電氣自動化畢業(yè)設計--基于單片機程控精密直流電源的設計

1、<p><b>　　畢業(yè)課題（設計）</b></p><p><b>　?。?015屆）</b></p><p>　　題 目 基于單片機程控精密直流電源的設計 </p><p>　　指導教師 </p><p>　　院 系

2、 自動化與信息工程系 </p><p>　　二〇一五年五月十四日</p><p><b>　　摘  要</b></p><p>　　隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，推動了電源行業(yè)朝著更高靈活性和智能化的方向發(fā)展。穩(wěn)壓直流電源在各種電子產(chǎn)品和電子實驗中都扮演著越來越重要的角色。</p><

3、;p>　　本文設計了一款穩(wěn)定性好、精度高、輸出可程控的線性直流電源。該電源功能實現(xiàn)設計包含硬件部分和軟件部分兩大塊。其中硬件部分由電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路、保護電路、程控電路、顯示電路以及支持單片機運行的電路。交流電網(wǎng)的220V流入變壓器變壓后，經(jīng)過整流、濾波電路成為近似的直流電壓，再通過穩(wěn)壓電路獲得穩(wěn)定的直流輸出。整個設計是一個模塊化的設計方法，每個模塊電路功能的基礎上，綜合考慮，選擇最佳的組合來實現(xiàn)設計的目的。

4、</p><p>　　此方案的控制部分采用8031單片機，輸出部分也不再采用傳統(tǒng)的調整管方式，而是在D/A轉換之后，經(jīng)過穩(wěn)定的功率放大而得到。因為使用了單片機，整個系統(tǒng)可編程，使得系統(tǒng)的靈活性大大增加。該直流穩(wěn)壓電源輸出范圍0V—10V的直流電壓，輸出分辨率為0.01V，采用鍵盤預置電壓值的控制方式，輸出電壓的實際值與計算編程得出的理論值之誤差的絕對值不超過0.05V。本設計具有線路簡單、響應迅速、穩(wěn)定性好等特點

5、，由于采用直接對輸出電壓進行采樣并顯示輸出實際電壓值，一旦系統(tǒng)工作異常，出現(xiàn)預置值與輸出值偏差過大，用戶可以根據(jù)該信息予以處理。本文詳細分析了電源的拓樸圖及工作原理。</p><p>　　關鍵詞 :   直流穩(wěn)壓電源 ；8031單片機；程控 ；精密；功率放大 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p&g

6、t;　　緒 論……………………………………………………………………………………1</p><p>　　1.1 研究背景…………………………………………………………………………………1</p><p>　　1.2研究目的和意義…………………………………………………………………………2</p><p>　　1.3 總體設計方案…………………………………………………………

7、…………………3</p><p>　　第二章 系統(tǒng)硬件部分設計……………………………………………………………………4</p><p>　　2.1 穩(wěn)定電源模塊……………………………………………………………………………4</p><p>　　2.2 整流電路…………………………………………………………………………………</p><p>　　2.

8、3 濾波電路…………………………………………………………………………………</p><p>　　2.4 單片機最小控制模塊……………………………………………………………………</p><p>　　2.5 按鍵控制模塊……………………………………………………………………………</p><p>　　2.6 顯示器模塊………………………………………………………………………

9、………</p><p>　　2.7 D/A數(shù)模轉換模塊…………………………………………………………………………</p><p>　　2.8 穩(wěn)壓控制模塊………………………………………………………………………………</p><p>　　第三章 系統(tǒng)軟件部分設計………………………………………………………………………</p><p>　　3.1系統(tǒng)

10、軟件設計的原則………………………………………………………………………</p><p>　　3.2 程序設計流程圖……………………………………………………………………………</p><p>　　3.3 按鍵設置流程圖……………………………………………………………………………</p><p>　　3.4 D/A轉換流程圖…………………………………………………………………

11、……………</p><p>　　3.5顯示模塊流程圖……………………………………………………………………………</p><p>　　第四章 結 論………………………………………………………………………………………</p><p>　　參看文獻……………………………………………………………………………………………</p><p>　　致 謝…

12、……………………………………………………………………………………………</p><p>　　附 錄………………………………………………………………………………………………</p><p><b>　　緒 論</b></p><p><b>　　1.1 研究背景</b></p><p>　　伴隨著

13、改革開放的步伐，我國的電子信息產(chǎn)業(yè)從90年代開始有了非常迅猛的發(fā)展。隨著各種高新技術的引進與飛速更新，電源產(chǎn)業(yè)也經(jīng)歷了從無到有，從有到高端的發(fā)展路程。從最原始的低端化學電源，到之后高端數(shù)控電源，電源行業(yè)跟隨著科技發(fā)展的步伐，朝著越來越靈活，越來越智能的方向發(fā)展。由于國家對科學技術的重視與資金支持，我們的電力電子技術的研究已經(jīng)能緊緊跟隨國外先進技術的步伐，可以生產(chǎn)出技術含量高，達到國際先進水平的產(chǎn)品。從國內外目前已掌握的技術來看，完全由硬

14、件實現(xiàn)的電流源多采用固定值的控制，而數(shù)控電流源的電流可任意設定，且控制精度較高。然而同發(fā)達國家相比，仍然存在很大的差距和不足：在電源產(chǎn)品的質量、可靠性、開發(fā)投入、生產(chǎn)規(guī)模、工藝水平、先進檢測設備、智能化、網(wǎng)絡化、持續(xù)創(chuàng)新能力等方面的差距為10—15年，尤其在實現(xiàn)直流恒流的智能化、網(wǎng)絡化方面的研究不是很多。目前國內在這兩方面研究比較多的是成都電子科技大學和廣州華南理工大學，主要是利用單片機和可編程系統(tǒng)器件來控制開關直流穩(wěn)壓電源或數(shù)字化電壓

15、達到數(shù)控的目的，但和國外的比較起來，效果不是很理想，還存在很大的差距和不足?？偟膩碚f，國內直流恒流源技術在實現(xiàn)智能</p><p>　　1.2 研究目的和意義</p><p>　　電源作為電子設備的核心部分，其性能的好壞直接影響到電子設備的可靠性。所涉及到的電源技術應用十分廣泛，服務于很多行業(yè)和產(chǎn)品之中。時下的電源技術融合了電氣、電子、系統(tǒng)集成、控制理論、材料等諸多領域。隨著社會的發(fā)展和

16、科技的進步，對電源技術的發(fā)展提供了廣闊的空間，同時也相應的提出了更高的要求。時下市場上許多數(shù)控電流源存在的問題主要表現(xiàn)在：輸出精度不是很高，負載能力不是太強，性價比不高，操作程序復雜，工作狀態(tài)不太穩(wěn)定等方面。此次研究就是想通過AT89C51單片機作為控制系統(tǒng)來提升輸出精度，再加上采用模塊組合優(yōu)化穩(wěn)壓電路的方法來提升整個電源的負載能力，設計出所需要的符合標準的可以程控、輸出電壓數(shù)碼顯示的線性穩(wěn)壓直流電源，努力優(yōu)化組合現(xiàn)有的先進技術，不斷推

17、動直流穩(wěn)壓電源行業(yè)的進步，為將來更先進的技術和目的的實現(xiàn)打下堅實的基礎。</p><p>　　1.3 總體設計方案</p><p>　　單片機技術的運用，不僅可以達到純數(shù)字電路的效果，還可以大大簡化電路，利用軟件對電路進行保護，使得整體上能夠保證高精度、高性能、低功耗等優(yōu)點。</p><p>　　圖1.1 總體方案電路框圖</p><p>

18、　　2 系統(tǒng)的硬件部分設計</p><p>　　2.1 穩(wěn)壓電源模塊</p><p>　　在電子電路中，通常都需要電壓穩(wěn)定的直流電源供電。小功率穩(wěn)壓電源的組成可以用圖2-1表示，它是由變壓器，整流，濾波，和穩(wěn)壓電路等四個部分組成。</p><p>　　圖 2.1直流穩(wěn)壓電源組成框圖</p><p>　　電源變壓器是將交流電網(wǎng)220V的電壓變?yōu)?/p>

19、所需要的電壓值，然后通過整流電路將電壓變成脈動的直流電壓。由于此脈動的直流電壓還含有較大的紋波，必須通過濾波電路加以濾除，從而得到平滑的支流電壓。但這樣的電壓還隨電網(wǎng)電壓波動（一般有正負10%左右的波動），負載和溫度的變化而變化。因而在整流、濾波電路之后，還需接穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當電網(wǎng)電壓波動、負載和溫度變化時，維持輸出直流電壓的穩(wěn)定。當負載要求功率較大，效率較高時，常采用開關穩(wěn)壓電源[1]。</p><p&

20、gt;　　方案一：半波整流電路。半波整流電路原理圖如圖2.2所示</p><p>　　它由電源變壓器T整流二極管D和負載電阻組成,變壓器的初級接交流電源,次級所感應的交流電壓為</p><p>　　其中為次級電壓的峰值, 為有效值。</p><p>　　電路的工作過程是：在的正半周（）,二極管因加正向偏壓而導通,有電流流過負載電阻。由于將二極管看作理想器件,故上的電

21、壓與的正半周電壓基本相同。在的負半周（）,二極管D因加反向電壓而截止, 上無電流流過, 上的電壓= 0。</p><p>　　半波整流電路結構簡單,元件少,但是輸出電壓直流成分較?。ㄖ挥邪雮€波）,脈動程度較大,整流效率低,所以僅適用于輸出電流小、允許脈動程度大、要求較低的場合[2]。</p><p>　　二極管半波整流電路實際上利用了二極管的單向導電特性。 </p>

22、<p>　　方案二：全波整流電路。原理圖如圖2.3所示。</p><p>　　圖2.3 全波整流原理圖</p><p>　　它是由次級具有中心抽頭的電源變壓器Tr、兩個整流二極管、和負載電阻組成。變壓器次級電壓和大小相等，相位相反，即 </p><p>　　式中，是變壓器次級半邊繞組交流電壓的有效值。</p><p>　　全波整流

23、電路的工作過程是：在的正半周（）正偏導通，反偏截止，上有自上而下的電流流過，上的電壓與相同。在的負半周（），反偏截止，正偏導通，上也有自上而下的電流流過，上的電壓與相同[3]。</p><p>　　全波整流輸出電壓的直流成分（較半波）增大，脈動程度減小，但變壓器需要中心抽頭、制造麻煩，整流二極管需承受的反向電壓高，故一般適用于要求輸出電壓不太高的場合。</p><p>　　方案三：橋式整流

24、電路。原理圖如圖2.4所示，是使用非常多的一種整流電路。這種電路，只要增加兩只二極管口連接成"橋"式結構，便具有全波整流電路的優(yōu)點，</p><p>　　同時還能在一定程度上克服了它的不足。 </p><p>　　圖2.4 橋式整流電路原理圖</p><p>　　橋式整流電路的工作原理如下：E2為正半周時，對、和方向電壓，，導通；對、加反向電壓，

25、、截止。電路中構成、、、通電回路，在，上形成上正下負的半波整洗電壓，為負半周時，對、加正向電壓，、導通；對、加反向電壓，、截止。電路中構成、、、通電回路，同樣在上形成上正下負的另外半波的整流電壓。 如此重復下去，結果在上便得到全波整流電壓。其波形圖和全波整流波形圖是一樣的[4]。 </p><p>　　橋式整流電路的整流效率和直流輸出與全波整流電路一樣，而且變壓器的利用率最高。所以本設計就采用的是橋式整流電路。

26、</p><p><b>　　2.2 濾波電路</b></p><p>　　濾波電路常用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成，如在負載電阻兩端并聯(lián)電容器C，或與負載串聯(lián)電感器L，以及由電容，電感組成而成的各種復式濾波電路。</p><p>　　對于濾波電路有兩種方案。</p><p>　　方案一：橋式整流電路。

27、橋式整流電感濾波電路如圖2.5所示。</p><p>　　圖2.5 橋式整流電感濾波電路</p><p>　　根據(jù)電感的特點，當輸出電流發(fā)生變化時，電感L中將感應出一個反電勢，使整流管的導電角增大，其方向將阻止電流發(fā)生變化。在橋式整流電路中，當正半周時，、導電，電感中的電流將滯后不到90°。當超過90°后開始下降，電感上的反電勢有助于、繼續(xù)導電。當處于負半周時，、導電，

28、變壓器副邊電壓全部加到、兩端，致使、反偏而截止，此時，電感中的電流將經(jīng)由、提供。由于橋式電路的對稱性和電感中電流的連續(xù)性，四個二極管、；、的導電角都是180°，這一點與電容濾波電路不同。</p><p>　　已知橋式整流電路二極管的導通角是180°，整流輸出電壓是半個正弦波，其平均值約為。電感濾波電路，二極管的導通角也是180°，當忽略電感器L的電阻時，負載上輸出的電壓平均值也是。如

29、果考慮濾波電感的直流電阻R，則電感濾波電路輸出的電壓平均值為</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　要注意電感濾波電路的電流必須要足夠大，即不能太大，應滿足L>>，此時可用下式計算</p><p>　　由于電感的直流電阻小，交流阻抗很大，因此直流分量經(jīng)過電感后的損失很小，但是對于交流分量，在L和上分壓后，很

30、大一部分交流分量降落在電感上，因而降低了輸出電壓中的脈動成分。電感L愈大，RL愈小，則濾波效果愈好，所以電感濾波適用于負載電流比較大且變化比較大的場合。采用電感濾波以后，延長了整流管的導電角，從而避免了過大的沖擊電流[5]。</p><p>　　方案二：電容濾波電路</p><p>　　當電路采用電容濾波，輸出端空載，如圖2.6所示。</p><p>　　圖2.6

31、橋式整流電容濾波電路</p><p>　　設初始時電容電壓為零。接入電源后，當在正半周時，通過、向電容器C充電；當在的負半周時，通過、向電容器C充電，充電時間常數(shù)為。</p><p>　　式中包括變壓器副邊繞組的直流電阻和二極管的正向導通電阻。由于 一般很小，電容器很快就充到交流電壓的最大值。此后，開始下降，由于電路輸出端沒接負載，電容器沒有放電回路，所以電容電壓值不變，此時，＞，二極管兩

32、端承受反向電壓，處于截止狀態(tài)，電路的輸出電壓，電路輸出維持一個恒定值[6]。</p><p>　　實際上電路總要帶一定的負載，有負載的情況如下。</p><p>　　接通交流電源后，二極管導通，整流電源同時向電容充電和向負載提供電流,輸出電壓的波形是正弦形。在時刻，即達到90°峰值時，開始以正弦規(guī)律下降，此時二極管是否關斷，取決于二極管承受的是正向電壓還是反向電壓。</p&

33、gt;<p>　　先設達到90°后，二極管關斷，那么只有濾波電容以指數(shù)規(guī)律向負載放電，從而維持一定的負載電流。但是90°后指數(shù)規(guī)律下降的速率快，而正弦波下降的速率小，所以超過90°以后有一段時間二極管仍然承受正向電壓，二極管導通。隨著的下降，正弦波的下降速率越來越快，的下降速率越來越慢。所以在超過90°后的某一點，例如圖5(b)中的時刻，二極管開始承受反向電壓，二極管關斷。此后只有電

34、容器C向負載以指數(shù)規(guī)律放電的形式提供電流，直至下一個半周的正弦波來到，再次超過，如圖5(b)中的時刻，二極管重又導電。</p><p>　　以上過程電容器的放電時間常數(shù)為</p><p>　　電容濾波一般負載電流較小，可以滿足較大的條件，所以輸出電壓波形的放電段比較平緩，紋波較小，輸出脈動系數(shù)S小，輸出平均電壓大，具有較好的濾波特性[7]。</p><p>　　2.

35、3單片機最小控制模塊</p><p>　　單片機是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機系統(tǒng)。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個完整計算機所需要的大部分部件：CPU、內存、內部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會具有外存。同時集成諸如通訊接口、定時器，實時時鐘等外圍設備。而現(xiàn)在最強大的單片機系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡、復雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。</p><p>　　單

36、片機也被稱為微控制器（Microcontroler），是因為它最早被用在工業(yè)控制領域。單片機由芯片內僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來。最早的設計理念是通過將大量外圍設備和CPU集成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成進復雜的而對提及要求嚴格的控制設備當中。英特爾的Z80是最早按照這種思想設計出的處理器，從此以后，單片機和專用處理器的發(fā)展便分道揚鑣[8]。</p><p>　　早期的單片機都是8位或4位的。其中

37、最成功的是INTEL的8031，因為簡單可靠而性能不錯獲得了很大的好評。此后在8031上發(fā)展出了MCS51系列單片機系統(tǒng)?；谶@一系統(tǒng)的單片機系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領域要求的提高，開始出現(xiàn)了16位單片機，但因為性價比不理想并未得到很廣泛的應用。90年代后隨著消費電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機技術得到了巨大的提高。隨著INTEL i960系列特別是后來的ARM系列的廣泛應用，32位單片機迅速取代16位單片機的高端地位，并且進入主流

38、市場。而傳統(tǒng)的8位單片機的性能也得到了飛速提高，處理能力比起80年代提高了數(shù)百倍。目前，高端的32位單片機主頻已經(jīng)超過300MHz，性能直追90年代中期的專用處理器，而普通的型號出廠價格跌落至1美元，最高端的型號也只有10美元。當代單片機系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機環(huán)境下開發(fā)和使用，大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應用在全系列的單片機上。而在作為掌上電腦和手機核心處理的高端單片機甚至可以直接使用專用的Windows和Linux操作系統(tǒng)。</

39、p><p>　　單片機比專用處理器更適合應用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了最多的應用。事實上單片機是世界上數(shù)量最多的計算機。現(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機械產(chǎn)品中都會集成有單片機。手機、電話、計算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標等電腦配件中都配有1-2部單片機。而個人電腦中也會有為數(shù)不少的單片機在工作。汽車上一般配備40多部單片機，復雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺單片機在同時工作！單片機的數(shù)量不僅遠超過

40、PC機和其他計算的綜合，甚至比人類的數(shù)量還要多[9]。</p><p>　　2.3單片機最小控制模塊</p><p>　　單片機是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機系統(tǒng)。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個完整計算機所需要的大部分部件：CPU、內存、內部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會具有外存。同時集成諸如通訊接口、定時器，實時時鐘等外圍設備。而現(xiàn)在最強大的單片機系統(tǒng)甚至可以

41、將聲音、圖像、網(wǎng)絡、復雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。</p><p>　　單片機也被稱為微控制器（Microcontroler），是因為它最早被用在工業(yè)控制領域。單片機由芯片內僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來。最早的設計理念是通過將大量外圍設備和CPU集成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)更小，更容易集成進復雜的而對提及要求嚴格的控制設備當中。英特爾的Z80是最早按照這種思想設計出的處理器，從此以后，單片機和專用處理器

42、的發(fā)展便分道揚鑣[8]。</p><p>　　早期的單片機都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因為簡單可靠而性能不錯獲得了很大的好評。此后在8031上發(fā)展出了MCS51系列單片機系統(tǒng)?；谶@一系統(tǒng)的單片機系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領域要求的提高，開始出現(xiàn)了16位單片機，但因為性價比不理想并未得到很廣泛的應用。90年代后隨著消費電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機技術得到了巨大的提高。隨著INTEL

43、 i960系列特別是后來的ARM系列的廣泛應用，32位單片機迅速取代16位單片機的高端地位，并且進入主流市場。而傳統(tǒng)的8位單片機的性能也得到了飛速提高，處理能力比起80年代提高了數(shù)百倍。目前，高端的32位單片機主頻已經(jīng)超過300MHz，性能直追90年代中期的專用處理器，而普通的型號出廠價格跌落至1美元，最高端的型號也只有10美元。當代單片機系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機環(huán)境下開發(fā)和使用，大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應用在全系列的單片機上。而在作

44、為掌上電腦和手機核心處理的高端單片機甚至可以直接使用專用的Windows和Linux操作系統(tǒng)。</p><p>　　單片機比專用處理器更適合應用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了最多的應用。事實上單片機是世界上數(shù)量最多的計算機。現(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機械產(chǎn)品中都會集成有單片機。手機、電話、計算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標等電腦配件中都配有1-2部單片機。而個人電腦中也會有為數(shù)不少的單片機在工作。汽

45、車上一般配備40多部單片機，復雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺單片機在同時工作！單片機的數(shù)量不僅遠超過PC機和其他計算的綜合，甚至比人類的數(shù)量還要多[9]。</p><p>　　2.4 按鍵控制模塊</p><p>　　方案一：采用矩陣鍵盤，由于按鍵多可實現(xiàn)電壓值的直接鍵入。</p><p>　　AT89C51單片機的并行口P1接4×4矩陣鍵盤，以P1.

46、0－P1.3作輸入線，以P1.4－P1.7作輸出線；P1口輸出按鍵信息，在數(shù)碼管上顯示每個按鍵的“0－F”序號。實際電路圖連接如圖2.8所示。</p><p>　　圖2.8 矩陣鍵盤電路</p><p>　　方案二：采用一般的電平判鍵按鈕，實現(xiàn)方法很簡單，但一個端口最多只實現(xiàn)8個按鍵。</p><p>　　由于本數(shù)控電源需要用的按鍵不多，要實現(xiàn)步進為1V的設計要求，

47、只需用一個“+”和一個“-”按鍵，另外再加兩個按鍵用于實現(xiàn)固定電壓輸出，按鍵時可直接輸出相應電壓。4個按鍵就可實現(xiàn)本題的設計要求，固采用方案二。</p><p>　　該部分主要由四個鍵組成，分別實現(xiàn)的是“+”、“-”、“開始”、“切換”功能，與單片機的P3.0、P3.1、P3.2、P3.3口連接，控制AT89C51單片機，達到對數(shù)字的控制，可以通過按鍵對電壓進行調整，按照實際需要可以通過按鍵得到所需的電壓，調節(jié)范

48、圍是0～9.9 V，步進0.1V[11]。</p><p>　　4個獨立按鍵S1~S4分別與C51的p1.0～p1.3相連接，獨立按鍵S1為電壓調整按鈕，S2為電壓加一按鈕，S3為電壓減一按鈕，S4為D/A轉換確認鍵。S1~S3按鍵的作用是通過程序控制對輸入的電壓隨時可調，且步進值能夠為0.1V增加或者減少。S4鍵的作用是按下啟動D/A轉化，將單片機的預設值轉化為模擬量輸出。按鍵與單片機的連接圖見圖2.9。<

49、;/p><p><b>　　圖2.9 鍵盤電路</b></p><p><b>　　2.5 顯示器模塊</b></p><p>　　相比于市場上常用的數(shù)碼管，本次設計采用的LCD1602液晶顯示器有著更高清晰度與更多顯示空間的優(yōu)勢。其所用到的字符型液晶顯示模塊式專門用于顯示字母、數(shù)字、符號的點陣型液晶顯示模塊。</p&g

50、t;<p>　　LCD1602是工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示16x02即32個字符。</p><p>　　LCD1602采用標準的14腳（無背光）或16腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如表2-1所示:</p><p><b>　　表2-1 XX表</b></p><p>　　表2.1 LCD1602引腳接口說明</p>

51、<p>　　液晶LCD1602與STC單片機的連接電路圖如圖2.10。LC1602D的8位數(shù)據(jù)接口與單片機的P0口相連，由于STC單片機P0口沒有內接電阻，為此外接了10K上拉排阻。這是因為單片機P口的輸出電流非常微弱，不足以驅動液晶顯示數(shù)據(jù)而連接的。1602的控制端RS、R/W、E端分別與STC的P20、P21、P22連接。VCOM為液晶顯示亮度調整端，外接10K的電位器。BLA-和BLA+分別為液晶背光源正極和負極，B

52、LA-接地，BLA+接+5V。液晶的顯示由單片機的程序去控制[12]。</p><p>　　圖2.10 LCD1602與單片機連接電路圖</p><p>　　2.6 D/A數(shù)模轉換模塊</p><p>　　對于這一模塊的選擇，本次設計思考了兩種方案。</p><p>　　方案一：采用MX7541 。MX7541是美國MAXIM公司生產(chǎn)的高

53、速高精度12位數(shù)字/模擬轉換器芯片，由于MX7541轉換器件的功耗特別低，而且其線性失真可低達0.012%，因此，該D/A轉換器芯片特別適合于精密模擬數(shù)據(jù)的獲得和控制。此外，由于MX7541器件內部帶有激光制作的精密晶片電阻和溫度補償電路以及NMOS開關，因而可充分保證MX7541具有12位的精度。還有一個重要特點是：MX7541的所有輸入均與CMOS和TTL電平兼容。MX7541的管腳圖如圖2.11所示。</p><

54、;p>　　圖2.11 MX7541管腳圖</p><p>　　由于MX7541是12位數(shù)字輸入,因此它必須與16位以上的單片機相連。當其與MCS-96單片機進行連接時，其電路非常簡單，只需把單片機的數(shù)據(jù)線直接與MX7541的輸入線相連即可。程序也很簡單,只要不停地向其送數(shù)據(jù)即可。</p><p>　　方案二：采用DAC0832。DAC0832是常用的8位電流輸出型并行低速數(shù)模轉換芯片

55、，當需要轉換為電壓輸出時，可外接運算放大器，運放的反饋電阻可通過RFB端引用片內固有電阻，也可外接。內部集成兩級輸入寄存器，使得數(shù)據(jù)輸入可采用雙緩沖、單緩沖或直通方式，以便適于各種電路的需要(如要求多路D/A異步輸入、同步轉換等)。</p><p>　　DAC0832的管腳圖如圖2.12所示：</p><p>　　圖2.12 DAC0832管腳圖</p><p>

56、　　管腳的具體名稱和用法 </p><p>　　D0 ～ D7：數(shù)字量輸入端； </p><p>　?。浩x信號，低電平有效； </p><p>　　ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許信號，高電平有效； </p><p>　?。旱?寫信號，低電平有效； </p><p>　?。旱?寫信號，低電平有效； </p><

57、;p>　?。簲?shù)據(jù)傳送控制信號，低電平有效； </p><p><b>　　：電流輸出端1； </b></p><p><b>　　：電流輸出端2； </b></p><p>　　RFB：反饋電阻端； </p><p>　?。夯鶞孰妷海妷悍秶鸀?10V ～ +10V； </p>

58、<p><b>　　GND：數(shù)字地； </b></p><p>　　AGND：模擬地 ； </p><p>　　單片機與DAC0832的接口可按二級緩沖器方式、單緩沖器方式和直通方式聯(lián)接。DAC0832為8位D/A轉換器。單電源供電，范圍為+5V ～ +15V，基準電壓范圍為 。電流的建立時間為1us。CMOS工藝功耗20mw。 輸入設有兩級緩沖鎖存器[1

59、3]。 圖2.13為D/A與單片機的連接圖。</p><p>　　圖2.13 DA0832與單片機的連接圖</p><p>　　2.7 穩(wěn)壓控制模塊</p><p>　　由于DA0832芯片為電流輸出型，為了得到輸出電壓，必須經(jīng)過運放轉化為電壓。設計采用運放LM324放大器放大。LM358芯片的主要特性有：可單雙電源工作，單電源工作范圍為3V~32V，雙極性電源

60、工作范圍為±16V，設計采用雙極性電源，且電源電壓為12V；每個集成LM324芯片內裝4個運放器。采用反向輸入，放大和穩(wěn)壓電路。如圖2.14。</p><p>　　圖2.14 放大電路</p><p>　　第一級只是轉化DA0832輸出的電流為電壓，沒有進行放大。LM358第一級的輸出端14經(jīng)過1K的電阻接第二級放大的輸入端2(IN-),也是反向輸入，兩次反向后最終輸出的電壓為正

61、向。</p><p>　　圖2.15 電流放大及穩(wěn)壓電路</p><p>　　圖2.15為電流放大電路。三端穩(wěn)壓LM317的工作電壓范圍為1.26~37V，達不到輸出為0V的設計要求，為此在第二級放大采用求和反向放大，-12V的電壓經(jīng)過10K的電位器分壓后輸出反向電壓為-1.25V，在液晶顯示為0的情況下使其LM317調整穩(wěn)壓后的電壓達到0V。LM317主要特性有基準電壓標準值為1.25V

62、，ADJ調整端電流標準值為50uA，最大為100uA[14]。</p><p>　　第三章 系統(tǒng)軟件部分設計</p><p>　　控制系統(tǒng)設計的另一重要組成就是軟件設計，跟系統(tǒng)的要求和功能緊密相連。在保持硬件結構不變的情況下，修改相應的軟件就可以實現(xiàn)一些不同的功能，完成不同的任務。</p><p>　　一般來說，軟件的功能分為兩大類。一類是執(zhí)行軟件，它能完成各種實

63、質性的功能，如測量、計算、顯示、打印、輸出控制等；另一類是監(jiān)控軟件，它是專門用來協(xié)調各執(zhí)行模塊和操作者的關系，在系統(tǒng)軟件中充當組織調度的角色。</p><p>　　在本系統(tǒng)中，軟件結構采用模塊化設計，各功能程序分別編寫和調試。各模塊調試成功后，再將所有模塊連接起來，構成系統(tǒng)的軟件。這樣的設計有利于程序代碼的優(yōu)化，而且便于編程、調試和維護。</p><p>　　3.1系統(tǒng)軟件設計的原則<

64、;/p><p>　　應用系統(tǒng)中的應用軟件是根據(jù)系統(tǒng)功能要求設計的，應可靠實現(xiàn)系統(tǒng)的各種功能在本系統(tǒng)中，軟件設計要求做到以下幾點：</p><p>　　(1)根據(jù)軟件功能要求，將系統(tǒng)軟件分成若干個相對獨立的部分，設計出合理的軟件總體結構，使軟件結構清晰、簡捷、流程合理。</p><p>　　(2)各功能程序實行模塊化、子程序化。既便于調試、連接，又便于移植、修改。<

65、/p><p>　　(3)在編寫應用軟件之前，應繪制出程序流程圖。多花一些時間來設計程序流程圖，就可以節(jié)約幾倍于源程序的編輯和調試時間。</p><p>　　(4)程序存儲區(qū)，數(shù)據(jù)存儲區(qū)要合理規(guī)劃，既能節(jié)約內存容量，又使操作方便。</p><p>　　(5)運行狀態(tài)實現(xiàn)標志化管理。這個功能程序運行狀態(tài)，運行結果以及運行要求都要設置狀態(tài)標志以便查詢，程序的轉移、運行、控制都

66、可通過狀態(tài)標志條件來控制。</p><p>　　(6)經(jīng)過調試修改后程序應進行規(guī)范化，出去修改的痕跡，以便于交流和借鑒，也為以后的軟件模塊化、標準化打下基礎。</p><p>　　(7)實現(xiàn)全面軟件抗干擾設計。軟件抗干擾是單片機應用系統(tǒng)提高可靠性的有利措施[15]。</p><p>　　3.2 程序設計流程圖</p><p>　　程序設計流程

67、圖如圖3.1所示。 程序開始以后，首先液晶初始化，顯示液晶初試的預設電壓值。然后進行按鍵檢測，如果沒有按鍵按下，顯示液晶當前的初試電壓；如果有按鍵按下，進入電壓檢測中斷程序，確認當前液晶的調整值。接著檢測D/A是否啟動，啟動以后進行數(shù)模轉換，將轉換后的模擬量送給系統(tǒng)最終輸出端。</p><p>　　圖3.1 程序流程圖</p><p>　　3.3 按鍵設置流程圖</p>&l

68、t;p>　　雖然把按鍵子程序直接放在了主程序中，但是作為控制模塊，按鍵程序仍然是比較重要的模塊。按鍵設置過程中，流程如下圖3.2所示：</p><p>　　圖3.2 按鍵設置流程圖</p><p>　　3.4 DA轉換流程圖</p><p>　　D/A轉換設置過程中，程序寫入D/A中，D/A轉換對數(shù)據(jù)進行轉換，其流程圖見圖3.3。</p><

69、;p>　　圖3.3 D/A轉換流程圖</p><p>　　3.5 顯示模塊流程圖</p><p>　　液晶顯示設計過程中，對液晶進行初始化清0等操作，其流程圖見圖3.4。</p><p>　　圖3.4 液晶顯示流程圖</p><p><b>　　第四章 結論</b></p><p>　　此

70、次設計，運用到了單片機技術、DA0832芯片、LM324運算放大，很好的實現(xiàn)了課題要求，達到了預期的設計目的，使得直流電源的輸出電壓可程控調節(jié)，輸出功率在1W以上，輸出電壓的值能夠液晶顯示，且輸出的電壓值很穩(wěn)定，程控調節(jié)的精度也很高，操作也很方便，獲得了范圍0~10V、步進0.1V的電壓輸出，有著不錯的實用價值。</p><p>　　通過對此次設計的學習與探索，接觸了大量的直流穩(wěn)壓電源的相關知識，知道了一塊芯片、

71、一個硬件的變動都會對電源的性能產(chǎn)生很大的影響，所以如何選擇合適的硬件、芯片和電路就顯得尤為重要。本設計的電路與器件的選擇就是依據(jù)課題要求參考了大量相關資料而做出的。最終的設計成果達到預期目的也很好的證明了之前選擇的正確。在設計過程中，也意識到對整體流程的梳理的重要，這樣的體會在模塊分析與程序流程圖的制作中深有所感。而且模塊化分析能很快清楚自己在哪個設計環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，這樣也就有利于自己迅速想辦法，通過自己查閱資料或者跟老師同學請教來解決問

72、題。</p><p>　　本次設計中也還存在著一些不足，如不能達到很高精度步進、更大范圍的輸出電壓等問題，這是由于硬件條件的限制所致，隨著現(xiàn)代工業(yè)與集成技術的發(fā)展，這些硬件上的問題也會逐漸得到解決。</p><p>　　而且在此次設計的過程中，對于直流穩(wěn)壓電源的發(fā)展有了比較深入的了解，它的未來發(fā)展?jié)摿κ蔷薮蟮?。未來的直流穩(wěn)壓電源必將朝著模塊化、數(shù)字化、高性能的方向發(fā)展。</p>

73、<p><b>　　參 考 文 獻</b></p><p>　　[1]侯建軍. 數(shù)字電子技術基礎[M]. 北京：高等教育出版社，2007：349~361.</p><p>　　[2]康華光，陳大欽. 電子技術基礎模擬部分[M]. 北京：高等教育出版社,2006：486~513</p><p>　　[3]張毅剛，彭喜元.單片機原理與

74、應用設計[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008:267~284.</p><p>　　[4]王增福.新編線性直流穩(wěn)壓電源[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.</p><p>　　[5]董輝,龐曉風，張威. 數(shù)控直流電流源[D]. 北京：人民郵電出版社，2005.</p><p>　　[6]陳健，王寶杰，耿勝男，王應吉. 數(shù)控直流電源[J]. 科技論文在線，200

75、8年9月，1（10）.</p><p>　　[7]陳明杰，王向喬，蔡忠見.一種高精度數(shù)控直流電流源的設計[J].微計算機信息，2008（04）</p><p>　　[8]胡桂陽，盧月瓊，李昌禧.用單片機制作的直流穩(wěn)壓可調電源[J].電子世界，2005（12）：24~25.</p><p>　　[9]何希才，張名莉.新型穩(wěn)壓電源及應用實例，電子工業(yè)出版社，2004.5

76、，1～54</p><p>　　[10]邱關源.電路[M].北京：高等教育出版社，2006.5</p><p>　　[11]李祥臣.模擬電子技術基礎教程[M].北京：高等教育出版社，2005.3</p><p>　　[12]童詩白，華成英.模擬電子技術基礎[M].北京：高等教育出版社，2006.1</p><p>　　[13]周潤景,張麗娜.

77、基于Proteus的電路及單片機畢業(yè)設計設計與仿真[M].北京:航空航天大學出版社，2006.</p><p>　　[14]李海鯤,Proteus在單片機課程設計中的應用[J].電腦知識與技術,2006年35期</p><p>　　[15]樓然苗,51單片機設計實例[M].北京：北京航空航天技術出版社,2003</p><p><b>　　致 謝&l

78、t;/b></p><p>　　從論文選題到搜集資料，從提綱的完成到正文的反復修改，我經(jīng)歷了喜悅、聒噪、痛苦和彷徨，在寫作論文的過程中，心情是如此復雜。如今，伴隨著這篇畢業(yè)論文的最終成稿，復雜的心情煙消云散，自己甚至還有一點成就感。</p><p>　　我要感謝我的導師陳振偉老師。他為人隨和熱情，治學嚴謹細心。從選題、定題、撰寫提綱，到論文的反復修改、潤色直至定稿，老師始終認真負責地

79、給予我深刻而細致地指導。正是有了老師的無私幫助與熱忱鼓勵，我的畢業(yè)論文才得以順利完成。</p><p>　　我還要感謝我在大學四年中給我們授課的所有老師們，是他們讓我學到了很多很多知識，讓我看到了世界的精彩，讓我學會了做人做事。</p><p>　　最后感謝三年里陪伴我的同學、朋友們，有了他們我的人生才豐富，有了他們我在奮斗的路上才不孤獨，謝謝他們。</p><p>

80、;<b>　　附錄A：</b></p><p><b>　　系統(tǒng)仿真圖</b></p><p><b>　　附 錄B</b></p><p><b>　　3.6 源程序代碼</b></p><p>　　#includereg52.h</p>

81、<p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　sbit key1=P1^0; /* 端口定義*/</p><p>　　sbit key2=P1^1;</p>&l

82、t;p>　　sbit key3=P1^2;</p><p>　　sbit key4=P1^3;</p><p>　　sbit rs=P1^4;</p><p>　　sbit en=P1^5;</p><p>　　sbit w1=P1^6;</p><p>　　sbit w2=P1^7;</p>&l

83、t;p>　　sbit DAC_CS=P3^2;</p><p>　　sbit DAC_WR=P3^6;</p><p>　　uchar code table1[]=“ Zhang Qing Design”; /* 顯示英文張青設計 */</p><p>　　uchar code table2[]=“ Voltage0.0V”; /

84、* 顯示英文伏特 */ </p><p>　　uchar ge,shifen,keynum,volt;</p><p>　　void delay(uint z) /* 延時函數(shù) */</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　ui

85、nt x,y;</b></p><p>　　for(x=z;x0;x--)</p><p>　　for(y=110;y0;y--);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void write_com(uchar com) /* 寫指令到1602

86、 */</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　rs=0;</b></p><p><b>　　en=0;</b></p><p><b>　　P0=com;</b></p><p><b>　

87、　delay(5);</b></p><p><b>　　w1=1;</b></p><p><b>　　en=1;</b></p><p><b>　　delay(5);</b></p><p><b>　　en=0;</b></p&g

88、t;<p><b>　　}</b></p><p>　　void write_date(uchar date) /* 寫數(shù)據(jù)到1602 */</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　rs=1;</b></p>

89、<p><b>　　en=0;</b></p><p><b>　　P0=date;</b></p><p><b>　　delay(5);</b></p><p><b>　　w1=1;</b></p><p><b>　　en=

90、1;</b></p><p><b>　　delay(5);</b></p><p><b>　　en=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void Init()

91、 /* 初始化 */</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　uchar num;</p><p><b>　　en=0;</b></p><p>　　write_com(0x38);</p><p>　　write_com(0x0c);<

92、;/p><p>　　write_com(0x06);</p><p>　　write_com(0x01);</p><p>　　write_com(0x80);</p><p>　　for(num=0;num16;num++)</p><p><b>　　{</b></p><p&

93、gt;　　write_date(table1[num]);</p><p>　　delay(50);}</p><p>　　write_com(0x80+0x40);</p><p>　　for(num=0;num14;num++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　wr

94、ite_date(table2[num]);</p><p>　　delay(50);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void write_voltage(uchar add,uchar dat) /* 寫電壓到1602*/</p><p><b>　　{ </b&

95、gt;</p><p>　　write_com(0x80+0x40+add);</p><p>　　write_date(0x30+dat); </p><p><b>　　}</b></p><p>　　void da0832out(uchar dadata) /* 寫電壓的數(shù)據(jù)到DAC0

96、832*/</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　w1=0;</b></p><p><b>　　w2=1;</b></p><p><b>　　DAC_CS=0;</b></p><p>　　P0=d

97、adata;</p><p><b>　　DAC_WR=0;</b></p><p><b>　　delay(5);</b></p><p><b>　　DAC_WR=1;</b></p><p>　　DAC_CS=1; </p><p><b&g

98、t;　　w2=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void keyscan() /* 鍵盤掃描*/</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　if(key1==0)<

99、/p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　delay(5);</b></p><p>　　if(key1==0)</p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　keynum++;</b>

100、;</p><p>　　while(!key1);</p><p>　　if(keynum==1)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　write_com(0x80+0x40+12);</p><p>　　write_com(0x0f);</p><p&

101、gt;<b>　　} </b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(keynum==2)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　write_com(0x80+0x40+10);</p><p>　　wr

102、ite_com(0x0f);</p><p><b>　　} </b></p><p>　　if(keynum==3)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　keynum=0;</b></p><p>　　write_co

103、m(0x0c);</p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(keynum!=0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(key2==0)</

104、p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　delay(5);</b></p><p>　　if(key2==0)</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　while(!key2);</p><

105、;p>　　if(keynum==1)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　shifen++;</b></p><p>　　if(shifen==10)shifen=0;</p><p>　　write_com(0x80+0x40+11); </p>

106、<p>　　write_com(0x0c);</p><p>　　write_voltage(12,shifen);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(keynum==2)</p><p><b>　　{</b></p><p>&

107、lt;b>　　ge++;</b></p><p>　　if(ge==10)ge=0; </p><p>　　write_com(0x80+0x40+9);</p><p>　　write_com(0x0c); </p><p>　　write_voltage(10,ge);</p><p

108、><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(key3==0)</p><p><b>　　{ </b></p><p><b>

109、　　delay(5);</b></p><p>　　if(key3==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　while(!key3);</p><p>　　if(keynum==1)</p><p>　　{ shifen--;</p><

110、;p>　　if(shifen==-1)shifen=9;</p><p>　　write_com(0x80+0x40+11); </p><p>　　write_com(0x0c);</p><p>　　write_voltage(12,shifen);</p><p><b>　　}</b></p>

111、<p>　　if(keynum==2)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　ge--;</b></p><p>　　if(ge==-1)ge=9;</p><p>　　write_com(0x80+0x40+9); </p><p>

112、;　　write_com(0x0c);</p><p>　　write_voltage(10,ge); </p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　} </b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　if

113、(key4==0)</p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　delay(5);</b></p><p>　　if(key4==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　while(!key4);<

114、;/p><p>　　volt=10ge+shifen;</p><p>　　da0832out(volt); </p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　} </b></p>

115、;<p><b>　　}</b></p><p>　　void main() /* 主函數(shù) * /</p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　w1=0;</b></p><p>&l

116、t;b>　　w2=0;</b></p><p><b>　　Init();</b></p><p><b>　　ge=0;</b></p><p>　　shifen=0; </p><p><b>　　while(1)</b></p><p