课程设计-基于51单片机的数控直流电源设计.doc

1基于51单片机的数控直流电源设计学号：XXXXXXXXXX姓名：XXX日期：2013年12月I目录第1章绪论................................................................................................11.1课题的背景及意义..........................................................................11.2课程设计的主要内容......................................................................1第2章系统总体设计.................................................................................32.1方案设计与论证.............................................................................32.2系统总框图.....................................................................................4第3章硬件设计.......................................................................................63.1硬件选型.........................................................................................63.1.1系统供电部分........................................................................63.1.2控制器部分...........................................................................63.1.3显示部分...............................................................................63.1.4键盘部分...............................................................................63.1.5数模/模数转换部分...............................................................73.1.6掉电记忆部分........................................................................73.2硬件电路设计.................................................................................73.2.1电源模块...............................................................................73.2.2DA转换模块.......................................................................83.2.3电压调整模块......................................................................93.2.4键盘模块.............................................................................103.2.5EEPROM拓展模块...............................................................113.2.6显示模块.............................................................................12第4章软件设计.......................................................................................134.1主程序流程....................................................................................134.2键盘程序流程图..........................................................................144.3EEPROM读写程序流程..............................................................154.4DAC0832程序流程.......................................................................164.5TLC1543程序流程.....................................................................17第5章系统测试及误差分析....................................................................185.1系统测试.......................................................................................185.1.1软件测试.............................................................................185.1.2硬件测试.............................................................................18II5.1.3系统整体测试......................................................................185.2误差分析.......................................................................................19结论（心得体会）.....................................................................................21参考文献....................................................................................................22附录一........................................................................................................23附录二........................................................................................................241第1章绪论1.1课题的背景及意义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器设备之一，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实验操作和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、精度低且体积大、复杂度高。普通的直流稳压电源品种有很多，但均存在以下两个问题：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，对过载进行限流或截流型保护，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替代，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直流稳压器就能用作家用电器的电源，这既降低了家用电器的成本，又缩小了其体积，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，并有电压表指示电压值的大小。因此，电压的调整精度不高，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能较好地解决以上传统稳压电源的不足。随着科学技术的不断发展，特别是计算机技术的突飞猛进，现代工业应用的工控产品均需要有低纹波、宽调整范围的高压电源，而在一些高能物理领域，更是急需电脑或单片机控制的低纹波、宽调整范围的电源。1.2课程设计的主要内容2本设计给出的数控直流稳压电源的输出电压范围为0~13V,额定工作电流为0.5A,并具有“+”、“-”步进电压调节功能,其最小步进为0.05V,纹波不大于10mV,此外,还可用LCD液晶显示器显示设定电压值和输出电压值。该系统原理是以STC89C52单片机为控制单元，以数模转换芯片DAC0832输出参考电流控制电压调整模块NE5534输出电压大小，同时输出稳压采用模数转换芯片TLC1543将采样电压模拟信号转换为数字信号，再通过单片机实现闭环控制。3第2章系统总体设计2.1方案设计与论证方案一：设计开关电源。在前期方案设计中采用PWM脉宽调制。它的功耗小，效率高，稳压范围宽，电路形式灵活多样，功耗小，效率高。在制作过程中发现，PWM占空比的线性变化使相应的电流呈非线性变化，经分析发现滤波电容的存在对占空比很小的PWM波积分效果明显，导致电压的非线性变化更显著，特别是PWM占空比很小时(希望得到输出的电压很小)，利用单片开关电源的PWM技术控制开关的占空比来调整输出电压的，以达到稳定输出的目的。但用数字量控制的作用更加明显。方案二：用D/A和运算放大器做电流源，即采用D/A输出调节晶体管的偏值电流（电压）。采用此方案能有效的缩短调节时间，并能提高输出精度。设计方案，包括了微控制器模块、D/A转换模块、稳压控制模块、显示模块、键盘模块、电源模块五部分构成,形成开环控制。采用常用的51芯片作为控制器，P0口和DAC0832的数据口直接相连，DA的电流输出端接放大器UA741的反向输入端，DAC0832和运放UA1将单片机发出的八位二进制数转换成0—5V负电压，再经过反向比例放大器UA2将负电压转换成0—10V正电压，输出到电压调整模块NE5534，将电压的步进值调整为0.05V。所以，当MCU输出数据增加1的时候，