控制系统的可靠性提高，易于标准化，可以针对不同的系统(或不同型号的产品)，采用统一的控制板，而只是对控制软件做一些调整即可。

4)系统维护方便，一旦出现故障，可以很方便地通过RS232接口或RS485接口或USB接口进行调试，故障查询，历史记录查询，故障诊断，软件修复，甚至控制参数的在线修改、调试;也可以通过MODEM远程操作。

5)系统的一致性好，成本低，生产制造方便。由于控制软件不像模拟器件那样存在差异，所以，其一致性很好。由于采用软件控制，控制板的体积将大大减小，生产成本下降。

6)易组成高可靠性的多模块逆变电源并联运行系统。为了得到高性能的并联运行逆变电源系统，每个并联运行的逆变电源单元模块都采用全数字化控制，易于在模块之间更好地进行均流控制和通讯或者在模块中实现复杂的均流控制算法(不需要通讯)，从而实现高可靠性、高冗余度的逆变电源并联运行系统。

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第一章系统设计 1.1设计任务与要求 1.1.1设计任务

设计一台微机控制的数控直流电压源，为电子设备供电。

在设计过程中，选择1～2个单元电路使用仿真软件（例如Multisim2001，proteus7.7等）进行仿真调试。

用计算机绘制所有的电路图和印刷电路图

1.1.2设计要求

输出电压范围0-10v，分辨率为0.1V 电压调整率Sv<0.05%V；纹波电压〈峰峰值<=5mA；用数字显示输出电压

1.2方案的选择与论证 1.2.1 总体设计方案

方案一：此方案采用传统的调整管方案，主要特点在于使用一套十进制计数器完成系统的控制功能，一方面完成电压的译码显示，另一方面其输出作为EPROM 的地址输入，而由EPROM的输出经D/A变换后去控制误差放大的基准电压，以控制输出。

方案二：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，从而使输出功率管的基极电压发生变化，间接地改变输出电压的大小。为了能够使系统具备检测实际输出电压值的大小，利用51系列单片机为主控制器，通过键盘来设置直流电源的输出电流，设置分辨率等级可达0.1V，并可由数码管显示实际输出电压值和电压设定值。利用单片机程控输出数字信号，经过D/A转换器（DA0832）输出模拟量，再经过运算放大器隔离放大，控制输出功率管的基极，随着功率管基极电电流的变化而输出不同的电压。单片机系统还兼顾对恒压源进行实时监控，输出电压经过电流/电压转变后，通过A/D转换芯片，实时把模拟量转化为数据量，经单片机分析处理，通过数据形式的反馈环节，使电压更加稳定，构成稳定的压控电压源。

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图1.3 单片机控制的稳压电源 1.2.2方案的比较与论证 1.2.2.1数控部分

方案一采用中、小规模器件实现系统的数控部分，使用的芯片很多，造成

控制电路内部接口信号繁琐，中间相互关联多，抗干扰能力差。在方案二中采用单片机完成整个数控部分的功能，同时，8031作为一个智能化的可编程器件，便于系统功能的扩展。

1.2.2.1输出部分

方案一采用线性调压电源，以改变其基准电压的方式使输出不仅增加/减少，

这样不能不考虑整流滤波后的纹波对输出的影响，而方案二中使用运算放大器作前级的运算放大器，由于运算放大器具有很大的电源电压抑制比，可以大大减小输出端的纹波电压。在方案一中。为抑制纹波而在线性调压电源输出端并联的大电容降低了系统的响应速度，这样输出的电压难以跟踪快变的输入，方案二中的输出电压波形与D/A变换输出波形相同，不尽可以输出直流电平，而且只要预先生成波形的量化数据，就可以产生多种波形输出，使系统陈给有一定驱动能力的信号源。

1.2.2.3显示部分

方案一中的显示输出是对电压的量化值直接进行数码管显示输出，显示值为

D/A转换的输入量，由于D/A转换与功率驱动电路引入的误差，显示值与电源实际输出值之间可能出现较大偏差。，方案二中还采用了键盘/显示器接口控制器8279。不仅简化接口引线，而且减小了软件对键盘/显示器的查询时间，提高了CPU的利用率。

www.sfmcu.com www.sf-edu.cn 盛方单片机整理作者：未知综上所述，选择方案二，使用单片机实现。

1.2.3系统的原理框图和电路图

图1.4 总体原理框图

第二章系统的软件设计

软件要实现的功能是：键盘对单片机输入数据，单片机对获得的数据进行处理，送到8位数模转换器（DAC0832）,实现数字量对电压的控制。

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图3.1单片机模块方框图

3.1主控程序

1.DAC0832程序控制介绍

ADC0809的工作过程是：首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。

此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降

沿启动 A／D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A／D转换完成，EOC

变为高电平，指示A／D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当

OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。

www.sfmcu.com www.sf-edu.cn 盛方单片机整理作者：未知 ad0809是根据逐位逼近的方法产生数据的。。

参考电压为0-5V的话。以0809八位255的转换精度每一位的电压值为(5-0)/255≈0.0196V 设输入电压为X则：

X-27*0.0196>=0则AD7=1否则AD7=0。 X-26*0.0196>=0则AD6=1否则AD6=0。

2.主控程序首先进行系统初始化，然后读入预置电压值，输出相应的电压控制字，等待键盘输入。根据键盘的不同输入，用散转方式转入相应的应用程序，执行后，若用户又输入“清除显示”，则输出电压控制字0，返回初始状态，等待下一次按键。键盘扫描函数：

进中断 2.2矩阵键盘扫描

把每个键都分成水平和垂直的两端接入，比如说扫描码是从垂直的入，那就代表那一行所接收到的扫描码是同一个bit，而读入扫描码的则是水平，扫描的动作是先输入扫描码，再去读取输入的值，经过比对之后就可知道是哪个键被按下。

比如说扫描码送入01111111，前面的0111是代表此时扫描第一行P1.0列，而后面的1111是让读取的4行接脚先设為VDD，若此时第一行的第三列按键被按下，那读取的结果就会变成01111101（注意1111变成1101），其中LSB的第三个bit会由1

www.sfmcu.com www.sf-edu.cn 盛方单片机整理作者：未知变成0，这是因為这个按键被按下之后，会被垂直的扫描码电位short，而把读取的LSB的bit电位拉到0，此即為扫描原理。

由於这种按键是机械式的开关，当按键被按下时，键会震动一小段时间才稳定，為了避免让8051误判為多次输入同一按键，我们必须在侦测到有按键被按下，就Delay一小段时间，使键盘以达稳定状态，再去判读所按下的键，就可以让键盘的输入稳定 2.3数码管动态扫描

动态显示驱动

② 动态显示驱动：数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划\的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为1～2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，

www.sfmcu.com www.sf-edu.cn 盛方单片机整理作者：未知不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。

2.4 总程序一览

#include

#define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit key1=P1^0; sbit key2=P1^1;

void delay(uint z);

uchar keyscan()//盘扫描 {

uchar temp,num; num=17; P1=0xfe; temp=P1;

temp=temp&0xf0; while(temp!=0xf0) { delay(20); temp=P1;

temp=temp&0xf0; if(temp!=0xf0) { // delay(10); P1=P1&0xf0;

while(P1!=0xf0); switch(temp) {

case 0xe0:num=7;break; case 0xd0:num=8;break; case 0xb0:num=9;break; case 0x70:num=15;break; default:break; } }

else break; }