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邕江大学
毕业设计说明书（论文）设计题目基于AT89S52+单片机数控直流稳压电源专题部分数控直流稳压电源
姓名陈吉疆
学号
院（系）工学院
专业与学制应用电子技术（三年）
班别10应电
指导教师左任合
日期2012年1月15日
摘要
本系统以 AT89S52 单片机作为系统的核心，由DA数字模拟转换模块、按键、LED串口显示模块等模块组成一个数控电源。该系统实现了输出电压：范围 1 ～＋15 V，步进0.1V，纹波不大于10mV；输出电流：1A以上；输出电压值由数码管显示；由“＋”、“－”两键控制输出电压步进增减。输入模块的按键按下之后，对单片机就有了一个输入，单片机将输入的数字一方面给显示模块，让它们在数码管中显示出来；另一部分输给DAC0832，让它转化为模拟量电流输出，通过运算放大器将这模拟量转化为相应的电压，这电压经过放大后控制LM317的控制端，从而实现输出电压的控制。
关键词：AT89S52单片机, 数控电源, DA,直流电源
目录
摘要 (Ⅱ)
一引言 (2)
二设计要求 (2)
三方案论证 (2)
（一）DA数字模拟转换模块 (3)
（二）可调稳压芯片 (3)
（三）按键控制模块 (4)
（四）显示模块 (4)
四设计原理 (4)
（一）单片机模块 (4)
1 单片机介绍 (5)
2 单片机外围电路介绍 (6)
（二）DA模块 (7)
1 DA电路简介 (7)
2 DAC0832及其外围电路 (8)
3 DA 转换的计算 (9)
（三）LED数码管显示模块 (11)
1 数码管显示简介 (11)
2 数码管编码表 (12)
（四）直流电源 (13)
1直流供电电源制作原理 (13)
2 输出电源工作原理 (14)
五软件部分 (15)
（一）开发工具介绍 (15)
（二）程序框图: (16)
六仿真结果数据分析 (16)
七结束语 (17)
参考文献 (18)
附录一：电路图 (19)
附录二：源程序 (20)
一引言
在现代家庭中各种电器的不断出现，并要求着各种不同值的电源出现，使得家庭购买不同值得电源。数字化的也更加贴近人们的生活，因为它更加的直观，易被接受，大家都开始追求数字化的各类电子产品。数控直流电源有着直观，易操作，各种电压集一身，输出精度和稳定性都较高等优点，所以越来越受广大人们的喜爱。以后家里的电视遥控，电动玩具等都可以共用一个电源。
二设计要求
（一）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1~15V，纹波小于10mv;
2、电压误差少于0.05%；
3、输出电流为1A以上；
4、稳压系数小于0.2，直流电源内阻小于0.5Ω；
（二）扩展要求：
1、输出直流电压能步进调节，步进值为1V；
2、由“+”“-”两间分别控制输出电压步进增和减。
三方案论证
分析本题，根据设计要求先确定了本系统的整体设计原理框图如图1：
图1 原理框图
（一） DA数字模拟转换模块
方案一：采用MX7541是高速高精度12位数字模拟转换器芯片，功耗低，而且其线性失真可低达0.012%，特别适合于精密模拟数据的获得和控制。
方案二：采用DAC0832，DAC0832是一种常用的8位的数字模拟转换芯片。
本系统是基于51单片机的数控电源的设计， 8位的单片机，而MX7541是12位数字输入的，因此须用锁存器。而此数控电源要求单步1V，1～15V，DAC0832完全可以达到，故选择常用的DAC0832。
（二）可调稳压芯片
三端可调稳压芯片有多种，其中最常见的有LM317、LM337、LM318、LM196等几种，LM317用于正电压调整，LM337用于负电压调整。本系统的输出电压范围1～+15V为正电压输出，固排除LM337，对于LM317又有如下各种型号，它们的输出电流与电压的对照表如表1:
表1 常见稳压输出电流和电压范围
输出电流(A) 输出电压(V) 芯片型号
LM317L 0.1 1.25~37
LM317T 0.5 1.25~37
LM317 1.5 1.25~37
LM318 5 1.25~37
LM196 10 1.25~15
根据设计要求输出电压范围1～＋15.0V，输出电流1A，以上有多种型都可以满足要求，再根据成本和现有材料，我选择了LM317T三端可调稳压芯片。
（三）按键控制模块
方案一：采用矩阵键盘，由于按键多可实现电压值的直接键入。
方案二：采用一般的电平判键按钮，实现方法很简单，但一个端口最多只实现8个按键。
由于本数控电源需要用的按键不多，要实现步进为1V的设计要求，只需用一个“+”和一个“-”按键，另外再加两个按键用于实现固定电压输出，按键时可直接输出相应电压。4个按键就可实现本题的设计要求，固采用方案二。
（四）显示模块
方案一：选用数码管显示，用普通的数码管显示简单的数字、符号、字母。
方案二：选用液晶显示,显示的内容更加的丰富。
此系统显示的只是最终电源输出的10位和个位电压值，只需显示出两个数字，数码管更加的实惠，故我选择了方案一。
四设计原理
本系统选用的模块包括：单片机系统，DA转换模块，LED显示模块，直流电源模块，具体的电路图参照附录二。
（一）单片机模块
此次的毕业设计的核心部分是单片机的控制，给以相关的命令，按照人们的意愿执行相应的操作，这次选用的是ATMEL公司生产的常用芯片AT89C52。AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。
1、单片机介绍
CPU即中央处理器的简称，是单片机的核心部件，它完成各种运算和控制操作，CPU由运算器和控制器两部分电路组成。
a. 运算器电路
运算器电路包括ALU（算术逻辑单元）、ACC（累加器）、B寄存器、状态寄存器、暂存器1和暂存器2等部件，运算器的功能是进行算术运算和逻辑运算。b. 控制器电路
控制器电路包括程序计数器PC、PC加1寄存器、指令寄存器、指令译码器、数据指针DPTR、堆栈指针SP、缓冲器以及定时与控制电路等。控制电路完成指挥控制工作，协调单片机各部分正常工作。
c. 定时器计数器
MCS－52单片机片内有两个16位的定时计数器，即定时器0和定时器1。它们可以用于定时控制、延时以及对外部事件的计数和检测等。
d. 存储器
MCS－52系列单片机的存储器包括数据存储器和程序存储器，其主要特点是程序存储器和数据存储器的寻址空间是相互独立的，物理结构也不相同。
e. 并行IO口
MCS－52单片机共有4个8位的IO口（P0、P1、P2和P3），每一条IO线都能独立地用作输入或输出。P0口为三态双向口，能带8个TTL门电路，P1、P2和P3口为准双向口，负载能力为4个TTL门电路。
f. 串行IO口
MCS－521单片机具有一个采用通用异步工作方式的全双工串行通信接口，可以同时发送和接收数据。
g. 中断控制系统
8051共有5个中断源，即外中断2个，定时计数中断2个，串行中断1个。
为DAC的位数。如：8位DAC的满刻度输出电压为5V，则其分辨率为；10位DAC的分辨率为。可见，DAC的位数越高，分辨率越小。
建立时间：是描述DAC转换速度快慢的参数。其定义为从输入数字量变化到输出达到终值误差 LSB（最低有效位）所需的时间。高速DAC的建立时间可达
1us。
接口形式：在DAC输入输出特性之一。包括输入数字量的形式，十六进制式BCD，输入是否带有锁存器等。
DAC0832为8位DA转换器。单电源供电，范围为+5V ～ +15V，基准电压范围为。电流的建立时间为1us。CMOS工艺功耗20 mw。输入设有两级缓冲锁存器。
电压的计算方式：
设计要求数控电压步进为1V，因此要准确选择DA的参考电压，如上图用一个精密电阻进行调节，计算方法如下：
，
数字量取0 ～ 256，n取16，取8V,即数字量每步进16，模拟量0.03125V，要达到步进1V，必须放大2倍，用运放即可。
运算放大器的原理如下图：
图6 运算放大电路
输出的电压V，再从Vi输入，经过电容C10滤波再输入，
，
，
，
输出的Vo值的大小为输入Vi的倍，只需调节可调电阻R3的阻值达到所需的电压放大倍数即可，输出的电压Vo通过电压跟随，再用于控制LM317T的输出。
（三） LED数码管显示模块
1、数码管显示简介
数码管LED串口显示模块通常有两种显示方法:动态显示和静态显示。
动态显示：连接方法是将每个二极管的同名端连在一起，而每个显示器的公共极COM各自独立的接受IO线控制，CPU向字段输出端口输出字型码，所有显示器接受到相同的字符，而要使用哪个显示器要取决于他们的COM的电平，而这段是由IO端控制的，由单片机输出。动态扫描时连续的动态扫描，只是肉眼暂留现象，乃发光二极管的余辉效应，给人的感觉是一组稳定的显示数据。
静态显示：静态显示显示效果好，但是功耗大，但不占用端口，只需两个串口线输出，变成较为简单。而且采用静态显示需要的驱动器件多，硬件成本相对更高。
比较以上两种方案，方案一硬件简单程序复杂，方案二硬件复杂程序简单，考虑到实惠和对自己的编程锻炼，选择方案动态显示。
动态扫描方法是用其接口电路把所有显示器的8个笔画字段（a—g和dp）同名端连在一起，而每个显示器的公共极COM各自独立的接受IO线控制。CPU 向字段输出端口输出字型码时，所有显示器接受到相同的字型码，但究竟使用哪个显示，则取决于公共极COM端，而这一端是由WR和RD控制的，由单片机决定何时显示哪一位。动态扫描用分时的方法去轮流控制各个显示的COM端，时各个显示器轮流亮。在轮流点亮扫描过程中，每为显示器的点亮时间极为短暂，但由于人的视觉暂留现象及发光二极管的于辉效应，给人的印象就时一组稳定的显示数据。
显示部分电路图：
图7 数码管显示电路
2、数码管编码表
7段数码管可以包括小数点的0～9的数字和部分的英文字母，为了获得不同的字符，数码管各段所加的电平也不同，编码也不一样。共阴极数码管的字型，字段和编码的关系如下表2：
表 2 数码管编码表
十六进制数h gf edcba显示代码0００１１１１１１0x3f
1０００００１１０0x06
2０１０１１０１１0x5b
3０１００１１１１0x4f
4０１１００１１０0x66
5０１１０１１０１0x6d
6０１１１１１０１0x7d
7０００００１１１0x07
8０１１１１１１１0x7f
9０１１０１１１１0x6f
.１０００００００0x80
（四）直流电源
1、直流供电电源制作原理
由于本系统的许多的电源电压都是由+5V的电源供电，且DA模块中的74LS164要用到+12V，—12V的电源，所以这要制作这些不同值的电源，涉及到的各类芯片有7805，7812，7912。
首先制作电路中的+12V，-12V的电源，这要用到三端固定稳压芯片，一个整流，滤波过程。电路如图6：
图8 +12 V和-12V电源的制作图
+5V的电源制作和+12的电源制作的原理和电路图一样，只需将电路的7812换成7805即可。
电源工作原理：降压→整流→滤波→稳压→输出。
降压：由于输入的市用电压为220V，远大于我们所需电压幅值，必须把电压降低，直接用一个变压器即可达到降压的目的.
整流:由于降压后的电压仍为交流电压，要把交流电压整为直流电压，利用整流桥，整流桥内部实际上就是四个大功率的二极管(例如IN4007) 。 Ui的电压时间曲线如图a所示，当Ui为正时，二极管D2、D3导通，D1、D4截止，电流从a流向b，U1输出正电压，经过外电路后，又从d流向c，形成电流回路。当Ui为负时，二极管D1、D4导通，D2、D3截止，电流从c流向b，U1仍然输出正电压,实现了交流到直流的转变。
滤波:经整流后的直流并不是稳定的直流，是一个周期性的振荡曲线。要减落这种振荡幅度，最简单的滤波方法就是用电容，利用电容的充放电特性。
输入的U1
稳压：波后的电压U2输入三端稳压芯片LM7805便可将稳定输出电压+5V，在上图中的一个二极管D3是一个保护二极管，它的作用是保护稳压芯片。7805、7812、7912是所需的三端稳压器，分别输出+5V、+12V、－12V。
2、输出电源工作原理
输出电源的原理图和上面的恒定电源的制作原理基本一样，电路图如下：
图9 输出电源电路图
220V市电经变压器变压（降压），二极管桥式整流，电容滤波后送入LM317第三脚（输入端），第二脚输出稳压的直流电压。第一脚为调整端，调整端电压Ui与输出端电压Uo之间为1.25的基准电压。输出的基本公式为： U0=1.25+Ui;
五软件部分
（一）开发工具介绍
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。
（二）程序框图:
图10 数控电源程序流程图
六仿真结果数据分析
本系统的设计电路相对简单，硬件制作基本完成，我用ISIS Profressional 软件已仿真出来，效果非常的好。已经在输出的精度和稳定性基本达到要求，输出的电压范围为1～+15v，步进为1v，又预设两个定值电压+12v和+5v。实验结果为下表：
表3 仿真数据结果
理论值（V） 2 3 4 5 6 7 8
实际值（V） 2.01 3.01 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00
理论值（V）9 10 11 12 13 14 15
实际值（V）9.00 9.99 11.00 12.00 13.00 14.00 14.8 由上表的电压实测值与显示值对比值，可见该电源相对误差小于1%，按下“+”、“—”键时，单步变化1V的精度也基本符合要求。
七结束语
这次毕业设计过程中综合了所学的数字电路，模拟电路，单片机，C语言
对单片机编程，对大学所学的知识起了一个很好的巩固作用，同时也应用到了Protell 99软件画图和ISIS Profressional软件仿真，仿真的结果还比较的准
确，但是实物却没有完全实现功能。这此过程中认识到自己的知识面太狭小，也
许是自己制作的实品太少了，对一些芯片的了解甚少，今后在工作中一定要补充
这块。同时也认识到理论和实践的差别，通过实际制作更能了解到一些模块电路
和芯片的功能，特别是检查电路时，让自己对电路有更深的了解。
撰写论文时，也让自己认识到做每件事都应认真对待，要规范、严谨。
参考文献
［1］王港元.电工电子实践指导[M].江西科学技术出版社
［2］陈明荧． 8051 单片机课程设计实训教程[M]．清华大学出版社．
［3］郁慧娣．微机系统及其接口技术[M]．南京东南大学出版社， 1999 年．
［4］谢嘉茥,宣月清,冯军．电子线路-非线性部分[M]．高等教育出版社， 200
0 年．
［5］何立民．单片机高级教程[M]．北京航空航天大学出版社， 2003 年．
［6］王毓银．数字电路逻辑设计[M]．高等教育出版社．
［7］马忠梅,籍顺心.单片机的C语言应用程序设计[M]．北京航空航天大学出版
社.2001.5．
［8］邱涛．基于51单片机的数控电源设计[M]．华强电子世界网，2005.6．
［9］具有8K系统内可编程Flash的8位微控制器ATmega48V ATmega88V. ［10］徐龙祥,朱熀秋,刘正埙．高速数据采集与处理系统[M]．南京航空航天大
学学报，2000 Vol.32 No.1 P.．
［11］孙建广,檀润华等．基于I^2C串行总线的大功率开关电源数字控制[M]．河北工业大学学报，2000年29卷6期．
附录一：电路图
附录二：源程序
#include { P0 = 0xff; P1 = 0xff; P2 = 0xff; P3 = 0xff; voltage=2; while(1) { key(); DAC(); getbuff(); display(); } }
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