计算机课程设计论文
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1.2课题背景与发展方向
1.2.1课题背景
从上世纪九十年代末期，随着对系统更高效率和更低损耗的要求，电信和数据通信设备技术的更新推动电源行业向高灵活性和智能化方向发展。整流系统由以前的分立元件和集成电路控制发展为微机控制，从而使直流电源智能化。
在我国以电力电子学为核心技术的电源产业，从二十世纪60年代中期开始形成。到了90年代以来，电源产业进入快速发展时期。一方面电源产业规模的发展在加快；另一方面在国家自然科学基金的资助下或创新意识指导下，我国电力电子技术的研究从吸收消化和一般跟踪发展到前沿跟踪和基础创新。电源产业界涌现了一些技术难度较大，具有国际先进水平的产品，而且还产生了一大批具有代表性的研究成果和产品。目前国内还开展了跟踪国际多方面前沿性课题的研究或基础创新研究，但是我国电源产业与发达国家相比，存在着很大的差距和不足,在电源产品的质量、可靠性、开发投入、生产规模、工艺水平、先进检测设备、智能化、网络化、持续创新能力等方面的差距为10-15年，尤其在实现直流稳压电源的智能化、网络化方面的研究不是很多。
2.1变压部分………………………………………………..….4
2.1.1变压部分基本原理………………………………..…4
2.1.2变压部分方案选择…………………………………..5
2.2智能稳压部分……………………………………………...7
2.2.1智能稳压部分基本原理……………………………..7
2.2.2智能稳压部分方案选择…………………………......8
目 录
第1章绪论…………………………………………………….….1
1.1课题意义……………………………………………………1
1.2课题背景与发展方向…………………………………..…1
1.2.1课题背景……………………………………………..1
1.2.2课题发展方向………………………………………..2
第2章设计原理与方案选择………………………………………4
图2-6串联型直流稳压电路
方案一与方案二都可实现稳定的电压输出，而且电路结构简单，但方案一电压输出固定的5v，方案二虽然电压可调，但是通过调节两个外端电阻很难实现连续调节。方案三既可实现稳定的电压输出，而且输出电压连续可调，满足设计要求。在方案三中用到了运放、单片机、数模转换DAC0832，这些器件都需要稳定的工作电压，因此还要在在方案三中添加LM7815、LM7915和LM7805三个稳压器，此外还要在输入与公共端之间、输出端与公共端之间分别接0.33uf、0.1uf的电容,以防止自激振荡。
图2-2 直流稳压电源框图
整流就是把交流电变成脉动的直流电的过程，整流的基本器件是二极管，利用二极管的单向导电性即可把交流电转换成脉动的直流电。滤波是为了降低输出电压的脉动成分，得到较为平滑的直流电源，常有的滤波电路有电容滤波、RC（LC）型的滤波形式。电容是一个能储存电荷的元件。有了电荷，两极板之间就有电压UC=Q/C。在电容量不变时，要改变两端电压就必须改变两端电荷，而电荷改变的速度，取决于充放电时间常数。时间常数越大，电荷改变得越慢，则电压变化也越慢，即交流分量越小，也就“滤除”了交流分量，经过滤波后，输出电压的纹波减小，直流成分得到提高。，桥式整流电路如图2-3所示。
图2-3 桥式整流电路
2.1.2变压电路方案选择
变压电路有以下三种选择方案，分别是：
方案一：采用LM7805C系列三端稳压器稳压，电路如图2-4所示。
图2-4 三端稳压器稳压电路
方案二：采用LM317K系列可调三端稳压器稳压，电路如图2-5所示。
图2-5 可调三端稳压器电路
方案三：串联型直流稳压电路，电路如图2-6所示。
2.1变压部分
2.1.1变压部分基本原理
直流稳压电源由电源变压器T、整流、滤波和稳压电路四部分组成，其原理框图如图2-2所示。电网供给的交流电压u1(220V,50Hz) 经电源变压器降压后，得到符合电路需要的交流电压u2，然后由整流电路变换成方向不变、大小随时间变化的脉动电压u3，再用滤波器滤去其交流分量，就可得到比较平直的直流电压ui。但这样的直流输出电压，还会随交流电网电压的波动或负载的变动而变化。在对直流供电要求较高的场合，还需要使用稳压电路，以保证输出直流电压更加稳定。
传统的直流稳压电源通常采用电位器和波段开关来实现电压的调节，并由电压表指示电压值的大小，电压的调整精度不高，读数欠直观，电位器也易磨损，而基于单片机控制的直流稳压电源能较好地解决以上传统稳压电源的不足。
随着电子技术的高速发展，各种电子、电器设备对稳压电源的性能要求日益提高，稳压电源不断朝着小型化、高效率、低成本、高可靠性、模块化和智能化方向发展，以单片机系统为核心而设计制造出来的新一代智能稳压电源不但电路简单，结构紧凑，性能卓越，而且由于单片机具有计算和控制能力，利用它对采样数据进行各种计算，从而可排除和减少误差，提高稳压电源输出电压的精度，降低了模拟电路的要求。
因此系统最终的选择方案一与方案三相结合，采用方案一实现系统的工作电压，采用方案三实现系统稳压电源的连续步进可调。
2.2智能稳压部分
2.2.1智能稳压部分基本原理
智能稳压电源以单片机为核心，单片机接收按键的信号，并将得到的电压值送给显示部分显示出来，同时将电压值对应的代码送给数模转换模块，以数模转换模块的模拟电压作为标准电压，与直流稳压电源输出电压进行比较、调整，从而实现稳压输出。
（3）模块化。电源的模块化指电源单元的模块化。模块化的目的不仅在于使用方便，缩小整机体积，极大的提高系统可靠性。
第2章设计原理与方案选择
智能稳压电源是由变压部分和智能稳压部分组成，交流电压经过变压部分得到较为平滑的直流电压，此电压经过智能稳压部分，最终得到所需要的电压。系统方框图如图2-1所示。
图2-1 智能稳压电Biblioteka Baidu系统框图
图3-1 变压部分硬件电路图
3.2智能稳压部分
3.2.1 主要元器件介绍
1.单片机AT89C51
AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如图3-2所示。
2.3系统总体设计图…………………………………………...9
第3章系统硬件设计…………………………………………….10
3.1变压部分……………………………………………….....10
3.2智能稳压部分……………………………………………..11
3.2.1主要元器件介绍……………………………..……..11
1.2.2课题发展方向
目前在研制高精度、高性能、多功能的测量控制仪表时，几乎没有不考虑采用微处理器的。以微处理器为主体取代传统仪器仪表的常规电子线路，将计算机技术与测量控制技术结合在一起，组成新一代的所谓“智能化测量控制仪表”。智能仪器解决了许多传统仪表不能或不易解决的难题，同时还能简化系统电路，提高系统的可靠性，加快产品的开发速度。直流稳压电源一方面为仪器仪表提供电能量，是仪器仪表的“动力源”；另一面它本身就是仪器仪表，因此，它有可能而且应当智能化。具体地说，智能化的直流稳压电源电源应当具有以下功能特点:
2.2.2智能稳压电路方案选择
智能稳压电路是本设计的核心部分，它直接影响输出电压的值，智能稳压电路的选择就是单片机、显示模块、数模转换模块等的选择，以及所选模块的连接。将这些模块连接起来就组成了智能稳压电路，系统框图如图2-7所示。在下图中单片机的P0口与DAC模块的D0-D7口连接，单片机的P1口与控制按键连接，单片机的P2口作为数码管段选，与数码管的D0-D7口连接，单片机的P3口作为数码管位选，时钟电路中使用的晶振频率为11.529MHZ。
2．数模转换芯片DAC0832
本系统的数模转换部分采用通用芯片DAC0832。DAC0832的原理框图如图3-3所示。DAC0832主要由8位输入寄存器，8位DAC寄存器，8位D/A转换器以及输入控制电路四部分组成。8位输入寄存器用于存放主机送来的数字量，使输入数字量得到缓冲和锁存；8位DAC寄存器用于存放待转换的数字量；8位D/A转换器输出与数字量成正比的模拟电流；由与门、与非门组成的输入控制电路来控制两个寄存器的选通或锁存状态。
图3-2 AT89C51外形及引脚排列图
AT89C51 提供以下标准功能：4k 字节Flash 闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O 口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。
第1章绪论
1.1课题意义
在家用电器和其他各类电子设备中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。但实际生活中，都是由220V的交流电网供电，这就需要通过变压、滤波、稳压电路将交流电转换成稳定的直流电。电源技术尤其是智能稳压电源是一门实践性很强的工程技术，服务于各行各业。电力电子技术是电能最佳应用技术之一。当今电源技术融合了电气、电子、系统集成、控制理论、材料科学等诸多科学领域。
（1）操作自动化。智能稳压电源整个过程如按键扫描、数据的采集、传输与处理以及显示都用微控制器来控制操作，实现过程的自动化。智能化稳压电源使用键盘代替传统直流稳压电源中的切换开关，操作人员只需通过按键输入命令，就能实现调压功能。
（2）数字化。在传统直流稳压电源中，控制部分是按模拟信号来设计和工作的。在六、七十年代，电力电子技术完全是建立在模拟电路基础上的。但是，现在数字式信号、数字电路显得越来越重要，数字信号处理技术日趋完善成熟，显示出越来越多的优点。
4.2.3按键服务程序……………………………………….24
4.2.4数码显示程序……………………………………….24
第5章系统设计结果……………………………………………26
心得体会…………………………………………………………..28
参考文献…………………………………………………………..29
附 录……………………………………………………………..30
3.2.2硬件电路设计……………………………………....15
第4章系统软件设计……………………………………………20
4.1系统软件流程图…………………………………………..20
4.2系统程序介绍……………………………………………..21
4.2.1初始化硬件程序…………………………………….21
4.2.2按键扫描程序……………………………………….22
图2-7智能稳压电路系统框图
2.3系统总体设计图
为了便于设计，系统采用模块化的设计方法，由各个模块组成的系统总体设计图如图2-8所示。
图2-8 系统框图
第3章系统硬件设计
3.1 变压部分
在变压电路中所选用的变压器变比为220:22，交流电通过变压整流滤波在LM7815和LM7915的输入端可得到约为22v的电压，LM7815稳压输出范围是14.4v—15.6v，LM7915稳压输出范围是-14.4—-15.6v，而LM7815输出的典型电压为15v，可以作为放大器的工作电压。LM7915输出的典型电压为-15v，可以作为数模转换模块的基准电压，也可以给放大器提供工作电压。LM7805的稳压输出范围是4.8v—5.2v,输出的典型电压是5v，可以给单片机提供稳定的工作电压，也可以给数模转换模块提供工作电压。变压部分硬件电路如图3-1所示。
1.2.1课题背景
从上世纪九十年代末期，随着对系统更高效率和更低损耗的要求，电信和数据通信设备技术的更新推动电源行业向高灵活性和智能化方向发展。整流系统由以前的分立元件和集成电路控制发展为微机控制，从而使直流电源智能化。
在我国以电力电子学为核心技术的电源产业，从二十世纪60年代中期开始形成。到了90年代以来，电源产业进入快速发展时期。一方面电源产业规模的发展在加快；另一方面在国家自然科学基金的资助下或创新意识指导下，我国电力电子技术的研究从吸收消化和一般跟踪发展到前沿跟踪和基础创新。电源产业界涌现了一些技术难度较大，具有国际先进水平的产品，而且还产生了一大批具有代表性的研究成果和产品。目前国内还开展了跟踪国际多方面前沿性课题的研究或基础创新研究，但是我国电源产业与发达国家相比，存在着很大的差距和不足,在电源产品的质量、可靠性、开发投入、生产规模、工艺水平、先进检测设备、智能化、网络化、持续创新能力等方面的差距为10-15年，尤其在实现直流稳压电源的智能化、网络化方面的研究不是很多。
2.1变压部分………………………………………………..….4
2.1.1变压部分基本原理………………………………..…4
2.1.2变压部分方案选择…………………………………..5
2.2智能稳压部分……………………………………………...7
2.2.1智能稳压部分基本原理……………………………..7
2.2.2智能稳压部分方案选择…………………………......8
目 录
第1章绪论…………………………………………………….….1
1.1课题意义……………………………………………………1
1.2课题背景与发展方向…………………………………..…1
1.2.1课题背景……………………………………………..1
1.2.2课题发展方向………………………………………..2
第2章设计原理与方案选择………………………………………4
图2-6串联型直流稳压电路
方案一与方案二都可实现稳定的电压输出，而且电路结构简单，但方案一电压输出固定的5v，方案二虽然电压可调，但是通过调节两个外端电阻很难实现连续调节。方案三既可实现稳定的电压输出，而且输出电压连续可调，满足设计要求。在方案三中用到了运放、单片机、数模转换DAC0832，这些器件都需要稳定的工作电压，因此还要在在方案三中添加LM7815、LM7915和LM7805三个稳压器，此外还要在输入与公共端之间、输出端与公共端之间分别接0.33uf、0.1uf的电容,以防止自激振荡。
图2-2 直流稳压电源框图
整流就是把交流电变成脉动的直流电的过程，整流的基本器件是二极管，利用二极管的单向导电性即可把交流电转换成脉动的直流电。滤波是为了降低输出电压的脉动成分，得到较为平滑的直流电源，常有的滤波电路有电容滤波、RC（LC）型的滤波形式。电容是一个能储存电荷的元件。有了电荷，两极板之间就有电压UC=Q/C。在电容量不变时，要改变两端电压就必须改变两端电荷，而电荷改变的速度，取决于充放电时间常数。时间常数越大，电荷改变得越慢，则电压变化也越慢，即交流分量越小，也就“滤除”了交流分量，经过滤波后，输出电压的纹波减小，直流成分得到提高。，桥式整流电路如图2-3所示。
图2-3 桥式整流电路
2.1.2变压电路方案选择
变压电路有以下三种选择方案，分别是：
方案一：采用LM7805C系列三端稳压器稳压，电路如图2-4所示。
图2-4 三端稳压器稳压电路
方案二：采用LM317K系列可调三端稳压器稳压，电路如图2-5所示。
图2-5 可调三端稳压器电路
方案三：串联型直流稳压电路，电路如图2-6所示。
2.1变压部分
2.1.1变压部分基本原理
直流稳压电源由电源变压器T、整流、滤波和稳压电路四部分组成，其原理框图如图2-2所示。电网供给的交流电压u1(220V,50Hz) 经电源变压器降压后，得到符合电路需要的交流电压u2，然后由整流电路变换成方向不变、大小随时间变化的脉动电压u3，再用滤波器滤去其交流分量，就可得到比较平直的直流电压ui。但这样的直流输出电压，还会随交流电网电压的波动或负载的变动而变化。在对直流供电要求较高的场合，还需要使用稳压电路，以保证输出直流电压更加稳定。
传统的直流稳压电源通常采用电位器和波段开关来实现电压的调节，并由电压表指示电压值的大小，电压的调整精度不高，读数欠直观，电位器也易磨损，而基于单片机控制的直流稳压电源能较好地解决以上传统稳压电源的不足。
随着电子技术的高速发展，各种电子、电器设备对稳压电源的性能要求日益提高，稳压电源不断朝着小型化、高效率、低成本、高可靠性、模块化和智能化方向发展，以单片机系统为核心而设计制造出来的新一代智能稳压电源不但电路简单，结构紧凑，性能卓越，而且由于单片机具有计算和控制能力，利用它对采样数据进行各种计算，从而可排除和减少误差，提高稳压电源输出电压的精度，降低了模拟电路的要求。
因此系统最终的选择方案一与方案三相结合，采用方案一实现系统的工作电压，采用方案三实现系统稳压电源的连续步进可调。
2.2智能稳压部分
2.2.1智能稳压部分基本原理
智能稳压电源以单片机为核心，单片机接收按键的信号，并将得到的电压值送给显示部分显示出来，同时将电压值对应的代码送给数模转换模块，以数模转换模块的模拟电压作为标准电压，与直流稳压电源输出电压进行比较、调整，从而实现稳压输出。
（3）模块化。电源的模块化指电源单元的模块化。模块化的目的不仅在于使用方便，缩小整机体积，极大的提高系统可靠性。
第2章设计原理与方案选择
智能稳压电源是由变压部分和智能稳压部分组成，交流电压经过变压部分得到较为平滑的直流电压，此电压经过智能稳压部分，最终得到所需要的电压。系统方框图如图2-1所示。
图2-1 智能稳压电Biblioteka Baidu系统框图
图3-1 变压部分硬件电路图
3.2智能稳压部分
3.2.1 主要元器件介绍
1.单片机AT89C51
AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如图3-2所示。
2.3系统总体设计图…………………………………………...9
第3章系统硬件设计…………………………………………….10
3.1变压部分……………………………………………….....10
3.2智能稳压部分……………………………………………..11
3.2.1主要元器件介绍……………………………..……..11
1.2.2课题发展方向
目前在研制高精度、高性能、多功能的测量控制仪表时，几乎没有不考虑采用微处理器的。以微处理器为主体取代传统仪器仪表的常规电子线路，将计算机技术与测量控制技术结合在一起，组成新一代的所谓“智能化测量控制仪表”。智能仪器解决了许多传统仪表不能或不易解决的难题，同时还能简化系统电路，提高系统的可靠性，加快产品的开发速度。直流稳压电源一方面为仪器仪表提供电能量，是仪器仪表的“动力源”；另一面它本身就是仪器仪表，因此，它有可能而且应当智能化。具体地说，智能化的直流稳压电源电源应当具有以下功能特点:
2.2.2智能稳压电路方案选择
智能稳压电路是本设计的核心部分，它直接影响输出电压的值，智能稳压电路的选择就是单片机、显示模块、数模转换模块等的选择，以及所选模块的连接。将这些模块连接起来就组成了智能稳压电路，系统框图如图2-7所示。在下图中单片机的P0口与DAC模块的D0-D7口连接，单片机的P1口与控制按键连接，单片机的P2口作为数码管段选，与数码管的D0-D7口连接，单片机的P3口作为数码管位选，时钟电路中使用的晶振频率为11.529MHZ。
2．数模转换芯片DAC0832
本系统的数模转换部分采用通用芯片DAC0832。DAC0832的原理框图如图3-3所示。DAC0832主要由8位输入寄存器，8位DAC寄存器，8位D/A转换器以及输入控制电路四部分组成。8位输入寄存器用于存放主机送来的数字量，使输入数字量得到缓冲和锁存；8位DAC寄存器用于存放待转换的数字量；8位D/A转换器输出与数字量成正比的模拟电流；由与门、与非门组成的输入控制电路来控制两个寄存器的选通或锁存状态。
图3-2 AT89C51外形及引脚排列图
AT89C51 提供以下标准功能：4k 字节Flash 闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O 口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。
第1章绪论
1.1课题意义
在家用电器和其他各类电子设备中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。但实际生活中，都是由220V的交流电网供电，这就需要通过变压、滤波、稳压电路将交流电转换成稳定的直流电。电源技术尤其是智能稳压电源是一门实践性很强的工程技术，服务于各行各业。电力电子技术是电能最佳应用技术之一。当今电源技术融合了电气、电子、系统集成、控制理论、材料科学等诸多科学领域。
（1）操作自动化。智能稳压电源整个过程如按键扫描、数据的采集、传输与处理以及显示都用微控制器来控制操作，实现过程的自动化。智能化稳压电源使用键盘代替传统直流稳压电源中的切换开关，操作人员只需通过按键输入命令，就能实现调压功能。
（2）数字化。在传统直流稳压电源中，控制部分是按模拟信号来设计和工作的。在六、七十年代，电力电子技术完全是建立在模拟电路基础上的。但是，现在数字式信号、数字电路显得越来越重要，数字信号处理技术日趋完善成熟，显示出越来越多的优点。
4.2.3按键服务程序……………………………………….24
4.2.4数码显示程序……………………………………….24
第5章系统设计结果……………………………………………26
心得体会…………………………………………………………..28
参考文献…………………………………………………………..29
附 录……………………………………………………………..30
3.2.2硬件电路设计……………………………………....15
第4章系统软件设计……………………………………………20
4.1系统软件流程图…………………………………………..20
4.2系统程序介绍……………………………………………..21
4.2.1初始化硬件程序…………………………………….21
4.2.2按键扫描程序……………………………………….22
图2-7智能稳压电路系统框图
2.3系统总体设计图
为了便于设计，系统采用模块化的设计方法，由各个模块组成的系统总体设计图如图2-8所示。
图2-8 系统框图
第3章系统硬件设计
3.1 变压部分
在变压电路中所选用的变压器变比为220:22，交流电通过变压整流滤波在LM7815和LM7915的输入端可得到约为22v的电压，LM7815稳压输出范围是14.4v—15.6v，LM7915稳压输出范围是-14.4—-15.6v，而LM7815输出的典型电压为15v，可以作为放大器的工作电压。LM7915输出的典型电压为-15v，可以作为数模转换模块的基准电压，也可以给放大器提供工作电压。LM7805的稳压输出范围是4.8v—5.2v,输出的典型电压是5v，可以给单片机提供稳定的工作电压，也可以给数模转换模块提供工作电压。变压部分硬件电路如图3-1所示。