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1、毕业设计报告(论文)题目: 数字可调稳压电源设计 所 属 系 电子工程系 专 业 自动化 学 号 XX 姓 名 XX 指导教师 XX 起讫日期 2010.3-2010.6 设计地点 东南大学 毕业设计报告（论文）诚信承诺本人承诺所呈交的毕业设计报告（论文）及取得的成果是在导师指导下完成，引用他人成果的部分均已列出参考文献。如论文涉及任何知识产权纠纷，本人将承担一切责任。 学生签名:日 期基于AT89C51单片机的数字可调稳压电源设计摘 要随着现代科技的发展，特别是自动化技术的发展，传统意义上许多由模拟电路或数字电路来实现的系统现在我们都可以用微控制器来实现。由于微控制器控制功能强、市场需求大，
2、因而反而价格低廉。这种设计理念正渐渐为人们所接受，并广泛的应用于各个领域。本系统以 AT89S52 单片机作为系统的核心，由D/A数字模拟转换模块、按键、LED显示等模块组成一个数控电源。该系统实现了 输入交流电压： 220V，输出直流电压：范围0 +24V，步进1V，纹波不大10mV；输出电流：500mA；输出电压值由数码管显示；由“”、“”两键控制输出电压步进增减 。输入模块的按键按下之后，对单片机就有了一个输入，单片机将输入的数字一方面给显示模块，让它们在数码管中显示出来；另一部分输给DAC0832，让它转化为模拟量电流输出，通过运算放大器将这模拟量转化为相应的电压，这电压经过放大后控制
3、ZTX45的控制端，从而实现输出电压的控制。关键词：AT89S52 单片机 数控电源 D/A 直流电源Intelligent Water Level Detection Design System Based on AT89S52 MCUAbstractWith the development of modern science and technology, in particular the development of automation technology, many systems that is builded by analog circuits or digital cir
4、cuits in traditional sense can be now achieved by using micro-controller. Microcontroller has a great advantage in control abilities. so it is easy to think that it has a strong market demand, these makes it more cheaper and then has a greater competitiveness compared to other design methods. This d
5、esign concept was gradually accepted and widely used in various fields. The AT89S52 SCM is the heart of the NC Power, which is made up of Digital-analog converter module, key module and LED display module. The Output voltage of the system is between 0Vand +24V, Stepped by 1V, the ripple is not more
6、than 10mV, and the output current is 500mA, The value of Output voltage is displayed by Digital control, and the stepping change in output voltage is controlled by +and -keys. When you press the button of the input module, the SCM will have an input. On the one hand, the SCM transfers the figures in
7、to the display module, which display the figures, on the other hand, the SCM transfers the rest information into DAC0832, making it into a simulation of output current, By the operational amplifiers the simulation is changed into the appropriate voltage, which is used to control ZTX45-control, so it
8、 is success in the control of output voltage.Keywords：AT89S52 monolithic integrated circuit;numerical control power source;D/A;direct-current power supply 目 录第一章 绪论11.1问提提出11.2选题背景和意义11.3调研报告11.4本文所作工作31.5本文结构安排3第二章 数字可调稳压电源总览及大体方案论证42.1设计软硬件要求42.2方案论证42.2.1方案一42.2.2方案二42.2.3方案比较52.3系统总体结构62.4硬件方案设计
9、62.4.1系统电源模块62.4.2控制器芯片62.4.3控制模块72.4.4显示模块72.5软件方案设计7第三章 数字稳压电源具体硬件设计83.1电压源电路的总设计思路83.2控制器部分83.3 数模转换部分113.4基准电压设定123.5放大器电路设计123.6按键电路部分133.7 LED显示部分133.8系统供电部分163.9硬件电路板实物照片18第四章 数字稳压电源设计过程194.1所用工具介绍194.1.1 Protel简介194.1.2 Protel99SE在仿真方面的特点194.1.3充分的仿真模型库204.2 Protel原理电路图设计204.2.1新建原理图文件204.2.
10、2绘制原理图204.3 PCB的制作234.4 PCB布线原则264.5 PCB板的抗干扰措施26致谢27参考文献(References)28第一章 绪 论1.1问提提出在现代家庭中各种电器的不断出现，并要求着各种不同值的电源出现，使得家庭购买不同值得电源。数字化的也更加贴近人们的生活，因为它更加的直观，易被接受，大家都开始追求数字化的各类电子产品。数控直流电源有着直观，易操作，各种电压集一身， 输出精度和稳定性都较高等优点，所以越来越受广大人们的喜爱。以后家里的电视遥控，电动玩具等都可以共用一个电源。1.2选题背景和意义数字式可调稳压电源是电子技术常用的设备之一，广泛的应用于教学、科研等领域
11、。传统的多功能直流稳压电源功能简单、难控制、可靠性低、干扰大、精度低且体积大、复杂度高。普通直流稳压电源品种很多，但均存在一个精确度问题：即输出电压是通过粗调(波段开关) 及细调(电位器)来调节。这样，当输出电压需要精确输出， 或需要在一个小范围内改变时，困难就较大。另外， 随着使用时间的增加，波段开关及电位器难免接触不良，对输出也会有影响。1.3调研报告电源技术尤其是数控电源技术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的最佳应用技术之一。当今电源技术融合了电气、电子、系统集成、控制理论、材料等诸多学科领域。随着计算机和通讯技术发展而来的现代信息技术革命，给电力电子技术提
12、供了广阔的发展前景，同时也给电源提出了更高的要求。随着数控电源在电子装置中的普遍使用，普通电源在工作时产生的误差，会影响整个系统的精确度。电源在使用时会造成很多不良后果，世界各国纷纷对电源产品提出了不同要求并制定了一系列的产品精度标准。只有满足产品标准，才能够进入市场。随着经济全球化的发展，满足国际标准的产品才能获得进出的通行证。数控电源是从80年代才真正的发展起来的，期间系统的电力电子理论开始建立。这些理论为其后来的发展提供了一个良好的基础。在以后的一段时间里，数控电源技术有了长足的发展。但其产品存在数控程度达不到要求、分辨率不高、功率密度比较低、可靠性较差的缺点。因此数控电源主要的发展方向
13、，是针对上述缺点不断加以改善。单片机技术及电压转换模块的出现为精确数控电源的发展提供了有利的条件。新的变换技术和控制理论的不断发展，各种类型专用集成电路、数字信号处理器件的研制应用，到90年代，己出现了数控精度达到0。05V的数控电源，功率密度达到每立方英寸50W的数控电源。从组成上，数控电源可分成器件、主电路与控制等三部分。目前在电力电子器件方面，几乎都为旋纽开关调节电压，调节精度不高，而且经常跳变，使用麻烦。数字化智能电源模块是针对传统智能电源模块的不足提出的，数字化能够减少生产过程中的不确定因素和人为参与的环节数，有效地解决电源模块中诸如可靠性、智能化和产品一致性等工程问题，极大地提高生
14、产效率和产品的可维护性。电源采用数字控制，具有以下明显优点:（1）易于采用先进的控制方法和智能控制策略，使电源模块的智能化程度更高，性能更完美。（2）控制灵活，系统升级方便，甚至可以在线修改控制算法，而不必改动硬件线路。（3）控制系统的可靠性提高，易于标准化，可以针对不同的系统(或不同型号的产品)，采用统一的控制板，而只是对控制软件做一些调整即可。（4）系统维护方便，一旦出现故障，可以很方便地通过RS232接口或RS485接口或USB接口进行调试，故障查询，历史记录查询，故障诊断，软件修复，甚至控制参数的在线修改、调试;也可以通过MODEM远程操作。（5）系统的一致性好，成本低，生产制造方便。
15、由于控制软件不像模拟器件那样存在差异，所以，其一致性很好。由于采用软件控制，控制板的体积将大大减小，生产成本下降。（6）易组成高可靠性的多模块逆变电源并联运行系统。为了得到高性能的并联运行逆变电源系统，每个并联运行的逆变电源单元模块都采用全数字化控制，易于在模块之间更好地进行均流控制和通讯或者在模块中实现复杂的均流控制算法(不需要通讯)，从而实现高可靠性、高冗余度的逆变电源并联运行系统。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。但在实际生活中，都是由220V 的交流电网供电。这就需要通过变压、整流、滤波、稳压电路将交流电转换成稳定的直流电。滤波器用于滤去整流输出电压中的
16、纹波，一般传统电路由滤波扼流圈和电容器组成，若由晶体管滤波器来替代，则可缩小直流电源的体积，减轻其重量，且晶体管滤波直流电源不需直流稳压器就能用作家用电器的电源，这既降低了家用电器的成本，又缩小了其体积，使家用电器小型化。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。因此，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。随着科学技术的不断发展，特别是计算机技术的突飞猛进，现代工业应用的工控产品均需要有低纹波、宽调整范围的高压电源，特别是在一些高能物理领域，急需电脑或单片机控制的低纹波、宽
17、调整范围的电源。国内外研究现状，从上世纪九十年代末起，随着对系统更高效率和更低功耗的需求，电信与数据通讯设备的技术更新推动电源行业中直流/直流电源转换器向更高灵活性和智能化方向发展。在80年代的第一代分布式供电系统开始转向到20世纪末更为先进的第四代分布式供电结构以及中间母线结构，直流/直流电源行业正面临着新的挑战，即如何在现有系统加入嵌入式电源智能系统和数字控制。早在90年代中，半导体生产商们就开发出了数控电源管理技术，而在当时，这种方案的性价比与当时广泛使用的模拟控制方案相比处与劣势，因而无法被广泛采用。由于板载电源管理的更广泛应用和行业能源节约和运行最优化的关注，电源行业和半导体生产商们
18、便开始共同开发这种名为“数控电源”的新产品。现今随着直流电源技术的飞跃发展， 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， 具有遥测、遥信、遥控的三遥功能， 基本实现了直流电源的无人值守。1.4本文所作工作本文针对数字稳压电源系统若干关键技术展开研究工作，主要集中在以下几个方面：（1）分析项目要求，介绍以低成本为核心指导思想的数字稳压电源系统的总体方案设计，系统的组成和工作原理，以及这些技术的应用对降低成本的作用。（2）系统的硬件设计，介绍主要硬件的选型及其主要特点，单片机接口电路的设计以及电路的总体设计等。（3）模块功能设计及实现，详细介绍在数字稳压电源系统
19、中应用到的各个模块的功能和应用方法，涉及到各个模块的功能和工作原理，数码显示管的应用以及按键等的实现。（4）系统的总体设计和主要程序模块，程序设计采用汇编语言和C语言模式，并将低成本高精度思想融入其中，介绍的程序模块包括:系统初始化程序，程序的主循环框架，校准程序，LED数码显示程序，并给出了程序的设计流程图和部分程序源代码。（5）总结数字稳压电源系统的设计，介绍了使用现状以及未来的改进和发展方向。1.5本文结构安排第一章 主要介绍数字稳压电源概况和基本原理及其项目的意义。第二章 简要介绍了数字稳压电源系统大体方案及论证。第三章 简要介绍了数字稳压电源的具体设计步骤。第四章 详细介绍了硬件电路
20、设计中，绘图软件ProtelSE99的使用。第二章 数字可调稳压电源总览及大体方案论证2.1设计软硬件要求设计并制作有一定输出电压调节范围和功能的数字可调稳压电源，基本要求如下：（1）完成主电路的设计和控制电路的设计；（2）输入交流电压220V，输出直流电压调节范围024V；（3）输出直流电压能步进调节，步进值为1V；（4）由“+”“-”两间分别控制输出电压步进增和减；（5）制作硬件电路板并调试。2.2方案论证概据课题要求，现拟定出两套方案，通过比较论证来确定我们到底要用哪个方案，分析如下：2.2.1方案一采用模拟的分立元件，通过电源变压器、整流滤波电路以及稳压电路，实现稳压电源稳定输出正、负
21、5V、12V、15V并能可调输出024电压。如图一所示。 但由于模拟分立元件的分散性较大，各电阻电容之间的影响很大，因此所设计的指标不高，而且使用的器件较多，连接复杂，体积较大，供耗也大，给焊接带来了麻烦，同时焊点和线路较多，使成品的稳定性和精度也受到影响。方案一如图2-1所示：U4U0u4U3U2U1负载220V变压器整流电路滤波电路稳压电路输入图2-1 方案一示意图2.2.2方案二以一稳压电源为基础，以高性能单片机系统为控制核心，以稳压驱动放大电路、过流检测电路为外围的硬件系统，在检测与控制软件的支持下实现对电压输出的数字控制，通过对稳压电源输出的电流、电压进行数据采样与给定数据比较，从而
22、调整和控制稳压电源的工作状态及监测开关电路的。采用单片机作为控制器的简易数控直流电源设计方案如图二所示。设计方案采用单片机作为控制器完成数控部分、键盘、显示器接口控制。输出部分采用DA0832与运算放大器UA741，输出电压波形由单片机的输出数据控制，不仅可以输出直流电平，而且只要预先生成波形的量化数据，就可以产生多种波形输出。利用软件和硬件结合的方法来设计稳压电源，其精度和稳定性都有所提高。方案二如图2-2所示：图2-2 方案二示意图2.2.3方案比较以上两种方案均可以达到输出稳压电源的要求。方案一：是利用纯硬件来实现其功能的，电源功能简单、难控制、可靠性低、干扰大、精度低且体积大、复杂度高
23、。方案二：是以单片机核心控制器件，采用软硬件结合来实现的。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。而且，方案二采用全集成电路设计制成，具有短路过载自动保护功能。精度高，连续可调，也可用于多路实验用电。因此，本文选择方案二。2.3系统总体结构交 流稳 压整流滤波按 键输 出D/A转换控 制 器显示模块PC机图2-3 系统总体结构图本系统结构图由主电路和电源模块组成：主电路包括：控制器模块；按键电路；PC机通信模块；D/A转换模块；显示模块；输出模块；电源模块包括：交流模块；整流滤波模块；稳压模块。2.4硬件方案设计 2.4.1系统电源模块 在本设计中，电源部分的选择有两种
24、：（1）开关电源。开关电源特点在于其调整管工作在截止区或饱和区这两种状态，因而本身功耗小，电源效率高，同时体积较小，而且重量轻等优点，但是开关电源存在纹波系数大，噪声干扰较大的缺点。而存在的这些情况会使得我们的设计难度进一步加大了，这一点是我们不需要的。（）线性直流稳压电源。该电源可分为并联式线性电源和串联式线性电源。它的纹波较小，干扰小，成本低，稳定性能高，但体积大，重量大。在本设计中线性直流稳压电源的优点是我们所真正需要的，而缺点我们可以克服。最终选用了线性电源中的串联式稳压电源的工作方式，采用了这种的方案。 综合以上比较，在本设计中以单片机为控制中心采用串联式线性可调电源是很适合的方案。
25、2.4.2控制器芯片 数字控制技术是设计中关键之所在。在本设计中，它主要完成键盘控制、电压控制输出、以及数码管显示控制、A/D转换等功能。在该系统中我们选择单片机。单片机作为一个智能化的编程器件，编程灵活、功能强大，有助于我们系统功能的扩展。同时它的性能在不断的加强而价格却日益的下降，在成本上是一个首选的目标。它集成电路的技术使我们的系统进一步的简化，兼容性也较强。 2.4.3控制模块 在该系统中，控制部分有以下三种方案供我们选择：采用具有D/A转换功能的PWM调节电路、斩波电路、扩流器和可调稳压管（LM317）去控制其输出参考电压，在利用A/D转换采样，使输出更准确，且纹波小，电流亦可扩展，
26、容易保护电路。2.4.4显示模块显示部分也有三种方案供我们选择：（1）传统模拟仪表表头，该显示方案中表头的体积较大、元器件数量多，使得显示系统拥挤不堪，影响美观；另外一些模拟仪表故障率高，且显示不精确，故不采用；（）LCD液晶显示器，优点：显示的内容多，控制简单，耗电低，可以显示字符，图片，等等内容。但是其价格稍贵，故不采用。（）LED二极管，优点：自发光，从远处可以看见，价格相对较低；这里只要显示电压数值，不需要太复杂控制，所以本方案中采用三位的LED数字显示，挺高了精度和准确性，不仅克服了模拟表头造成的读数误差也相比LCD便宜很多。在本方案中由于采用大量高性能的集成模块，从而简化了电路的结
27、构，突出了电源变换问题中的关键部分。通过努力的调试与检测，电路整体性能良好，可以较好的实现设计目的。本电源不仅可以单独使用，还可以置于其它电子设备中作为变压稳压或稳流源使用。2.5软件方案设计系统软件设计采用汇编语言或C语言，设计的关键是对直流电压源步进电压的控制和显示。软件功能模块图如图2-4所示： 软 件D/A转换按 键显 示图2-4 软件功能模块图本系统的软件设计采用汇编语言，对单片机进行编程实现各功能，程序是在Wnidows xp环境下采用WAVE 6000软件编写的，可以实现对按键输入高电平，对电压增加+/-1V。第三章 数字稳压电源具体硬件设计3.1电压源电路的总设计思路基本设计思
28、想是对单片机输出的电压(D/A 转换后) 进行放大，经射极跟随器(功率放大，减小输出内阻提高带负载的能力) 输出数控可调电压。3.2控制器部分AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4K bytes的可反复擦写的只读程序存储器(EPROM)和128 bytes的随机数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器(CPU)和Flash存储单元，功能强大AT89C51单片机可提供高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。因此，在这里我选用AT89C51单片机来完成。主要性
29、能参数：（1）与MCS-51产品指令系统完全兼容（2）4K字节可重擦写Flash闪存存储器（3）1000次擦写周期（4）全静态操作：0HZ24HZ（5）三级加密程序存储器（6）128x8字节内部RAM（7）32个可编程I/O口线（8）2个16位定时/计数器（9）6个中断源（10）可编程串行UART通道（11）低功耗空闲和掉电模式AT89C51内存空间：（1）内部程序存储器（FLASH）4K 字节。（2）外部程序存储器（ROM） 64K 字节。（3）内部数据存储器（RAM） 256 字节。（4）外部数据存储器（RAM） 64K 字节。AT89C51引脚图如图3-1所示：图3-1 AT89C51引
30、脚图如图3-1所示，单片机AT89C51是本设计中的控制核心，是一个40管脚的集成芯片。电源引脚Vcc和Vss Vcc：40脚电源端，接+5V（此图中隐藏）。 Vss：20脚接地端（此图中隐藏）。 时钟电路引脚XTAL1和XTAL2 XTAL1：接外部晶振和微调电容的一端，在片内它是振荡器倒相放大器的输入，若使用外部TTL时钟时，该引脚必须接地。 XTAL2：接外部晶振和微调电容的另一端，在片内它是振荡器倒相放大器的输出，若使用外部TTL时钟时，该引脚为外部时钟的输入端。 XTAL1、XTAL2两脚连接12MHZ的晶振（如图3-2），可得单片机机器周期为1微秒。时钟电路如图3-2所示：图3-2
31、 时钟电路复位引脚RST脚连接看门狗MAX813的7脚 (如图3-3)。看门狗，又叫 watchdog timer，是一个定时器电路，一般有一个输入，叫喂狗，一个输出到MCU的RST端，MCU正常工作的时候，每隔一端时间输出一个信号到喂狗端，给WDT 清零，如果超过规定的时间不喂狗，(一般在程序跑飞时)，WDT 定时超过，就回给出一个复位信号到MCU，是MCU复位。防止MCU死机。看门狗的作用就是防止程序发生死循环，或者说程序跑飞。MAX813 芯片参数：（1）加电、掉电以及供电电压下降情况下的复位输出，复位脉冲宽度典型值为200 ms。 （2）独立的看门狗输出，如果看门狗输入在1.6 s内未
32、被触发，其输出将变为高电平。 （3）1.25 V门限值检测器，用于电源故障报警、电池低电压检测或+5 V以外的电源监控。 （4）低电平有效的手动复位输入。（5）引脚封装为 DIP8。 复位电路如图3-3所示：图3-3 复位电路地址锁存允许ALE 系统扩展时，ALE用于控制地址锁存器锁存P0口输出的低8位地址，从而实现数据与低位地址的复用。 P3口的P3.0，P3.1的两口连接按键，作为整个系统的输入部分。P3.0，P3.1相接的分别是“+”，“-”号键。 P3口的P36、P37两口分别连接两个显示驱动芯片74LS164的A、B端和CLK端。P1口和DAC0832的输入相接，作为D/A模块的输入
33、。P1.0P13口连接转换芯片的D17D14脚，P14P1.7连接转换芯片的D1310P0脚。 电路图如3-4所示：3.3 数模转换部分DAC0832是一款常用的数摸转换器，它有两种连接模式，一种是电压输出模式，另外一种是电流输出模式，为了设计的方便，选用电压输出模式。这个芯片共有20 个管脚，管脚分布图如下。Iout1和Iout2之间接一参考电压，VREF输出可控制电压信号。它有三种工作方式：不带缓冲工作方式，单缓冲工作方式，双缓冲工作方式。可直接与AT89C51 相连。DAC0832 引脚图如图3-4所示：图3-4 DAC0832 引脚图如图3-4所示，用单片机的P1口来控制DAC0832
34、输出电压。表3.1 DAC0832 引脚参数表引脚标号描述1片选信号，低电平有效19ILE数据锁存允许信号，高电平有效2第1写信号，低电平有效17第2写信号，低电平有效16数据传送控制信号，低电平有效11电流输出端112电流输出端29反馈电阻端8基准电压，基电压范围为-10V +10V3GND数字地10AGND模拟地DAC0832 内部采用倒T 型电阻网络，芯片中无运算放大器，使用时需外接运放，输出是模拟电流Io1、和Io2。芯片中已设置反馈电阻Rf，使用时将Rf 输出端接运算放大器的输出端即可。本电路采用不带缓冲工作方式，UREF为D/A 转换器的基准电压。DAC0832 的CS（反），WR
35、1（反），WR2（反），XFER（反）接地，让DA 工作在直通方式下。DAC0832 的8 脚VREF接参考电压(UREF )，参考电压电路如图3-5所示。3.4基准电压设定LM336集成电路是精密的5V 稳压器，其工作相当于一个低温度系数的、动态电阻为0.2的5V 齐纳二极管，其中的微调端(G) 可以使基准电压和温度系数得到微调。通过调节可调电阻调节LM336 的输出电压为5.12V，所以在DAC0832 的8 脚输出电压的分辨率为5.12V/256=0.02V，也就是说DAC0832 输入数据端每增加1，电压增加0.02V。由于本电源输出电压为024V，则最大输入数据为240(对应的二进制
36、为11110000)，DAC0832输出的值为4.8V，即输入数据在011110000之间变化，DAC0832 输出电压在04.8V(实际为0- 4.8V) 之间变化。基准电压电路如图3-5所示：图3-5 基准电压电路3.5放大器电路设计放大器选择范围比较大，只要放大器满足放大值达到015V，放大倍数25倍，频率要求不高。本课题稳压芯片7815、7915最大提供电源为+15V和-15V，因此不可避免线性度有较大要求。而放大值要有15V电压差，不可避免的需要同时用到正负量程。因此对放大器的调零也有较大要求。在这里我们使用两个UA741串联构成电压跟随电路。当DAC0832 输出的电压经集成运放倒
37、相放大后，输出012V 电压。为了满足输出电压的要求，应使集成运放的放大倍数为2.5倍，即Auf=-R6/R5 =-2.5。实际使用时，通过调整R6的阻值，来满足放大倍数的要求。集成运放放大的电压经Q4(ZTX45)构成射极跟随器放大，作为最终电压输出。放大器部分电路如图3-6所示：图3-6 放大器部分电路3.6按键电路部分按键电路如图3-7所示：图3-7 按键电路本系统只使用两只按键 KEY1、KEY2来实现“+”、“-”步进控制。当KEY1按下时，输出电压增加1V；当KEY2按下时，输出电压减小1V。3.7 LED显示部分LED数码管是由发光二极管作为显示字段的数码型显示器件。图3-8a为
38、LED数码管的外形和引脚图，其中7只发光二极管分别对应ag笔段，构成“8”字形，另一只发光二极管dp作为小数点，因此这种LED显示器称为八段数码管。LED数码管按电路中的连接方式可以分为共阴极型和共阳极型两大类：共阴极型是将各段发光二极管的负极连在一起，作为公共端COM接地，ag、dp各笔段接控制端，某笔段接高电平时发光，低电平时不发光，控制某几段笔段发光，就能显示出某个数码或字符。如图3-8b显示。共阳极型是将各段发光二极管的正极连在一起，作为公共端COM，某笔段接低电平发光，高电平时不发光，如图3-8c所示。本设计选用的是共阴极LED数码管。数码管结构及原理如图3-8所示：（a）外形图 （
39、b）共阴极结构 （c）共阳极结构图3-8 LED数码管结构及原理图数码管LED串口显示模块通常有两种显示方法:动态显示和静态显示。动态显示：连接方法是将每个二极管的同名端连在一起，而每个显示器的公共极COM各自独立的接受I/O线控制，CPU向字段输出端口输出字型码，所有显示器接受到相同的字符，而要使用哪个显示器要取决于他们的COM的电平，而这段是由I/O端控制的，由单片机输出。动态扫描时连续的动态扫描，只是肉眼暂留现象，乃发光二极管的余辉效应，给人的感觉是一组稳定的显示数据。 静态显示： 静态显示显示效果好，但是功耗大，但不占用端口，只需两个串口线输出，变成较为简单。而且采用静态显示需要的驱动
40、器件多，硬件成本相对更高。 比较以上两种方案，方案一硬件简单程序复杂，方案二硬件复杂程序简单，考虑到实惠和对自己的编程锻炼，选择方案动态显示。动态扫描 方法是用其接口电路把所有显示器的8个笔画字段（ag和dp）同名端连在一起，而每个显示器的公共极COM各自独立的接受I/O线控制。CPU向字段输出端口输出字型码时，所有显示器接受到相同的字型码，但究竟使用哪个显示，则取决于公共极COM端，而这一端是由/WR和/RD控制的，由单片机决定何时显示哪一位。动态扫描用分时的方法去轮流控制各个显示的COM端，时各个显示器轮流亮。在轮流点亮扫描过程中，每为显示器的点亮时间极为短暂，但由于人的视觉暂留现象及发光
41、二极管的于辉效应，给人的印象就时一组稳定的显示数据。LED数码管按其外形尺寸有多种形式，使用较多的是05英寸和08英寸；按显示颜色也有多种，主要有红色和绿色；按亮度强弱可分为超亮、高亮和普亮。为了能更清晰的显示反应室的温度，本设计选用08英寸的高亮红色LED数码管显示温度。LED数码管的使用与发光二极管相同，根据其材料不同，正向降压一般为152V，额定电流为10mA，最大电流为40mA。静态显示时取10mA为宜，动态扫描显示，可加大脉冲电流，但一般不超过40mA。因此设计中要接入8个200欧姆的分压电阻。数码管显示电路如图3-9所示：图3-9 数码管显示电路8段数码管可以包括小数点的09的数字
42、和部分的英文字母，为了获得不同的字符，数码管各段所加的电平也不同，编码也不一样。共阴极数码管的字型，字段和编码的关系如表3.2所示：表3.2 数码管编码表十六进制数 H g f e d c b a 显示代码 0 0 x 3 f 1 0 x 0 6 2 0 x 5 b 3 0 x 4 f 4 0 x 6 6 5 0 x 6 d 6 0 x 7 d 7 0 x 0 7 8 0 x 7 f 9 0 x 6 f 0 x 8 0 3.8系统供电部分本系统采用两种电源（主电源和辅助电源）供电，如图3-10所示，电源变压器带有中心抽头，经LM7815、LM7915得到大小相等、极性相反的+15V、-15V，
43、一路经LM7805得到+5V电压：其中+15V为主电源，作为射极输出器的电源；+15V、-15V作为集成运放的电源；+5V作为单片机系统及显示电路等芯片的电源。本系统采用两种电源（主电源和辅助电源）供电，如图3-10所示，主要采用L7805，L7815，L7915三种稳压器，外加电源部分设置成+/-18V，可由交流220V电源经变压得到，并将+18V直接接到LM7815的1端输入口，经L7815稳压后由2号端口输出为+15V，可以作为射极输出器Q4（ZTX45）的电源；将-18V接到LM7915的3号端口，经LM7915稳压后由2号端口输出为-15V，并将+/-15V电压加载到放大器UA741
44、的电源正负管脚上，另外DAC0832的电源管脚20脚和19脚ILE脚也要接+15V；再将+15V又经过L7805后变成+5V，这个电压值可供应到单片机电源及显示部分。还需要在L7815的1，3脚，L7915的1，3脚以及L7805的1，3脚各自与地之间并联连上2200uF电解电容和33uF磁片电容，目的是为了滤除低频杂波和高频杂波。电源电路如图3-10所示： 图3-10 电源电路电源工作原理： 降压 整流 滤波 稳压 输出 降压：由于输入的市用电压为220V，远大于我们所需电压幅值，必须把电压降低，直接用一个变压器即可达到降压的目的。整流：由于降压后的电压仍为交流电压，要把交流电压整为直流电压
45、，利用整流桥，整流桥内部实际上就是四个大功率的二极管(例如IN4007)。 滤波：经整流后的直流并不是稳定的直流，是一个周期性的振荡曲线。要减落这种振荡幅度，最简单的滤波方法就是用电容，利用电容的充放电特性。即依靠大电容值的电容滤波此幅度波动更平缓，且多次滤波使直流的纹波更小。 稳压：波后的电压输入三端稳压芯片LM7805、LM7815、LM7915便可将稳定输出电压+5V、+15V、-15V。3.9硬件电路板实物照片图3-11 数字稳压电源实物照片第四章 数字稳压电源设计过程4.1所用工具介绍4.1.1 Protel简介Protel99SE是PROTEL公司在80年代末推出的EDA软件，应用广泛功能强大，是个完整的板级全方位电子设计系统。它包含了电原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印制电路板设计（包含印制电路板自动布线）、可编程逻辑器件设计、图表生成、电子表格生成、支持宏操作等功能。可见Protel99SE不仅在绘制原理图、PCB版布局布线等方面功能更加完善，而且为用
