单片机控制的可调直流稳压电源的设计与制作.docx

毕业设计

课题：单片机控制的可调直流稳压电源的设计与制作

目录
一、内容摘要 2
二、引言 2
三、设计要求…………………………………………………………….2
四、实验用到的元器件元器件 3
五、作品制作过程 4
1、设计的电路图 4
2、PCB板的腐蚀与打磨、元器件的准备和用到的设备…………5
3、制作过程中注意的问题………………………………………….7
六、总体设计思路 8
1．直流稳压电源设计思路 8
2．直流稳压电源原理 8
1、直流稳压电源 8
2、整流电路 9
3、滤波电路——电容滤波电路 10
4、稳压电路 11
七、程序与调试…………………………………………………………12
1、程序设计…………………………………………………..12
2、程序编程…………………………………………………..13
八、心得体会 17
九、参考文献……………………………………………………………18

一、内容摘要
本系统以 AT89C52 单片机作为系统的显示核心，由A\D模拟数字转换模块、控制用可调电阻、LED数码管显示模块、稳压模块等模块组成一个单片机控制可调直流稳压电源。该系统实现了 输出电压范围 2 ～＋15 V，输出电流可达1A；输出电压值由数码管显示；由一个可调电阻控制输出电压，实现平滑增减输出电压，输出电压口可自由扩展。
该电源采用一对集成稳压管实现对输出电压的控制，单片机用于控制实时电压的LED数码管显示，实现实时电压的显示，关键在A\D模数转换模块，它將模拟的电压值转换为数字电压值，将数字电压值传输给单片机处理，单片机在此实现了串口数据转并口数据的功能。并口电压数据由LED数码管显示出来，由此实现实时电压的显示。
二、引言
随着现代科学技术的不断发展，越来越多的现代电子产品走进我们生活，如MP3、MP4、手机、移动电源、数码相机、平板电脑等等，这些电子产品无一例外要有一个电源供电，而往往电子产品的功率不同，导致各个电子产品的供电电压有所差异，也就使得各种充电器的出现。在现代家庭中，充电器的数目不断地增加，给生活带来不少的麻烦。单片机控制可调直流稳压电源可用于各种不同值的电压输出，只需转接USB接口，即可应用各种电源充电。
单片机控制可调直流稳压电源有着直观，易操作，各种电压集一身， 输出精度和稳定性都较高等优点，而且具有可扩展性。另外，该电源还可以用于实验室，灵活调节电压，进行各种实验。
三、设计要求
设计并制作有一定输出电压调节范围单片机控制可调直流稳压电源。
1、设计硬件电路（包括直流稳压电源电路、单片机电路、输出电压数字显示电路）
2、进行51单片机的软件编写（采用c语言）
4、采用protel进行PCB的设计
5、作出实际电路系统并进行测试。
四、实验用到的元器件元器件
名称
型号
个数（个）
单片机
STC89C52
1
数码管
4位数码管
1
变压器
15W 次边18V
1
二极管
2DP4C
4
稳压管
2CW7C
1
电容
4700μF/50V
1
三极管
LM317T（加散热片）
2
三极管
L7805CV
1
电阻
15K
1
电阻
10K
1
电阻
200K
3
电位器
1000Ω
1
电容
各种小电容
若干个
五、作品制作过程
1、设计的电路图

图1 可调的直流稳压电源
2、PCB板的腐蚀与打磨、元器件的准备和用到的设备

图二：版的打印、腐蚀、与打磨

图三：准备所需的元器件和设备

图四：成品
3、制作过程中注意的问题
1、因为焊接过程是个比较漫长的过程，所以要确保元器件找齐了。
2、电烙铁处于长期工作状态，比较容易氧化，并且在安放元器件的时候要搁置一旁的，不要碰掉电烙铁以免烫伤手。
3、剪多余的针脚的时候要注意摆放的位置，以免溅射入眼睛里
4、完工后记得收拾好桌面上的针脚，防止弄伤人。
5、焊接时要对各个功能模块电路进行单个测试，需要时可设计一些临时电路用于调试。
6、测试电路时，必须要保证焊接正确，才能打开电源，以防元器件烧坏。
7、 按照原理图焊接时必须要保证可靠接地。
六、总体设计思路
1．直流稳压电源设计思路
（1）电网供电电压交流220V(有效值)50Hz，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。
（2）降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（即脉动大）。
（3）脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成份滤掉，保留其直流成份。
（4）滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出，供给电压表。
2．直流稳压电源原理
1、直流稳压电源
直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。
直流稳压电源方框图

图2 直流稳压电源的方框图

其中：
（1）电源变压器：是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。
（2）整流电路：利用单向导电元件，把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电
（3）滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压。
（4）稳压电路：稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。
2、整流电路
（1）直流电路常采用二极管单相全波整流电路，电路如图3所示。
图3 单相桥式整流电路

（2）工作原理
设变压器副边电压u2=√2U2sinωt，U2为有效值。
在u2的正半周内，二极管D1、D2导通，D3、D4截止；u2的负半周内，D3、D4导通，D1、D2截止。正负半周内部都有电流流过的负载电阻RL，且方向是一致的。如图4

图4单相桥式整流电路简易画法及波形图

在桥式整流电路中，每个二极管都只在半个周期内导电，所以流过每个二极管的平均电流等于输出电流的平均值的一半，即 电路中的每只二极管承受的最大反向电压为 (U2是变压器副边电压有效值)。
3、滤波电路——电容滤波电路
采用滤波电路可滤除整流电路输出电压中的交流成分，使电压波形变得平滑。常见的滤波电路有电容滤波、电感滤波和复式滤波等。
在整流电路的输出端，即负载电阻RL两端并联一个电容量较大的电解电容C，则构成了电容滤波电路，如图5所示电路，由于滤波电容与负载并联，也称为并联滤波电路。

图5单相桥式整流电容滤波电路
从图4可以看出，当u2为正半周时, 电源u2通过导通的二极管VD1、VD3向负载RL供电，并同时向电容C充电（将电能存储在电容里，如t1～t2），输出电压uo＝uc ≈ u2；uo达峰值后u2减小，当uo≥u2时，VD1、VD3提前截止，电容C通过RL放电，输出电压缓慢下降（如t2～t3），由于放电时间常数较大，电容放电速度很慢，当uC下降不多时u2已开始下一个上升周期，当u2＞uo时，电源u2又通过导通的VD2、VD4向负载RL供电，同时再给电容C充电（如t3～t4），如此周而复始。电路进入稳态工作后，负载上得到如图中实线所示的近似锯齿的电压波形，与整流输出的脉动直流（虚线）相比，滤波后输出的电压平滑多了。
显然，放电时间常数RLC越大、输出电压越平滑。若负载开路（RL=∞），电容无放电回路，输出电压将保持为u2的峰值不变。
（1）输出电压的估算
显然，电容滤波电路的输出电压与电容的放电时间常数τ=RLC有关，τ应远大于u2的周期T，分析及实验表明，当
τ=RLC≥（3～5）T /2

时，滤波电路的输出电压可按下式估算，即

UO≈1.2U2

（2）整流二极管导通时间缩短了，存在瞬间的浪涌电流，要求二极管允许通过更大的电流，管子参数应满足
IFM＞2IV=IO

（3）在已知负载电阻RL的情况下，根据式子选择滤波电容C的容量，即

C≥（3～5） T /2RL

若容量偏小，输出电压UO将下降，一般均选择大容量的电解电容；电容的耐压应大于u2的峰值，同时要考虑电网电压波动的因素，留有足够的余量。
电容滤波电路的负载能力较差，仅适用于负载电流较小的场合。

4、稳压电路
在设计中，常利用电容器两端的电压不能突变和流过电感器的电流不能突变的特点，将电容器和负载电容并联或电容器与负载电阻串联，以达到使输出波形基本平滑的目的。

图6 稳压电路原理图
七、程序与调试
1、程序设计
单片的使用除了硬件，同样也要软件的使用，我们写汇编程序编程CPU可执行的机器码有两种方法，一种是手工汇编，一种是机器汇编。机器汇编通过汇编软件变为机器码，用于MSC-51单片机的汇编软件有早期的A51，随着单片机开发技术的不断发展，从使用普通汇编语言到高级语言的不断发展，Keil是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件。Keil c51汇编，PLM语言和C语言的程序设计，界面友好。Keil是美国keil software公司出品的52系列兼容单片机c语言开发系统。用过汇编语言后再使用C语言来开发，体会更加深刻。
Keil C51软件提供丰富的库，与汇编相比，C语言在功能上，结构上，可读性，可维护性上有明显的优势，因而易学易用函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生产的汇编代码，就能体会到KeilC51DE 生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解，在开发大型软件时更能体现高级语言的优势
程序框图:

图10 数控电源程序流程图
2、程序编程：
#include <reg51.H>
#include "intrins.h"

#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char
//ADC0832的引脚
sbit ADCS =P1^0; //ADC0832 chip seclect
sbit ADDI =P1^2; //ADC0832 k in
sbit ADDO =P1^2; //ADC0832 k out
sbit ADCLK =P1^1; //ADC0832 clock signal
sbit q_w = P2^0; // 千位
sbit b_w = P2^1; // 百位
sbit s_w = P2^2; // 十位
sbit g_w = P2^3; // 个位

uchar qw;
uchar bw;
uchar sw;
uchar gw;
uint temp;
uchar getdata; //获取ADC转换回来的值
uchar code table[10] = { //共阳数码管显示代码
0x40,0x79,0x24,0x30,
0x19,0x12,0x02,0x78,
0x00,0x18};
uchar code table1[10] = { //共阳数码管显示代码1，不带点
0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,
0x99,0x92,0x82,0xF8,
0x80,0x90};
void delay(uint z) //延时
{
uint a=z;
for(;a>0;a--);
// for (a=z; a>0; a--)
// for (b=80; b>0; b--);
}
void xianshi(uint q,b,s,g) //能延时10毫秒
{ P2=0;
//打开千位
P0 = table1[g];
q_w = 1;
delay(50);
q_w = 0;
//关闭千位，打开百位
P0 = table1[s];
b_w = 1;
delay(50);
b_w = 0;

//关闭百位，打开十位
P0 = table1[b];
s_w = 1;
delay(50);
s_w = 0;

//关闭十位，打开个位
P0 = table1[q];
g_w = 1;
delay(50);
g_w = 0; //关闭个位

}
/************
读ADC0832函数
************/
//采集并返回
unsigned int Adc0832(unsigned char channel) //AD转换，返回结果
{
uchar i=0;
uchar j;
uint dat=0;
uchar ndat=0;
if(channel==0)channel=2;
if(channel==1)channel=3;
ADDI=1;
_nop_();
_nop_();
ADCS=0;//拉低CS端
_nop_();
_nop_();
ADCLK=1;//拉高CLK端
_nop_();
_nop_();
ADCLK=0;//拉低CLK端,形成下降沿1
_nop_();
_nop_();
ADCLK=1;//拉高CLK端
ADDI=channel&0x1;
_nop_();
_nop_();
ADCLK=0;//拉低CLK端,形成下降沿2
_nop_();
_nop_();
ADCLK=1;//拉高CLK端
ADDI=(channel>>1)&0x1;
_nop_();
_nop_();
ADCLK=0;//拉低CLK端,形成下降沿3
ADDI=1;//控制命令结束
_nop_();
_nop_();
dat=0;
for(i=0;i<8;i++)
{
dat|=ADDO;//收数据
ADCLK=1;
_nop_();
_nop_();
ADCLK=0;//形成一次时钟脉冲
_nop_();
_nop_();
dat<<=1;
if(i==7)dat|=ADDO;
}
for(i=0;i<8;i++)
{
j=0;
j=j|ADDO;//收数据
ADCLK=1;
_nop_();
_nop_();
ADCLK=0;//形成一次时钟脉冲
_nop_();
_nop_();
j=j<<7;
ndat=ndat|j;
if(i<7)ndat>>=1;
}
ADCS=1;//拉低CS端
ADCLK=0;//拉低CLK端
ADDO=1;//拉高数据端,回到初始状态
dat<<=8;
dat|=ndat;
return(dat); //return ad k
}

void main(void)
{ uint a,i;
while(1)
{
getdata=Adc0832(0);
temp=getdata*1.0/255*3000; //电压值转换，5V做为参考电压，分成256份。
a = temp; //转换类型
qw = a / 1000; // 分离千位
bw = a % 1000 / 100; // 分离百位
sw = a % 1000 % 100 / 10; // 分离十位
gw = a % 1000 % 100 % 10; // 分离个位
// 显示
for(i=0;i<30;i++)
xianshi(qw, bw, sw, gw);
}
}
八、心得体会
我和组员刘由吉一起在电协泡了差不多3周的时间，还算把毕业设计弄出来了。这次毕业设计使我们颇为受益，对专业有更深一步的认识的同时也知道团队精神的重要性。
通过这次设计实践。我学会了直流稳压电源的基本设计方法，对直流稳压电源的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在对理论的运用中，提高了我们的工程素质，在没有做实践设计以前，我们对直流稳压电源的撑握都是思想上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的方案应用到实践中的时候，问题出现了，不是不能测试，就是测试的结果和要求的结果不相符合。经过解决一个个测试中出现的问题，我们对直流稳压电源的理解得到加强，看到了实践与理论的差距。加深了我们对理论与实践联系的理解，促进了我们运用知识解决具体问题的综合应用能力，特别是对直流稳压电源的应用、理解上升到了更深的一个层次。
过而能改，善莫大焉。在设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。这次设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，在我们不断调试下，终于游逆而解。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可！
毕业设计给我很多专业知识以及专业技能上的提升，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。同时，设计让我感触很深。使我对抽象的理论有了具体的认识。通过这次毕业设计，我掌握了常用元件的识别和测试；熟悉了常用仪器、仪表；了解了电路的连线方法；以及如何提高电路的性能等等，掌握了可调直流稳压电源构造及原理。
我认为，在这次毕业设计中，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。这对于我们的将来也有很大的帮助。以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。就像中国提倡的艰苦奋斗一样，我们都可以在实验结束之后变的更加成熟，会面对需要面对的事情。
回顾起此毕业设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次毕业设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。
设计过程中，也对团队精神的进行了考察，让我们在合作起来更加默契，在成功后一起体会喜悦的心情。果然是团结就是力量，只有互相之间默契融洽的配合才能换来最终完美的结果。
此次设计也让我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及时请教或上网查询，只要认真钻研，动脑思考，动手实践，就没有弄不懂的知识，收获颇丰。
九、参考文献
【1】《电子技术基础》
【2】《新概念51单片机C语言教程》
【3】《理论学教程》
【4】《例解Pritel DXP电路板设计》
【5】《单片机应用与开发》
【6】《单片机100例》
【7】《模拟电子技术》
【8】《数字电子技术》
【9】《开关电源原理》

精品资料精品资料 精品资料 精品资料 精品资料