课程设计文
设计题目：单片机控制直流稳压电源设计
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年级：2013级
姓名学号：
指导教师
单片机控制直流稳压电源设计
摘：
系统 AT89S52 单片机作系统核心DA数字模拟转换模块键LED串口显示模块等模块组成数控电源该系统实现 输出电压：范围 2 ～＋ 15 0 V步进1V纹波10mV输出电流：500mA输出电压值数码显示＋－两键控制输出电压步进增减 输入模块键单片机输入单片机输入数字方面显示模块数码中显示出部分输DAC0832转化模拟量电流输出通运算放器模拟量转化相应电压电压放控制LM317控制端实现输出电压控制
关键词： AT89S52 单片机 数控电源 DA 直流电源
1
目录
摘 1
目录 2
目录1 3
目录2 3
1 直流稳压电源发展方 4
2 系统概述 4
21 方案证 3
211 控制器部分 5
212 显示部分 5
22电路特点 6
3 电路设计 6
31 总体方框图 8
32 工作原理 9
4电路部件工作原理 9
27 系统电路设计 12
5 软件流程图 13
6 原理图设计 15
2
61 ADC0804原理图 15
621 DAC0832原理图 16
622 DAC0832PCB板图 16
63 单片机稳压电源整体原理图 17
631 单片机稳压电源整体原理 17
总结 19
致谢 20
参考文献 21
附录：系统原程序 22
3
1 直流稳压电源发展方
1智化
目前研制高精度高性功测量控制仪表时没考虑采微处理器微处理器体取代传统仪器仪表常规电子线路计算机技术测量控制技术结合起组成新代谓智化测量控制仪表智仪器解决许传统仪表易解决难题时简化系统电路提高系统性加快产品开发速度直流稳压电源方面仪器仪表提供电量仪器仪表动力源面身仪器仪表应智化
2 数字化
传统直流稳压电源中控制部分模拟信号设计工作六七十年代电力电子技术完全建立模拟电路基础现数字式信号数字电路显越越重数字信号处理技术日趋完善成熟显示出越越优点便计算机处理控制避免模拟信号畸变失真减杂散信号干扰(提高抗干扰力)便软件包调试遥感遥测遥调便诊断容错等技术植入
3 模块化
电源模块化两方面含义指功率器件模块化二指电源单元模块化模块化目仅方便缩整机体积更重取消传统连线寄生参数降器件承受电应力降低提高系统性功率电源器件容量限制增加冗余提高性方面考虑般采独立模块单元联工作采均流技术模块分担负载电流旦中某模块失效模块均分担负载电流极提高系统性万出现单模块障会影响系统正常工作
4 绿色化
电源系统绿色化两层含义首先显著节电意味着发电容量节约发电造成环境污染重原节电减少环境污染次电源(少)电网产生污染国际电工委员会(IEC制定系列标准工EC555 IEC917IECI000等20世纪末种源滤波器源补偿器方案诞生21世纪批量生产种绿色直流稳压电源产品奠定基础
2 系统设计
21 方案证
211 控制器部分
应STC89C52作控制器51系列优点部硬件软件套完整位操作系统称作位处理器布尔处理器处理象字字节位光片某特殊功寄存器某位进行处理传送置位清零测试等进行位逻辑运
4
算功十分完备起心应手51系列优点法法指令编程带便利51系列IO脚设置非常简单该脚作输入脚时须该脚设置高电（复位时IO口均置高电）该脚作输出脚时高电低电均低电时吸入电流达20mA具定驱动力高电时输出电流仅数十μA甚更（电流实际脚拉电流形成）基没驱动力
212 显示部分
LED显示优点：视角度宽价格便宜缺点：显示容少介面呆板占较IO口资源
22 电路特点
电路基数字电子芯片运单片机等编程芯片电路原理简单易理解显示部分两四位体数码样显示更加清晰易懂
3 电路设计
31 总体方框图图11示
图11
32 工作原理
单片机根键锁进行操作增加减AD转换电路输入数值Ｄ／Ａ转换器数字量例转换成模拟电压然射极器控制调整输出级输出
5
需稳定电压
4 电路部件工作原理
41 AT89C52单片机介绍
设计中采宏晶科技公司STC89C52单片机作控制芯片STC89C52种带8K字节闪烁编程檫读存储器低电压高性COMOS8微处理器该器件采ATMEL搞密度非易失存储器制造技术制造工业标准MCS51指令集输出脚相兼容面设计中单片机组成部分进行简介绍
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暂存器2等部件运算器功进行算术运算逻辑运算
b 控制器电路
控制器电路包括程序计数器PCPC加1寄存器指令寄存器指令译码器数指针DPTR堆栈指针SP缓器定时控制电路等控制电路完成指挥控制工作协调单片机部分正常工作
c 定时器计数器
MCS－52单片机片两16位定时计数器定时器0定时器1定时控制延时外部事件计数检测等
d 存储器
MCS－52系列单片机存储器包括数存储器程序存储器特点程序存储器数存储器寻址空间相互独立物理结构相
e 行IO口
MCS－52单片机48位IO口（P0P1P2P3）条IO线独立作输入输出P0口三态双口带8TTL门电路P1P2P3口准双口负载力4TTL门电路
f 串行IO口
MCS－521单片机具采通异步工作方式全双工串行通信接口时发送接收数
g 中断控制系统
80515中断源外中断2定时计数中断2串行中断1
h 时钟电路
MCS－52芯片部时钟电路晶体振荡器微调电容必须外接时钟电路单片机产生时钟脉序列振荡器频率范围12MHz～12MHz典型取值6MHz
i 总线
组成部分通总线连接起构成完整单片机系统址信号数信号控制信号通总线传送总线结构减少单片机连线引脚提高集成度性
6
选单片机结构：
1 8 位算术逻辑单元
2 32 IO 口4 组8 位端口单独寻址
3 两16 位定时计数器
4 全双工串行通信
5 6 中断源两中断优先级
6 128 字节置RAM
7 独立64K 字节寻址数代码区
8051 处理周期包括12 振荡周期12 振荡周期完成项操作取指令计算指令执行时间时钟频率12 取倒数然指令执行须周期数果系统时钟11059MHz 12 秒执行指令数921583条指令取倒数条指令须时间1085ms
AT89C52脚图图12示
图12 89CS52脚图
42 MAX7221芯片简说明
421 MAX7221功介绍
MAX7221种集成化串行输入输出阴极显示驱动器连接微处理器8位数字7段数字LED显示连接条线图显示器者64独立LED包括片B型BCD编码器路扫描回路段字驱动器8*8静态RAM存储数MAX7221种集成化串行输入输出阴极显示驱动器连接微处理器8位数字7段数字LED显示连接条线图显示器者64独立LED包括片B型BCD编码器路扫描回路段字驱动器8*8静态RAM存储数方便四
7
线串行接口联接通微处理器数寻址更新时需改写显示MAX7221样允许户数选择编码者编码MAX7221芯片脚图13示
图13 MAX7221芯片脚图
422 MAX7221引脚介绍
1Din脚串行数输入端数存入部16位移位寄存器
2 DIG0DIG7脚8位阴极数码控制输入端显示关闭时输出高电
3GND脚接段49脚接
4CS脚片选输入端CS0时串行数存入移位寄存器CS升时锁存16位数
5CLK脚串行时钟输入端高频率10MHz时钟升数移位存入部移位寄存器时钟降时数Dout输出CLK输入仅CS0效
6SEGASEGGSEGDP脚数码七段驱动数点驱动端关闭显示时段驱动输出高电
7Iset 脚连接Vdd电阻连接端模拟设定段驱动电流
8Vdd脚5v正电压输入端
9Dout脚串行数输入端数Din输入165时钟延迟Dout引脚输出引脚扩展MAX7221
43 DAC0832芯片简说明
431 引脚功
DAC0832双列直插式8位DA转换器完成数字量输入模拟量(电流)输出转换图DAC0832引脚图部结构图参数 ：分辨率8位转换时间1μs满量程误
8
差±1LSB参考电压(+10span>10)V供电电源(+5～+15)V逻辑电输入TTL兼容
图中见 DAC0832中两级锁存器第级锁存器称输入寄存器允许锁存信号ILE第二级锁存器称DAC寄存器锁存信号称通道控制信号XFER需相应模拟信号电压信号通高阻抗线性运算放器实现运放反馈电阻通RFB端引片固电阻外接DAC0832逻辑输入满足TTL电直接TTL电路微机连接DAC0832引脚图图14示
图14 DAC0832芯片脚图
图中ILE高电片选信号 CS 写信号 WR1低电时输入寄存器控制信号1种情况输入寄存器输出输入变化 WR1 低电变高时控制信号成低电时数锁存输入寄存器中样输入寄存器输出端外部数DB变化变化
第二级锁存说传送控制信号 XFER 写信号 WR2时低电时二级锁存控制信号高电8位DAC寄存器输出输入变化 WR2低电变高时控制信号变低电输入寄存器信息锁存DAC寄存器中
图中余引脚功定义：
1DI7～DI0 ：8位数输入端DI7高位
2IOUT1 ：模拟电流输出端1DAC寄存器中数全1时输出电流 DAC寄存器中数全0时输出电流0
3IOUT2 ：模拟电流输出端2 IOUT2IOUT1常数IOUT1＋IOUT2＝常数
9
4RFB ：反馈电阻引出端DAC0832部已反馈电阻 RFB端直接接外部运算放器输出端样相反馈电阻接运算放器 输出端输入端间
5VREF ：参考电压输入端端接正电压接负电压决定0255数字量转化出模拟量电压值幅度VREF范围(+10～10)V VREF端DA部T形电阻网络相连
6Vcc ：芯片供电电压范围(+0～15)V
7AGND ：模拟量模拟电路接端
8DGND ：数字量
44 ADC0804芯片简说明
441 ADC0804转换原理
ADC0804属连续渐进式AD转换种类型AD转换速度快分辨率高外价钱便宜优点普遍应微电脑接口设计
ADC0804芯片脚图图15示：
图15 ADC0804芯片脚图
电气特征：
1工作电压：+5v
2模拟输入电压范围：0～+5v
3分辨率：8位
10
4转换时间：100μs
5转换误差：1LSB
6参考电压：25v
45 数码显示
451数码结构
输出电压采7段数码进行显示数码8发光二极（简称字段）构成通组合显示数字0 ~9字符A ~ FHLPRUY符号数点
数码外型结构图45（a）示数码分阴极阳极两种结构分图45（b）图45（c）示
（a） 外型结构 （ b） 阴极 （c）阳极
图16 数码结构图
452数码工作原理
阳极数码8发光二极阳极（二极正端）连接起通常公阳极接高电（般接电源）脚接段驱动电路输出端某段驱动电路输出端低电时该端连接字段导通点亮根发光字段组合显示出种数字字符时求段驱动电路吸收额定段导通电流需根外接电源额定段导通电流确定相应限流电阻
阴极数码8发光二极阴极（二极负端）连接起通常公阴极接低电（般接）脚接段驱动电路输出端某段驱动电路输出端高电时该端连接字段导通点亮根发光字段组合显示出种数字字符时求段驱动电路提供额定段导通电流需根外接电源额定段导通电流确定相应限流电阻
11
453数码字形编码
数码显示出相应数字字符必须段数口输出相应字形编码图44（a）字型码位定义：
数线D0a字段应D1字段b字段应……类推阳极
数码数0表示应字段亮数1表示应字段暗阴极数码数0表示应字段暗数1表示应字段亮显示0阳极数码字型编码应：11000000B（C0H）阴极数码字型编码应：00111111B（3FH）类推求数码字形编码表11示
表11 数码字型编码表
显示字符
字形
阳 极
阴 极
dp
g
f
e
d
c
b
a
字型码
dp
g
f
e
d
c
b
a
字形码
0
0
1
1
0
0
0
0
0
0
C0H
0
0
1
1
1
1
1
1
3FH
1
1
1
1
1
1
1
0
0
1
F9H
0
0
0
0
0
1
1
0
06H
2
2
1
0
1
0
0
1
0
0
A4H
0
1
0
1
1
0
1
1
5BH
3
3
1
0
1
1
0
0
0
0
B0H
0
1
0
0
1
1
1
1
4FH
4
4
1
0
0
1
1
0
0
1
99H
0
1
1
0
0
1
1
0
66H
5
5
1
0
0
1
0
0
1
0
92H
0
1
1
0
1
1
0
1
6DH
6
6
1
0
0
0
0
0
1
0
82H
0
1
1
1
1
1
0
1
7DH
7
7
1
1
1
1
1
0
0
0
F8H
0
0
0
0
0
1
1
1
07H
8
8
1
0
0
0
0
0
0
0
80H
0
1
1
1
1
1
1
1
7FH
9
9
1
0
0
1
0
0
0
0
90H
0
1
1
0
1
1
1
1
6FH
A
A
1
0
0
0
1
0
0
0
88H
0
1
1
1
0
1
1
1
77H
B
B
1
0
0
0
0
0
1
1
83H
0
1
1
1
1
1
0
0
7CH
C
C
1
1
0
0
0
1
1
0
C6H
0
0
1
1
1
0
0
1
39H
D
D
1
0
1
0
0
0
0
1
A1H
0
1
0
1
1
1
1
0
5EH
E
E
1
0
0
0
0
1
1
0
86H
0
1
1
1
1
0
0
1
79H
F
F
1
0
0
0
1
1
1
0
8EH
0
1
1
1
0
0
0
1
71H
H
H
1
0
0
0
1
0
0
1
89H
0
1
1
1
0
1
1
0
76H
L
L
1
1
0
0
0
1
1
1
C7H
0
0
1
1
1
0
0
0
38H
P
P
1
0
0
0
1
1
0
0
8CH
0
1
1
1
0
0
1
1
73H
R
R
1
1
0
0
1
1
1
0
CEH
0
0
1
1
0
0
0
1
31H
U
U
1
1
0
0
0
0
0
1
C1H
0
0
1
1
1
1
1
0
3EH
Y
Y
1
0
0
1
0
0
0
1
91H
0
1
1
0
1
1
1
0
6EH
1
0
1
1
1
1
1
1
BFH
0
1
0
0
0
0
0
0
40H
0
1
1
1
1
1
1
1
7FH
1
0
0
0
0
0
0
0
80H
熄灭
灭
1
1
1
1
1
1
1
1
FFH
0
0
0
0
0
0
0
0
00H
显示部分电路图17 示
图17 数码显示电路
46 整流滤波初步稳压
图18
（1）电源变压器：降压变压器电网220V交流电压变换成符合需交流电压送整流电路变压器变变压器副边电压确定
（2）整流电路：利单导电元件50Hz正弦交流电变换成脉动直流电
13
a单相半波整流电路
单相半波整流电路简单整流电路图19单相半波阻性负载整流电路
图19
电路中T变压器作市电220V交流电压变成需直流电压VD整流二极作方变化交流电变单相脉动直流
输出直流电压均值直流电压V0式求出
(21)
半波整流电路优点结构简单元器件少缺点输出波形脉动直流成分较低变压器半周期导电利率低变压器电流含直流成分容易饱输出功率较负载求高场合
b单全波整流电路
单全波整流电路图110示
图110 单相全波整流电路
全波整流电路接入滤波电容C充放电程半波整流相V21V22轮流通VD1VD2电容C充电输出电压脉动半波整流时
14
c 桥式整流电路
图111 桥式整流电路
桥式整流电路电压作估算整流元件认理想纯电阻负载条件电压时值：
(22)
负载直流电压均值
二极截止时反电压相V2幅值：
(34)
导通二极电流均值负载电流均值半值负载电流值相
综桥式整流电路特点：半波整流电路相V2RL相条件输出直流电压提高倍电流脉动程度减变压器正负半周称电流流充分利存单磁化问题应较广泛需4整流二极线路稍复杂
简单介绍种整流电路根优缺点判断设计中采桥式整流电路方面电充分利方面现成整流桥集成元件设计起较方便
（3）滤波电路：整流电路输出电压中交流成分部分加滤较滑直流电压
交流电整流电路变脉动直流电流中含较交流分量设备纯净直流电必须滤波电路滤脉动电压中交流成份滤波电路般电抗元件组成负载电阻两端联电容器C负载中串联电感器L电容电感组合成中复式滤波电路
a电容滤波电路
电容滤波整流电路面量电解电容负载联例桥式电路例整流滤波电路图112示
15
图112电容滤波电路
电容滤波电路简单制作方便输出电流宜太求输出电压脉动成分较时必须增加电容器容量电路体积济RCπ型滤波电路实际电路中常
RCπ型滤波电路图113示：
实际电容滤波基础加1级RC滤波电路构成采种滤波电路进步降低输出电压脉动系数种滤波电路缺点R直流压降必须提高变压器次级电压整流击电流然较时R产生压降外特性电容滤波更软种电路适电流场合
图113RCπ型滤波电路
b电感滤波器
利电感具阻止电流变化特点整流电路负载回路中串联电感L图114示构成电感滤波电路
图114电感滤波电路
16
整流脉动电流增时电感L产生反电势－L(didt)阻止电流增相反电流减时电感L阻止电流减负载电流脉动成分降低达滤波目
电感交流电阻直流电阻输出直流分量电感损失适负载电流较场合外特性较负载电流变化时输出直流电压变化较外电感滤波二极导通角会减避免浪涌电流产生
进步改善滤波效果采LC滤波电路电感滤波电路基础负载电阻RL联电容器C图115示
图115 LC滤波电路
难出L 值RL时该电路电容滤波电路类似呈现电容滤波特点保证整流二极导电角180度般求L值基波信号言应满足RL<3Ω
LC滤波电路中输出电压中基波分量应jωLRL(1ωC)分压输出电压脉动成分仅电感滤波时更负载电流变化时均良滤波效果说负载适应性较强
功率输出电源稳压电路中输出电流较减少功率损耗般电阻做滤波器件常LC元件构成π型滤波电路增电感量般说L选铁心电感C选电解电容图116示：
图116 π型LC滤波电路
（1） 输出电压估算
显然电容滤波电路输出电压电容放电时间常数τRLC关τ应远
17
u2周期T分析实验表明 τRLC≥（3～5）T 2 时滤波电路输出电
压式估算 UO≈12U2
（2）整流二极导通时间缩短存瞬间浪涌电流求二极允许通更电流子参数应满足 IFM＞2IVIO
（3）已知负载电阻RL情况根式子选择滤波电容C容量 C≥（3～5） T 2RL 容量偏输出电压UO降般均选择容量电解电容电容耐压应u2峰值时考虑电网电压波动素留足够余量 电容滤波电路负载力较差仅适负载电流较场合 固定三端稳压器稳压电路图117示输入公端间输出端公端间分接033μf01μf电容防止激振荡
图117 三端稳压电路
47 系统电路设计
通键盘模块输入定电压值传送单片机单片机接受信号进行处理运算显示定电压值然DA转换输出电压采样电阻电压AD转换输入单片机系统通补偿算法进行数值补偿处理调整电压输出驱动显示器显示前电压值
系统核心STC89C52方便单片机引脚单片机引脚接口引出电路图118
19
5 软件流程图
业环境良电气专业毕业生具 点面宽适应性强特点般说电气专业毕业生够电气工程相关系统运行动控制电力电子技术信息处理试验技术研制开发济理电子计算机技术应等领域担重工作级发电厂供电局电网调度类中型企业事电力设计建设调试生产运行理市场运营科技开发技术培训等工作事电气设备维护检修安装调试等方面工作
系统软件流程图直观描述实现系统输出电压调节首先系统输出电压进行初始化设定5V（常电压值）然通判断键+键键系统输出电压进行相应调节保证输出电压超出设定范围具体调节程图119示
19
22222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
图119 系统软件流程图
6 原理图设计
61 ADC0804原理图
611 ADC0804原理图图120示
20
图120 ADC0804原理图
62 DAC0832原理图
621 DAC0832原理图图121示
图121 DAC0832 原理图
21
63 单片机稳压电源整体原理图
631 单片机稳压电源整体原理
图122 单片机稳压电源整体原理
总结
开始设计规划出电路图利仿真软件时出现实际问题细节需认真环节错误会导致正确结果设计时应仿真成功基础次电路进行改进找出佳合设计方法实验仿真通软件proteus实现然前proteus作单片机仿真通次课设proteus更进步解基操作更加解通软件避免许实际操作中遇事
参考文献
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22
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23
附录 系统源程序
附录 系统源程序
ORG 30H
STARTMOV R1#64H 输出电压初化
MOV 40H#0 设定5V
MOV 41H#5
MOV 42H#0
DL JB P10DL1 +键键处理
CALL DELAY
CJNE R1#0F0HDL3
JMP DL2
DL3 INC R1 输出电压增加01V
INC R1
INC 42H
MOV R542H
CJNE R5#0AHDL2
MOV 42H#0
INC 41H
MOV R541H
CJNE R5#0AHDL2
MOV 41H#0
INC 40H
JMP DL2
DL1 JB P11DL2 键键处理
CALL DELAY
CJNE R1#03CHDL4
JMP DL2
DL4 DEC R1 输出电压减少01V
DEC R1
DEC 42H
MOV R542H
CJNE R5#0FFHDL2
MOV 42H#9
DEC 41H
MOV R541H
CJNE R5#0FFHDL2
MOV 41H#9
DEC 40H
MOV R540H
CJNE R5#0FFHDL2
MOV 40H#0
DL2 MOV P0R1 数显示
24
CALL DISP
JMP DL
DELAYMOV R4#02H 延时
DELAY3MOV R3#0FFH
DELAY1MOV R2#04FH
DELAY2DJNZ R2DELAY2
DJNZ R3DELAY1
DJNZ R4DELAY3
RET
DISP MOV P3#0F7H 显示子程序
MOV P2#3EH 显示单位
CALL DELA
MOV DPTR#TAB 显示数位
MOV A42H
MOVC A@A+DPTR
MOV P3#0FBH
MOV P2A
CALL DELA
MOV A41H 显示位数
MOVC A@A+DPTR 数点
ADD A#80H
MOV P3#0FDH
MOV P2A
CALL DELA
MOV R540H
CJNE R5#0DISP1
RET
DISP1 MOV A40H 显示十位数
MOVC A@A+DPTR
MOV P3#0FEH
MOV P2A
CALL DELA
RET
DELA MOV R3#04FH 延时
DELA1 MOV R2#57H
DELA2 DJNZ R2DELA2
DJNZ R3DELA1
RET
TABDB 3FH06H5BH4FH66H6DH7DH07H7FH6FH77H 数码显示数表
END
25
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课程设计文
设计题目：单片机控制直流稳压电源设计
学校：
院系：
专业：
年级：2013级
姓名学号：
指导教师
单片机控制直流稳压电源设计
摘：
系统 AT89S52 单片机作系统核心DA数字模拟转换模块键LED串口显示模块等模块组成数控电源该系统实现 输出电压：范围 2 ～＋ 15 0 V步进1V纹波10mV输出电流：500mA输出电压值数码显示＋－两键控制输出电压步进增减 输入模块键单片机输入单片机输入数字方面显示模块数码中显示出部分输DAC0832转化模拟量电流输出通运算放器模拟量转化相应电压电压放控制LM317控制端实现输出电压控制
关键词： AT89S52 单片机 数控电源 DA 直流电源
1
目录
摘 1
目录 2
目录1 3
目录2 3
1 直流稳压电源发展方 4
2 系统概述 4
21 方案证 3
211 控制器部分 5
212 显示部分 5
22电路特点 6
3 电路设计 6
31 总体方框图 8
32 工作原理 9
4电路部件工作原理 9
27 系统电路设计 12
5 软件流程图 13
6 原理图设计 15
2
61 ADC0804原理图 15
621 DAC0832原理图 16
622 DAC0832PCB板图 16
63 单片机稳压电源整体原理图 17
631 单片机稳压电源整体原理 17
总结 19
致谢 20
参考文献 21
附录：系统原程序 22
3
1 直流稳压电源发展方
1智化
目前研制高精度高性功测量控制仪表时没考虑采微处理器微处理器体取代传统仪器仪表常规电子线路计算机技术测量控制技术结合起组成新代谓智化测量控制仪表智仪器解决许传统仪表易解决难题时简化系统电路提高系统性加快产品开发速度直流稳压电源方面仪器仪表提供电量仪器仪表动力源面身仪器仪表应智化
2 数字化
传统直流稳压电源中控制部分模拟信号设计工作六七十年代电力电子技术完全建立模拟电路基础现数字式信号数字电路显越越重数字信号处理技术日趋完善成熟显示出越越优点便计算机处理控制避免模拟信号畸变失真减杂散信号干扰(提高抗干扰力)便软件包调试遥感遥测遥调便诊断容错等技术植入
3 模块化
电源模块化两方面含义指功率器件模块化二指电源单元模块化模块化目仅方便缩整机体积更重取消传统连线寄生参数降器件承受电应力降低提高系统性功率电源器件容量限制增加冗余提高性方面考虑般采独立模块单元联工作采均流技术模块分担负载电流旦中某模块失效模块均分担负载电流极提高系统性万出现单模块障会影响系统正常工作
4 绿色化
电源系统绿色化两层含义首先显著节电意味着发电容量节约发电造成环境污染重原节电减少环境污染次电源(少)电网产生污染国际电工委员会(IEC制定系列标准工EC555 IEC917IECI000等20世纪末种源滤波器源补偿器方案诞生21世纪批量生产种绿色直流稳压电源产品奠定基础
2 系统设计
21 方案证
211 控制器部分
应STC89C52作控制器51系列优点部硬件软件套完整位操作系统称作位处理器布尔处理器处理象字字节位光片某特殊功寄存器某位进行处理传送置位清零测试等进行位逻辑运
4
算功十分完备起心应手51系列优点法法指令编程带便利51系列IO脚设置非常简单该脚作输入脚时须该脚设置高电（复位时IO口均置高电）该脚作输出脚时高电低电均低电时吸入电流达20mA具定驱动力高电时输出电流仅数十μA甚更（电流实际脚拉电流形成）基没驱动力
212 显示部分
LED显示优点：视角度宽价格便宜缺点：显示容少介面呆板占较IO口资源
22 电路特点
电路基数字电子芯片运单片机等编程芯片电路原理简单易理解显示部分两四位体数码样显示更加清晰易懂
3 电路设计
31 总体方框图图11示
图11
32 工作原理
单片机根键锁进行操作增加减AD转换电路输入数值Ｄ／Ａ转换器数字量例转换成模拟电压然射极器控制调整输出级输出
5
需稳定电压
4 电路部件工作原理
41 AT89C52单片机介绍
设计中采宏晶科技公司STC89C52单片机作控制芯片STC89C52种带8K字节闪烁编程檫读存储器低电压高性COMOS8微处理器该器件采ATMEL搞密度非易失存储器制造技术制造工业标准MCS51指令集输出脚相兼容面设计中单片机组成部分进行简介绍
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暂存器2等部件运算器功进行算术运算逻辑运算
b 控制器电路
控制器电路包括程序计数器PCPC加1寄存器指令寄存器指令译码器数指针DPTR堆栈指针SP缓器定时控制电路等控制电路完成指挥控制工作协调单片机部分正常工作
c 定时器计数器
MCS－52单片机片两16位定时计数器定时器0定时器1定时控制延时外部事件计数检测等
d 存储器
MCS－52系列单片机存储器包括数存储器程序存储器特点程序存储器数存储器寻址空间相互独立物理结构相
e 行IO口
MCS－52单片机48位IO口（P0P1P2P3）条IO线独立作输入输出P0口三态双口带8TTL门电路P1P2P3口准双口负载力4TTL门电路
f 串行IO口
MCS－521单片机具采通异步工作方式全双工串行通信接口时发送接收数
g 中断控制系统
80515中断源外中断2定时计数中断2串行中断1
h 时钟电路
MCS－52芯片部时钟电路晶体振荡器微调电容必须外接时钟电路单片机产生时钟脉序列振荡器频率范围12MHz～12MHz典型取值6MHz
i 总线
组成部分通总线连接起构成完整单片机系统址信号数信号控制信号通总线传送总线结构减少单片机连线引脚提高集成度性
6
选单片机结构：
1 8 位算术逻辑单元
2 32 IO 口4 组8 位端口单独寻址
3 两16 位定时计数器
4 全双工串行通信
5 6 中断源两中断优先级
6 128 字节置RAM
7 独立64K 字节寻址数代码区
8051 处理周期包括12 振荡周期12 振荡周期完成项操作取指令计算指令执行时间时钟频率12 取倒数然指令执行须周期数果系统时钟11059MHz 12 秒执行指令数921583条指令取倒数条指令须时间1085ms
AT89C52脚图图12示
图12 89CS52脚图
42 MAX7221芯片简说明
421 MAX7221功介绍
MAX7221种集成化串行输入输出阴极显示驱动器连接微处理器8位数字7段数字LED显示连接条线图显示器者64独立LED包括片B型BCD编码器路扫描回路段字驱动器8*8静态RAM存储数MAX7221种集成化串行输入输出阴极显示驱动器连接微处理器8位数字7段数字LED显示连接条线图显示器者64独立LED包括片B型BCD编码器路扫描回路段字驱动器8*8静态RAM存储数方便四
7
线串行接口联接通微处理器数寻址更新时需改写显示MAX7221样允许户数选择编码者编码MAX7221芯片脚图13示
图13 MAX7221芯片脚图
422 MAX7221引脚介绍
1Din脚串行数输入端数存入部16位移位寄存器
2 DIG0DIG7脚8位阴极数码控制输入端显示关闭时输出高电
3GND脚接段49脚接
4CS脚片选输入端CS0时串行数存入移位寄存器CS升时锁存16位数
5CLK脚串行时钟输入端高频率10MHz时钟升数移位存入部移位寄存器时钟降时数Dout输出CLK输入仅CS0效
6SEGASEGGSEGDP脚数码七段驱动数点驱动端关闭显示时段驱动输出高电
7Iset 脚连接Vdd电阻连接端模拟设定段驱动电流
8Vdd脚5v正电压输入端
9Dout脚串行数输入端数Din输入165时钟延迟Dout引脚输出引脚扩展MAX7221
43 DAC0832芯片简说明
431 引脚功
DAC0832双列直插式8位DA转换器完成数字量输入模拟量(电流)输出转换图DAC0832引脚图部结构图参数 ：分辨率8位转换时间1μs满量程误
8
差±1LSB参考电压(+10span>10)V供电电源(+5～+15)V逻辑电输入TTL兼容
图中见 DAC0832中两级锁存器第级锁存器称输入寄存器允许锁存信号ILE第二级锁存器称DAC寄存器锁存信号称通道控制信号XFER需相应模拟信号电压信号通高阻抗线性运算放器实现运放反馈电阻通RFB端引片固电阻外接DAC0832逻辑输入满足TTL电直接TTL电路微机连接DAC0832引脚图图14示
图14 DAC0832芯片脚图
图中ILE高电片选信号 CS 写信号 WR1低电时输入寄存器控制信号1种情况输入寄存器输出输入变化 WR1 低电变高时控制信号成低电时数锁存输入寄存器中样输入寄存器输出端外部数DB变化变化
第二级锁存说传送控制信号 XFER 写信号 WR2时低电时二级锁存控制信号高电8位DAC寄存器输出输入变化 WR2低电变高时控制信号变低电输入寄存器信息锁存DAC寄存器中
图中余引脚功定义：
1DI7～DI0 ：8位数输入端DI7高位
2IOUT1 ：模拟电流输出端1DAC寄存器中数全1时输出电流 DAC寄存器中数全0时输出电流0
3IOUT2 ：模拟电流输出端2 IOUT2IOUT1常数IOUT1＋IOUT2＝常数
9
4RFB ：反馈电阻引出端DAC0832部已反馈电阻 RFB端直接接外部运算放器输出端样相反馈电阻接运算放器 输出端输入端间
5VREF ：参考电压输入端端接正电压接负电压决定0255数字量转化出模拟量电压值幅度VREF范围(+10～10)V VREF端DA部T形电阻网络相连
6Vcc ：芯片供电电压范围(+0～15)V
7AGND ：模拟量模拟电路接端
8DGND ：数字量
44 ADC0804芯片简说明
441 ADC0804转换原理
ADC0804属连续渐进式AD转换种类型AD转换速度快分辨率高外价钱便宜优点普遍应微电脑接口设计
ADC0804芯片脚图图15示：
图15 ADC0804芯片脚图
电气特征：
1工作电压：+5v
2模拟输入电压范围：0～+5v
3分辨率：8位
10
4转换时间：100μs
5转换误差：1LSB
6参考电压：25v
45 数码显示
451数码结构
输出电压采7段数码进行显示数码8发光二极（简称字段）构成通组合显示数字0 ~9字符A ~ FHLPRUY符号数点
数码外型结构图45（a）示数码分阴极阳极两种结构分图45（b）图45（c）示
（a） 外型结构 （ b） 阴极 （c）阳极
图16 数码结构图
452数码工作原理
阳极数码8发光二极阳极（二极正端）连接起通常公阳极接高电（般接电源）脚接段驱动电路输出端某段驱动电路输出端低电时该端连接字段导通点亮根发光字段组合显示出种数字字符时求段驱动电路吸收额定段导通电流需根外接电源额定段导通电流确定相应限流电阻
阴极数码8发光二极阴极（二极负端）连接起通常公阴极接低电（般接）脚接段驱动电路输出端某段驱动电路输出端高电时该端连接字段导通点亮根发光字段组合显示出种数字字符时求段驱动电路提供额定段导通电流需根外接电源额定段导通电流确定相应限流电阻
11
453数码字形编码
数码显示出相应数字字符必须段数口输出相应字形编码图44（a）字型码位定义：
数线D0a字段应D1字段b字段应……类推阳极
数码数0表示应字段亮数1表示应字段暗阴极数码数0表示应字段暗数1表示应字段亮显示0阳极数码字型编码应：11000000B（C0H）阴极数码字型编码应：00111111B（3FH）类推求数码字形编码表11示
表11 数码字型编码表
显示字符
字形
阳 极
阴 极
dp
g
f
e
d
c
b
a
字型码
dp
g
f
e
d
c
b
a
字形码
0
0
1
1
0
0
0
0
0
0
C0H
0
0
1
1
1
1
1
1
3FH
1
1
1
1
1
1
1
0
0
1
F9H
0
0
0
0
0
1
1
0
06H
2
2
1
0
1
0
0
1
0
0
A4H
0
1
0
1
1
0
1
1
5BH
3
3
1
0
1
1
0
0
0
0
B0H
0
1
0
0
1
1
1
1
4FH
4
4
1
0
0
1
1
0
0
1
99H
0
1
1
0
0
1
1
0
66H
5
5
1
0
0
1
0
0
1
0
92H
0
1
1
0
1
1
0
1
6DH
6
6
1
0
0
0
0
0
1
0
82H
0
1
1
1
1
1
0
1
7DH
7
7
1
1
1
1
1
0
0
0
F8H
0
0
0
0
0
1
1
1
07H
8
8
1
0
0
0
0
0
0
0
80H
0
1
1
1
1
1
1
1
7FH
9
9
1
0
0
1
0
0
0
0
90H
0
1
1
0
1
1
1
1
6FH
A
A
1
0
0
0
1
0
0
0
88H
0
1
1
1
0
1
1
1
77H
B
B
1
0
0
0
0
0
1
1
83H
0
1
1
1
1
1
0
0
7CH
C
C
1
1
0
0
0
1
1
0
C6H
0
0
1
1
1
0
0
1
39H
D
D
1
0
1
0
0
0
0
1
A1H
0
1
0
1
1
1
1
0
5EH
E
E
1
0
0
0
0
1
1
0
86H
0
1
1
1
1
0
0
1
79H
F
F
1
0
0
0
1
1
1
0
8EH
0
1
1
1
0
0
0
1
71H
H
H
1
0
0
0
1
0
0
1
89H
0
1
1
1
0
1
1
0
76H
L
L
1
1
0
0
0
1
1
1
C7H
0
0
1
1
1
0
0
0
38H
P
P
1
0
0
0
1
1
0
0
8CH
0
1
1
1
0
0
1
1
73H
R
R
1
1
0
0
1
1
1
0
CEH
0
0
1
1
0
0
0
1
31H
U
U
1
1
0
0
0
0
0
1
C1H
0
0
1
1
1
1
1
0
3EH
Y
Y
1
0
0
1
0
0
0
1
91H
0
1
1
0
1
1
1
0
6EH
1
0
1
1
1
1
1
1
BFH
0
1
0
0
0
0
0
0
40H
0
1
1
1
1
1
1
1
7FH
1
0
0
0
0
0
0
0
80H
熄灭
灭
1
1
1
1
1
1
1
1
FFH
0
0
0
0
0
0
0
0
00H
显示部分电路图17 示
图17 数码显示电路
46 整流滤波初步稳压
图18
（1）电源变压器：降压变压器电网220V交流电压变换成符合需交流电压送整流电路变压器变变压器副边电压确定
（2）整流电路：利单导电元件50Hz正弦交流电变换成脉动直流电
13
a单相半波整流电路
单相半波整流电路简单整流电路图19单相半波阻性负载整流电路
图19
电路中T变压器作市电220V交流电压变成需直流电压VD整流二极作方变化交流电变单相脉动直流
输出直流电压均值直流电压V0式求出
(21)
半波整流电路优点结构简单元器件少缺点输出波形脉动直流成分较低变压器半周期导电利率低变压器电流含直流成分容易饱输出功率较负载求高场合
b单全波整流电路
单全波整流电路图110示
图110 单相全波整流电路
全波整流电路接入滤波电容C充放电程半波整流相V21V22轮流通VD1VD2电容C充电输出电压脉动半波整流时
14
c 桥式整流电路
图111 桥式整流电路
桥式整流电路电压作估算整流元件认理想纯电阻负载条件电压时值：
(22)
负载直流电压均值
二极截止时反电压相V2幅值：
(34)
导通二极电流均值负载电流均值半值负载电流值相
综桥式整流电路特点：半波整流电路相V2RL相条件输出直流电压提高倍电流脉动程度减变压器正负半周称电流流充分利存单磁化问题应较广泛需4整流二极线路稍复杂
简单介绍种整流电路根优缺点判断设计中采桥式整流电路方面电充分利方面现成整流桥集成元件设计起较方便
（3）滤波电路：整流电路输出电压中交流成分部分加滤较滑直流电压
交流电整流电路变脉动直流电流中含较交流分量设备纯净直流电必须滤波电路滤脉动电压中交流成份滤波电路般电抗元件组成负载电阻两端联电容器C负载中串联电感器L电容电感组合成中复式滤波电路
a电容滤波电路
电容滤波整流电路面量电解电容负载联例桥式电路例整流滤波电路图112示
15
图112电容滤波电路
电容滤波电路简单制作方便输出电流宜太求输出电压脉动成分较时必须增加电容器容量电路体积济RCπ型滤波电路实际电路中常
RCπ型滤波电路图113示：
实际电容滤波基础加1级RC滤波电路构成采种滤波电路进步降低输出电压脉动系数种滤波电路缺点R直流压降必须提高变压器次级电压整流击电流然较时R产生压降外特性电容滤波更软种电路适电流场合
图113RCπ型滤波电路
b电感滤波器
利电感具阻止电流变化特点整流电路负载回路中串联电感L图114示构成电感滤波电路
图114电感滤波电路
16
整流脉动电流增时电感L产生反电势－L(didt)阻止电流增相反电流减时电感L阻止电流减负载电流脉动成分降低达滤波目
电感交流电阻直流电阻输出直流分量电感损失适负载电流较场合外特性较负载电流变化时输出直流电压变化较外电感滤波二极导通角会减避免浪涌电流产生
进步改善滤波效果采LC滤波电路电感滤波电路基础负载电阻RL联电容器C图115示
图115 LC滤波电路
难出L 值RL时该电路电容滤波电路类似呈现电容滤波特点保证整流二极导电角180度般求L值基波信号言应满足RL<3Ω
LC滤波电路中输出电压中基波分量应jωLRL(1ωC)分压输出电压脉动成分仅电感滤波时更负载电流变化时均良滤波效果说负载适应性较强
功率输出电源稳压电路中输出电流较减少功率损耗般电阻做滤波器件常LC元件构成π型滤波电路增电感量般说L选铁心电感C选电解电容图116示：
图116 π型LC滤波电路
（1） 输出电压估算
显然电容滤波电路输出电压电容放电时间常数τRLC关τ应远
17
u2周期T分析实验表明 τRLC≥（3～5）T 2 时滤波电路输出电
压式估算 UO≈12U2
（2）整流二极导通时间缩短存瞬间浪涌电流求二极允许通更电流子参数应满足 IFM＞2IVIO
（3）已知负载电阻RL情况根式子选择滤波电容C容量 C≥（3～5） T 2RL 容量偏输出电压UO降般均选择容量电解电容电容耐压应u2峰值时考虑电网电压波动素留足够余量 电容滤波电路负载力较差仅适负载电流较场合 固定三端稳压器稳压电路图117示输入公端间输出端公端间分接033μf01μf电容防止激振荡
图117 三端稳压电路
47 系统电路设计
通键盘模块输入定电压值传送单片机单片机接受信号进行处理运算显示定电压值然DA转换输出电压采样电阻电压AD转换输入单片机系统通补偿算法进行数值补偿处理调整电压输出驱动显示器显示前电压值
系统核心STC89C52方便单片机引脚单片机引脚接口引出电路图118
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5 软件流程图
业环境良电气专业毕业生具 点面宽适应性强特点般说电气专业毕业生够电气工程相关系统运行动控制电力电子技术信息处理试验技术研制开发济理电子计算机技术应等领域担重工作级发电厂供电局电网调度类中型企业事电力设计建设调试生产运行理市场运营科技开发技术培训等工作事电气设备维护检修安装调试等方面工作
系统软件流程图直观描述实现系统输出电压调节首先系统输出电压进行初始化设定5V（常电压值）然通判断键+键键系统输出电压进行相应调节保证输出电压超出设定范围具体调节程图119示
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22222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222222
图119 系统软件流程图
6 原理图设计
61 ADC0804原理图
611 ADC0804原理图图120示
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图120 ADC0804原理图
62 DAC0832原理图
621 DAC0832原理图图121示
图121 DAC0832 原理图
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63 单片机稳压电源整体原理图
631 单片机稳压电源整体原理
图122 单片机稳压电源整体原理
总结
开始设计规划出电路图利仿真软件时出现实际问题细节需认真环节错误会导致正确结果设计时应仿真成功基础次电路进行改进找出佳合设计方法实验仿真通软件proteus实现然前proteus作单片机仿真通次课设proteus更进步解基操作更加解通软件避免许实际操作中遇事
参考文献
[1]康华光编电子技术基础[M]第五版北京：高等教育出版社2006
[2]黄智伟编全国学生电子设计竞赛制作实训[M]第二版北京：北京航空航天出版社2008
[3]文鹏王昊编通集成电路选择[J]北京民邮电出版社2004
22
[4]郭天祥编著51单片机C语言教程[M]北京：电子工业出版社2009
[5]高吉祥编全国学生电子设计竞赛培训系列教程 模拟电子线路设计[M]北京：电子工业出版社2010
[6]宁武唐晓宇闫晓金编著全国学生电子设计竞赛基技指导[M]北京：电子工业出版社2009
[7]陈明义编电子技术课程实际实教程[M]第三版长沙：中南学出版社2009
[8]丁明亮唐前辉编51单片机应设计仿真基Keil CProteus北京：北京航空航天出版社2009
23
附录 系统源程序
附录 系统源程序
ORG 30H
STARTMOV R1#64H 输出电压初化
MOV 40H#0 设定5V
MOV 41H#5
MOV 42H#0
DL JB P10DL1 +键键处理
CALL DELAY
CJNE R1#0F0HDL3
JMP DL2
DL3 INC R1 输出电压增加01V
INC R1
INC 42H
MOV R542H
CJNE R5#0AHDL2
MOV 42H#0
INC 41H
MOV R541H
CJNE R5#0AHDL2
MOV 41H#0
INC 40H
JMP DL2
DL1 JB P11DL2 键键处理
CALL DELAY
CJNE R1#03CHDL4
JMP DL2
DL4 DEC R1 输出电压减少01V
DEC R1
DEC 42H
MOV R542H
CJNE R5#0FFHDL2
MOV 42H#9
DEC 41H
MOV R541H
CJNE R5#0FFHDL2
MOV 41H#9
DEC 40H
MOV R540H
CJNE R5#0FFHDL2
MOV 40H#0
DL2 MOV P0R1 数显示
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CALL DISP
JMP DL
DELAYMOV R4#02H 延时
DELAY3MOV R3#0FFH
DELAY1MOV R2#04FH
DELAY2DJNZ R2DELAY2
DJNZ R3DELAY1
DJNZ R4DELAY3
RET
DISP MOV P3#0F7H 显示子程序
MOV P2#3EH 显示单位
CALL DELA
MOV DPTR#TAB 显示数位
MOV A42H
MOVC A@A+DPTR
MOV P3#0FBH
MOV P2A
CALL DELA
MOV A41H 显示位数
MOVC A@A+DPTR 数点
ADD A#80H
MOV P3#0FDH
MOV P2A
CALL DELA
MOV R540H
CJNE R5#0DISP1
RET
DISP1 MOV A40H 显示十位数
MOVC A@A+DPTR
MOV P3#0FEH
MOV P2A
CALL DELA
RET
DELA MOV R3#04FH 延时
DELA1 MOV R2#57H
DELA2 DJNZ R2DELA2
DJNZ R3DELA1
RET
TABDB 3FH06H5BH4FH66H6DH7DH07H7FH6FH77H 数码显示数表
END
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