数控直流稳压电源的设计与实现

数控稳压直流电源设计报告

1、数控直流稳压电源设计指标及设计 1.1 设计技术指标

本设计是线性数控直流电源，设计要求如下： 1、电压变化范围+5%~-5%条件； 2、输出电压可调范围为0~10V；

1.2 本课题研究方法和目标

数控电源的主要研究思路： 1、硬件部分

（1）单片机采用STC89C52最小系统方案，采用数码管和按键做人机界面，采用DA 芯片作为主要的单片机系统。

（2）电压调整靠调整输入到DA的数字量来改变输出电压大小，再通过电压功率放大器将其放大，得到输出电压。

2、软件部分

（1）键盘输入程序用键盘扫描程序，将按键设置的电压交给D/A芯片产生输出电压。

（2）单片机通过A/D芯片读取当前输出电压值，通过显示程序，显示在数码管上。

2硬件电路详细设计

2.1 单片机系统外围电路设计

在本次设计中，使用AT89C52单片机，其外围电路有复位电路、晶振电路、按键电路、数码管显示和D/A芯片接口电路。以下是电路的详细设计。

2.1.1 复位电路设计

单片机在启动的时候都需要复位，使单片机系统处于初始状态，然后开始工作。89系列的单片机的RET引脚是复位信号的输入端，当系统处于正常工作状态，振荡器稳定，RET引脚上出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就进入数位状态，但是如果引脚RET出现持续的高电平，单片机就处于循环复位状态[9]。

--

--

复位通常有两种基本形式：上电复位和手动复位。本次设计采用上电复位。电路图如图2-1所示。

图2-1 复位电路

2.1.2 时钟振荡电路设计

单片机的CPU实质上是一个复杂的同步时序电路，它的工作都是必须在时钟控制下进行的。CPU工作发出的控制信号在时间上的相互关系就是CPU的时序问题[9]。

CPU的时序需要外部硬件电路来实现，既振荡器和时钟电路。51单片机内部都有一个高增益反向放大器，用于构成振荡器，但是构成时钟，外部还需要加一些附加电路。本次设计采用单片机外部加晶振构成振荡电路，如图4-2所示。

--

--

图2-2 单片机振荡电路

该振荡电路时采用的单片机内部时钟方式，是直接在引脚XTAL1和XTAL2两端接晶振，就构成了稳定的自激振荡器，振荡器产生的脉冲信号直接送入内部时钟电路。

2.1.3 键盘电路设计

本次设计为数控电源，所以需要键盘设置输出电压，按键电路设计简单，如图4-3所示。

图2-3 按键电路

四个按键依次为电压+1V、+0.1V、-1V、-0.1V，与单片机的P2口连接。

2.1.4 显示电路设计

89系列单片显示通常采用的是LED数码管显示或LCD显示，两个显示它们的接口方法是不同的。一般LCD配置了专门的驱动电器74ls244，在进行信

--

--

息显示时，只需要把信息写入驱动电器的存储器中即可。而数码管显示一般需要的电流较大，数码管显示有两种方式：静态显示和动态扫描显示，在一般应用中主要是采用动态扫描方式。本次设计采用LED数码管动态扫描显示，电路图如下图2-4所示。

图2-4-1 74ls224总线驱动电路

图2-4-2 数码管显示电路输出电压测量

--

--

本设计采用共阴数码管显示，数码管接在单片机的P1和P2口，所以单片机P1口需要加上拉电阻。

2.1.5 单片机与DA接口电路设计

由于本次设计用DA转换输出，所以在设计的时候采用了DAC0808单片控制输出电压。DAC0808与单片机接口电路如图2-5所示。

图2-5 DAC0808与单片机接口电路

2.6 总电路图的设计

如图2-6总电路图。

--

--

图2-6 总电路图

该中电路图是在protus软件里完成的，在绘图时采用的是分模块设计，以便于理解和修改，各模块又使用网络标号连接，这样使得电路更加简明。

3、 软件设计，详细叙述各个软件模块所实现的功能

3、1 以下程序为初始化个变量，即把个变量的初始值赋值为零，所以运行程序时，给定电压为零，输出电压也为零。 ;****************** ;初始化变量 ;****************** MAIN: MOV R0,#30H MOV R7,#10H MOV P3,#00H CLR C MOV 00H,C LOOP: MOV @R0,#00H INC R0

3、2 位选程序是对输出赋值时，按位选后，74ls244进入三态模式，电压实测数码管输出保持原值。

DJNZ R7,LOOP MOV R1,#2FH LOOP1: LCALL DISPLAY

LCALL SHUCHU;电压D/A转换输出

JNB P1.0,WEIXUAN;进入位选状态

JNB P1.2,JIA;进入加状态 JNB P1.3,JIAN;进入减状态 AJMP LOOP1

--

--

;****************** ;位选程序

;******************

WEIXUAN:LCALL DISPLAY

JNB P1.0,WEIXUAN;去抖动 INC R1 MOV A,R1 CJNE A,#34H,LOP1 MOV R1,#30H

LOP1: JNB P1.1,DUANXUAN;进入段选状态

3、3 位选选到哪一位后，通过段选对那一段进行加一操作，按一下，加一，直到加到九，再按又变为为零。 ;****************** ;段选程序

;******************

DUANXUAN:LCALL DISPLAY JNB P1.1,DUANXUAN;去抖动 MOV A,R1 MOV R0,A MOV A,@R0

3.4 按确认键，可以进入三态模式，再按一下，可对设定电压十分位进行加5或减5操作，对应的输出值也相应的发生改变。 ;****************** ;加1程序

;****************** JIA: LCALL DISPLAY JNB P1.2,JIA;去抖动 MOV A,30H JZ Y4 AJMP MAIN Y4: CLR C

MOV A,33H ADD A,#5 ACALL BIJIAO1 MOV 33H,A MOV C,00H MOV A,32H ADDC A,#00H MOV 00H,C;存进位 ACALL BIJIAO1 INC A CJNE A,#10,L1 MOV A,#00H L1: MOV @R0,A LCALL DISPLAY AJMP LOP1 ;******************

JNB P1.0,WEIXUAN;进入位选状态

LCALL DISPLAY

JNB P1.4,LOP2; 进入确定状态

AJMP LOP1

LOP2: JNB P1.4,LOP2;去抖动 MOV R1,#2FH AJMP LOOP1

--

--

MOV 32H,A MOV C,00H MOV A,31H ADDC A,#00H MOV 00H,C;存进位 ACALL BIJIAO1 MOV 31H,A MOV A,#00H ADDC A,#00H MOV 30H,A Y3: AJMP LOOP1 BIJIAO1:CJNE A,#0AH,Y1 MOV A,#00H SETB C MOV 00H,C AJMP Y2 Y1: CLR C Y2: RET ;****************** ;减5程序

;****************** JIAN: LCALL DISPLAY JNB P1.3,JIAN;去抖动 MOV A,30H JNZ Y7 MOV A,31H JNZ Y7 MOV A,32H

JNZ Y7 MOV A,33H JNZ Y7 MOV 30H,#01H AJMP LOOP1 Y7: CLR C MOV A,33H SUBB A,#5 JZ Y8 MOV A,#05H Y8: MOV 33H,A MOV A,32H SUBB A,#00H ACALL BIJIAO2 MOV 32H,A MOV A,31H SUBB A,#00H ACALL BIJIAO2 MOV 31H,A MOV A,30H SUBB A,#00H MOV 30H,A AJMP LOOP1 BIJIAO2:JNC Y9 MOV A,#09H Y9: RET

3.5 以下为DA转换子程序，单片机把设定好的电压值送到DA把数字量转换成模拟量通过电压功率放大器输出。 ;****************** ;电压D/A转换输出子程序 ;****************** SHUCHU: SETB RS0

MOV A,30H JZ Y5 MOV A,#200 AJMP Y6

--

--

Y5: MOV A,30H SWAP A ORL A,31H MOV B,#20 MUL AB MOV 45H,A MOV A,32H MOV B,#2 MUL AB ADD A,45H MOV 45H,A MOV A,33H

3、6 以下为电压测量子程序，它完成功能主要是测量出输出电压值，存储在寄存器类，此值是送到显示模块显示的值。 ;****************** ;调用电压测量值子程序 ;****************** CLZ: MOV 48H,A MOV R0,#34H MOV R6,#4 LOOP7: MOV B,#10 MUL AB MOV 62H,A MOV A,B MOV @R0,A ADD A,62H MOV 63H,A MOV A,@R0 ADDC A,#00H MOV @R0,A MOV A,63H INC R0 DJNZ R6,LOOP7 RET

MOV B,#5 DIV AB ADD A,45H MOV 45H,A Y6: MOV DPTR,#TAB2 MOVC A,@A+DPTR MOV P3,A CLR RS0

ACALL CLZ;调用电压测量值子程序 RET

--

--

3、7 以下为显示子程序，它完成功能主要是从单片机中取数，然后再送到数码管显示，先送段码，再送位码。 ;****************** ;显示子程序 ;****************** DISPLAY:MOV A,#01H M3: MOV A,60H ANL A,#7FH MOV 60H,A AJMP M2 MOV R7,#8 M1: CJNE MOV R0,#30H AJMP LOOP2: MOV P2,A M2: MOV MOV 10H,A LCALL MOV A,@R0 INC MOV DPTR,#TAB1 MOV MOVC A,@A+DPTR RL MOV 60H,A MOV MOV A,R0 DJNZ CJNE A,#31H,M1 RET

3、8 以下是一个延时子程序，完成的主要功能是延时1ms。 ;****************** ;延时1ms子程序 ;******************

DS1MS: MOV TMOD,#01H MOV TH0,#0FCH MOV TL0,#18H SETB TR0 LOOP3: JBC TF0,NOOP SJMP LOOP3 NOOP: CLR TR0 RET

--

A,#34H,M2 M3 P0,60H DS1MS R0 A,10H A 10H,A R7,LOOP2 --

4、将hex文件下载仿真

4.1 将kell软件编写程序后产生的hex文件，将hex文件下载到单片机中，进行硬件仿真，

下图为初始状态显示，如图4-1所示：

图4-1 初始状态

4、2 打开仿真器后，然后进行加操作，每次步进值为0.05V，如图4-2所示，上面的为电

压设定，下面为输出显示，左边那个为电压表测得实际输出。

图4-2 图4-2

4.3 打开仿真器，点击位键选中该位，然后再点击段键，每点击一次该段加一，把电压

设定为5.55V，如图4-3.1所示，然后点击确认键，改变74ls244的三态状态，显示如图 4-3.2所示：

图4-3.1

--

--

图4-3.2

4.4 以下是按键的综合使用，先设定电压为7V，然后用加键每次步进0.05V，调到7.5V，

显示如图4—4所示：

图4-4

--