前言
数控直流电源是一种常见的电子仪器，广泛应用于电路，教学试验和科学研究等领域。目前使用的可控直流电源大部分是点动的，利用分立器件，体积大，效率低，可靠性差，操作不方便，故障率高。随着电子技术的发展，各种电子，电器设备对电源的性能要求提高，电源不断朝数字化，高效率，模块化和智能化发展。以单片机系统为核心而设计的新一代——数控直流电源，它不但电路简单，结构紧凑，价格低廉，性能优越，而且由于单片机具有计算和控制能力，利用它对数据进行各种计算，从而可排除和减少模拟电路引起的误差，输出电压和限定电流采用数输入采用键盘方式，电源的外表美观，操作使用方便，具有较高的使用价值。
本设计的题目是高精度数控直流电源。要求有一定输出电压范围和功能的数控电源。关键电路有三个：一是输出电路，要求如何实现0—9.999V步进0.001V，而且稳压特性要优良，输出电压的误差要尽量小。二是数控电路，它应当有点动和自动扫描两种工作方式，能有效的控制输出电压，并显示它，三是扩展输出电路，从题目分析，它应当是一种信号源。本设计论文是以单片机为核心设计的。
第一章概述
1.1 系统方框图
简易数控直流电源由显示电路部分、数控电路部分、输出电路部分、直流电源部分构成。具有一定电压范围和功能，可以实现输出电压从0V到+9.999V之间的变换，按键一下，步进0.001V。其系统方框图如图1.1所示
图1.1 简易数控直流电源方框图
1.2系统电路工作原理
本电路主要是通过89C51单片机控制输出电压大小变化，以实现设计要求的。
89C51单片机将数据由TXD、RXD两端口串行送入到74LS244驱动器中，并通过四位LED显示之。单独设置的“增”、“减”两个键由并口进行检测。按“+”键步进0.001V，按“—”键减少0.001V。
DAC82 D/A转换器接收89C51单片机数据总线传送的数据，并根据它来确定输出电压。在89C51单片机程序控制下，89C51开机后先自动复位，运行的过程中在送去显示的同时，送入DAC82，并产生相同的输出电压，然后不断循环检测两键是否按下，如果检测到有键按下，将使显示值和输出电压相应增减0.001V，如果检测到按键时间超过0.5s，则认为需要大幅度连续增减，此时将使显示值和输出电压以0.01的步进相
应增减。
第二章整体电路设计
在构成系统的各主要电路方案确定以后，需要进行以下二步工作：首先应把各主要电路具体化，即对其进行详细设计，确定其构成；其次，将各主要电路联系起来而形成整体电路。
2.1数控电路部分
数控电路的实现方法就是由单片机AT89C51控制数模转换器DAC0832的方法来实现。单片机一边监测键盘一边显示当前输出电压值,并向数模转换器输出当前设定值。当键盘中控制输出电压的增减键被按下时,单片机就会对设定值进行相应的增减操作,并将修改之后的设定值送给数模转换器,更新输出电压为当前设定值。
2.1.1 89C51基本结构与工作原理
AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51 ? 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
89C51内含8位CPU；广泛的步尔处理能力；32根双向且分别寻址的I/O线；128字节内部RAM数据存储器；2个16位定时器/计数器；一个全双工异步串行口；两个中断优先级；5个中断源；片内有时钟振荡器；4K字节片内ROM程序存储器；可寻址64KB程序存储器和64K字节外部数据存储空间。
一、并行输入/输出（I/O）端口及引脚
1.电源引脚V
cc 和V
ss
V
CC
接+5V电压
V
ss
接地
2 ．外接晶体引脚XTAL1和XTAL2
XTAL1 接外部晶体的一个引脚。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成3片内振荡器。当采用外部振荡器时，此引脚应接地。
XTAL2 外接晶体的另一端。在单片机内部接反相器的输出端，采用外
部振荡器时，该引脚外部振荡器的信号，即把外部振荡器的信号接内部时钟发生
器的输入端。
图2.189C51引脚
3 ．控制或与其它电源复用的引脚RST/VPD、ALE/PROG、PSEN和EA/VPP
（1） RST/VPD:当振荡器运行时，在此引脚上出现两个机器周期的高电平将
使单片机复位。推荐在此引脚与V
引脚之间连接一个约8.2KΩ的下拉电阻，与
ss
V CC引脚之间连接一个约10μF的电容，以保证可靠地复位。
掉电期间，此引脚可接上备用电源，以保持内部RAM的数据步丢失。
V
CC
当V
主电源下掉到低于规定的电平，而VPD字其规定的电压范围（5±0.5V）内，CC
VPD就向内部RAM提供备用电源。
（2）ALE/PROG：当访问外部存储器时，ALE（允许地址锁存）的输出用用于锁存地址的低位字节。即使步访问外步存储器，ALE端仍以不变的频率周期性地出现正脉冲信号，此频率为振荡器的1/6。因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时目的。然而要注意的是，每当访问外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。ALE端可以驱动8个LS型的TTL输入电路。
（3）PSEN: 此脚的输出是外部程序存储器的读选通信号在从外部程
序存储器取指令（或常数）期间，每个机器周期两次PSEN有效，但在此期间，
每当访问外部数据存储器时，这两此有效的PSEN信号将不出现。PSEN同样可以驱动8个LS型的TTL输入。
（4）．EA/VPP：当EA端保持高电平时，访问内部程序存储器，但在PC（程
序计数器）值超过0FFFH时，将自动转向执行外部程序存储器内的程序。当EA 保持低电平时，则只访问外部程序存储器，不管是否有内部程序存储器。
4 .输入/输出（I/O）引脚P0、P1、P2、P3（共32根）
（1）. P0 口：是双向8位三态I/O口，在外部存储器时，与地址总线的低8位及数据总线复用，能以吸收电流的方式驱动4个LS TTL负载。
（2）P1口：是8位准双向I/O口。由于这种接口输出没有高阻态，输入也不能锁存，故不是真正的双向I/O口。P1口能驱动4个LS TTL负载。
（3）.P2口：是8位准双向I/O口。在访问外部存储器时，它可以作为扩展电路的高8位地址总线送出高8位地址。
表 2.1 P3口的第二功能
（4）P3口：是8位准双向I/O口，这8个引脚还可以用作专门功能，是复位双向功能口。P3能驱动4LS TTL个负载。
作为第一功能使用时，就作为普通I/O口用，功能和操作方法与P1口相同。
P3口的每一条引脚均可以独立为第一功能的输出或第二功能.
二、时钟电路
（1）时钟信号的产生
89C51单片机内有时钟电路，因此，只要在片外通过XTAL1和XTAL2引脚接入定时控制器件（晶体振荡器和电容），即可构成一个稳定的自激振荡器。时钟电路由振
荡器及定时元件、时钟发生器、地址锁存允许信号ALE 。
在89C51芯片内有一个增益反向放大器，其输入端为芯片引脚XTAL1，其输出端为芯片引脚XTAL2。只需要在片外通过XTAL1和XTAL2引脚跨接晶体振动器和微调，形成反馈电路，振动器即可工作。
1C 和2C 虽没有严格要求，但是电容大小影响振荡器振荡的稳定性和起振的快速
性，通常选择在10~30 f p ，当由外部输入时钟信号时，外部信号接入XTAL1端，XYAL2端悬空不用。对外部信号的占空比没有要求，高低电平持续时间应小于20ns 。 三、程序存储器
89C51单片机系列的存储器采用的是哈佛（HAR ——V ARD ）结构，即将程序存储器和数据存储器截然分开，程序存储器和数据存储器各有自己的寻址方式、寻址空间和控制系统。
在89C51单片机设有64K 字节的片内，外部程序存储空间；64K 字节的外部数据存储器寻址空间；256(或384)字节的内部数据存储器寻址空间。（其中包括特殊功能寄存器寻址空间）等三种基本寻址空间。
89C51单片机的程序存储器用于存放经调试正确的应用程序和表格之类的固定常数。由于采用16 位的程序计数器PC 和16位的地址总线，因而其可扩展的地址空间为64k 字节，而且这64k 地址空间是连续统一的。
整个程序存储器可分为片内和片外两部分CPU 访问片内和片外存储器，可由引脚所接的电平确定：引脚接高电平时，程序从内部存储器开始执行，即 访问片内存储器，当PC 值超出内部ROM 容量时会自动转向外部存储器空间执行。____
EA 引脚 电平时，迫使系统全部执行外部程序存储器程序。 四 ：复位方式
复位是单片机的初始化操作，其主要功能是PC 初始化为0000H ，使单片机从0000H 单元开始执行程序，除了进入系统的正常初始化之外，由于程序运行出错或操作错误使系统处于无锁状态时，为了摆脱困境，也需按键从新启动。
复位操作还对单片机的个别引脚信号有影响，如在复位期间，ALE 和信号度为无效状态，即ALE=1,PSEN=1
RST 引脚是复位信号的输入端，复位信号是高电平有效，其有效时间应将连续24个周期（两个机器周期）以上。若使用频率为6MHz 的晶振，则复位信号持续时间应超过4uS 才能完成复位操作；
整个复位电路包括芯片内外两部分。外部电路产生复位信号（RST）送施密特触发器，在由片内复位电路在每个机器周期的S5P2时刻对施密特触发器的输出进行采样，然后，才得到内部复位操作所需要的信号。
图 2. 2 上电自动复位电路
这种复位电路的工作原理是：通电时，电容两端相当于是短路，于是RST引脚上为高电平，然后电源通过电阻对电容充电，RST端电压慢慢下降，降到一定程序，即为低电平，单片机开始正常工作。上电自动复位是通过外部复位电路的电容来实现V上升时间不超过1ms，就可以实现自动上电复位，即可接通电源的。这样，只要
CC
就完成了系统的复位初试化。
2.2 显示部分电路设计
显示接口用于实现单片机应用系统中的数据输出和状态的反馈。本设计采用LED数码管和74LS244八位进行输出串行移位寄存器，两位LED显示电路由单片机89C51串行口送入数值（输入电压）。
3.2.1 LED数码管显示器
LED显示器有共阴极和共阳极两种。共阴极LED显示的发光二极管的阴极连接在一起，通常此公共阴极接地，当一个发光二极管的阳极为高电
平时，发光二极管变亮，相应的段被显示。同样，共阳极LED显示块的发
光二极管的阳极连接在一起，通常此公共阳极接正电压。当一个发光二极
管的阴极接低电平时，发光二极管被点亮，相应的段被显示。
表2.2 为7段LED字型码
因此，要在LED数码管上显示器上显示某字符，必须向其公共端及各段加正确的电压。对公共端的施压操作称为位选，对各段的操作称为段选，段选码也称为字型码。字型码可以根据显示字符的形状和各段的顺序得出。例如，显示字符“0”时a、b、c、d、e、f点亮，g、dp熄灭，如果在一个字节的字型码中，各段的顺序由低到高为a、b、c、d、e、f、g和dp则可以得到字符“0”的共阴极字型码为3FH，共阳极字型码为0C0H。其他的字型码可以通过相同的方法得出。
3.2.2 LED静态显示方式及接口
在单片机应用系统中，显示器显示常用两种方法：静态显示和动态扫描显示。所谓静态显示，就是每一个显示器都要占用单独的具有锁存功能的接口用于笔划段字形代码。这样单片机只要把要显示的字形代码发送到接口电路，就不用管它了，直到要显示新的数据时，再发送新的字形码。可以提供单独锁存的接口电路很多。
LED显示器工作于静态显示方式时，各位的共阴极（或共阳极）连接在一起并且接地（或+5V）。每位的段选线（a~dp）分别与一个8 位的锁存输出相连，之所以称为静态显示，是由于显示器中的各位的显示字符一经确定，相应锁存器的输出将维持不变，直到显示另一个字符为止。也因为如此，静态的亮度都比较高。
静态显示的好处在于：显示稳定；在发光二极管导通电流一定的情况下显示器的亮度大；系统运行过程中，在需要更新显示内容时，CPU才去执行显示更新子程序，这样节约了CPU的时间，提高了CPU的工作效率。不足是占有硬件资源较多，每个LED数码管需要独占8条输出线。
3.2.3 由74LS244扩展并行输出口
74L244为8同相三态数据缓冲器/驱动器，其内部用肖特基二极管技术实现，具有功耗低、速度快和适应大多数电路设计等特点。图2.7为其引脚图，其工作方式如表2.1，内部结构如图2.8。
图2.7 74LS244引脚图
使用74LS244时的引脚可以分为两组，每组4条输入线（A1~A4）。1G和2G分别为每组的三态门势能端。一般应用是将74LS244作为8线输入/输出接口器件，因此，将1G和2G连在一起并接低电平，此时74LS244始终处于门通状态，在本设计的装置中就处于这种状态。如果74LS244在系统中并不处于门通状态，而是在需要读或写数据时才打开缓冲门，则须采用地址编码线配合进行
读或写操作。在芯片当中20脚为电源，10脚为接地。
表2.1 74LS244工作方式
图2.8 74LS244内部结构图
3.3 输出电路部分
3.3.1 输出电路设计思路
本设计对输出电压的精度无明确的要求，所以DAC 采用8位的DAC0832。它工作在电压输出模式。基准电压为5V 的LM336。由于激光校正技术，LM336输出电压容差是比较小的。为保证其工作电流，在0832的R fb 和I OUT1并联了一只5.1K 的限流电阻。0832的1WR 和2WR 并联到8031的WR 端，故其内部的两个缓冲寄存器同时工作，即数据一旦写入将直接反映到模拟输出。由于CS 和XFER 接到A0端，故0832被看作MCU 外部数据存储器的地址为FFFH （非单一地址）。差动输入的运算放大器采用可
调零的TL081。反馈电阻W2使用电位器以调整运算放大器增益，即数字～模拟量的传送系数。W1和W2必须使用多圈微调电位器，以便精确地进行调整，由于
U O=U DAC +U O=
5128
n
D ?（V ） 所以 D n =
128
5O
U ?
即要产生某一电压U O 所对应输入到DAC 的数字值应由上式计算出来，也就是说在程序应该有一个应与上述计算的标度变换程序。
3.3.2 MCS-51单片机与8位DAC0832转换器接口技术
一 DAC0832技术指标
DAC0832是美国国家半导体公司（NSC ）的产品，是一种具有两种输
入数据寄存器的8位D/A 转换器，它能直接与MCS-51单片机相接口，不需要附加任何其他I/O 接口芯片。其主要技术指标如下：
※ 分辨率8位； ※ 电流稳定时间1μS ；
※ 可双缓冲，单缓冲或直接数字输入； ※ 只需在满量程下调整其线性度； ※ 单一电源供电（+5V~+15V ）； ※ 低功耗，200mW ；
DAC0832是DAC0830系列产品的一种，其它产品有DAC0830、DAC0831
等，它们都是8位D/A 转换器，完全可以相互代换。 二 DAC0832的结构及原理
DAC0832采用CMOS 工艺，具有20个引脚双列直插式单片8位D/A 转
换器，其结构如下图所示。
VREF IOUT2IOUT1
Rfb
图 3.3.1 DAC0832结构框图
它三部分组成：一个8位输入寄存器，一个8位DAC 寄存器和一个8位D/A 转换器组成。在D/A 转换器中采用的是T 型R-2R 电阻网络。DAC0832器件由于由两个可以分别控制的数据寄存器，使用时有较大的灵活性。可以根据需要连接成多种工作方式。它的工作原理简述如下：
在图中，LE 为寄存命令。当LE ＝1时，寄存器的输出随输入变化；LE ＝0时，数据锁存在寄存器中，而不随输入数据的变化而变化。
由此可见，当ILE ＝1，CS =0, 1WR =0时，1LE =1,允许数据输入，而当1WR =1时，1LE =0，则数据被锁存。能否dsa/A 转换，除了取决于1LE 外，还要依赖于2LE
由图中可以知道，当2WR 和XFER 均为低电平时，2LE .＝1，此时允许D/A 转换，否则2LE .＝0，将数据锁存于DAC 寄存器中。
在使用时可以采用双缓冲方式（两级输入锁存），也可以用单缓冲方式（只用一级输入锁存，另一级始终直通），或者接成完全直通的形式。因此，这种转换器使用起来非常灵活方便。
三、DAC0832管脚功能 DAC0832的引脚排列，如下图 各管脚功能如下：
CS ： 输入寄存器选择信号，低电平有效。1WR 为输入
寄存器的写选通信号，输入寄存器的锁存信号1LE 由ILE CS 、
1WR 的逻辑组合产生。当ILE 为低电平时，CS 为高电平时，输入
锁存器的状态随数据输入线的状态变化，1LE 的负跳变将数据所得
ILE ： 入锁存允许信号（高电平有效）
1WR ： 第一级锁存写选通（低电平有效）。当1WR 为低电平时，用来将输入数据送到
输入锁存器；当1WR 为高电平时，输入锁存器重的数字被锁存；当ILE 为高电平，又必须时1WR 和CS 同时为低电平时，才能将锁存器中数据进行更新。以上三个控制信号构成第一级输入锁存。
2WR ： 第二级锁存写选通（低电平有效）。该信号与XFER 配合，可使锁存
器中的数据传送到DAC 寄存器中进行转换。
XFER ：
数据传送信号，低电平有效。
2WR 为DAC 寄存器的另选通信号。 DAC 寄存器的锁存信号2LE ,由XFER 、2WR 的逻辑组合产生。当XFER 为低
电平，2WR 输入负脉冲，则在2LE 产生正脉冲；2LE 为高电平时，DAC 寄存器的输出和输入的寄存器的状态一致，2LE 负跳变，输入寄存器的内容打入DAC 寄存器。]
D0~D7： 数据输入量。D0是最低位（LSB ），D7是最高位（MSB ）。 I OUT1(IO1)：电流输出1。当DAC 寄存器为全1时，表示I OUT1为最大值，当DAC 寄存器为全0时，表示I OUT1为0。
I OUT2(IO2)：DAC 电流输出2.I OUT2为常数减去I OUT1,或者I OUT1+I OUT2=常数。在单极性输出时，I OUT2通常接地。
R fb ：： 内部集成反馈电阻，为外部运算放大器提供一个反馈电压。R fb 可由内部提供，也可由外部提供。
V REF ： 参考电压输入，要求外部接一个精密的电源。当V REF 为±10V （或
±5V ）时，可获得满量程四象限的可乘操作。
V CC ： 数字电路供电电压，一般为+5V ～+15V AGND ： 模拟地； AGND ： 数字地
这是两种不同的地。但是在一般情况下，这两个地最后总有一点接在一起，以便提高抗干扰能力。 四
单缓冲器方式接口
这种接口电路主要应用于一路D/A 转换或多路D/A 转换器不同步输出的场合。如上图接口电路使两个寄存器同时选通及锁存；即将ILE 接高电平，______
1WR 和
______
2WR 与单片机的____WR 连接，_____CS 和________
XFER 与 P2.7口连接。
执行下面几条指令，就完成了一次D/A 转换：
MOV DPTR, #7FFFH ；指向DAC0832 MOV A, #DATA ；数字量先装入累加器
MOVX @DPTR ,A ；数字量从P0口到P2。7所指向的地址，
WR 有效时
；完成一次D/A 输入与转换
DAC0832需要电压输出时，可以简单地使用一个运算放大器连成单极性输出形式。输出电压 8();2
in
out REF D V V =
?- 当5REF V V =-时，out V 输出范围为0--5V ，选择DAC0832的最重要的理由有两点；第一，其内部具有锁存器，第二，其内部具有二级锁存。
五：D/A 转换器的单极性输出
下图是DAC0832与89C51单片机的接口电路
图 3.3.3 DAC0832与89C51单片机的接口电路
该图中DAC0832的输出端连接成单极性输出电路。其输入端连接成单缓冲型接口电路。它主要应用于只有一路模拟输出，或几路模拟量不需要同步输出的场合。这种接口方式，将二级寄存器的控制信号并接，输入数据在控制信号作用下，
直接打入DAC 寄存器中，并由D/A 转换成输出电压。
ILE接+5V, ______
1
WR和
______
2
WR同时连接到89C51单片机的
____
WR端口，
___
CS和
_______
XFER
相连接到地址线P2.7,DAC0832芯片也作为89C51单片机的I/O端口，口地址为7FFFH,CPU对它进行一次写操作，把一个数据直接写入DAC 寄存器，DAC0832便输出一个新的模拟量，执行下面一段程序，DAC0832输出一个新的模拟量，数据存放于R3中。
程序段：
MOV DPTR，#7FFFH
MOV A，R3
MOVX @DPTR,A
CPU执行MOVX @DPTR,A指令时。便产生写操作，更新了DAC寄存器内容，输出一个新的模拟量。在单极行输出方式下，当Vref接-5V（或+5V）时，输出电压范围是0--+5V（或0--+5V）。
3.3.3 TL081运放简介
TL081是单运放；使用是应注意：三种运放的两个输入端加上比负共模电压更低的电压时，输出电压便倒相，使运放不受控制（变为高或低并保持不变）。如果俩输入端都加上比负共模电压更低的电压时，集成运放便会输出“高”。因此，在具有正反馈的电路中，应限制输入端出现过大的电压，以防止上述现象发生。在反相端输入的线性放大器中不会出现上述的故障。由于运放的输入电阻大，速度高，应对供电加去耦电路
3.4 稳压电源
直流稳压电源采用通常的桥式全波整流，单电容滤波，三端固定稳压器件。输出电路由+15V稳压供给，从而大大提高了电压调整率和负载调整率等指标。所有的集成稳压器根据功耗均安装有充分裕量的散热片。
其中主输出7805公共端所加电容C1是为了消除可能存在的自激和干扰。
第四章软件
4.1 89C51资源分配
TXD，RXD 以串口方式0输出接位移寄存器。
P3.2 “+”键
P3.3 “—”键
P0.0~P0.3 预置BCD码输入（低位—十分位）
P0.4~P0.7 预置BCD码输入（高位—个位）
FFFEH DAC地址
42H D输出电压数值寄存
41H 显示缓冲寄存，BCD码
4.2 显示接口编程原理
显示接口是常用的应用接口之一。显示接口的功能是为单片机应用系统用户提供必要的系统工作信息。
显示接口编程只要考虑这样两个方面：（1）显示形式。指系统向用户所表达的信息形式。如数码管显示形式；（2）显示驱动方式。显示驱动方式主要有静态显示和动态显示。所谓的静态显示方式是指单片机系统内核只负责向显示接口，提供显示信息，而由接口电路自己来维持信息的显示，而动态显示是指单片机系统不仅要向显示接口提供显示信息，而且要驱动显示接口不断进行刷新以维持信息的显示。
4.2.1 LED数码管显示接口电路
如果应用系统需要显示十进制或十六进制数，则可以使用LED数码构成的显示接口电路。常用的7段LED数码管的结构如下图所示，其中，图（a）为外形图，图（b）为接线图。
图4.1 （a）外形图
图4.1（b）共阳极接线图
dp
图4.1（b）共阴极接线图
对数码显示接口的编程，要确定数码显示位数，数码管的段控制编码（简称段码的确定）及显示驱动方式三个问题。
（1）数码显示位数是有系统的需要决定的，如系统使用一个数码管，系统显示位数范围是十进制的0~9或二进制的0~F，如果系统使用的是两个数码管，系统显示范围是十进制的0~99或二进制的0~255（00H~FFH），本设计采用两个数码管显示。
（2）码管的段码数码管的段码也就是段控制码。它的确定是进行显示接口程的核心问题。如图4.1所示，LED数码管的a~g七个笔画段和小数点dp均为发光二极管，它们有共阴极和共阳极两种接法。七段发光二极管再加上一个小数点位，共8位代码，由一个数据字节提供。各数据位对应的关系如下表所示：
表4.1 数据位与显示位关系
对于共阴极接法，一般COM接低电平，则对于a~g各个接线端，哪个接线端接高电平，哪个LED发光。a~g七个接线段的不同组合，使数码关显示0~9，A~F等。用数据字代表a~g、dp的不同电平组合，就构成了共阴极LED数码管段码，简称阴码。
阳码和阴码互为反码。在编制显示驱动程序时，一般将要显示的数字或字母变为段码，将相应的段码输出到显示接口，数码管就会显示相应的数字或字母。
显示驱动方式决定单片机系统显示接口的结构及工作方式。显示接口的驱动方式有静态驱动和动态驱动两种方式。本设计采用静态驱动方式。
静态驱动方式若显示位数为N位，显示接口所需要的I/O口就为8 N条，显示器工作时，单片机系统只需将所要显示字符或字母的段码送入显示接口就可靠显示它们。
静态驱动方式下，显示接口的硬件资源虽然占用较多，但是系统进行静态驱动时，系统运行负担比较轻，运行效率高；在动态驱动下，虽然显示接口硬件资源占用比较少，但是系统不断对各个显示位进行定期刷新，系统运行负担比较重，运行效率
比较低。
静态显示编程中，既要建立数码关显示表外，还要在单片机内部RAM中开辟一个显示缓冲区，显示中的每一个字节对应一个数码显示位。应用程序将所要显示的数字或字母放显示缓冲区内，而显示驱动程序则将缓冲区的数字或字母转换为段码，并将段码送接口电路来正确显示。
本设计中显示缓冲区为片内RAM的20H、21H单片。其中20H对应个位显示，21H对应十位显示。
4.3 程序流程
本设计的程序流程图如附录二所示。
按下复位电路的“复位”按键，电路上电程序启动，首先进行初始化工作，由于输出电压是以0.001V做为基本单位的，故送往显示的数值自动在高位加入小数点。以后输出电压经标度变换后送DAC，由输出电压形成对应的输出电压。初始化以后程序将检测到有无键按下，若无键按下，则不断的进行检测，直到有键按下。检测到有键按下后，首先延时20ms进行去抖处理，按后判断是“+”还是“-”键？若为“+”键，则寄存器42H中的数据加1，再判断是否加至10000，若是则寄存器复0；否则将数据送去显示和输出。若判断为“-”键，则数据减1，再判断是否减至FFFFH，若是，则42H赋值为9999；否则将数据送去显示和输出。
显示和输出数据延时0.5s，再返回到键状态检测。这样只要点动“+”、“-”键的时间小于0.5s，则每次步进增减0.001V。若一直按键，只要时间超过0.5s，则以0.01步进大幅增减，至到松开按键为止。
第五章系统完善
5.1 关于单片机设计的几个问题
5.1.1 8031、8051、8751、89C51有什么区别
8031/8051/8751是Intel公司早期的产品。8031片内不带程序存储器ROM，使用时用户需外接程序存储器和一片逻辑电路373，外接的程序存储器多为EPROM的
2764系列。用户若想对写入到EPROM中的程序进行修改，必须先用一种特殊的紫外线灯将其照射擦除，之后再可写入。写入到外接程序存储器的程序代码没有什么保密性可言。
8051片内有4k ROM，无须外接外存储器和373，更能体现“单片”的简练。但是你编的程序你无法烧写到其ROM中，只有将程序交芯片厂代你烧写，并是一次性的，今后你和芯片厂都不能改写其内容。
8751与8051基本一样，但8751片内有4k的EPROM，用户可以将自己编写的程序写入单片机的EPROM中进行现场实验与应用，EPROM的改写同样需要用紫外线灯照射一定时间擦除后再烧写。
由于上述类型的单片机应用的早，影响很大，已成为事实上的工业标准。后来很多芯片厂商以各种方式与Intel公司合作，也推出了同类型的单片机，如同一种单片机的多个版本一样，虽都在不断的改变制造工艺，但内核却一样，也就是说这类单片机指令系统完全兼容，绝大多数管脚也兼容；在使用上基本可以直接互换。统称这些与8051内核相同的单片机为“51系列单片机”。
在众多的51系列单片机中，要算ATMEL、公司的AT9C51更实用，因他不但和8051指令、管脚完全兼容，而且其片内的4K程序存储器是FLASH工艺的，这种工艺的存储器用户可以用电的方式瞬间擦除、改写，一般专为 ATMEL AT89Cx 做的编程器带有这些功能。显而易见，这种单片机对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短。写入单片机内的程序还可以进行加密，这又很好地保护了你的劳动成果。虽然网上有人说AT89c51可以解密，但花费的代价均需万元左右！况且所有的单片机均可解密，只是费用多少的问题。再着，AT89C51目前的售价比8031还低，市场供应也很充足。
ATMEL公司的51系列还有AT89C2051、AT89C1051等品种，这些芯片是在AT89C51的基础上将一些功能精简掉后形成的精简版。AT89C2051取掉了P0口和P2口，内部的程序FLASH存储器也小到2K，封装形式也由51的P40脚改为20脚，相应的价格也低一些，特别适合在一些智能玩具，手持仪器等程序不大的电路环境下应用；AT89C1051在2051的基础上，再次精简掉了串口功能等，程序存储器再次减小到1k，当然价格也更低。
对2051和1051来说，虽然减掉了一些资源，但他们片内都集成了一个精密比较器，别小看这小小的比较器，他为我们测量一些模拟信号提供了极大的方便，在外加
几个电阻和电容的情况下，就可以测量电压、温度等我们日常需要的量。这对很多日用电器的设计是很宝贵的资源。
ATMEL的51、2051、1051均有多种封装，如AT89C51有PDIP、PLCC和PQFP/TQFP 等封装；2051/1051有PDIP和SOIC封装等。下图是部分封装实物。
由于51系列单片机的内核都一样，所以在51单片机教材方面目前仍然沿用Intel MCS 8051单片机的书籍。开发软件和工具也是一样，我们统称为8051开发系统、环境、等等，
单对AT89C51来说，在实际电路中可以直接互换8051\8751，替换8031只是第31脚有区别，8031因内部没有ROM，31脚需接地（GND），单片机在启动后就到外面程序存储器读取指令；而8051/8751/89c51因内部有程序存储器，31脚接高电平（VCC），单片机启动后直接在内部读取指令。也就是51芯片的31脚控制着单片机程序从内部读取还是从外部读取，31脚接电源，程序从内部读取，31脚接地，程序从外部读取，其他无须改动。另外，AT89C51替换8031后因不用外存储器，不必安装原电路的外存储器和373芯片。
5.2 误差分析
关于数控直流电源部分的误差。造成输出直流电压理论值与实际值之间误差原因有以下几种：
（1）由于本设计采用的是DAC数控输出电压方案，因此DAC由于扩散工艺所制做的权电阻的离散性是造成误差的固有因素，即DAC本身的非线性误差。
（2）由于在设置量DAC输入数字量D n之间的标度变换时必须取整而造成误差。采用位数更多的DAC能使此误差减小。
（3）主稳压器件7805的稳压输出值与5V之间的误差，此误差已经为运放TL081的调零电路加以修正。但由于此稳压输出在不同输入电压和不同负
载下并非一恒定量，所以仍然难以完全补偿。
本设计仅为功能设计，对软硬件抗干扰措施、电磁兼容性以及工艺设计等均未给予讨论，而实际产品上述问题必须认真进行。
基于单片机的数控直流稳压电源 一、引言 （1）题目要求： 利用LM317三端稳压器，设计制作一个数控稳压电源，要求： 1、输出电压：2-15V，步进0.1V，纹波≤10mV； 2、输出电流0.5A； 3、输出电压值由数码管显示，由“+”、“-”键分别控制输出电压的步进 （2）概况：直流稳压电源是电子技术常用的设备之一，广泛的应用于教学、科研等领域。传统的多功能直流稳压电源功能简单、难控制、可靠性低、干扰大、精度低且体积大、复杂度高。普通直流稳压电源品种很多．但均存在以下问题：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（如 1.02~1．03V)，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。常常通过硬件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。本文设计了一种以单片机为核心的智能化高精度简易直流电源，克服了传统直流电压源的缺点，具有很高的应用价值。 二、系统设计 （1）方案论证： 方案：采用单片机控制此方案采用 AT89C51单片机作为整机的控制单元，通过改变输入数字量来改变输出电压值。这里主要利用单片机程控输出数字信号，经过 D /A 转换器( DA0832)输出模拟量，然后使用运算放大器把电
流转换成电压，在通过三段稳压器LM317使得输出电压和输出电流达到稳压的目的。 方案论证： 1、输出模块：使用运算放大器做前级的运算放大器，由于运算放大 器具有很大的电源电压抑制比，可以减少输出端的纹波电压。使用LM317做电流稳压器，把电流稳定到0.5A。 2、数控模块：采用AT89C51单片机完成整个数控部分的功能，同 时,AT89C51作为一个智能化的可编程器件，便于系统功能的扩展。 3、显示模块：本来准备使用液晶显示，可是想想我们的层次不够， 液晶现实的额程序不会写，只能退而其次，选择使用单片机通过锁存器控制8段LED数码管直接显示，这样可以精确的显示输出电压。 （2）系统结构： 系统结构设计图如上图所示。该系统主要由单片机最小控制系统、显示电路、独立按键、D/A转换电路、放大电路和稳压电路组成。单片机设定预输出值，并可以通过独立键盘改变单片机的预设值。然后通过DAC0832转化为模拟量，再经过运算放大和稳压稳流电路最后输出预设电压值，通过LED显示能够直观的看到预设值。因为器材原因，我们设计的稳压电源采用的是外部稳压器提供的电源。这样虽然算不上是一个完整的数控直流稳压电源，但是，除了这点，我们设计的电源基本已经复合要求。
数控直流电源设计报告 模拟电路部分 第一部分系统设计 1.1 设计题目及要求 1)当输入交流电压为220v±10%时，输出电压在3-13v可调； 2)额定电流为0.5A，且纹波不大于10mV； 3)使用按键设定电压，同时具有常用电平快速切换功能（3v、5v、6v、 9v、12v），设定后按键可锁定，防止误触； 4)显示设定电压和测量电压，显示精度为0.01v。 1.2 总体设计方案 1.2.1设计思路 题目要求制作一个简易的可编程直流稳压电源，而我负责的是基础部分，即是电源。而要使得家用交流220v电压变成v、5v、6v、9v、12v的直流电压必然要先经过变压器将电压变小，再经过整流电路、滤波电路和稳压电路才能得到稳定的之路电压。于是基本功能部分全部电路由四部分组成：整流电路、滤波电路、稳压电路、稳压值选择电路、芯片供电电源。 1.2.2设计方案及论证比较 一、整流电路 方案： 1. 半波整流电路，用一支二极管就能构成，简单易行。所用元件数量极少，但是它只利用了交流电压的半个周期，所以输出电压低，交流分量大，效率低。因此这种电路只适合用于整流电流较小，对纹波电压（脉动）要求不高的场合。
2.全波整流，采用单线桥式整流电路。由四只二极管构成，具有输出电压高、纹波电压小、变压器利用率高等优点。 综上所述，虽然单线桥式整流电路所用到的元件较多，但由于元件成本并不高，加之性能大大优于半波整流电路，故选择后者。 二、滤波电路 方案： 1. 电容滤波。在电路中，当有电压加到电容器两端的时候，便对电容器充电，把电能储存在电容器中；当外加电压失去（或降低）之后，电容器将把储存的电能再放出来。充电的时候，电容器两端的电压逐渐升高，直到接近充电电压；放电的时候，电容器两端的电压逐渐降低，直到完全消失。电容器的容量越大，负载电阻值越大，充电和放电所需要的时间越长。这种电容带两端电压不能突变的特性，正好可以用来承担滤波的任务。 2.电感滤波。利用电感对交流阻抗大而对直流用抗小的特点，可以用带铁芯的线圈做成滤波器。电磁滤波输出电压较低，相输出电压波动小，随负载变化也很小，适用于负载电流较大的场合。 3复式滤波。把电容按在负载并联支路，把电感或电阻接在串联支路，可以组成复式滤波器，又叫π型滤波器。由电磁与电容组成的LC滤波器，其滤波效能很高，几乎没有直流电压损失，适用于负载电流较大、要求纹波很小的场合。但是，这种滤波器由于电感体积和重量大（高频时可减小），比较笨重，成本也较高，一般情况下使用得不多。由电阻与电容组成的RC滤波器结构简单，能兼起降压、限流作用，滤波效能也较高，是最后用的一种滤波器。 综合考虑，由于实验室没有提供电感元件，而且电容滤波完全可以得到较好的
广西理工职业技术学院 毕业设计（论文）题目：简易数控电源 系别：电气工程系 专业班级：11机电3班 姓名：X X X 学号：20114077 指导教师：X X 二〇一三年八月二十日
摘要：数控直流稳压源就是能用数字来控制电源输出电压的大小，而且能使输出的直流电压能保持稳定、精确的直流电压源；本文介绍了利用数/模转换电路、辅助电源电路、去抖电路等组成的数控直流稳压电源电路，详述了电源的基本电路结构和控制策略；它与传统的稳压电源相比，具有操作方便、电压稳定度高的特点，其结构简单、制作方便、成本低，输出电压在1～15V之间连续可调，其输出电压大小以0.05V步进，输出电压的大小调节是通过“＋”“－”两键操作的，而且可根据实际要求组成具有不同输出电压值的稳压源电路。该电源控制电路选用89C51单片机控制主电路采用串联调整稳压技术具有线路简单、响应迅速、稳定性好、效率高等特点。最后对文章进行了总结、致谢、参考文献文章最后对数控直流电源的主要性能参数进行了测定和总结，并对其发展前景进行了展望。 关键词：单片机（MCU)；数模转换器DAC；稳压输出
Abstract: Numerical control DC voltage source is to use numbers to control the output voltage, DC voltage source and the output DC voltage to remain stable, accurate; this paper describes the use of CNC digital / analog conversion circuit, auxiliary power circuit, debounce circuit of direct current voltage stabilized power supply circuit, introduces the basic circuit the structure and control strategy of power supply; compared with the traditional manostat, has the advantages of convenient operation, high voltage stability characteristics, which has the advantages of simple structure, convenient manufacture, low cost, the output voltage is adjustable continuously between 1 ~ 15V, its output voltage to 0.05V step, the size of the output voltage is regulated by "" + "-" two key operation, and according to the actual requirements of voltage source circuit is composed of different output voltage. The power control circuit adopts 89C51 single-chip control of the main circuit adopts serial voltage regulate technology has the advantages of simple circuit, quick response, good stability, high efficiency. Finally, the article summarized, acknowledgements, references at the end of this paper, main performance parameters of the numerical control DC power supply are studied and summarized, and its development prospect. Keywords: single chip microcomputer (MCU); digital to analog converter; voltage output DAC;
一、项目参加人员、负责内容以及技术特长： 二、项目背景 数控直流稳压电源是电子技术常用的设备之一，广泛的应用于教学、科研等领域。传统的多功能直流稳压电源功能简单、难控制、可靠性低、干扰大、精度低且体积大、复杂度高。普通直流稳压电源品种很多, 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。 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。电力电子技术是电能的最佳应用技术之一。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。随着计算机和通讯技术发展而来的现代信息技术革命，给电力电子技术提供了广阔的发展前景，同时也给电源提出了更高的要求。随着数控电源在电子装置中的普遍使用，普通电源在工作时产生的误差，会影响整个系统的精确度。电源在使用时会造成很多不良后果，世界各国纷纷对电源产品提出了不同要求并制定了一系列的产品精度标准。只有满足产品标准，才能够进入市场。 随着经济全球化的发展，满足国际标准的产品才能获得进出的通行证。数控电源是从80年代才真正的发展起来的，期间系统的电力电子理论开始建立。这些理论为其后来的发展提供了一个良好的基础。在以后的一段时间里，数控电源技术有了长足的发展。但其产品存在数控程度达不到要求、分辨率不高、功率密度比较低、可靠性较差的缺点。因此数控电源主要的发展方向，是针对上述缺点不断加以改善。单片机技术及电压转换模块的出现为精确数控电源的发展提供了有利的条件。新的变换技术和控制理论的不断发展，各种类型专用集成电路、数字信号处理器件的研制应用，到90年代，己出现了数控精度达到0.05V的数控电源，功率密度达到每立方英寸50W的数控电源。目前在电力电子器件方面，几乎都为旋纽开关调节电压，调节精度不高，而且经常跳变，使用麻烦。随着人们生活水平的不断提高,数字化控制无疑是人们追求的目标之一,它所给人带来的方便也是不可否定的,其中数控制直流稳压电源就是一个很好的典型例子。但人们对它的要求也越来越高,要为现代人工作、科研、生活提供更好的更方便的设施，就需要从数字电子技术入手，一切向数字化和智能化方向发展。
课程设计任务书 2015—2016学年第二学期 专业：电子信息工程（电子技术应用方向）学号：1401020023姓名：钮豪 课程设计名称：电子技术课程设计 设计题目：简易数控直流电源设计 完成期限：自2016 年6月13 日至2016 年 6 月26 日共 2 周 一、设计依据 本课题要求利用电子技术知识设计出一定输出电压范围和功能的数控电源。电路由数字控制部分、D/A转换部分、可调稳压部分组成。数字控制部分采用“+”“-”按键来分别调整控制输出电压步进增减，信号经过D/A转换后控制调整步进为0.1V，可输出0～+9.9V的稳定直流电压，并采用LED显示输出电压，同时预设一个复位按键来进行复位。通过本课题的练习，学生的综合知识应用能力、设计能力将有较大提高，对今后从事电子产品的研制、生产、经营维修等打下基础。 二、主要内容及要求 主要内容： 1、要求输出电压范围0～+9.9V、步进0.1V、波纹不大于10mv；输出电流500mA；输出电压值由数码管显示；由“+”、“-”两键分别控制输出电压步进增减；同时预设一个复位按键来进行复位；可自制一个稳定直流电源（输出±15V.+5V）。 2、设计要求画出电路原理图（或仿真电路图）；元器件及参数选择；电路仿真与调试；PCB文件生成与打印输出。 3、制作要求自行装配和调试，并能发现问题和解决问题。 4、撰写设计报告，写出设计与制作的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。 设计要求： 1、给出详细的总体设计方案； 2、完成各部分具体功能电路设计，包括“+”、“-”键控制的可逆计数器的设计、D/A 转换电路设计、可调输出设计、LED显示电路设计、自制稳压电源设计； 3、仿真、调试验证各部分设计的正确性； 4、整理设计成果，完成设计说明书的撰写。
1 引言 随着对系统更高效率与更低功耗的需求,电信与通信设备的技术更新推动电源行业中直流/直流电源转换器向更高灵活性与智能化方向发展。整流系统由以前的分立元件与集成电路控制发展为微机控制,从而使直流电源智能化,具有遥测、遥信、遥控的三遥功能,基本实现了直流电源的无人值守设计的直流稳压电源主要由单片机系统、键盘、数码管显示器、指示灯及报警电路、检测电路、D/A 转换电路、直流稳压电路等几部分,直流稳压电源就是最常用的仪器设备。 2 简易数控直流稳压电源设计 2、1 设计任务与要求 设计并制作有一定输出电压调节范围与功能的数控直流稳压电源。基本要求如下: 1．输出直流电压调节范围3~15V,纹波小于10mV 2．输出电流为止500m A、 3．稳压系数小于0、2。 4．直流电源内阻小于0、5Ω。 5．输出直流电压能步进调节,步进值为1V。 6．由“+”、“-”两键分别控制输出电压步进增的减。 2、2 设计方案 根据设计任务要求,数控直流稳压电源的工作原理框图如图1所示。主要包括三大部分:数字控制部分、D/A变换器及可调稳压电源。数字控制部分用+、-按键控制一可逆二进制计数器,二进制计数器的输出输入到D/A变换器,经D/A变换器转换成相应的电压,此电压经过放大到合适的电压值后,去控制稳压电源的输出,使稳压电源的输出电压以1V的步进值增或减。 图1简易数控直流稳压电源框图
2、3 电路设计 2.3.1 整流、滤波电路设计 首先确定整流电路结构为桥式电路;滤波选用电容滤波。电路如图2所示。 图2 整流滤波电路 电路的输出电压U I 应满足下式:U ≥U omax +(U I -U O )min+△U I 式中,U omax 为稳压电源输出最大值;(U I -U O )min 为集成稳压器输入输出最小电压差;U RIP 为滤波器输出电压的纹波电压值(一般取U O 、(U I -U O )min 之与的确良10%);△U I 为电网波动引起的输入电压的变化(一般取U O 、(U I -U O )min 、U RIP 之与的10%)。 对于集成三端稳压器,当(U I -U O )min=2~10V 时,具有较好的稳压特性。故滤波器输出电压值:U I ≥15+3+1、8+1、98≥22(V),取UI=22V 、根据UI 可确定变压器次级电压 U 2。 U 2=U I / 1、1～1、2≈(20V) 在桥式整流电路中,变压器,变压器次级电流与滤波器输出 电流的关系为:Ｉ2=(1、5～2)I I ≈(1、5～2)I O =1、5×0、5=0、75(A)、取变压器的效率η＝0、8,则变压器的容量为 P=U 2I 2/η=20×0、75/0、8=18、75(W) 选择容量为20W 的变压器。 因为流过桥式电路中每只整流三极管的电流为 I D =1∕2I max =1/2I Omax =1/2×0、5=0、25(A) 每只整流二极管承受的最大反向电压为 )(31%)101(202max 2V U U RM ≈+??== 选用三极管IN4001,其参数为:I D =1A,U RM =100V 。可见能满足要求。 一般滤波电容的设计原则就是,取其放电时间常数R L C 就是其充电周期的确2～5倍。对于桥式整流电路,滤波电容C 的充电周期等于交流周期的一半,即
C题：简易数控直流电源 一、任务 设计并制作具有一定输出电压范围和功能的数控直流电源。 二、要求 1.基本要求 1)输出电压：范围－5V～＋5V，步进0.1V，纹波≤10mV。 2)输出电压可预置在－5V～＋5V之间的任意一个值。 3)输出电流≥500mA。 4)数字显示输出电压值和电流值。 5)为实现上述几部件工作，自制稳压直流电源，输出±15V，＋5V。 2.发挥部分 1)用自动扫描代替人工按键，实现输出电压变化（步进0.1V不变）。 2)增加输出电流至1.5A。 3)输出电压调整率≤0.5%（输入电压220V变化范围＋15%～－20%下，空载到 满载）。 4)输出电流10mA～100mA可调。 5)其他 三、评分意见 数据分析 单位：V 负载电阻：50Ω/2W
简易数控直流电源（C题） 作者：胡泽志、黄晓岚、严军摘要：
该电源系统以ATMEGA8单片机为核心控制芯片，实现数控直流稳压电源功能的方案。设计采用8位精度的DA转换器DAC0832、精密基准源LM336-5.0、7805和两个CA3140运算放大器构成稳压源，实现了输出电压范围为－5V～+5V，电压步进0.1V的数控稳压电源，最大纹波只有6mV，具有较高的精度与稳定性。另外该方案只采用了3按键实现输出电压的方便设定，显示部分我们采用了诺基亚3310手机夜晶显示器来显示输出电压值和电流值。 关键词：数控直流稳压源 DAC0832 运算放大器CA3140 精密基准源LM336-5.0 诺基亚3310手机液晶A VR单片机Atmega8 1．系统方案选择和论证 1．1 题目要求 1．1．1 基本要求 6)输出电压：范围－5V～＋5V，步进0.1V，纹波≤10mV。 7)输出电压可预置在－5V～＋5V之间的任意一个值。 8)输出电流≤500mA。 9)数字显示输出电压值和电流值。 10)为实现上述几部件工作，自制稳压直流电源，输出±15V，＋5V。 1．1．2 发挥部分 1）用自动扫描代替人工按键，实现输出电压变化（步进0.1V不变）。 2）增加输出电流至1.5A。 3）输出电压调整率≤0.5%（输入电压220V变化范围＋15%～－20%下，空载到满载）。 4）输出电流10mA～100mA可调。 5）其他 1．1．3 说明
1引言 随着对系统更高效率和更低功耗的需求，电信与通信设备的技术更新推动电 源行业中直流/直流电源转换器向更高灵活性和智能化方向发展。整流系统由以 前的分立元件和集成电路控制发展为微机控制， 从而使直流电源智能化，具有遥 测、遥信、遥控的三遥功能，基本实现了直流电源的无人值守设计的直流稳压电 源主要由单片机系统、键盘、数码管显示器、指示灯及报警电路、检测电路、D/A 转换电路、直流稳压电路等几部分，直流稳压电源是最常用的仪器设备。 2简易数控直流稳压电源设计 2.1设计任务和要求 设计并制作有一定输出电压调节范围和功能的数控直流稳压电源。基本要 求如下： 1. 输出直流电压调节范围3~15V,纹波小于10mV 2. 输出电流为止500m A. 3 .稳压系数小于0.2。 4. 直流电源内阻小于0.5 Q 。 5. 输出直流电压能步进调节，步进值为 6. 由“ +”、“- ”两键分别控制输出电压步 进增的减。 2.2设计方案 根据设计任务要求，数控直流稳压电源的工作原理框图如图 要包括三大部分：数字控制部分、 D/A 变换器及可调稳压电源。数字 控制部 分用+、-按键控制一可逆二进制计数器，二进制计数器的输出输入到 D/A 变 换器，经D/A 变换器转换成相应的电压，此电压经过放大到合适的电压值后， 去控制稳压电源的输出，使稳压电源的输出电压以 1V 的步进值增或减。 1V 。 1所示。主 命压调￡电蜡
图1简易数控直流稳压电源框图
2.3电路设计 2.3.1整流、滤波电路设计 首先确定整流电路结构为桥式电路；滤波选用电容滤波。电路如图所示。 式中，U max为稳压电源输出最大值；(U-U o) min为集成稳压器输入输出最小电压差； U Rip为滤波器输出电压的纹波电压值(一般取U O、( U-U o) min 之和的确良10% ；△ U为电网波动引起的输入电压的变化(一般取U O (U-U o) min、U Rip之和的10%。 对于集成三端稳压器，当(U-U o) min=2~10V时，具有较好的稳压特性。故滤波器输出电压值：U > 15+3+1.8+1.98 >22(V),取UI=22V.根据UI可确定变压器次级电压U2。U 2=U/ 1.1 ?1.2 ~(20V) 在桥式整流电路中，变压器，变压器次级电流与滤波器输出电流的关系为：1 2=(1.5 ?2)I I~ (1.5 ?2)I O=1.5 X 0.5=0.75(A).取变压器的效率耳= 0.8,则变压器的容量为 P=U 2I2/ n =20X 0.75/0.8=18.75(W) 选择容量为20W的变压器。 因为流过桥式电路中每只整流三极管的电流为 I D=1 / 2I maX=1/2I OmaX=1/2 X 0.5=0.25(A) 每只整流二极管承受的最大反向电压为 U RM max 42 20 (1 10%) 31(V) 选用三极管IN4001，其参数为：I D=1A,U=100\A可见能满足要求。 一般滤波电容的设计原则是，取其放电时间常数RC是其充电周期的确2?5倍。对于桥式整流电路，滤波电容C的充电周期等于交流周期的一半，即
数控直流电源设计 系统采用单片机技术与开关电源技术相结合，由升压电路、电压与电流采样电路和信号放大电路构成数字化直流电源。实现对输出电压与电流的设置，同时通过AD采样控制校正电压，从而有效的提高该电源电压及电流的输出精度。 标签：数控显示；恒压；恒流 Abstract：The digital DC power supply is composed of boost circuit，voltage and current sampling circuit and signal amplifying circuit，to achieve the output voltage and current settings and correct voltage through AD sampling control，so as to effectively improve the power supply voltage and current output accuracy. Keywords：numerical control display；constant voltage；constant current 1 概述 直流电源是提供稳定直流电压电流的电源装置。当外界电网电源产生波動或电网阻抗特性发生变化时，该电源仍能使输出电压/电流保持恒定的值[1]。采用数字控制方式可以引入一些智能控制算法，使电源的性能更好，自动化程度更高[2]。通过数字控制方式可以在线修改控制算法，而不必改硬件线路，使系统升级方便；也易于组成高可靠性的多模块开关电源并联运行系统，实现自动分流和按比例分流[3]。 2 系统结构 系统通过单片机产生PWM信号，由于单片机产生的PWM信号无法直接驱动MOS管，故需要通过UCC3803芯片（UCC3803芯片是低功率BiCMOS电流模式PWM芯片）驱动MOS管，完成直流升压斩波的原理设计，在直流升压的同时，通过电压电流采样技术取得直流电源的电流值与电压值，使用单片机STM8进行数据采集与显示。整个系统硬件分为5个部分，分别为：直流电源滤波部分、PWM信号产生部分、斩波升压部分、电流电压采集部分和STM8显控部分；软件主要为STM8单片机的控制部分[4-5]。如图1所示。 首先通过LC滤波电路对直流电源进行滤波处理，其次，电源信号通过斩波升压得到所需要的升压后电压值；其中PWM信号由单片机STM8S产生，芯片UCC3803对PWM信号的占空比进行反馈比较，驱动MOS管；电压与电流的显示是通过电压采集与电流采集电路获取，电压与电流值本身为较为微弱的模拟信号，通过使用TLC2272型号芯片的运算放大器对其进行放大后再通过单片机的ADC模拟接口去采集；显示部分使用单片机的IO口去驱动74HC595D芯片，从而完成显控部分的设计。 3 软件设计
课程名称：电子课程设计 课题名称：简易数控直流可变稳压电源的设计 班级：测控技术与仪器 07级2班 小组成员：谯建辉 2007071066 丁滔 2007071084 使用仪器：直流电源，万用表 学校：成都信息工程学院 课程设计时间：2009年11月19日—12月31日 数控直流可变稳压电源的设计 1.内容摘要：数控直流可变稳压电源由输入电路，稳压输出电路和显示电路组成。输入电路输入的电 压直接由实验室直流电源提供，提供的直流电压经退耦、滤波后直接输入到三端可调式稳
压器的输入端，通过改变三端可调式稳压器的电阻而得到不同的电压输出，在这里选用8通道数字模拟开关改变三端可调式稳压器可调端的电阻。通过按键计数状态来控制8通道数字模拟开关的开关状态，计数的状态与三端可调式稳压器的输出电压一致，同时将计数状态在数码管上同步显示输出的电压。 2.设计指标：(1)用集成芯片制作一个2～9V 的直流电源。 (2)最大功率要求10W 以上。 (3)电压的调整步进为1V 并有相应的指示。 (4)具有过压、过流保护。 3.方案选择与系统框图： 方案一： 该数控直流可变稳压电源主要由滤波电路，稳压电路和计数显示电路组成。 方案采用LM317组成数字可调直流稳压电压源，采用7805构成固定输出电压源。 LM317是可调式三端稳压器，能够连续输出可调的稳定的直流电压。它只允许可调正电压，且该稳压器内部含有过流，过热保护电路；LM317通过一个电阻（R ）和一个可变电位器（Rp ）组成电压输出调节电路，它的输入电压Vi= 15V ，输出电压为 V o=1.25（1+Rp/R ），在该方案中，通过8通道数字控制模拟开关4051芯片改变Rp 的值，从而改变输出的电压值。 7805是固定式三端稳压器，当其输入输出的压差达到要求时，其固定输出+5V ，一般要求7805的输入输出的压差在大于2V 的情况下，才能保证正常输出。 8通道数字控制模拟开关4051的开关的选通，通过其使能端与其选通状态代码控制，而其选通状态代码则通过74LS193加/减计数器的计数输出状态控制。该方案要求在稳定输出步进为1V 的直流电压输出（2—9V ）的同时，将输出电压在数码管上显示。在这里，选用驱动共阴极数码显示器的BCD 码四位—七段译码器—4511，将4511的译码输入端直接与74LS193计数器的计数状态输出端，将4511的译码输出端通过适当阻值的电阻，再与共阴极数码管相连接，这样就可以初步实现输出电压与显示同步。 系统框图： 方案二： 利用单片机，D/A 转换器，LM324设计数控可变直流稳压电源。 利用单片机编程实现按键中断后输出不同的代码，经D/A 转换，放大后就可得到期望的模拟电压输出，
数控直流稳压电源1)输出电压：范围0~+9.9V，步进0.1V，纹波不大于8mV。2）输出电流：500mA。 3）输出电压值用数码管LED显示。 4）用+、—两键分别控制输出电压的步进增减。 5）为实现上述几个部件工作，自制一台稳压直流电源，输出+ 、-15V、+5V。 发挥部分：1）输出电压可预置在0~9.9V之间的任何一个值。 2）用自动扫描代替人工按键，实现输出电压变化（步进0.1V不变）。 3）扩展输出电压种类（如三角波等）。 #include
中国计量学院现代科技学院 电子电路课程设计论文 题目：简易数控直流电源 专业电气工程及其自动化 班级 姓名 学号 同组同学姓名 同组同学学号 指导老师 2010年6月8日
任务书 ——简易数控直流电源（0.85） 1.基本功能实现： （1）可输出电压：范围0～＋9.9V，步进0.1V，纹波不大于10mV。 （2）可输出电流：500mA。 （3）可输出电压值由数码管显示。 （4）由“+”、“-”两键分别控制输出电压步进增减。 （5）为实现上述几部件工作，自制一稳压直流电源，输出输出±15v,+5v。 （6）自拟验收方案：对基本功能实现证明。 2.扩展功能与创新： （1）输出电压可预置在0～9.9v之间的任意一值。 （2）用自动扫描代替人工按键，实现输出电压变化。 （3）扩展输出电压种类（比如三角波等）。 （4）扩展可输出电流：1000mA。 （5）在扩展的基础上增加新的功能。如与其他组雷同则不加分。 （6）自拟验收方案：对展和创新功能的试验证明。 3.设计报告： （1）开题报告：包括可行性分析，方案比较，方案的确定，系统方框图，经费预算，组内分工，进程安排等。 （2）理论方案书：具体的原理图，逻辑分析，理论计算，电路仿真结果等。 （3）验证方案及验证结果：包括验证方案的原理，采取的措施，实际验证的结果等 （4）设计总结：包括实践中出现的问题，解决方法，心得体会等。 （5）参考资料：包括采用的芯片，电路，参考书等。 起止日期：2010年5月25日至2010年6月8日 指导教师：施阁
开题报告 1．基本功能实现 输出电压：范围0～＋9.9V，步进0.1V，纹波不大于10mV； 输出电流：500mA； 输出电压值和波形由LCD液晶屏显示； 由“＋”、“－”两键分别控制输出电压步进增减； 自制一稳压直流电源，输出±15v,+5v 2.具体实现电路 3.方案设计选择 （1）采用单片机的简易数控直流电源设计方案 采用单片机作为控制器的简易数控直流数控直流电源，设计方案中采用8031单片机完成整个数控个部分的功能。采用8279作为键盘/显示器接口控制器，不仅简化接口引线，而且减小了软件对键盘/显示器的查询时间，提高了8031单片机的利用率。输出部分采用D/A0832及运算放大器OP07输出电压波形与D/A变换输出波形相同，不仅可以输出直流电平，而且只要预先生成波形的量化数据，就可以产生多种波形输出。显示部分采用3位半的数字电压表(DVM)直接对输出电压进行采样并显示输出实际电压值，一旦系统工作异常，出现预置值与输出值偏差过大。 （2）采用中小规模集成电路的简易数控直流电源设计方案 采用中小规模集成电路的简易数控直流电源设计方案。系统由数字控制部分、D/A变换部分及可调稳压部分三部分组成。除了上述的三大部分之外，还包括一些附加的功能电路，如电压显示、控制、防止误操作、波形发生器电路等。
E题简易数控充电电源
一、题目要求 一、任务 设计并制作简易数控充电电源。输入交流200～240V，50Hz；输出：当负载电压小于10V时为恒流充电状态，当负载电压为10V时为恒压充电状态。其原理示意图如下所示。 二方案设计 1、基本要求 （1）输出恒流时：电流100mA（慢充）和200mA（快充）可设置；改变负载电阻，要求输出电流变化的绝对值≤5mA；纹波电流≤2mA。 （2）输出恒压时，改变负载电阻，输出电压波动小于 0.5V；输出纹波电压小于2０ｍＶ。 （3）具有输出电压、电流的测量和数字显示功能。 2、发挥部分 （1）输出恒流时：改变负载电阻，要求输出电流变化的绝对值≤3mA；纹波电流≤1mA。
（2）输出恒压时：改变负载电阻，输出电压波动小于0.2V ；输出纹波电压小于1０ｍＶ。 （3）具有过热（≥60°）保护功能，降温后自动恢复工作。 （4）其它。 二、方案选择 三、方案论证 1、恒流部分 下图是一个最常用的恒流电路，这样的电路更容易获得稳定
及精确的电流值，
R1 为取样电阻,REF 是给定信号，电路工作原理是：当给定一个信号时REF，如果R1 上的电压小于1REF，也就是OP07的-IN 小于+IN，OP07 加输出大，使MOS 加大导通使R3 的电流加大。如果R1上的电压大于REF 时，-IN 大于+IN，OP07 减小输出，也就降 了R3 上的电流，这样电路最终维持在恒定的给值上，也就实现了恒流工作。如给定1REF 为10mV，R3 为0.1 欧时电路恒流为0.1A，改变。REF 可改变恒流值，REF 可用电位器调节输入或用DAC 芯片由MCU 控制输入，采用电位器可手动调节输出电流。如采用DAC 输入可实现数控恒流电子负载。 2、恒压部分 在定电压工作模式时，电子负载所流入的负载电流依据所设定的负载电压而定，此时负载电
简易数控直流电源
数控直流电源是一种常见的电子仪器，广泛应用于电路，教学试验和科学研究等领域。目前使用的可控直流电源大部分是点动的，利用分立器件，体积大，效率低，可靠性差，操作不方便，故障率高。随着电子技术的发展，各种电子，电器设备对电源的性能要求提高，电源不断朝数字化，高效率，模块化和智能化发展。以单片机系统为核心而设计的新一代——数控直流电源，它不但电路简单，结构紧凑，价格低廉，性能优越，而且由于单片机具有计算和控制能力，利用它对数据进行各种计算，从而可排除和减少模拟电路引起的误差，输出电压和限定电流采用数输入采用键盘方式，电源的外表美观，操作使用方便，具有较高的使用价值。 关键词：数控直流电源单片机 ABSTRACT Numerical control dc power is a common electronic instrument, is widely used in the circuit, the teaching experiment and scientific research, etc. Current use of controlled most of the dc power supply is the point start, the use of the device division, big volume, low efficiency, poor reliability, operation convenience, not high failure. With the development of electronic technology, various kinds of electronic, electrical equipment to improve the performance requirements of power, the power supply, high efficiency, the constant digital modular and intelligent development. Based on the single chip computer system as the core and the design of a new generation of numerical control dc power, it-not only circuit is simple, compact structure, the price is low, superior performance, and because the single-chip microcomputer with the calculation and control ability, use it for data, so as to eliminate all kinds of calculation and reduce the error caused by the analog circuit, output voltage and current limit the number of the keyboard input way, the power supply appearance, convenient in operation, has higher application value. Key words：Numerical control dc power Single-chip microcomputer
简易数控直流稳压电源设计 一、设计任务和要求 设计并制作有一定输出电压调节范围和功能的数控直流稳压电源。基本要求如下：1．输出直流电压调节范围5~15V，纹波小于10mV 2．输出电流为止500m A. 3．稳压系数小于。 4．直流电源内阻小于Ω。 5．输出直流电压能步进调节，步进值为1V。 6．由“+”、“-”两键分别控制输出电压步进增的减。 二、设计方案 根据设计任务要求，数控直流稳压电源的工作原理框图如图1所示。主要包括三大部分：数字控制部分、D/A变换器及可调稳压电源。数字控制部分用+、-按键控制一可逆二进制计数器，二进制计数器的输出输入到D/A变换器，经D/A变换器转换成相应的电压，此电压经过放大到合适的电压值后，去控制稳压电源的输出，使稳压电源的输出电压以1V的步进值增或减。 图1简易数控直流稳压电源框图 三、电路设计 1．整流、滤波电路设计 首先确定整流电路结构为桥式电路；滤波选用电容滤波。电路如图2所示。
图2 整流滤波电路 电路的输出电压U I 应满足下式：U ≥U omax +（U I -U O ）min+△U I 式中，U omax 为稳压电源输出最大值；（U I -U O ）min 为集成稳压器输入输出最小电压差；U RIP 为滤波器输出电压的纹波电压值（一般取U O 、（U I -U O ）min 之和的确良10%）；△U I 为电网波动引起的输入电压的变化（一般取U O 、（U I -U O ）min 、U RIP 之和的10%）。 对于集成三端稳压器，当（U I -U O ）min=2~10V 时，具有较好的稳压特性。故滤波器输出电压值：U I ≥15+3++≥22(V),取UI=22V.根据UI 可确定变压器次级电压 U 2。 U 2=U I / ～≈(20V) 在桥式整流电路中，变压器，变压器次级电流与滤波器输出 电流的关系为：Ｉ2=～ 2)I I ≈～2)I O =×=(A).取变压器的效率η＝,则变压器的容量为 P=U 2I 2/η=20×=(W) 选择容量为20W 的变压器。 因为流过桥式电路中每只整流三极管的电流为 I D =1∕2I max =1/2I Omax =1/2×=(A) 每只整流二极管承受的最大反向电压为 )(31%)101(202max 2V U U RM ≈+??== 选用三极管IN4001，其参数为：I D =1A ，U RM =100V 。可见能满足要求。 一般滤波电容的设计原则是，取其放电时间常数R L C 是其充电周期的确2～5倍。对于桥式整流电路，滤波电容C 的充电周期等于交流周期的一半，即 R L C ≥（2～5）T/2=2～5/2f, 由于ω＝2πf,故ωR L C ≥(2～5)π,取ωR L C ＝3π则 C=3π/ωR L 其中R L =U I /I I ，所以滤波电容容量为C ＝3πI I /2πfU I ＝(3π×/ 2π×50×22＝×103 (μF) 取C=1000μF 。电容耐压值应考虑电网电压最高、负载电流最小时的情况。 U Cmax =×2U 2max =×2×20≈(V) 综合考虑波电容可选择C=1000μF ，50V 的电解电容。另外为了滤除高频干扰和改善电源的动态特性，一般在滤波电容两端并联一个～μF 的高频瓷片电容。 2．可调稳压电路设计 为了满足稳压电源最大输出电流500mA 的要求，可调稳压电路选用三端集成稳压器CW7805，该稳压器的最大输出电流可达 1.5A ，稳压系数、输出电阻、纹波大小等性能指标均能满足设计要求。要使稳压电源能在5～15V 之间调节，可采用图3所示电路。