基于单片机的数控电压源设计

论文总字数：14159字

摘 要

随着科学技术的快速发展，电力电子领域有了更广阔的发展前景，同时也对电源的开发提出了更高的要求。本文基于目前的发展形势，利用proteus仿真技术，设计了一套以AT89C51单片机为核心控制器的数控电压源系统。本系统采用了220V的市电直接的供电，电源供电方便；能够实现输出电压的0-12V可调，步进为0.1V，并通过数码管实时地显示输出的电压值；同时，利用ADC0832芯片提供过流短路保护功能。经过测试，本系统功耗低，性能稳定，具有一定的实用价值。

关键词：单片机，DA输出，数码管显示，运算放大，过流保护

Abstract: With the rapid development of science and technology, the field of power electronics has a broader development prospects, but also put forward higher requirements for the development of power supply. In this paper, based on the current development situation, using proteus simulation technology, a set of numerical control voltage source system with AT89C51 as the core controller is designed. The system uses 220V direct power supply, which is convenient for power supply. It can realize 0-12V adjustable output voltage, step to 0.1V, and display the output voltage real-time through digital tube. At the same time, it provides over-current and short-circuit protection function using ADC0832 chip. After testing, the system has low power consumption, stable performance and certain practical value.

Keywords:MCU, DA output, digital tube display, operational amplifier, overcurrent protection

目录

1 绪论 4

1.1 选题背景与意义 4

1.2 研究的内容 4

2 系统方案设计 5

2.1 总体概述 5

3 系统硬件及重要元器件选型 6

3.1 处理器选择 6

3.2 电源模块设计 9

3.3 按键模块设计 9

3.4 数码管显示模块设计 10

3.5 输出调节模块设计 11

3.6 DA输出电路设计 11

4 软件开发设计 13

4.1 系统程序开发 13

4.2 主程序设计 13

4.3 按键模块子程序流程图 13

5 仿真设计与调试 14

5.1 Proteus 软件简介 14

5.2 系统调试 15

6 硬件组装与测试 17

6.1 硬件组装 17

6.2 调试与结果分析 18

结 论 20

参 考 文 献 21

致 谢 22

附录I 元器件清单 23

附录II 原理图 24

附录III 源程序 25

1 绪论

1.1 选题背景与意义

随着科学的发展，越来越多的工程开始基于单片机进行设计。同时，传感器越来越多的被应用到可调节的设备中来。近年来，相关电源等工程技人员所应用，在一些稳压电源的输出方面，基于单片机形式的电源越来越多^[1]。使用该形式的可调节的电源可以帮助人们实现稳压的输出，同时可以帮助人们实现对输出的智能化控制，并使用液晶进行数字化的显示。在电源的设计及其稳压的输出方面，各国的相关工作者都进行了研究并做出了很多努力。

对基于单片机的数控电压源的研究能够达到以下重要目的：

• 可以使用单片机技术实现对电压的稳定输出。
• 利用单片机技术的智能控制，实现输出的精确和控制的人性化。
• 利用单片机技术的显示功能，使得输出的电压可以进行直观的显示。

综上所述，研发高效、可靠的基于单片机的数控电压源对于优化改善本身的电源具有重要意义，同时对于在科学研究以及工程应用中提供一个稳定的电源也有重要的意义。

1.2 研究的内容

本文结合大学的相关学习，主要是单片机原理及应用，设计了一套基于单片机的数控电压源。利用单片机技术，可以实现智能化电源稳定输出。一方面该系统可以进行稳定的12V的电源输出，另一方面可以实现0-12V的可调形式的稳压输出。同时，该系统还加入了数码管的显示功能，使得在电压输出的时候，进行数字化的显示，进而提高了操作的直观化。本设计的选用是ATMEL公司的AT89C51单片机。在电压的输出方面，主要使用单片机控制DA输出，然后通过调整电路对输出进行调整，继而实现0-12V的可调输出。另外，本系统还加入了过流保护模块，使得用户在使用的时候不必担心输出的短路。

电源供电方面，本系统采用220V交流市电进行供电，然后通过变压器将电压降低，使用稳压滤波进行电压的输出，供系统来使用。在主控选择上，采用ATMEL公司的超低功耗处理器AT89C51，以此来降低整个系统的功耗，实现环保节能。

在系统的电路设计方面，使用了Protel 99 SE进行电路的绘制。

在软件设计方面，本系统使用了C语言进行了编程设计，然后利用Keil软件编译生成.hex文件，下载到单片机中，然后对硬件电路进行调试。

在仿真设计中，使用仿真软件protues进行电路的仿真处理^[2]。

2 系统方案设计

2.1 总体概述

基于单片机的系统由众多的模块组成。其中主要包含：电源模块、按键模块、数码管显示模块、输出调节模块、DA输出模块^[3]。其原理的框图如图2-1所示。

图2-1 系统的简单框图设计

本系统要求及输出电压为220V-240V之间，50Hz的市电输入，同时具有12V的稳压输出。输出电流能够达到1A，可以通过按键进行输出电压的控制，而且步进的精度要达到0.1V。

本电源主要由数控部分和稳流输出部分组成

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