单片机控制的可调直流稳压电源的设计与制作(毕业设计)

广东交通职业技术学院（北校区）毕业设计课题：单片机控制的可调直流稳压电源的设计与制作学院：广东交通职业技术学院专业：应用电子技术指导教师：康实，张葆兰学生班级：应用电子技术112班学生姓名：邝荣文学号：1113234232学院：交通信息学院[键入文字]1广东交通职业技术学院（北校区）目录一、内容摘要.............................................................................................2二、引言.....................................................................错误!未定义书签。三、设计要求…………………………………………………………….2四、实验用到的元器件元器件................................................................2五、作品制作过程.....................................................................................41、设计的电路图................................................................................42、PCB板的腐蚀与打磨、元器件的准备和用到的设备…………53、制作过程中注意的问题………………………………………….7六、总体设计思路.....................................................................................81．直流稳压电源设计思路................................................................82．直流稳压电源原理........................................................................81、直流稳压电源..........................................................................82、整流电路..................................................................................93、滤波电路——电容滤波电路................................................104、稳压电路................................................................................11七、程序与调试…………………………………………………………121、程序设计…………………………………………………..122、程序编程…………………………………………………..13八、心得体会...........................................................................................17九、参考文献……………………………………………………………18[键入文字]2广东交通职业技术学院（北校区）一、内容摘要本系统以AT89C52单片机作为系统的显示核心，由A\D模拟数字转换模块、控制用可调电阻、LED数码管显示模块、稳压模块等模块组成一个单片机控制可调直流稳压电源。该系统实现了输出电压范围2～＋15V，输出电流可达1A；输出电压值由数码管显示；由一个可调电阻控制输出电压，实现平滑增减输出电压，输出电压口可自由扩展。该电源采用一对集成稳压管实现对输出电压的控制，单片机用于控制实时电压的LED数码管显示，实现实时电压的显示，关键在A\D模数转换模块，它將模拟的电压值转换为数字电压值，将数字电压值传输给单片机处理，单片机在此实现了串口数据转并口数据的功能。并口电压数据由LED数码管显示出来，由此实现实时电压的显示。二、引言随着现代科学技术的不断发展，越来越多的现代电子产品走进我们生活，如MP3、MP4、手机、移动电源、数码相机、平板电脑等等，这些电子产品无一例外要有一个电源供电，而往往电子产品的功率不同，导致各个电子产品的供电电压有所差异，也就使得各种充电器的出现。在现代家庭中，充电器的数目不断地增加，给生活带来不少的麻烦。单片机控制可调直流稳压电源可用于各种不同值的电压输出，只需转接USB接口，即可应用各种电源充电。单片机控制可调直流稳压电源有着直观，易操作，各种电压集一身，输出精度和稳定性都较高等优点，而且具有可扩展性。另外，该电源还可以用于实验室，灵活调节电压，进行各种实验。三、设计要求设计并制作有一定输出电压调节范围单片机控制可调直流稳压电源。1、设计硬件电路（包括直流稳压电源电路、单片机电路、输出电压数字显示电路）[键入文字]3广东交通职业技术学院（北校区）2、进行51单片机的软件编写（采用c语言）4、采用protel进行PCB的设计5、作出实际电路系统并进行测试。四、实验用到的元器件元器件名称型号个数（个）单片机STC89C521数码管4位数码管1变压器15W次边18V1二极管2DP4C4稳压管2CW7C1电容4700μF/50V1三极管LM317T（加散热片）2三极管L7805CV1电阻15K1电阻10K1电阻200K3电位器1000Ω1电容各种小电容若干个[键入文字]4广东交通职业技术学院（北校区）五、作品制作过程1、设计的电路图图1可调的直流稳压电源[键入文字]5广东交通职业技术学院（北校区）2、PCB板的腐蚀与打磨、元器件的准备和用到的设备[键入文字]6广东交通职业技术学院（北校区）图二：版的打印、腐蚀、与打磨图三：准备所需的元器件和设备[键入文字]7广东交通职业技术学院（北校区）图四：成品3、制作过程中注意的问题1、因为焊接过程是个比较漫长的过程，所以要确保元器件找齐了。2、电烙铁处于长期工作状态，比较容易氧化，并且在安放元器件的时候要搁置一旁的，不要碰掉电烙铁以免烫伤手。3、剪多余的针脚的时候要注意摆放的位置，以免溅射入眼睛里4、完工后记得收拾好桌面上的针脚，防止弄伤人。5、焊接时要对各个功能模块电路进行单个测试，需要时可设计一些临时电路用于调试。6、测试电路时，必须要保证焊接正确，才能打开电源，以防元器件烧坏。7、按照原理图焊接时必须要保证可靠接地。[键入文字]8广东交通职业技术学院（北校区）六、总体设计思路1．直流稳压电源设计思路（1）电网供电电压交流220V(有效值)50Hz，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。（2）降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（即脉动大）。（3）脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成份滤掉，保留其直流成份。（4）滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出，供给电压表。2．直流稳压电源原理1、直流稳压电源直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。直流稳压电源方框图图2直流稳压电源的方框图其中：（1）电源变压器：是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。（2）整流电路：利用单向导电元件，把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电[键入文字]9广东交通职业技术学院（北校区）（3）滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压。（4）稳压电路：稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。2、整流电路（1）直流电路常采用二极管单相全波整流电路，电路如图3所示。图3单相桥式整流电路（2）工作原理设变压器副边电压u2=√2U2sinωt，U2为有效值。在u2的正半周内，二极管D1、D2导通，D3、D4截止；u2的负半周内，D3、D4导通，D1、D2截止。正负半周内部都有电流流过的负载电阻RL，且方向是一致的。如图4[键入文字]10广东交通职业技术学院（北校区）图4单相桥式整流电路简易画法及波形图在桥式整流电路中，每个二极管都只在半个周期内导电，所以流过每个二极管的平均电流等于输出电流的平均值的一半，即电路中的每只二极管承受的最大反向电压为(U2是变压器副边电压有效值)。3、滤波电路——电容滤波电路采用滤波电路可滤除整流电路输出电压中的交流成分，使电压波形变得平滑。常见的滤波电路有电容滤波、电感滤波和复式滤波等。在整流电路的输出端，即负载电阻RL两端并联一个电容量较大的电解电容C，则构成了电容滤波电路，如图5所示电路，由于滤波电容与负载并联，也称为并联滤波电路。图5单相桥式整流电容滤波电路[键入文字]11广东交通职业技术学院（北校区）从图4可以看出，当u2为正半周时,电源u2通过导通的二极管VD1、VD3向负载RL供电，并同时向电容C充电（将电能存储在电容里，如t1～t2），输出电压uo＝uc≈u2；uo达峰值后u2减小，当uo≥u2时，VD1、VD3提前截止，电容C通过RL放电，输出电压缓慢下降（如t2～t3），由于放电时间常数较大，电容放电速度很慢，当uC下降不多时u2已开始下一个上升周期，当u2＞uo时，电源u2又通过导通的VD2、VD4向负载RL供电，同时再给电容C充电（如t3～t4），如此周而复始。电路进入稳态工作后，负载上得到如图中实线所示的近似锯齿的电压波形，与整流输出的脉动直流（虚线）相比，滤波后输出的电压平滑多了。显然，放电时间常数RLC越大、输出电压越平滑。若负载开路（RL=∞），电容无放电回路，输出电压将保持为u2的峰值不变。（1）输出电压的估算显然，电容滤波电路的输出电压与电容的放电时间常数τ=RLC有关，τ应远大于u2的周期T，分析及实验表明，当τ=RLC≥（3～5）T/2时，滤波电路的输出电压可按下式估算，即UO≈1.2U2（2）整流二极管导通时间缩短了，存在瞬间的浪涌电流，要求二极管允许通过更大的电流，管子参数应满足IFM＞2IV=IO（3）在已知负载电阻RL的情况下，根据式子选择滤波电容C的容量，即C≥（3～5）T/2RL若容量偏小，输出电压UO将下降，一般均选择大容量的电解电容；电容的耐压应大于u2的峰值，同时要考虑电网电压波动的因素，留有足够的余量。电容滤波电路的负载能力较差，仅适用于负载电流较小的场合。4、稳压电路在设计中，常利用电容器两端的电压不能突变和流过电感器的电流不能突变的特点，将电容器和负载电容并联或电容器与负载电阻串联，以达到使输出波形基本平滑的目的。[键入文字]12广东交通职业技术学院（北校区）图6稳压电路原理图七、程序与调试1、程序设计单片的使用除了硬件，同样也要软件的使用，我们写汇编程序编程CPU可执行的机器码有两种方法，一种是手工汇编，一种是机器汇编。机器汇编通过汇编软件变为机器码，用于MSC-51单片机的汇编软件有早期的A51，随着单片机开发技术的不断发展，从使用普通汇编语言到高级语言的不断发展，Keil是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件。Keilc51汇编，PLM语言和C语言的程序设计，界面友好。Keil是美国keilsoftware公司出品的52系列兼容单片机c语言开发系统。用过汇编语言后再使用C语言来开发，体会更加深刻。KeilC51软件提供丰富的库，与汇编相比，C语言在功能上，结构上，可读性，可维护性上有明显的优势，因而易学易用函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译