1、江西理工大學應用科學學院微機控制系統課程設計報告 題 目： 數控直流穩壓電源設計 姓 名： 趙振勇 學 號： 08號 專業班級： 電氣131班 指導教師： 李振凱 完成時間： 2016年6月12日設計報告綜合測試平時總評格式（10分）內容（10分）圖表（5分）功能測試（35分）答辯（20分）考勤（20分）指導教師簽名：摘要 P89V51RB2/RC2/RD2是一款80C51微控制器，包含16/32/64kB Flash和1024 字節的數據RAM。P89V51RB2/RC2/RD2的典型特性是它的X2方式選項。利用該特性，設計工程師可使應用程序以傳統的80C51 時鐘頻率（每個機器周期包含12

2、個時鐘）或X2方式（每個機器周期包含6個時鐘）的時鐘頻率運行，選擇X2 方式可在相同時鐘頻率下獲得2倍的吞吐量。從該特性獲益的另一種方法是將時鐘頻率減半而保持特性不變，這樣可以極大地降低電磁干擾(EMI)。 P89V51RB2/RC2/RD2也可采用在應用中編程（IAP），允許隨時對Flash程序存儲器重新配置。目錄目錄另起頁，小二號黑體，居中，內容為小4號宋體，并列出頁碼。目錄內容最少列出第一級標題（章）和第二級標題（節）；前者用4號黑體字，后者用4號宋體字，第三級標題用4號國標楷體。1 緒論電源技術尤其是數控電源技術是一門實踐性很強的工程技術，服務于各行業。電力電子技術是電能的最佳應用技術

3、之一。當今電源技術融合了電氣、電子、系統集成、控制理論、材料等諸多學科領域。隨著計算機和通訊技術發展而來的現代信息技術革命，給電力電子技術提供了廣闊的發展前景，同時也給電源提出了更高的要求。隨著數控電源在電子裝置中的普遍使用，普通電源在工作時產生的誤差，會影響整個系統的精確度。電源在使用時會造成很多不良后果，世界各國紛紛對電源產品提出了不同要求并制定了一系列的產品精度標準。只有滿足產品標準，才能夠進入市場。隨著經濟全球化的發展，滿足國際標準的產品才能獲得進出的通行證。數控電源是從80 年代才真正的發展起來的，期間系統的電力電子理論開始建立。這些理論為其后來的發展提供了一個良好的基礎。在以后的一

4、段時間里，數控電源技術有了長足的發展。但其產品存在數控程度達不到要求、分辨率不高、功率密度比較低、可靠性較差的缺點。因此數控電源主要的發展方向，是針對上述缺點不斷加以改善。單片機技術及電壓轉換模塊的出現為精確數控電源的發展提供了有利的條件。新的變換技術和控制理論的不斷發展，各種類型專用集成電路、數字信號處理器件的研制應用，到90 年代，己出現了數控精度達到0.05V的數控電源，功率密度達到每立方英寸50W的數控電源。從組成上，數控電源可分成器件、主電路與控制等三部分。目前在電力電子器件方面，幾乎都為旋紐開關調節電壓，調節精度不高，而且經常跳變，使用麻煩數字化智能電源模塊是針對傳統智能電源模塊的

5、不足提出的，數字化能夠減少生產過程中的不確定因素和人為參與的環節數，有效地解決電源模塊中諸如可靠性、智能化和產品一致性等工程問題，極大地提高生產效率和產品的可維護性。電源采用數字控制，具有以下明顯優點:1)易于采用先進的控制方法和智能控制策略，使電源模塊的智能化程度更高，性能更完美。2)控制靈活，系統升級方便，甚至可以在線修改控制算法，而不必改動硬件線路。3)控制系統的可靠性提高，易于標準化，可以針對不同的系統(或不同型號的產品)，采用統一的控制板，而只是對控制軟件做一些調整即可。4)系統維護方便，一旦出現故障，可以很方便地通過RS232接口或RS485接口或USB接口進行調試，故障查詢，歷史

6、記錄查詢，故障診斷，軟件修復，甚至控制參數的在線修改、調試;也可以通過MODEM遠程操作。5)系統的一致性好，成本低，生產制造方便。由于控制軟件不像模擬器件那樣存在差異，所以，其一致性很好。由于采用軟件控制，控制板的體積將大大減小，生產成本下降。6)易組成高可靠性的多模塊逆變電源并聯運行系統。為了得到高性能的并聯運行逆變電源系統，每個并聯運行的逆變電源單元模塊都采用全數字化控制，易于在模塊之間更好地進行均流控制和通訊或者在模塊中實現復雜的均流控制算法(不需要通訊)，從而實現高可靠性、高冗余度的逆變電源并聯運行系統。1.1 設計要求及設計內容1.1.1 設計任務、設計一臺微機控制的數控直流電壓源

7、，為電子設備供電。、在設計過程中，選擇12個單元電路使用仿真軟件（例如Multisim2001等）進行仿真調試。、用計算機繪制所有的電路圖和印刷電路圖1.1.2 設計要求設計一個數控直流穩壓電源能夠輸出0-12V的直流電壓通過一個數碼管顯示輸出的電壓大小通過一個合適的A/D轉化器對模擬電壓進行處理寫出詳細的設計報告（含操作說明），給出全部電路和源程序2 設計方案介紹2.1 單片機系統板電路介紹   51單片機最小系統原理圖。 這張圖是組成51單片機的最小系統圖，我們把他的功能在這里簡單的介紹一下核心器件：    1

8、、震蕩器  單片機系統正常工作的保證，如果振蕩器不起振，系統將會不能工作；假如振蕩器運行不規律，系統執行程序的時候就會出現時間上的誤差，這在通信中會體現的很明顯：電路將無法通信。他是由一個晶振和兩個瓷片電容組成的，x1和x2分別接單片機的x1和x2，晶振和瓷片電容是沒有正負的，注意兩個瓷片電容相連的那端一定要接地。  2、復位端復位電路給單片機一個復位信號（一個一定時間的低電平）使程序從頭開始執行；一般有兩種復位方式：上電復位，在系統一上電時利用電容兩端電壓不能突變的原理給系統一個短時的低電平；手動復位，通過按鈕接通低電平給系統復位，這時如果手按著一直不

9、放，系統將一直復位，不能正常工作，需要注意的是用的電容是電解電容，是有正負的，如果接反了，他就會爆炸。  3、電源 第20管腳是地GND，第40管腳是電源VCC，一般我們在電源vcc處。加一個0.1uf的瓷片電容，濾掉電源中的高頻雜波，使系統更安全。注意51單片機使用的是5伏直流電源。 4、51單片機最小系統   實際上，51單片機核心外圍電路是很簡單的，一個單片機一個看門狗一個晶振2個磁片電容。   1.單片機：atmel的89C51系列、winbond的78E52系列，還有philips的系列，都差不

10、多；現在有一些有ISP（在線下載的）。    2.電復位電路：這樣的復位電路是不可靠的，更重要的是51系列的單片機比較容易受到干擾；沒有看門狗電路是不行的，常規的做法是買一個專門的看門狗電路，完成復位電路和看門狗電路的功能。   3.晶振：一般選用11.0592M，因為可以準確地得到9600波特率和19200波特率；也可以使用36.864M，這個頻率是1.8432M的20倍.2.2 用戶板電路介紹2.2.1數模轉換和放大部分電路圖如上圖所示,此接法是用DAC0832的直通方式,只要二進制數據送到DAC0832的數據口,則會自

11、動把數據轉為相應的電壓.但運放是如圖的電壓則輸出一般不可能達到基準電壓.要想達到基準電壓則要提高運放的電壓.當基準為負是,只要提高運放的正電壓就可以使輸出達到基準電壓了,當基準為正是,則為提高運放的負電壓,一般的運放提高兩伏就可以了,但不同的運放會有些區別.2.2.2 LM317標準應用電路LM317的輸出電壓：Vout=1.25V（1+R2/R1）+IAdj控制在小于100uA，IAdjR2這一項的誤差在多數的應用中可以忽略，這使得輸出電壓為Vout=1.25V（1+R2/R1）。2.2.3按鍵部分方案一：采用矩陣鍵盤，由于按鍵多可實現電壓值的直接鍵入。 方案二：采用一般的電平判鍵

12、按鈕，實現方法很簡單，但一個端口最多只實現8個按鍵。 由于本數控電源需要用的按鍵不多，要實現步進為0.1V的設計要求，只需用一個“+”和一個“-”按鍵，另外再加兩個按鍵用于實現固定電壓輸出，按鍵時可直接輸出相應電壓。4個按鍵就可實現本題的設計要求，固采用方案二。2.3 主要器件介紹2.3.1 1602字符型LCD基本參數及引腳功能簡介 字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數字、符號等點陣式LCD，目前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模塊。1602LCD分為帶背光和不帶背光兩種，基控制器大部分為HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應用中并無差別。圖

13、10-54 1602LCD尺寸圖1602LCD主要技術參數：顯示容量:16×2個字符芯片工作電壓:4.55.5V工作電流:2.0mA(5.0V)模塊最佳工作電壓:5.0V字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm引腳功能說明：1602LCD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10-13所示:編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2數據2VDD電源正極10D3數據3VL液晶顯示偏壓11D4數據4RS數據/命令選擇12D5數據5R/W讀/寫選擇13D6數據6E使能信號14D7數據7D0數據15BLA背光源正極8D1數據16B

14、LK背光源負極表10-13引腳接口說明表：第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：VL為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調整對比度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數據寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平R/W為高電平時可以讀忙信號，當RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數據。第6腳：E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執行命令。第

15、714腳：D0D7為8位雙向數據線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負極。2.3.2 1602LCD的指令說明及時序1602液晶模塊內部的控制器共有11條控制指令，如表2.3.2.1所示：序號指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清顯示00000000012光標返回000000001*3置輸入模式00000001I/DS4顯示開/關控制0000001DCB5光標或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符發生存貯器地址0001字符發生存貯器地址8置數據存貯器地址001顯示數據存貯器地址9讀忙標志或地址01BF計數器地址10寫數到CGRAM或DDRAM

16、）10要寫的數據內容11從CGRAM或DDRAM讀數11讀出的數據內容表2.3.2.1控制命令表1602液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現的。（說明：1為高電平、0為低電平）指令1：清顯示，指令碼01H,光標復位到地址00H位置。指令2：光標復位，光標返回到地址00H。指令3：光標和顯示模式設置 I/D：光標移動方向，高電平右移，低電平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。指令4：顯示開關控制。 D：控制整體顯示的開與關，高電平表示開顯示，低電平表示關顯示 C：控制光標的開與關，高電平表示有光標，低電平表示無光標 B：控制光標是否閃爍，

17、高電平閃爍，低電平不閃爍。指令5：光標或顯示移位 S/C：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標。指令6：功能設置命令 DL：高電平時為4位總線，低電平時為8位總線 N：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示 F: 低電平時顯示5x7的點陣字符，高電平時顯示5x10的點陣字符。指令7：字符發生器RAM地址設置。指令8：DDRAM地址設置。指令9：讀忙信號和光標地址 BF：為忙標志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數據，如果為低電平表示不忙。指令10：寫數據。指令11：讀數據。與HD44780相兼容的芯片時序表如下：讀狀態輸入RS=L，R/W=H，E=H輸出D0D7=狀態字寫指令輸入RS

18、=L，R/W=L，D0D7=指令碼，E=高脈沖輸出無讀數據輸入RS=H，R/W=H，E=H輸出D0D7=數據寫數據輸入RS=H，R/W=L，D0D7=數據，E=高脈沖輸出無基本操作時序表：讀寫操作時序如圖2.3.2.2和2.3.2.3所示：圖2.3.2.2 讀操作時序圖2.3.2.3 寫操作時序 2.3.3 1602LCD的RAM地址映射及標準字庫表液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，所以在執行每條指令之前一定要確認模塊的忙標志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符，圖2.3.3.1是1602的內部顯示地址。圖2.3.3.1 1602LCD

19、內部顯示地址例如第二行第一個字符的地址是40H，那么是否直接寫入40H就可以將光標定位在第二行第一個字符的位置呢？這樣不行，因為寫入顯示地址時要求最高位D7恒定為高電平1所以實際寫入的數據應該是01000000B（40H）+10000000B(80H)=11000000B(C0H)。在對液晶模塊的初始化中要先設置其顯示模式，在液晶模塊顯示字符時光標是自動右移的，無需人工干預。每次輸入指令前都要判斷液晶模塊是否處于忙的狀態。1602液晶模塊內部的字符發生存儲器（CGROM）已經存儲了160個不同的點陣字符圖形，如圖10-58所示，這些字符有：阿拉伯數字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等

20、，每一個字符都有一個固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時模塊把地址41H中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”圖2.3.3.2 字符代碼與圖形對應圖1602LCD的一般初始化（復位）過程延時15mS寫指令38H（不檢測忙信號）延時5mS寫指令38H（不檢測忙信號）延時5mS寫指令38H（不檢測忙信號）以后每次寫指令、讀/寫數據操作均需要檢測忙信號寫指令38H：顯示模式設置寫指令08H：顯示關閉寫指令01H：顯示清屏寫指令06H：顯示光標移動設置寫指令0CH：顯示開及光標設置2.4 dac0832中文資料引腳圖電路原理DAC0832是采樣頻率

21、為八位的D/A轉換器件,下面介紹一下該器件的中文資料以及電路原理方面的知識。DAC0832內部結構資料:芯片內有兩級輸入寄存器，使DAC0832具備雙緩沖、單緩沖和直通三種輸入方式，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)。D/A轉換結果采用電流形式輸出。要是需要相應的模擬信號，可通過一個高輸入阻抗的線性運算放大器實現這個供功能。運放的反饋電阻可通過RFB端引用片內固有電阻，海可以外接。 該片邏輯輸入滿足TTL電壓電平范圍，可直接與TTL電路或微機電路相接，下面是芯片電路原理圖DAC0832引腳圖和內部結構電路圖DIP塑封引腳圖引腳功能  圓形金屬殼封裝管腳圖

22、圖3 內部電路原理圖LM358內部包括有兩個獨立的、高增益、內部頻率補償的雙運算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工 作條件下，電源電流與 電源電壓無關。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模組,音頻放大器、工業控制、DC增益部件和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合。 LM358的封裝形式有塑封8引線雙列直插式和貼片式。 特性(Features)： 內部頻率補償。直流電壓增益高(約100dB)。單位增益頻帶寬(約1MHz)。電源電壓范圍寬：單電源(330V)；雙電源(±1.5一±15V)。低功耗電流，適合于電池供電。低輸入

23、偏流。低輸入失調電壓和失調電流。共模輸入電壓范圍寬，包括接地。差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍。 輸出電壓擺幅大（0至Vcc-1.5V) 。 參數：輸入偏置電流45 nA 輸入失調電流50 nA 輸入失調電壓2.9mV輸入共模電壓最大值VCC1.5 V 共模抑制比80d 電源抑制比100dB LM317是美國國家半導體公司的三端可調正穩壓器集成電路。LM317的輸出電壓范圍是1.2V至37V，負載電流最大為1.5A。它的使用非常簡單，僅需兩個外接電阻來設置輸出電壓。此外它的線性調整率和負載調整率也比標 準的固定穩壓器好。LM317內置有過載保護、安全區保護等多種保護電路

24、。通常LM317不需要外接電容，除非輸入濾波電容到LM317輸入端的連線超過6英寸（約15厘米）。使用輸出電容能改變瞬態響應。調整端使用濾波電容能得到比標準三端穩壓器高的多的紋波抑制比。LM317能夠有許多特殊的用法。比如把調整端懸浮到一個較高的電壓上，可以用來調節高達數百伏的電壓，只要輸入輸出壓差不超過LM317的極限就行。當然還要避免輸出端短路。還可以把調整端接到一個可編程電壓上，實現可編程的電源輸出。特性簡介： 可調整輸出電壓低到1.2V。保證1.5A輸出電流。典型線性調整率0.01%。典型負載調整率0.1%。80dB紋波抑制比。輸出短路保護。過流、過熱保護。調整管安全工作區保

25、護。標準三端晶體管封裝。電壓范圍：   LM317 1.25V至37V連續可調。  標注應用電路3 系統程序設計3.1程序流程圖 主程序流程圖 3.2程序設計#include <reg52.h> #define uchar unsigned char  #define uint unsigned intunsigned char code ziku20=  0xc0,0xf9,0xa4,0xb0

26、,0x99, /0,1,2,3,4,  0x92,0x82,0xD8,0x80,0x90, /5,6,7,8,9, 0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86, /A,B,C,D,E 0x8e,0x7f,0xbf,0x89,0xff /F,.,-,H,NULL /0    1    2    3     4  &

27、#160; 5    6    7   8    9     uchar buff2; uchar voltage; uchar ans; uchar x,y; sbit key16 = P10; sbit key8 = P11; 

28、;sbit keyadd = P12; sbit keysub = P13; sbit OUT0 = P20; sbit OUT1 = P21; sbit OUT2 = P22; sbit OUT3 = P23; sbit OUT4 = P24; sbit OUT5 = P25; 

29、;sbit OUT6 = P26; sbit OUT7 = P27; sbit L1 = P36; sbit L2 = P37; /- /函數名稱: delay /功能描述:延時(N*8+6) /- void delay(uint N)  uint i; for(i=0;i<N;i+)   &

30、#160; /*函數名：getbuff 功能：將電壓值轉化為顯示碼存入buff*/ void getbuff(void)  x = voltage/10; y = voltage%10; buff1 = zikux; buff0 = zikuy;  /*函數名：display 功能：顯示buff*/ void display(void)  L1 =

31、 0; P0=buff0; delay(200); L1 = 1; L2 = 0; P0=buff1; delay(200); L2 = 1;  /*函數名：key 功能：鍵盤掃描和設置*/ /*按下P1.0：輸出15V 按下P1.1：輸出1V */ /*按下P1.2：輸出加1V 按下P1.3：輸出減1V */ void key(void)

32、0; key16 = 1; key8 = 1; keyadd = 1; keysub = 1; if(P1&0x0f)!=0x0f)/有鍵按下  delay(200);/延時去抖動 if (ans=(P1&0x0f)!=0x0f)  do;while(P1&0x0f)!=0x0f);/ 等待鍵放松 switch (ans)  case

33、 0x0e:voltage=12;break; case 0x0d:voltage=5;break; case 0x0b:if(voltage<15) voltage+;break; case 0x07:if(voltage>2) voltage-;break; default:break;     /*函數名：DAC 功能：直通方式DA轉換*/ void DAC(void)  uch

34、ar temp; temp = voltage*16-20;  OUT0 = temp%2; temp = temp/2;  OUT1 = temp%2; temp = temp/2;  OUT2 = temp%2; temp = temp/2;  OUT3 = temp%2; temp = temp/2;  OUT4 = temp%2; temp = temp/2;  OUT5 = temp%2; temp = temp/2;  OUT6 = temp%2; temp = temp/2;  OUT7 = temp%2;  void main(vo