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目錄 1 前言....................................................................... 1 1.1研究目的及意義....................................................... 1 1.2直流穩壓電源的發展方向............................................... 2 1.3國內外發展狀況....................................................... 3 1.4 系統研究方向及研究方法.............................................. 4 1.5論文構成及研究內容................................................... 5 2 系統設計方案.............................................................. 6 2.1常用穩壓電源設計..................................................... 6 2.2基于單片機的穩壓電源系統設計......................................... 9 3 主要器件介紹............................................................. 11 3.1 AT89C51簡介........................................................ 11 3.2 DAC0832工作原理.................................................... 12 3.3數碼管顯示原理...................................................... 14 4 硬件電路與數據測試....................................................... 19 4.1整流濾波、初步穩壓.................................................. 19 4.2 AT89C51主控部分.................................................... 20 4.3 數模轉換DAC0832.................................................... 20 4.4穩壓部分............................................................ 21 4.5顯示電路............................................................ 22 5 軟件設計................................................................. 23 5.1 開發工具介紹....................................................... 23 5.2 軟件流程圖......................................................... 24 6 數據測試與結果分析.......................................................25 結束語................................................................. 27 致謝................................................................... 27 參考文獻............................................................... 28 附錄一 系統源程序...................................................... 29 附錄二 系統電路原理圖.................................................. 35 附錄三 系統PCB圖...................................................... 36 附錄四 電裝實物圖.......................................................37
1 前言
本章將簡要介紹系統設計的目的及意義，直流穩壓電源的發展方向，國內外電源技術的發展狀況，系統設計的研究方向及研究方法，論文構成及系統的研究內容等。
1.1研究目的及意義
在當代科技與經濟高速發展的過程中，電源起到了關鍵性的作用。電源技術尤其是數控電源技術是一門實踐性很強的工程技術，服務于各行各業，電力電子技術是電能的最佳應用技術之一。當今電源技術融合了電氣、電子、系統集成、控制理論、材料等諸多學科領域。隨著計算機和通訊技術發展而來的現代信息技術革命，給電力電子技術提供了廣闊的發展前景，同時也給電源提出了更高的要求。普通電源在工作時所產生的誤差，很明顯地影響整個系統的精確度，在使用時可能造成很多不良后果，隨著數控電源在電子裝置中的普遍使用，由電源引起的故障大大降低，因此電源的數字化控制無疑是人們追求的目標之一，它所給人帶來的方便也是不可否定的。其中，數控直流穩壓電源就是一個典型例子，人們對它的要求也越來越高，要想為現代人的工作、科研、生活提供更好的、更方便的設施就需要從數字電子技術入手，一切向數字化、智能化方向發展。
另外，對我們學生而言，在實驗過程中有一個穩定可調的直流電源也是很有必要的，在很大程度上方便了我們的實驗操作，提高實驗的精確度。因傳統的直流穩壓電源輸出電壓是通過粗調波段開關及細調電位器來調節的，并由電壓表指示電壓值的大小，這種直流穩壓電源存在讀數不直觀、電位器易磨損、穩壓精度不高、不易調準、電路構成復雜、體積大等缺點，而基于單片機控制的數字式可調穩壓電源能較好地解決了以上問題。
本題采用單片機和其它元器件及外圍電路，開發一個數字式可調穩壓電源。能夠步進調節輸出電壓值，具有電壓值輸出顯示等功能。通過此系統的設計，讓開發者更深刻的掌握單片機基本原理，并熟悉一些外圍電路的擴展，以及進一步提高C語言的硬件編程能力。
1.2直流穩壓電源的發展方向
1.2.1智能化
目前在研制高精度、高性能、多功能的測量控制儀表時，幾乎沒有不考慮采用微處理器的。以微處理器為主體取代傳統儀器儀表的常規電子線路，將計算機技術與測量控制技術結合在一起，組成新一代的所謂“智能化測量控制儀表”。智能儀器解決了許多傳統儀表不能或不易解決的難題，同時還能簡化系統電路，提高系統的可靠性，加快產品的開發速度。直流穩壓電源一方面為儀器儀表提供電能量，是儀器儀表的“動力源”，另一面它本身就是儀器儀表，因此，它有可能而且應當智能化。具體地說，智能化的直流穩壓電源電源應當具有以下功能特點:
①操作自動化。系統的整個測量過程如鍵盤掃描、量程選擇、開關啟動閉合、數據的采集、傳輸與處理以及顯示打印等都用微控制器來控制操作，實現測量過程的全部自動化。
②具有自檢測功能。包括自動調零、自動故障檢測與狀態檢驗、自動校準、自診斷及量程自動轉換，系統能自動檢測出故障的部位甚至故障的原因。
③具有友好的人機對話能力。智能化的直流穩壓電源使用鍵盤代替傳統直流穩壓電源中的切換開關，操作人員只需通過鍵盤輸入命令，就能實現某種測量功能。與此同時，智能直流穩壓電源還通過顯示屏將儀器的運行情況、工作狀態以及測量數據的處理結果及時告訴操作人員，使系統的操作更加方便直觀。
④網絡管理能力。隨著互聯網技術應用日益普及和信息處理技術的不斷發展，直流穩壓電源通過RS232接口實現與上位PC機通信，從而使網絡技術人員可以隨時監視電源設備運行狀態、各項技術參數；網絡技術人員可通過網絡定時開關電源，實現遠程開關機等功能。
1.2.2數字化
在傳統直流穩壓電源中，控制部分是按模擬信號來設計和工作的。在六、七十年代，電力電子技術完全是建立在模擬電路基礎上的。但是，現在數字式信號、數字電路顯得越來越重要，數字信號處理技術日趨完善成熟，顯示出越來越多的優點：便于計算機處理控制、避免模擬信號的畸變失真、減小雜散信號的干擾(提高抗干擾能力)、便于軟件包調試和遙感遙測遙調，也便于自診斷、容錯等技術的植入。
1.2.3模塊化
電源的模塊化有兩方面的含義，其一是指功率器件的模塊化；其二是指電源單元的模塊化。模塊化的目的不僅在于使用方便，縮小整機體積，更重要的是取消傳統連線，把寄生參數降到最小，從而把器件承受的電應力降至最低，提高系統的可靠性。大功率的電源，由于器件容量的限制和增加冗余，需要提高對可靠性方面的考慮，一般采用多個獨立的模塊單元并聯工作，采用均流技術，所有模塊共同分擔負載電流，一旦其中某個模塊失效，其它模塊再平均分擔負載電流。極大的提高系統可靠性，即使萬一出現單模塊故障，也不會影響系統的正常工作。
1.2.4 綠色化
電源系統的綠色化有兩層含義:首先是顯著節電，這意味著發電容量的節約，而發電是造成環境污染的重要原因，所以節電就可以減少對環境的污染；其次，這些電源不能(或少)對電網產生污染，國際電工委員會(IEC對此制定了一系列標準，如IEC555、 IEC917等。20世紀末，各種有源濾波器和有源補償器的方案誕生，為21世紀批量生產各種綠色直流穩壓電源產品奠定了基礎[7]。
1.3國內外發展狀況
電力電子技術已發展成為一門完整的、自成體系的高科技技術，電源技術屬于電力電子技術的范疇。電源技術主要是為信息產業服務的，信息技術的發展又對電源技術提出了更高的要求，從而促進了電源技術的發展，兩者相輔相成才有了現今蓬勃發展的信息產業和電源產業。迄今為止，電源已成為非常重要的基礎科技和產業，并廣泛應用于各行業，從日常生活到最尖端的科學都離
不開電源技術的參與和支持，其發展趨勢為高頻、高效、高密度化，低壓、大電流化和多元化。同時，封裝結構、外形尺寸日趨接近國際標準化，以適應全球一體化市場的要求。
在我國，以電力電子學為核心技術的電源產業，從二十世紀60年代中期開始形成，到了90年代以來，電源產業進入快速發展時期。一方面， 電源產業規模的發展在加快；一方面，在國家自然科學基金的資助下或創新意識指導下，我國電力電子技術的研究從吸收消化和一般跟蹤發展到前沿跟蹤和基礎創新，電源產業界涌現了一些技術難度較大，具有國際先進水平的產品，而且還產生了一大批具有代表性的研究成果和產品，目前國內還開展了跟蹤國際多方面前沿性課題的研究和基礎創新研究。但是我國電源產業與發達國家相比，存在著很大的差距和不足：在電源產品的質量、可靠性、開發投入、生產規模、工藝水平、先進檢測設備、智能化、網絡化、持續創新能力等方面的差距為10-15年，尤其在實現直流穩壓電源的智能化、網絡化方面的研究不是很多。目前國內在這兩方面研究比較多的是成都電子科技大學和廣州華南理工大學，主要是利用單片機和可編程系統器件(PSD)來控制開關直流穩壓電源或數制化電壓單元達到數控的目的，但和國外的比較起來，效果不是很理想，還有很大的差距。國內廠家生產的直流穩壓電源雖然也在向數字化方向發展，但多限于對輸出顯示實現數碼顯示，或實現多組數值預置。總體說來，國內直流穩壓電源技術在實現智能化等方面相對落后，面對激烈的國際競爭，是個嚴重的挑戰。
當前在國內外電源產業中，占主導地位的產品有各種線性穩壓電源、通訊用的AC/DC開關電源、DC/DC開關電源、交流變頻調速電源、電解電鍍電源、高頻逆變式整流焊接電源、中頻感應加熱電源、電力操作電源、正弦波逆變電源、UPS、可靠高效低污染的光伏逆變電源、風光互補型電源等。而產品價格、性能指標、品牌效應及使用壽命一直是用戶最關心的問題。這就促使國內外電源生產商朝著應用技術數字化、硬件結構模塊化、產品性能綠色化智能化的方向發展。
1.4 系統研究方向及研究方法
本系統研究的直流穩壓電源主要是符合智能化、數字化以及模塊化的特點。智能化主要是指系統有可編程模塊可以對系統進行智能控制。數字化主要是指系統輸出電壓通過LED數碼管顯示，并且可以通過按鍵對輸出電壓進行連續步進數字化調節。模塊化是指系統由各個相關模塊組成，提高了系統的可靠性。
此次畢業設計從一開始選題就目的明確，畢業設計課題確定下來后，通過運用大學四年所學的專業知識和查閱參考了一系列的資料加以完成。針對題目的要求，首先對整個設計思路進行規劃，例如：要用到什么模塊，模塊應該怎樣分布，怎么協調好這些模塊。然后針對方案的可行性進行反復的參照對比，敲定最終設計方案，在敲定方案之后，查閱參考相關資料進行硬件電路的各個模塊的設計，同時軟件模塊也同步進行，經過不斷的檢測、編譯，將正確的代碼燒寫入單片機存儲單元中，最后一次次的調試系統，通過不斷的修改來完善系統。
1.5論文構成及研究內容
本文總體概括了單片機實現數字式可調穩壓電源的原理、著重介紹了單片機實現數字式可調穩壓電源的硬件電路設計和軟件設計。在各章節中，突出講述了各功能模塊的設計思路，具體設計情況，以及模塊之間的聯系。
本系統主要研究數字式可調穩壓電源如何實現數控、穩壓和電壓輸出顯示等，其中包含一些必要的硬件設計和軟件設計。
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