(初稿)数控直流稳压电源(电子综合设计方案)

数控直流稳压电源设计方案1电子技术综合设计总结报告（初稿）设计题目：一种基于单片机的数控可调直流稳压电源组长姓名：王家琪学号：16115746专业与班级：孙越崎学院越崎专业11级-3班姓名：李建学号：16115806专业与班级：孙越崎学院越崎专业11级-3班姓名：董向辉学号：09114090专业与班级：孙越崎学院越崎专业11级-1班时间：2013～2014学年第（1）学期指导教师：成绩：日期：2013.11.17数控直流稳压电源设计方案2基于单片机的数控可调直流稳压电源设计本文介绍了一种基于单片机的直流稳压电源设计方案，该系统由初步整流稳压部分、单片机控制部分、DAC、稳压部分和显示部分组成。该稳压电源可步进调节、实时显示，弥补了传统稳压电源的不足，其核心技术是通过单片机控制数模转换来改变其后稳压模块的输出。利用单片机控制数模转换芯片DAC0832输出电压作为稳压电路的参考电压；稳压电路采用的是串联型稳压电路，单片机控制的DAC0832的输出电压具有高稳定性，参考电压稳定进而能够很好地保证输出端电压的稳定性；单片机通过键控改变DAC0832的输出电压，作为参考电压发生改变，稳压电路调整管的压降也会相应地发生变化，从而改变输出电压；另外，电路还设计了数码管显示电路，以增加稳压电源使用的直观性，配合键控电路使电源使用起来非常方便直观。关键词单片机，稳压电源，连续步进可调，DAC数控直流稳压电源设计方案3一、课题任务设计出有一定输出电压范围和功能的数控直流电源。具体要求如下：1.最小步进电压:U=0.1V；2.输出电压范围:0-12v，通过键盘+、-控制输出电压值增大减小；3.误差范围:小于0.1V二、方案比较与选择1．常用稳压电源设计1）基本原理直流稳压电源由电源变压器、整流、滤波和稳压电路四部分组成，其原理框图如图2.1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。图2.1直流稳压电源框图数控直流稳压电源设计方案42）常用设计方案方案一：采用三端稳压器稳压，电路如图2.2图2.2三端稳压器稳压电路78XX系列集成稳压器的典型应用电路如图2.2所示，这是一个输出正5V直流电压的稳压电源电路。IC采用集成稳压器LM7805，C3、C2分别为输入端和输出端滤波电容，RL为负载电阻。当输出电流较大时，LM7805应配上散热板。方案二：采用LM317系列可调三端稳压器稳压，电路如图2.3图2.3可调三端稳压器稳压电路LM317是常见的可调集成稳压器，最大输出电流为2.2A，输出电压范围为1.25～37V。1、3脚之间为1.25V电压基准。为保证稳压器的输出性能，R1应不大于240欧姆，改变R2阻值即可调整稳压电压值。输出电压：Uo=(1+R2/R1)*1.25数控直流稳压电源设计方案5*方案三：由运放组成的串联型稳压电源，电路如图2.4图2.4串联型稳压电路串联型稳压电路有调整管、基准电压电路、取样电路、比较电路等基本组成部分。图2.4中Q1、Q2构成调整管，控制电压输入即为基准电压，R1、R3组成取样电路，TL082充当比较器。可以通过改变基准电压来改变输出电压值以达到稳压作用，该电路引入深度电压负反馈来稳定输出电压，具有良好的稳压性能，且可以步进可调。串联型稳压电路的方框图如图2.5示。输入输出电压关系：Uo=(1+R1/R2)Ui调整管基准电压电路取样电路比较放大电路+Ui-+-Uo图2.5串联型稳压电路方框图数控直流稳压电源设计方案6方案优劣分析：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，方案二虽然电压可调但很难实现步进调节。方案三既可实现稳定的电压输出，而且输出电压连续步进可调，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。数控直流稳压电源设计方案72.基于单片机的稳压电源系统设计系统由各个模块组成，由各个模块组成的系统框图如图2.6所示。图2.6系统框图1）按键控制模块方案一：采用矩阵键盘，由于按键多可实现电压值的直接键入。方案二：采用一般的电平判键按钮，实现方法很简单，但一个端口最多只实现8个按键。由于本数控电源需要用的按键不多，要实现步进为0.1V的设计要求，只需用一个“+”和一个“-”按键，另外再加一个复位按键即可。3个按键就可实现本题的设计要求，固采用方案二。2）D/A数字模拟转换模块方案一：采用MX7541，MX7541是高速高精度12位数字/模拟转换器芯片，功耗低，而且其线性失真可低达0.012%，特别适合于精密模拟数据的获得和控制。方案二：采用DAC0832，DAC0832是一种常用的8位的数字/模拟转换芯片。本系统是基于51单片机的数控电源的设计，8位的单片机，而MX7541是12位数字输入的，因此须用锁存器。而此数控电源要求单步0.1V、稳压输出0-12V，DAC0832完全可以达到，故选择常用的DAC0832即放案二。3）输出稳压模块采用串联型稳压电路，基本过程：采样电路从输出端采样电压；同DAC模块输出电压进行比较，DAC模块输出电压由单片机控制，作为参考电压，较为稳定；进而改变调整管压降改变输出电压值，以稳定输出电压。4）显示模块方案一：选用数码管显示，用普通的数码管显示简单的数字、符号、字母。方案二：选用液晶显示,显示的内容更加的丰富。此系统显示的只是最终电源输出的十位、个位及小数点后一位电压值，只需显示出3个数字，数码管更加的实惠，故选择方案一。5）电源模块采用常用设计方案中的方案一，220V交流电经过降压、整流，然后使用LM7805C、LM7815C、LM7915C芯片进行稳压,分别为系统提供+5V、+15V、-15V工作电压，使单片机芯片、显示模块、稳压模块、DAC模块等正常工作。AT89C51单片机按键控制电源电路DAC比较电路取样电路显示电路调整电路输出稳压电路数控直流稳压电源设计方案8三、硬件电路设计1.整流滤波、初步稳压图4.1整流滤波电路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，桥式整流电路如图4.1所示。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）∏型滤波等滤波形式。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。固定三端稳压器稳压电路如图4.2所示，在输入与公共端之间、输出端与公共端之间分别接了0.33uf、0.1uf的电容,可以防止自激振荡。图4.2三端稳压电路数控直流稳压电源设计方案92.AT89C51主控部分单片机AT89C51是系统的控制核心，主要是通过控制数摸转换来实现对稳压电源的调节，并且控制显示电路，电路如图4.3所示。图4.3AT89C51主控电路主控电路中包括AT89C51工作的基本电路：复位电路和晶振电路，还有两个按键S1键和S2键，这两个按键用于控制输出电压的增加与减小，进行步进调节。数控直流稳压电源设计方案103.数模转换DAC0832DAC模块是整个系统的纽带，连接着控制部分与稳压部分，电路如图4.4所示.图4.4数模转换电路该数模转换电路采用的是DAC0832单极性输出方式，输出Vo=-B*Vref/256，其中B的值为D0~D7组成的8位二进制，取值范围为0~255，Vref是参考电压，该电压有电阻R3和可变电阻R6分压所得，通过调节可变电阻可以改变参考电压Vref。4.稳压部分稳压部分是系统的实现核心，DAC模块输出的模拟信号决定最终的输出电压，电路如图4.5所示。图4.5稳压电路数控直流稳压电源设计方案11稳压电路中电阻R1和R4组成取样电路，对输出电压进行取样，运放TL082构成比较电路，对采样电压与数模转换输出的电压进行比较以控制调整电路，三极管Q1和Q2构成调整电路，调整电路通过改变三极管Q2的管压降来调整输出电压。5.显示电路显示电路是对系统输出电压进行实时显示，使得整个系统更加合理化，由于只显示输出的电压，所以显示器件采用数码管，数码管使用MAX7219芯片驱动，电路如图4.6所示：图4.6数码管显示电路数控直流稳压电源设计方案12四、软件设计1.开发工具介绍单片机的使用除了硬件，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MCS-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可编译汇编语言和C语言，界面友好。Keil是美国keilsoftware公司出品的51系列兼容单片机C语言开发系统。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，是函数功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生产的汇编代码，就能体会到KeilC51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解，在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。2.软件流程图系统软件流程图直观地描述了如何实现对系统输出电压的调节。首先对系统的输出电压进行初始化，设定为5V（常用电压值），然后通过判断按键是“+”键或是“-”键对系统的输出电压进行相应的调节，并保证输出电压不超出设定范围，具体的调节过程如图5.1所示[4-6]。数控直流稳压电源设计方案13输出电压初始化数码管显示判断是否有按键按下开始判断是否有按键按下输出最小输出最大按键超过2S按键超过2S输出最小是否是“+”输出最大电压-0.1V电压+0.1V电压-0.1V电压+0.1V判断是否有按键按下YNYNNNNYYNNYNNYYYYYN图5.1系统程序流程图‘数控直流稳压电源设计方案14五、测试方案用万用表在电路总输出端上测量电压并与数显电压值比对，得到理论与实际输出电压数据，计算分析误差，进一步完善电路系统。六、技术难点程序设计较复杂，易出错，且不易查错；存在干扰，且无法完全消除。电路设计较为复杂，电路中各器件选择是重点应考虑的问题，实验室中无法做到完全与设计方案一致的器件型号，此时应注意如何用现有器件替换方案中的器件。七、所需器材220v-12v单相交流集成变压器89C51单片机、PCDAC08328位的数字/模拟转换芯片耗材若干数控直流稳压电源设计方案15附录一系统源程序#includereg51.h#defineucharunsignedchar//地址定义#defineadr_bit_10x01//显示数据1的寄存器地址#defineadr_bit_20x02//显示数据2的寄存器地址#defineadr_bit_30x03//显示数据3的寄存器地址#defineadr_bit_40x04//显示数据4的寄存器地址#defineadr_bitrans_mode0x09//译码方式寄存器的地址#defineadr_light_con0x0a//亮度寄存器#defineadr_scan_count0x0b//扫描界线寄存器#defineadr_close0x0c//掉