摘 要

本文主要研究用数字来调节直流稳压电源的输出电压。数控直流电源具有输出电压精度高，输出调节方便，输出电压稳定等优点，因此广泛应用于许多高精度场合。本文主要讲述了一种基于51单片机的数控直流稳压电源的设计方法。该电路通过闭环回路对采集的数据进行实时监控，采用51单片机进行数控调节，最终输出的电压和电流通过液晶屏进行显示，并具有过载保护和报警功能。本文详细介绍了电路的设计方案，它由几大模块组成：数据采集电路、稳压电路、单片机主控电路、LCD液晶显示、电源电路等。本次设计以STC89C52单片机为整体的控制核心，通过D/A芯片(DAC0832)控制电压转换模块LM317来调节输出电压的大小，同时利用A/D芯片（ADC0832）对输出进行电压和电流的采集，再通过单片机实现闭环控制，而最终输出的电压和电流显示在LCD1062液晶显示屏上。

关键词：数控直流、单片机、闭环控制、D/A转换

Abstract

In this paper, the output voltage of DC regulated power supply is regulated by numbers. The numerical control DC power supply has the advantages of high output voltage accuracy, convenient output regulation, stable output voltage and so on, so it is widely used in many high-precision occasions. This paper mainly describes a design method of NC DC regulated power supply based on 51 single chip microcomputer. The circuit monitors the collected data in real time through the closed loop circuit, uses 51 single chip computer to adjust the numerical control. The output voltage and current are displayed through the LCD screen, and it has the function of overload protection and alarm. This paper introduces the design of the circuit in detail, which consists of several modules: data acquisition circuit, voltage stabilizing circuit, MCU main control circuit, LCD LCD display, power supply circuit and so on. This design takes the STC89C52 microcontroller as the whole control core. The voltage conversion module LM317 is controlled by the D/A chip (DAC0832) to adjust the output voltage. At the same time, the output voltage and current are collected by the A/D chip (ADC0832), and the closed loop control is realized by the MCU, and the output voltage and current are displayed. On the LCD1062 LCD screen.

Keywords: numerical control DC; single chip microcomputer;closed-loop control, da conversion

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 课题的主要工作及设计目标 2

第2章 数控直流稳压电源总体设计方案 3

2.1 方案设计思想 3

2.2 主控单片机的选择 3

2.3 系统总体方案设计 4

第3章 数控直流电源的硬件电路设计 6

3.1 电源模块 6

3.2显示模块 8

3.3单片机模块 10

3.3.1 单片机简介 10

3.3.2 单片机最小系统设计 10

3.4稳压模块 11

3.4.1 LM317三端可调稳压器 12

3.4.2 D/A数据转换 12

3.4.3 电压放大及稳压 14

3.5电压与电流采样模块 15

3.5.1电压采样电路 15

3.5.2电流采样电路 16

3.5.3采样电路整体分析 17

3.6 A/D数据转换 17

3.7 键盘模块 18

3.8存储模块 19

3.9系统总体框图 20

第4章 数控直流电源的软件设计 22

4.1 软件设计思路 22

4.2 系统软件流程 22

4.2.1主程序模块 22

4.2.2监控模块 23

第5章 软件仿真与硬件调试 25

5.1 Proteus 25

5.2软件仿真 25

5.3硬件调试 25

第6章 结论 27

参考文献 28

附录A: 系统整体原理图 29

附录B：电路实物图 30

附录C: 系统部分程序 32

致谢 36

第1章 绪论

1.1研究背景及意义

当今我们生活中的各个方面多离不开电源技术，而通常的电子电路都是利用直流电源来供电的。今天的直流电源技术不是一个领域，而是集成集成电路，电子技术，新材料技术和其他领域的新技术。数控直流电源由于其精度高，调整方便，输出稳定等特点，也被用于精度要求较高的行业。传统的直流电源首先通过变压器变压器将市场上的220V交流电压转换为可用电压，然后通过整流器将交流电源转换为直流电源，然后通过滤波电路去除杂波，最后经过稳压后输出稳定的直流电压。这种传统的直流稳压电源虽然结构简单，但是存在可控性低、精度低、受环境影响大等问题。

在生活中，诸如手机充电器和家用电器等各种电子设备通常需要直流稳压电源，但在生活中最常用的是220V交流电。这就需要通过电源技术将交流电变换成稳定的直流电。传统的直流稳压电路设计通常采用电位器调节阻值进而实现对电压的调节，并通过电压表等工具测量电压，既不方便也不实用。当然，也存在一些不能解决的问题：精度低、读数难、易损坏等缺陷。而数控直流稳压电源则能够很好的解决以上问题。

1.2 国内外研究现状

因为对直流稳压电源更高效和更节能的市场需求，从十九世纪九十年末起，随着电信技术的新突破推动着直流稳压电源技术向着智能化发展。如何利用数字技术实现对电源的智能化控制成为电源产业所面对的巨大挑战。随着社会的发展，科技技术也在不断的提升，其中不乏有一些高科技产品的诞生，从而提高了人们的物质生活水平。直流电源技术也发展成为现在的利用单片机实现直流电源智能化控制，利用集成电路技术来降低成本和减小容量。

现代社会科技发展的步伐是非常的快的，将直流稳压电源上功能模块化并利用现代化技术使其更加智能是未来的发展趋势，一些对电源高精度要求领域更是迫切需求由单片机控制的数控稳压电源技术。近年来，随着社会的发展，人们对直流电源的要求越来越高，单片机控制已成为改善供电技术的最佳解决方案之一。

1.3 课题的主要工作及设计目标

直流稳压一般是将生活中220V的交流电转换成直流电的技术，交直流电源的变换技术一直是人们研究的重点。虽然直流电源进过了多年的改进，其功能已经十分优秀，但是传统的直流稳压源任然具有其不可避免的缺点。随着人们生活水平的不断提高，传统电源已经不能满足人们的需求，单片机因为其强大的功能被应用于生活的许多方面，为了给我们的现代生活、工作提供更简介高效的设备就必须从单片机入手，利用单片机设计出更数字化、智能化的产品。

本课题主要研究怎样利用单片机设计出一款利用数字调节的高精度直流稳压电源。该电源利用单片机进行数字调节，添加闭环实现对输出电压的实时监测，无需其他设备对输出进行测量，输出电压及电流直接在液晶显示屏上进行显示，同时具有过载保护等功能。要实现利用键盘控制输出电压，同时要具备实时监控、过载保护、贮存等功能，设计要求的功能非常复杂。在这里我们利用模块化来完成设计要求，将电路分成几个模块，每一个模快实现一个功能，从而将设计简单化。

本次数控直流稳压电源的设计包括数据处理模块、稳压模块、液晶显示模块、按键输入模块、电压及电流的采集模块等。我们利用单片机完成对数据的处理；稳压模块利用DA芯片将单片机的数据转换成模拟信号，输出的模拟信号经过差分运放及LM317稳压电路之后输出稳定直流电压；按键模块采用开关按钮，按下按钮通过单片机及一系列电路调节输出电压；显示模块使用液晶显示器直接显示输出电压和电流，在收集到输出电压和电流后，通过AD模块将模拟信号转换为数字信号并发送给微控制器进行数据分析和调整，此部分过程闭环回路可以在很大程度上保证输出电压的精准度。

本次论文的总体结构如下：

（1）简要介绍课题的背景、意义、及国内外研究现状

（2）介绍系统功能要求及论证方案

（3）模块化硬件系统设计思路和设计框图

（4）软件系统的设计思路和软件设计流程

（5）对系统进行调试，以及对误差进行分析

（6）对课题做出总结，及对其未来发展做出了展望。

第2章 数控直流稳压电源总体设计方案

本论文利用MCU芯片实现对直流电源的数字化控制。通过按键模块执行对输出电压的调节操作，按钮被按下则单片机确认要对电源的输出电压进行调节。单片机给DA输入一个数字调节信号，DA将数字信号转换为模拟信号后将经放大电路及稳压电路后输出稳定电压。同时利用AD转换将输出数据送入单片机进行比较分析。LCD1062用于显示输出电压及电流。最后单片机外接储存芯片24C02实现数据储存。

2.1 方案设计思想

此次设计主要解决的问题是传统的直流稳压电源输出精度低、性能不稳定及调节困难等问题。在本系统中应用电压及电流采样电路实时检测稳压电源的输出。通过比较按钮设置的电压，当实时电压大于设定电压值时，输出电压由单片机增加。当实时电压小于设定的电压值时，利用单片机降低输出电压，目的是提高输出电压的精准度。因为单片机只能输出数字信号，所以要利用AD转换电路将要用于调节电压的数字信号转换成模拟信号。利用LM317稳压器等元件将调节信号转换成实际需要的电压。

2.2 主控单片机的选择

方案一：

使用8031芯片，8031和8051之间的区别在于8031的内部没有程序存储器，并且需要ROM的外部扩展，增加了电路的复杂性。

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