基于单片机的数字直流稳压电源的设计毕业论文(编辑修改稿)

基于单片机的数字直流稳压电源的设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

VREF——参考电压输入端。 可接电压范围为 177。 10V。 外部标准电压通过 VREF 与 T型电阻网络相连。 VCC——芯片供电电压端。 范围为 +5V~+15V，最佳 工作状态是 +15V。 AGND——模拟地，即模拟电路接地端。 DGND——数字地，即数字电路接地端。 根据上述对 DAC0832的输入寄存器和 DAC 寄存器不同的控制方法， DAC0832有如下南昌理工学院本科生毕业论文 9 3种工作方式 ： ⑴单缓冲方式。 单缓冲方式是控制输入寄存器和 DAC 寄存器同时接收资料，或者只用输入寄存器而把 DAC 寄存器接成直通方式。 此方式适用只有一路 模拟量输出 或几路模拟量异步输出的情形。 ⑵双缓冲方式。 双缓 冲方式是先使输入寄存器接收资料，再控制输入寄存器的输出资料到 DAC 寄存器，即分两次锁存输入资料。 此方式适用于多个 D/A 转换同步输出的情节。 ⑶直通方式。 直通方式是资料不经两级锁存器锁存，即 CS*， XFER* ， WR1* ，WR2* 均接地， ILE 接高电平。 此方式适用于连续反馈控制线路和不带微机的控制系统，不过在使用时，必须通过另加 I/O 接口与 CPU连接，以匹配 CPU与 D/A 转换。 在 这次 设计中， 顾忌 到所需转换数据量不 是太 大， DAC0832我们 采用直通方式的硬件接法。 它的引脚结构如图 ： I O U T 111D 07D 16D 25 I O U T 212D 3 4D 416 V R E F8D 515D 6 1 4D 713 F B9 C S1 W R 12X F E R17 W R 218 I L E19V C C20G N D10A G N D3D A C 08 32 图 DAC0832引脚结构 CAT24WC01/02/04/08/16 是一个 1K/2K/4K/8K/16K 位串行 CMOS E2PROM 内部含有 128/256/512/1024/2048 个 8 位字节 CATALYST 公司的先进 CMOS 技术实质上减少了器件的功耗 CAT24WC01 有 一个 8 字节 页写缓冲器 CAT24WC02/04/08/16 有一个 16 字节页写缓冲器该器件通过 I2C 总线接口 进行操作有一个专门的 写保护 功能。 南昌理工学院本科生毕业论文 10 图 24C01引脚结构 管脚功能： A0、 A A2：器件地址选择， SDA：串行数据 /地址， SCL：串行时钟，WP：写保护， VCC/VSS：电源 /地。 24C01从器件地址： 在 I2C总线的开始信号 以后 ， 把 送出的第一字节数据用来选择从器件地址， 选择 前 7位为地址码，第 8位为为方向位（ R/W）。 方向位 “0”表示发送 （ 主器件把信息写至所选择的从器 ） ；方向位为 “1”表示主器件将从从器件读信息，器件地址如图 ： 图 器件地址 南昌理工学院本科生毕业论文 11 3 数字式可调稳压电源硬件电路设计 此次系统硬件电路设计 主要 以 AT89S52单片机作为整机的控制 核心，以 PROTEL DXP设计软件布线， 并 用到了模数转换芯片 DAC083外部存储芯片 24C0放大器芯片LM32 44 矩阵式键盘、数码管等 别的 器件。 在研究当中，所设计的 总体 设计 框图考虑到 每个 元件的 一些 电气 特点 ， 像 元器件之间 相互间 的干扰，接地，布线 等一些 问题，此次设计的 系统将硬件电路设计分为数字部分和模拟部分。 单片机外围接口电路 单片机外围接口总电路。 单片机 AT89S52 与外围器件的接口总电路如图 所示，为了 使 各部分 的 电路介绍更加清楚 明了 ， 下面 就简单介绍下 单片机外围接口电路 的情况。 图 AT89S52与外围器件的接口总电路 如图 所示， 单片机 AT89S52 的 P0、 － 接数码管输出显示部分电路，P0口用来输出字段码； － 用来输出数码管选通位信号； 、 分别接外部存储芯片 24C01 的数据线（ SDA）和时钟线（ SCL）； 接扬声器电路，为 了 执行内部 的 程序指令， EA/VPP 应该 接 VCC. 南昌理工学院本科生毕业论文 12 图 AT89S52部分接口 电路一 如图 所示， 单片机 AT89S52 的 P1 口 跟 数模转换芯片 DAC0832 连接起来 ， 以此作为 输出数字量信号； RST做 复位脚， 负责 输入复位信号， 与此同时 它还与 － 一起 充当 ISP 下载端口； P3 口 充当 键盘信号输入端口， XTAL XTAL2 接晶振电路。 南昌理工学院本科生毕业论文 13 图 AT89S52部分接口电路二 单片机外围电路接口电路具体介绍。 下面主要介绍下单片机与其它外围器件的接口电路。 （ 1）数码转换芯片 DAC0832 与单片机 AT89S52 接口电路。 这次设计 中 主要 利 用模数转换芯片 DAC0832 将键盘输入数字量转 换 成模拟量（电流）， 用来 实现数控功能。 DAC0832 是一种电流型 的 芯片，在 前面材料 第 2章 了它的 主要 工作原理， 在 数字式可调稳压电源的设计中，采用了该芯片的直通工作方式（即 CS、 WR IOUT AGND、 WR XFER 接地； ILE、 VREF 接＋ 5V 电源），它的数据输入口 D0－ D7 分别与单片机的 相连，从 IOUT1 引脚输出模拟量（电流）接同相比例放大电路。 如图。 南昌理工学院本科生毕业论文 14 图 DAC0832与 AT89S52接口电路 （ 2）存储芯片 24C01 与单片机 AT89S52 接口电路。 存储芯片 24C01 是 AT24C 系列 E2PROM，它支持 I2C 总线数据传送规则。 其硬件接法如下图 所示，引脚 7 接地； 8 脚接＋ 5V； 5 脚与 6 脚分别接单片机的 、 的同时接 上拉电阻后再接＋ 5V（因连接总线的器件的输出端必须是集电极或漏极开路，以具备线“与”功能）。 图 24C01硬件接法 南昌理工学院本科生毕业论文 15 （ 3） 4 4 矩阵键盘接口电路。 在这次课题设计中利用了 4 4矩阵键盘来实现对电压输入值的设定 、步进、按键存储、复位、确定等功能用来实现数控，其硬件连接图如图 ，实现功能如表 图 44矩阵键盘电路 表 4 4矩阵键盘功能表 键盘号 功能 功能描述 键盘号 功能 功能描述 S1 3 数字键 S9 1 数字键 S2 7 数字键 S10 5 数字键 S3 确定 确定键 S11 9 数字键 S4 复位 复位键 S12 ＋ 步进加 S5 2 数字键 S13 0 数字键 S6 6 数字键 S14 4 数字键 S7 设定 设定键 S15 8 数字键 S8 存储 存储键 S16 － 步进减 南昌理工学院本科生毕业论文 16 （ 4）扬声器电路、 AT89S52 单片机复位电路及外部晶振电路。 扬声器电路如图 ，运用它实现输出电压值提醒。 单片机 AT89S52 的 脚通过限流电阻 R2 及 PNP 管与蜂鸣器的相互连接，当单片机引脚 输出低电平时， PNP导通，蜂鸣器发出声响。 复位电路如图 ，晶振工作时， RST脚持续 2 个机器周期高电平将会使得单片机复位， 而键盘 S0按下时通过电阻 R1将电平拉高， R1,C4还起到滤波作用，去键盘抖动。 晶振 电路如图 ， X1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。 X2:振荡器反相放大器的输出端。 图 扬声器 电路图 南昌理工学院本科生毕业论文 17 图 复位及晶振电路 （ 5）数码管显示部分电路。 这次设计中显示部分将采用四位共阳数码管， 8550PNP 三极管作为驱动，如图 所示， I 、 II、 III 、 IV是选通位，当 B8 低电平的时候， B B B11 为高电平的时候，由于三极管的导通， I位将被拉至电源＋ 5V 端，第一个数码管选通，其他三个没有被选通。 其中 100 欧的电阻作为限流电阻， 1K电阻作为上拉电阻，将选通位电平拉高。 根据此次设计的一些要求，有三位数码管就可实现在输出电压值范围内的显示，在设计中用到低三位数码管，单片机引脚与四位共阳数码管脚的对应关系如表。 南昌理工学院本科生毕业论文 18 表 AT89S52引脚与四位数码管脚对应表 AT89S52 四位数码管 AT89S52 四位数码管 a c f g b I e II d III h IV 图 数码管显示电路 数字部分电路 PCB 设计 在此次课题设计中， 部分电路 PCB 我们 采用 Protel 99 DXP 软件进行设计，设计步骤是 : 画电路原理图； 电路元件封装； 生成报表（ ERC 表、网络表、元件列表）； 创建一个 PCB工程文件，将网络表导入该工程； 自动布局，自动布线后通过手工调整布线完成整个 PCB 版图的设计 [11]。 系统设计中，数字部分电 路 PCB如图 所示。 南昌理工学院本科生毕业论文 19 图 数字部分电路 PCB图 稳压电源模拟部分电路 稳压电源模拟部分电路主要 由 电源部分电路，由运放 LM32达林顿管 TIP127 等构成的输出电压控制单元电路。 这一部分 我们一般 采用普通万能板来完成， 在设计中因为 模拟部分电路的可变性 不是很 大，可能 随时 更改电路。 而且 ，模拟部分电路属于高压部分，稳压管和达林顿管 的 发热量 相对 比较大， 如果想要带 散热片； 必须 须将它与 5V低压工作的数字部分电路分开，这样 我们就可以去 防止元件的损坏。 电源部 分电路 本设计 考虑到单片机及其他器件的电源供电 方面的 问题， 我们在设计中 采用一个变压器将 220V交流电降压 之后 经电桥整流，获得 25V左右的平稳电压， 之后再 用稳压管78L2 78L1 78L05 进行三次稳压，分别获得 24V、 12V 和 5V的稳定电压， 24V 提供的是运算放大器 LM324 和达林顿管 TIP127 的工作电压， 5V 是 AT89S52 单片机和南昌理工学院本科生毕业论文 20 DAC0832 的工作电压。 图 所示，图中电容起滤波 的 作用。 而 在 我们 硬件电路的实际设计中， 因为 电源工作时发热量 相对较 大， 所以 对稳压管要外加散热片。 图 电源供电部分电路 输出电压控制单元电路 此次设计，矩阵键盘输入的数字信号将经单片机 AT89S52 处理后输出给 DAC0832,数字信号经过数模转换后输出的是电流量，所以我们必须将电流量接电阻，然后再接反馈放大电路以此实现稳压输出。 这次研究设计的模拟部分我们利用了 LM324作为放大器，采用二级放大电路，第一级为同相比例放大电路，第二级为闭环反馈放大电路。 下面详细介绍下二级放大电路。 同相比例放大电路原理。 同相比例运算放大电 路如图 ，根据集成运放的 虚短 和 虚断 2个重要概可得式（ ）、（ ），又由式（ ）、（ ）、（ ）可推出式（ ），式（ ）即为同相比例放大器增益的计算公式。 U+=U () UI=U+ () U/Uo=R/(R+Rf) () Uo＝ (1＋ Rf/R)UI () Uo=R∑i(1+Rf/R1)。