洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于AT89C51的智能穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)摘 要本文介紹了一種基于單片機(jī)的智能穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)方案，其核心技術(shù)是通過單片機(jī)控制數(shù)模轉(zhuǎn)換來改變其后的穩(wěn)壓模塊的輸出。該系統(tǒng)由整流濾波初步穩(wěn)壓部分、單片機(jī)控制部分、DAC和顯示部分組成，該穩(wěn)壓電源能連續(xù)步進(jìn)可調(diào)，并且可實(shí)時(shí)顯示，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)穩(wěn)壓電源的不足。 此設(shè)計(jì)以高性能單片機(jī)為控制核心，組成數(shù)據(jù)處理電路，在檢測(cè)和控制軟件支持下，調(diào)整和控制開關(guān)電源的工作狀態(tài)。數(shù)字化可調(diào)穩(wěn)壓電源，輸入采用鍵盤方式，輸出電壓和限定電流采用數(shù)碼管顯示，穩(wěn)定性好，精度高，成本低，其性能優(yōu)于傳統(tǒng)的可調(diào)直流穩(wěn)壓電源，大大改善了傳統(tǒng)的穩(wěn)壓電源的性能，簡(jiǎn)單易用，非常適合一般的教學(xué)和科研使用。 關(guān)鍵詞:單片機(jī)，開關(guān)電源，穩(wěn)壓 Design of Intelligent Power Supply Based on AT89C51AbstractThis paper introduces a single-chip microcomputer-based Intelligent Power Supply Design program, its core technology through the MCU to control digital-to-analog converters to change the voltage regulator module subsequent output. The system consists of rectifier filter preliminary regulator of the MCU control of the DAC and display components, the power supply can be continuously adjustable stepper, and can be real-time display, made up for the shortcomings of traditional voltage regulator power supply.The design with the high performance single chip as the control core, make up data processing circuit. With the support of detection and control software, adjust and control the work state of switching power supply, digital control of switching power supply use the keyboard to input, output voltage and limited current use digital tube to display. It has reliable stability, high precision, low cost, its performance is better than traditional adjustable DC power supply，greatly improve the performance of the traditional regulated power supply. It is easy to use, in addition it is very suitable for general useful in teaching and research. KEYWORDS: single-chip microcomputer, switching power supply, regulatorsIV目錄前言1第1章 緒論21.1 研究的目的和意義21.2 國(guó)內(nèi)外研究狀況21.3 研究方法及內(nèi)容31.4 穩(wěn)壓電源的介紹31.5 穩(wěn)壓電源的分類41.5.1 DC/DC變換41.5.2 AC/DC變換5第2章 設(shè)計(jì)原理62.1 設(shè)計(jì)原理62.1.1 穩(wěn)壓電源基本原理62.1.2 穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)方案62.2 系統(tǒng)框圖7第3章 主要器件介紹93.1 AT89C51簡(jiǎn)介93.2 DAC0832工作原理103.3 數(shù)碼管顯示原理113.3.1 數(shù)碼管結(jié)構(gòu)113.3.2 數(shù)碼管工作原理123.4 TL082芯片的簡(jiǎn)介13第4章 硬件電路154.1 整流濾波、初步穩(wěn)壓154.2 AT89C51主控部分164.3 數(shù)模轉(zhuǎn)換DAC0832174.4 穩(wěn)壓部分174.5 顯示電路18第5章 軟件設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)測(cè)試205.1 軟件流程圖205.2 系統(tǒng)源程序215.3 數(shù)據(jù)測(cè)試與分析235.4 仿真結(jié)果255.4.1 仿真圖一255.4.2 仿真圖二26結(jié)論27謝 辭28參考文獻(xiàn)29附 錄30外文資料翻譯31前言通信電源是保證通信暢通的基礎(chǔ)，其基礎(chǔ)地位確保了電源專業(yè)將長(zhǎng)久的興旺發(fā)展并保持其專業(yè)的穩(wěn)定性和獨(dú)立性，特殊的作用不會(huì)被其它專業(yè)所取代，所以自60年代以來通信電源事業(yè)一直方興未艾，技術(shù)在不斷的進(jìn)步，設(shè)備在不斷的更新，專業(yè)地位日益得到提高，特別是進(jìn)入90年代以來，隨著通信事業(yè)超常規(guī)的快速發(fā)展，電源專業(yè)尤為得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步，新型的電子器件、新設(shè)備、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)集中監(jiān)控技術(shù)等正在廣泛的被通信電源所采用。全球通信電源技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)以下幾大趨勢(shì)：(1)高效率，高功率密度，高的使用環(huán)境溫度；運(yùn)營(yíng)商的設(shè)備不斷增多、用電量加劇、機(jī)房面積緊張等客觀因素的存在，對(duì)電源產(chǎn)品提出了高效率、高功率密度、寬的使用環(huán)境溫度的要求。(2)網(wǎng)絡(luò)化智能化的監(jiān)控管理；隨著網(wǎng)絡(luò)的日益發(fā)展，巨大網(wǎng)絡(luò)設(shè)備需要大量人力、物力投在設(shè)備的管理和維護(hù)工作上，如：通信設(shè)施所處環(huán)境越來越復(fù)雜，人煙稀少、交通不便這些都增大了維護(hù)的難度。這對(duì)電源設(shè)備的監(jiān)控管理提出了新的要求。(3)全數(shù)字化控制；數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展逐步表現(xiàn)出了傳統(tǒng)模擬技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)，如：采用全數(shù)字化控制技術(shù)，有效縮小電源體積降低了成本，大大提高了設(shè)備的可靠性和對(duì)用戶的適應(yīng)性。(4)安全、防護(hù)、良好EMC指標(biāo)；考慮到設(shè)備復(fù)雜的運(yùn)行環(huán)境，電源設(shè)備須滿足相關(guān)的安全、防護(hù)、防雷標(biāo)準(zhǔn)，才能保證電源的可靠運(yùn)行。(5)綠色環(huán)保；環(huán)保一方面的指標(biāo)是，通信電源的電流諧波符合要求。降低電源的輸入諧波，不但可以改善電源對(duì)電網(wǎng)的負(fù)載特性，減小給電網(wǎng)帶來的污染，也可減少對(duì)其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的諧波干擾。另一個(gè)重要方面是，材料可循環(huán)利用和對(duì)環(huán)境無污染。這方面需要產(chǎn)品滿足WEEE、ROHS指令。WEEE、ROHS指令包括兩部分的內(nèi)容，即涉及循環(huán)再利用WEEE和限制使用有害物質(zhì)的ROHS。所以設(shè)計(jì)一個(gè)智能電源十分必要。第1章 緒論1.1 研究的目的和意義直流穩(wěn)壓電源是一種常見的電子儀器,應(yīng)用于電子電路、教學(xué)實(shí)驗(yàn)等領(lǐng)域。目前使用的直流穩(wěn)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，操作使用起來不方便，自我的保護(hù)功能不夠，因而發(fā)生故障的幾率高。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各種電子、電器設(shè)備對(duì)穩(wěn)壓電源的性能要求日益提高,穩(wěn)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、模塊化和智能化方向發(fā)展。以單片機(jī)系統(tǒng)為核心而設(shè)計(jì)制造出來的新一代智能型穩(wěn)壓電源不但電路簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊、價(jià)格低廉、性能卓越。而且由于單片機(jī)具有計(jì)算和控制能力，利用它對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行各種計(jì)算從而可排除和減少由于干擾信號(hào)和模擬電路引起的誤差，提高穩(wěn)壓電源輸出電壓和控制電流精度，降低了模擬電路的要求。1.2 國(guó)內(nèi)外研究狀況 在我國(guó)，以電力電子學(xué)為核心技術(shù)的電源產(chǎn)業(yè)，從二十世紀(jì)60年代中期開始形成,到了90年代以來,電源產(chǎn)業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期。一方面， 電源產(chǎn)業(yè)規(guī)模的發(fā)展在加快；另一方面，在國(guó)家自然科學(xué)基金的資助下或創(chuàng)新意識(shí)指導(dǎo)下。我國(guó)電力電子技術(shù)的研究從吸收消化和一般跟蹤發(fā)展到前沿跟蹤和基礎(chǔ)創(chuàng)新。電源產(chǎn)業(yè)界涌現(xiàn)了一些技術(shù)難度較大，具有國(guó)際先進(jìn)水平的產(chǎn)品，而且還產(chǎn)生了一大批具有代表性的研究成果和產(chǎn)品；目前國(guó)內(nèi)還開展了跟蹤國(guó)際多方面前沿性課題的研究或基礎(chǔ)創(chuàng)新研究。但是我國(guó)電源產(chǎn)業(yè)與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，存在著很大的差距和不足：在電源產(chǎn)品的質(zhì)量、可靠性、開發(fā)投入、生產(chǎn)規(guī)模、工藝水平、先進(jìn)檢測(cè)設(shè)備、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、持續(xù)創(chuàng)新能力等方面的差距為10-15年，尤其在實(shí)現(xiàn)直流穩(wěn)壓電源的智能化、網(wǎng)絡(luò)化方面的研究不是很多。 1.3 研究方法及內(nèi)容 本系統(tǒng)研究的直流穩(wěn)壓電源主要是符合智能化、數(shù)字化以及模塊化的特點(diǎn)。智能化主要是指系統(tǒng)有可編程模塊可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行智能控制。數(shù)字化主要是指系統(tǒng)輸出電壓通過7段數(shù)碼管顯示，并且可以通過按鍵對(duì)輸出電壓進(jìn)行連續(xù)步進(jìn)數(shù)字化調(diào)節(jié)。模塊化是指系統(tǒng)由各個(gè)相關(guān)模塊組成,提高了系統(tǒng)的可靠性。 本設(shè)計(jì)介紹了基于單片機(jī)控制的開關(guān)穩(wěn)壓電源，以高性能單片機(jī)為控制核心，組成數(shù)據(jù)處理電路在檢測(cè)和控制軟件支持下，調(diào)整和控制開關(guān)電源的工作狀態(tài)。1.4 穩(wěn)壓電源的介紹 電是工業(yè)的動(dòng)力是人類生活的源泉，電源是產(chǎn)生電的裝置表示電源特性的參數(shù)有功率、電壓、電流、頻率等。在同一參數(shù)要求下又有重量、體積、效率和可靠性等指標(biāo)。我們用的電一般都需要經(jīng)過轉(zhuǎn)換才能適合使用的需要，例如交流轉(zhuǎn)換成直流、高電壓變成低電壓、大功率變換成小功率等。 開關(guān)電源是采用功率半導(dǎo)體器件作為開關(guān)通過控制開關(guān)輸出脈沖信號(hào)的占空比調(diào)整輸出電壓。以功率晶體管(GTR)為例。當(dāng)開關(guān)管飽和導(dǎo)通時(shí),集電極和發(fā)射極倆端的壓降接近零；當(dāng)開關(guān)管截止時(shí)其集電極電流為零。開關(guān)型穩(wěn)壓電源直接從電網(wǎng)電壓進(jìn)行整流、濾波、調(diào)整。開關(guān)型電源不同于線性電源供應(yīng)器，一個(gè)開關(guān)電源晶體管之間快速切換非常全面的和全關(guān)閉狀態(tài)最大限度地減少浪費(fèi)能源。所以電路功耗很小，效率可達(dá)到80%-90%，比普通線性穩(wěn)壓電源提高了近一倍，故開關(guān)電源被譽(yù)為高效節(jié)能型電源開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)管開通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源。開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制IC和MOSFET構(gòu)成。開關(guān)電源和線性電源相比二者的成本都隨著輸出功率的增加而增長(zhǎng),但二者增長(zhǎng)速率各異。線性電源成本在某一輸出功率點(diǎn)上，反而高于開關(guān)電源這一點(diǎn)稱為成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新使得開關(guān)電源技術(shù)也在不斷地創(chuàng)新這一成本反轉(zhuǎn)點(diǎn)日益向低輸出電力端移動(dòng)，這為開關(guān)電源提供了廣闊的發(fā)展空間。 目前開關(guān)電源以小型、輕量和高效率的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于以電子計(jì)算機(jī)為主導(dǎo)的各種終端設(shè)備、通信設(shè)備等幾乎所有的電子設(shè)備是當(dāng)今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。目前市場(chǎng)上出售的開關(guān)電源中采用雙極性晶體管制成的100kHz、用MOS-FET制成500kHz電源，雖已實(shí)用化但其頻率有待進(jìn)一步提高。要提高開關(guān)頻率就要減少開關(guān)損耗，而要減少開關(guān)損耗就需要有高速開關(guān)元器件。然而開關(guān)速度提高后會(huì)受電路中分布電感和電容或二極管中存儲(chǔ)電荷的影響而產(chǎn)生浪涌或噪聲。這樣不僅會(huì)影響周圍電子設(shè)備還會(huì)大大降低電源本身的可靠性。其中為防止隨開關(guān)啟-閉所發(fā)生的電壓浪涌，可采用R-C或L-C緩沖器而對(duì)由二極管存儲(chǔ)電荷所致的電流浪涌可采用非晶態(tài)等磁芯制成的磁緩沖器。不過對(duì)1MHz以上的高頻要采用諧振電路，以使開關(guān)上的電壓或通過開關(guān)的電流呈正弦波。這樣既可減少開關(guān)損耗同時(shí)也可控制浪涌的發(fā)生，這種開關(guān)方式稱為諧振式開關(guān)。目前對(duì)這種開關(guān)電源的研究很活躍，因?yàn)椴捎眠@種方式不需要大幅度提高開關(guān)速度就可以在理論上把開關(guān)損耗降到零而且噪聲也小，可望成為開關(guān)電源高頻化的一種主要方式。當(dāng)前世界上許多國(guó)家都在致力于數(shù)兆Hz的變換器的實(shí)用化研究。1.5 穩(wěn)壓電源的分類 現(xiàn)在的穩(wěn)壓電源技術(shù)領(lǐng)域是邊開發(fā)相關(guān)電力電子器件邊開發(fā)開關(guān)變頻技術(shù)，兩者相互促進(jìn)推動(dòng)著開關(guān)電源每年以超過兩位數(shù)字的增長(zhǎng)率向著輕、小、薄、低噪聲、高可靠、抗干擾的方向發(fā)展。開關(guān)電源可分為AC/DC和DC/DC兩大類，DC/DC變換器現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)模塊化且設(shè)計(jì)技術(shù)及生產(chǎn)工藝在國(guó)內(nèi)外均已成熟和標(biāo)準(zhǔn)化，并已得到用戶的認(rèn)可但AC/DC的模塊化，因其自身的特性使得在模塊化的進(jìn)程中遇到較為復(fù)雜的技術(shù)和工藝制造問題。以下分別對(duì)兩類開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)和特性作以闡述。1.5.1 DC/DC變換 DC/DC變換是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓，也稱為直流斬波。斬波器的工作方式有兩種：一是脈寬調(diào)制方式Ts不變、改變ton(通用)，二是頻率調(diào)制方式ton不變、改變Ts(易產(chǎn)生干擾)。其具體的電路由以下幾類： (1) Buck電路降壓斬波器其輸出平均電壓Uo小于輸入電壓Ui，極性相同。 (2) Boost電路升壓斬波器其輸出平均電壓Uo大于輸入電壓Ui，極性相同。 (3) Buck-Boost電路降壓或升壓斬波器其輸出平均電壓Uo大于或小于輸入電壓Ui極性相反，電感傳輸。 (4) Cuk電路降壓或升壓斬波器其輸出平均電壓Uo 大于或小于輸入電壓Ui,極性相反，電容傳輸。 當(dāng)今軟開關(guān)技術(shù)使得DC/DC發(fā)生了質(zhì)的飛躍，美國(guó)VICOR公司設(shè)計(jì)制造的多種ECI軟開關(guān)DC/DC變換器，其最大輸出功率有300W、600W、800W等；相應(yīng)的功率密度為(6、2、10、17)W/cm3效率為(80-90)%。日本NemicLambda公司最新推出的一種采用軟開關(guān)技術(shù)的高頻開關(guān)電源模塊RM系列，其開關(guān)頻率為(200300)kHz，功率密度已達(dá)到27 W/cm3采用同步整流器(MOS-FET代替肖特基二極管)，是整個(gè)電路效率提高到90%。 1.5.2 AC/DC變換 AC/DC變換是將交流變換為直流，其功率流向可以是雙向的，功率流由電源流向負(fù)載的稱為“整流”功率流由負(fù)載返回電源的稱為“有源逆變”。AC/DC變換器輸入為50/60Hz的交流電,因必須經(jīng)整流、濾波因此體積相對(duì)較大的濾波電容器是必不可少的，同時(shí)因遇到安全標(biāo)準(zhǔn)(如UL、CCEE等)及EMC指令的限制(如IEC、FCC、CSA)，交流輸入側(cè)必須加EMC濾波及使用符合安全標(biāo)準(zhǔn)的元件。這樣就限制AC/DC電源體積的小型化，另外由于內(nèi)部的高頻、高壓、大電流開關(guān)動(dòng)作使得解決EMC電磁兼容問題難度加大，也就對(duì)內(nèi)部高密度安裝電路設(shè)計(jì)提出了很高的要求,由于同樣的原因。高電壓、大電流開關(guān)使得電源工作消耗增大限制了AC/DC變換器模塊化的進(jìn)程，因此必須采用電源系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法才能使其工作效率達(dá)到一定的滿意程度。 AC/DC變換按電路的接線方式可分為：半波電路、全波電路。按電源相數(shù)可分為單項(xiàng)、三相、多相。按電路工作象限又可分為一象限、二象限、三象限、四象限。第2章 設(shè)計(jì)原理2.1 設(shè)計(jì)原理2.1.1 穩(wěn)壓電源基本原理直流穩(wěn)壓電源由電源變壓器T、整流、濾波和穩(wěn)壓電路四部分組成，其原理框圖如圖2-1。電網(wǎng)供給的交流電壓u1(220V,50Hz) 經(jīng)電源變壓器降壓后，得到符合電路需要的交流電壓u2，然后由整流電路變換成方向不變、大小隨時(shí)間變化的脈動(dòng)電壓u3，再用濾波器濾去其交流分量，就可得到比較平直的直流電壓uI。但這樣的直流輸出電壓，還會(huì)隨交流電網(wǎng)電壓的波動(dòng)或負(fù)載的變動(dòng)而變化。在對(duì)直流供電要求較高的場(chǎng)合，還需要使用穩(wěn)壓電路，以保證輸出直流電壓更加穩(wěn)定。圖2-1 直流穩(wěn)壓電源框圖2.1.2 穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)方案 方案一：采用LM78XX系列三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓，電路如圖2-2： 圖2-2 三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓電路方案二：采用LM317系列可調(diào)三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓，電路如圖2-3： 圖2-3 可調(diào)三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓電路方案三：由運(yùn)放組成的串聯(lián)型穩(wěn)壓電源，電路如圖2-4:圖2-4 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路方案一與方案二都可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的電壓輸出，而且電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但方案一電壓輸出固定，方案二雖然電壓可調(diào)但很難實(shí)現(xiàn)步進(jìn)調(diào)節(jié)。方案三既可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的電壓輸出，而且輸出電壓連續(xù)步進(jìn)可調(diào)，滿足設(shè)計(jì)要求。在方案三中用到了運(yùn)放、單片機(jī)、數(shù)模轉(zhuǎn)換DAC0832，這些器件都需要穩(wěn)定的工作電壓，因此系統(tǒng)最終的選擇方案一與方案三相結(jié)合，采用方案一實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的工作電壓，采用方案三實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)壓電源的連續(xù)步進(jìn)可調(diào)。2.2 系統(tǒng)框圖系統(tǒng)由各個(gè)模塊組成，由各個(gè)模塊組成的系統(tǒng)框圖如圖2-5:調(diào)整電路顯示電路按鍵控制AT89C51單片機(jī)取樣電路比較電路 電源電路DAC圖2-5系統(tǒng)框圖30第3章 主要器件介紹3.1 AT89C51簡(jiǎn)介本課題設(shè)計(jì)的直流穩(wěn)壓電源的核心控制器件選用AT89C51，AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT8920C51是他的精簡(jiǎn)版，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案，引腳圖如圖3-1: 圖3-1 AT89C51引腳圖AT89C51主要特性與MCS-51 兼容 4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 壽命：1000寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定128*8位內(nèi)部RAM32可編程I/O線兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器5個(gè)中斷源 可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路3.2 DAC0832工作原理直流穩(wěn)壓電源的數(shù)模轉(zhuǎn)換采用通用芯片DAC0832。DAC0832的原理框圖如圖3-2。DAC0832主要由8位輸入寄存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉(zhuǎn)換器以及輸入控制電路四部分組成。8 位輸入寄存器用于存放主機(jī)送來的數(shù)字量，使輸入數(shù)字量得到緩沖和鎖存，由加以控制；8位DAC寄存器用于存放待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量，由加以控制；8位D/A轉(zhuǎn)換器輸出與數(shù)字量成正比的模擬電流；由與門、非與門組成的輸入控制電路來控制2個(gè)寄存器的選通或鎖存狀態(tài)。圖3-2 DAC0832原理框圖當(dāng)WR2和XFER同時(shí)有效時(shí)，8位DAC寄存器端為高電平“1”，此時(shí)DAC寄存器的輸出端Q跟隨輸入端D也就是輸入寄存器Q端的電平變化；反之，當(dāng)端為低電平“0”時(shí)，第一級(jí)8位輸入寄存器Q端的狀態(tài)則鎖存到第二級(jí)8位DAC寄存器中，以便第三級(jí)8位DAC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。一般情況下為了簡(jiǎn)化接口電路，使第二級(jí)8位DAC寄存器的輸入端到輸出端直通，只有第一級(jí)8位輸入寄存器置成可選通、可鎖存的單緩沖輸入方式。 特殊情況下可采用雙緩沖輸入方式，即把兩個(gè)寄存器都分別接成受控方式。DAC單極性輸出方式如圖 3-3 :圖3-3 DAC單極性輸出電路3.3 數(shù)碼管顯示原理 3.3.1 數(shù)碼管結(jié)構(gòu)輸出電壓采用7段數(shù)碼管進(jìn)行顯示。數(shù)碼管由8個(gè)發(fā)光二極管（以下簡(jiǎn)稱字段）構(gòu)成，通過不同的組合可用來顯示數(shù)字0 9、字符A F、H、L、P、R、U、Y、符號(hào)“-”及小數(shù)點(diǎn)“.”。數(shù)碼管的外型結(jié)構(gòu)如圖3-4（a）。數(shù)碼管又分為共陰極和共陽極兩種結(jié)構(gòu)，分別如圖3-4（b）和圖3-4（c）:（a） 外型結(jié)構(gòu) （b） 共陰極 （c）共陽極圖3-4 數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖3.3.2 數(shù)碼管工作原理共陽極數(shù)碼管的8個(gè)發(fā)光二極管的陽極（二極管正端）連接在一起，通常，公共陽極接高電平（一般接電源），其它管腳接段驅(qū)動(dòng)電路輸出端。當(dāng)某段驅(qū)動(dòng)電路的輸出端為低電平時(shí)，則該端所連接的字段導(dǎo)通并點(diǎn)亮，根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。此時(shí)，要求段驅(qū)動(dòng)電路能吸收額定的段導(dǎo)通電流，還需根據(jù)外接電源及額定段導(dǎo)通電流來確定相應(yīng)的限流電阻。共陰極數(shù)碼管的8個(gè)發(fā)光二極管的陰極（二極管負(fù)端）連接在一起，通常，公共陰極接低電平（一般接地），其它管腳接段驅(qū)動(dòng)電路輸出端，當(dāng)某段驅(qū)動(dòng)電路的輸出端為高電平時(shí)，則該端所連接的字段導(dǎo)通并點(diǎn)亮，根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。此時(shí)，要求段驅(qū)動(dòng)電路能提供額定的段導(dǎo)通電流，還需根據(jù)外接電源及額定段導(dǎo)通電流來確定相應(yīng)的限流電阻.3.3.3 數(shù)碼管字形編碼要使數(shù)碼管顯示出相應(yīng)的數(shù)字或字符必須使段數(shù)據(jù)口輸出相應(yīng)的字形編碼。對(duì)照?qǐng)D3-4（a），字型碼各位定義如下：數(shù)據(jù)線D0與a字段對(duì)應(yīng)，D1字段與b字段對(duì)應(yīng)，依此類推。如使用共陽極數(shù)碼管，數(shù)據(jù)為0表示對(duì)應(yīng)字段亮，數(shù)據(jù)為1表示對(duì)應(yīng)字段暗；如使用共陰極數(shù)碼管，數(shù)據(jù)為0表示對(duì)應(yīng)字段暗，數(shù)據(jù)為1表示對(duì)應(yīng)字段亮。如要顯示“0”，共陽極數(shù)碼管的字型編碼應(yīng)為：B（即C0H）；共陰極數(shù)碼管的字型編碼應(yīng)為：B（即3FH）。依此類推可求得數(shù)碼管字形編碼如表3-1:表3-1 數(shù)碼管字型編碼表顯示字符字形共 陽 極共 陰 極dpgfedcba字型碼dpgfedcba字形碼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熄滅滅11111111FFH0000000000H3.4 TL082芯片的簡(jiǎn)介TL082是一通用的J-FET雙運(yùn)算放大器，其特點(diǎn)是：較低的辦入偏置電壓和偏置電流；輸出設(shè)有短路保護(hù)電路；輸入級(jí)具有較高的輸入阻抗；內(nèi)建頻率補(bǔ)償電路；較高的壓擺率:16V/us(典型值);最大工作電壓：Vccmax=+/-18V.替換型號(hào)： MB4708，NJM081，PC802TL082雙運(yùn)放引腳電壓：如圖表3-2:表3-2 TL082引腳介紹腳號(hào)有信號(hào)電壓/V引腳功能腳號(hào)有信號(hào)電壓/V引腳功能10正相輸出155.2正相輸出221反相輸出165.6反相輸出231正相輸出17-12輸出24-14控制電壓810中心偏移控制電壓第4章 硬件電路 4.1 整流濾波、初步穩(wěn)壓整流就是把交流電變成脈動(dòng)的直流電的過程，整流的基本器件是二極管，利用二極管的單向?qū)щ娦约纯砂呀涣麟娹D(zhuǎn)換成脈動(dòng)的直流電，橋式整流電路如圖4-1。 圖4-1 整流濾波電路濾波是為了降低輸出電壓的脈動(dòng)成分，得到較為平滑的直流電源，常有的濾波電路有電容濾波、RC（LC）型的濾波形式。電容是一個(gè)能儲(chǔ)存電荷的元件。有了電荷，兩極板之間就有電壓UC=Q/C。在電容量不變時(shí)，要改變兩端電壓就必須改變兩端電荷，而電荷改變的速度，取決于充放電時(shí)間常數(shù)。時(shí)間常數(shù)越大，電荷改變得越慢，則電壓變化也越慢，即交流分量越小，也就“濾除”了交流分量，經(jīng)過濾波后，輸出電壓的紋波減小，直流成分得到提高；固定三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓電路如圖4-2，在輸入與公共端之間、輸出端與公共端之間分別接了0.33uf、0.1uf的電容,可以防止自激振蕩。圖4-2 三端穩(wěn)壓電路4.2 AT89C51主控部分單片機(jī)AT89C51是系統(tǒng)的控制核心，主要是通過控制數(shù)摸轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)對(duì)穩(wěn)壓電源的調(diào)節(jié)，并且控制顯示電路，電路如圖4-3。 圖4-3 AT89C51主控電路主控電路中包括AT89C51工作的基本電路：復(fù)位電路和晶振電路，還有兩個(gè)按鍵：+SW鍵和-SW鍵，這兩個(gè)按鍵用于控制輸出電壓的增加與減小。4.3 數(shù)模轉(zhuǎn)換DAC0832 DAC模塊是整個(gè)系統(tǒng)的紐帶，連接著控制部分與穩(wěn)壓部分，電路如圖4-4。圖4-4 數(shù)模轉(zhuǎn)換電路該數(shù)模轉(zhuǎn)換電路采用的是DAC0832單極性輸出方式，輸出Vo=-B*Vref/256，其中B的值為D0D7組成的8位二進(jìn)制，取值范圍為0255，Vref是參考電壓，該電壓有電阻R2和可變電阻R3分壓所得，通過調(diào)節(jié)可變電阻可以改變參考電壓Vref。4.4 穩(wěn)壓部分穩(wěn)壓部分是系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)核心，DAC模塊輸出的模擬信號(hào)決定最終的輸出電壓，電路如圖4-5：圖4-5 穩(wěn)壓電路 穩(wěn)壓電路中電阻R7和R8組成取樣電路，對(duì)輸出電壓進(jìn)行取樣，運(yùn)放TL082構(gòu)成比較電路，對(duì)采樣電壓與數(shù)模轉(zhuǎn)換輸出的電壓進(jìn)行比較以控制調(diào)整電路，三極管Q1和Q2構(gòu)成調(diào)整電路，調(diào)整電路通過改變?nèi)龢O管的管壓降來調(diào)整輸出電壓。4.5 顯示電路顯示電路是對(duì)系統(tǒng)輸出電壓進(jìn)行顯示，使得整個(gè)系統(tǒng)更加合理話，由于只顯示輸出的電壓，所以顯示器件采用數(shù)碼管，電路如圖4-6：圖4-6 數(shù)碼管顯示電路第5章 軟件設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)測(cè)試5.1 軟件流程圖系統(tǒng)軟件流程圖直觀的描述了如何實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)輸出電壓的調(diào)節(jié)。首先對(duì)系統(tǒng)的輸出電壓進(jìn)行初始化，設(shè)定為5V（常用電壓值），然后通過判斷按鍵是+鍵或是-鍵對(duì)系統(tǒng)的輸出電壓進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，并保證輸出電壓不超出設(shè)定范圍，如圖5-1：圖5-1 系統(tǒng)軟件流程5.2 系統(tǒng)源程序ORG 30HSTART:MOV R1,#64H ；輸出電壓初使化 MOV 40H,#0 ；設(shè)定為5V MOV 41H,#5 MOV 42H,#0DL: JB P1.0,DL1 ；+鍵按鍵處理 CALL DELAY CJNE R1,#078H,DL3 JMP DL2DL3: INC R1 ；輸出電壓增加 INC R1 INC 42H MOV R5,42H CJNE R5,#0AH,DL2 MOV 42H,#0 INC 41H MOV R5,41H CJNE R5,#0AH,DL2 MOV 41H,#0 INC 40H JMP DL2DL1: JB P1.1,DL2 ；-鍵按鍵處理 CALL DELAY CJNE R1,#0DCH,DL4 JMP DL2DL4: DEC R1 ；輸出電壓減少 DEC R1 DEC 42H MOV R5,42H CJNE R5,#0FFH,DL2 MOV 42H,#9 DEC 41H MOV R5,41H CJNE R5,#0FFH,DL2 MOV 41H,#9 DEC 40H MOV R5,40H CJNE R5,#0FFH,DL2 MOV 40H,#0DL2: MOV P0,R1 ；數(shù)據(jù)顯示 CALL DISP JMP DLDELAY:MOV R4,#02H ； 延時(shí)DELAY3:MOV R3,#0FFHDELAY1:MOV R2,#04FHDELAY2:DJNZ R2,DELAY2 DJNZ R3,DELAY1 DJNZ R4,DELAY3 RETDISP: MOV P3,#0F7H ；顯示子程序 MOV P2,#3EH ；顯示單位 CALL DELA MOV DPTR,#TAB ；顯示小數(shù)位 MOV A,42H MOVC A,A+DPTR MOV P3,#0FBH MOV P2,A CALL DELA MOV A,41H ；顯示個(gè)位數(shù) MOVC A,A+DPTR ；至小數(shù)點(diǎn) ADD A,#80H MOV P3,#0FDH MOV P2,A CALL DELA MOV R5,40H CJNE R5,#0,DISP1 RETDISP1: MOV A,40H ；顯示十位數(shù) MOVC A,A+DPTR MOV P3,#0FEH MOV P2,A CALL DELA RETDELA: MOV R3,#04FH ；延時(shí)DELA1: MOV R2,#57HDELA2: DJNZ R2,DELA2 DJNZ R3,DELA1 RETTAB:DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH,77H ；數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)表 END5.3 數(shù)據(jù)測(cè)試與分析數(shù)據(jù)測(cè)試主要是測(cè)試輸出電壓與設(shè)定值之間的誤差。測(cè)試數(shù)據(jù)如表4-1：表4-1 測(cè)試數(shù)據(jù)設(shè)定值(V)輸出電壓(V)誤差(V)12.92.840.0623.22.970.0333.53.480.0245.04.980.0257.06.980.0269.18.080.02710.210.180.02811.010.960.04911.111.010.09從表4-1中的數(shù)據(jù)可以看出第1組和第9組輸出電壓與設(shè)定值偏差比較大，設(shè)定值在3.2V11V時(shí)輸出電壓偏差不大。為了減小誤差，所以將電壓的設(shè)定值限定在3.2V11V之間。系統(tǒng)輸出電壓在3.2V11V之間步進(jìn)可調(diào)。5.4 仿真結(jié)果5.4.1 仿真圖一5.4.2 仿真圖二結(jié)論該設(shè)計(jì)采用閉環(huán)反饋調(diào)整的方法，設(shè)計(jì)出了實(shí)用的直流電壓源，其電壓輸出的級(jí)數(shù)與D/A的位數(shù)有緊密關(guān)系，本設(shè)計(jì)采用了8位的D/A，若采用12位或16位的D/A轉(zhuǎn)換器進(jìn)行相應(yīng)的閉環(huán)調(diào)整，直流電源的精度會(huì)進(jìn)一步提高。由于該電源在結(jié)合了線性電源與開關(guān)電源各自優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上還加入了單片機(jī)控制，不僅小巧、輕便、輸出特性良好而且還操作簡(jiǎn)單，具有控制智能化等特點(diǎn)，因此，十分適用于各種科學(xué)實(shí)驗(yàn)與小功率的電子設(shè)備中，相信會(huì)有很好的應(yīng)用前景。謝 辭致謝時(shí)光荏苒，大學(xué)三年的學(xué)習(xí)時(shí)光已經(jīng)接近尾聲，在此我想對(duì)我的母校，我的父母、親人們，我的老師和同學(xué)們表達(dá)我由衷的謝意。感謝我的家人對(duì)我大學(xué)三年學(xué)習(xí)的默默支持；感謝我的母校洛陽理工學(xué)院給了我在大學(xué)四年深造的機(jī)會(huì)，讓我能繼續(xù)學(xué)習(xí)和提高；感謝李的老師和同學(xué)們四年來的關(guān)心和鼓勵(lì)。老師們課堂上的激情洋溢，課堂下的諄諄教誨；同學(xué)們?cè)趯W(xué)習(xí)中的認(rèn)真熱情，生活上的熱心主動(dòng)，所有這些都讓我的四年充滿了感動(dòng)。這次畢業(yè)論文設(shè)計(jì)我得到了很多老師和同學(xué)的幫助，其中我的論文指導(dǎo)老師李老師對(duì)我的關(guān)心和支持尤為重要。每次遇到難題，我都會(huì)向李老師尋求幫助，而李老師每次不管忙或閑，總會(huì)耐心給我講解。李老師平日里工作繁多，但我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，從選題到查閱資料，外文翻譯，論文提綱的確定，中期論文的修改，后期論文格式調(diào)整等各個(gè)環(huán)節(jié)中都給予了我悉心的指導(dǎo)。這幾個(gè)月以來，李老師不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時(shí)還在思想給我以無微不至的關(guān)懷，在此謹(jǐn)向 李老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。同時(shí)感謝在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)期間和我交流過的同學(xué)，和曾經(jīng)在各個(gè)方面給予過我?guī)椭幕锇閭儯诖?，我再一次真誠(chéng)地向幫助過我的老師和同學(xué)表示感謝。參考文獻(xiàn)1 譚博學(xué)，苗匯靜.集成電路原理及應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社，2003，3050.2 童詩(shī)白,華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ). 北京：高等教育出版社,2001，200215.3 韓建文.瓊州大學(xué)學(xué)報(bào)第11卷 第2期 2004，4560.4 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This company introduced 8 top-grade one-chip computers of MCS-51 series in 1980 after introducing 8 one-chip computers of MCS-48 series in 1976. It belong to a lot of kinds this line of one-chip computer the chips have,such as 8051, 8031, 8751, 80C51BH, 80C31BH,etc., their basic composition, basic performance and instruction system are all the same. 8051 daily representatives- 51 serial one-chip computers . An one-chip computer system is made up of several following parts: ( 1) One microprocessor of 8 (CPU). ( 2) At slice data memory RAM (128B/256B),it use not depositting not can reading /data that write, such as result not middle of operation, final result and data wanted to show, etc. ( 3) Procedure memory ROM/EPROM (4KB/8KB ), is used to preserve the procedure , some initial data and form in slice. But does not take ROM/EPROM within some one-chip computers, such as 8031 , 8032, 80C ,etc. ( 4) Four 8 run side by side I/O interface P0 four P3, each mouth can use as introduction , may use as exporting too. ( 5) Two timer / counter, each timer / counter may set up and count in the way, used to count to the external incident, can set up into a timing way too, and can according to count or result of timing realize the control of the computer. ( 6) Five cut off cutting off the control system of the source . ( 7) One all duplexing serial I/O mouth of UART (universal asynchronous receiver/transmitter (UART) ), is it realize one-chip computer or one-chip computer and serial communication of computer to use for. ( 8) Stretch oscillator and clock produce circuit, quartz crystal finely tune electric capacity need outer. Allow oscillation frequency as 12 megaher