1、中文摘要- 1 -毕 业 设 计数 控 直 流 稳 压 电 源摘 要本设计以直流电压源为核心，AT89C51 单片机为主控制器，通过按键来设置直流电源的输出电压，设置步进等级可达 0.1V，输出电压范围为 09.9V，最大电流为 1000mA，并可由 LED 数码显示管显示实际输出电压值。系统有过流保护电路，当输出电流过大时功率管自动截至。本设计由单片机程控输出数字信号，经过 D/A 转换器（DAC0832）输出模拟量，再经过运算放大器隔离放大，控制输出功率管的基极，随着功率管基极电压的变化而输出不同的电压。实际测试结果表明，本系统实际应用于需要高稳定度小功率恒压源的领域。关键词：数字控制;直
2、流稳压电源;单片机AbstractIIAbstractThis system to dc voltage source as the core, mainly AT89C51SCM, through the keyboard controller to install dc power supply output voltage, setting stepping class can reach.01v output voltage, the range of 0-9.9 V, the maximum current1000mA for, and can show the actual pip
3、e by digital output voltage values. This system consists of microcontroller program output digital signal, through D/A converter (DAC0832) output analog amplifier, through isolating amplifier output power, control of base, with the power to change the passive tube voltage output of different voltage
4、. Test results show that this system application in need of high stability of small power constant-voltage source fields.Keywords: Digital control；Regular power supply of direct current；Single-chip microcomputer目录III目 录摘要.1ABSTRACT .目录 .第一章 引言 . 11.1 设计背景和意义. 11.2 设计任务要求. 2第二章 方案设计与论证 . 82.1 方案比较 .9
5、2.2 设计思想. 4第三章 系统硬件设计53.1 系统硬件原理框图 .53.2 单片机最小系统 .53.2.1 单 片 机 53.2.2 按 键 电 路 83.2.3 时 钟 电 路 和 复 位 电 路 83.3 数模转换电路 .93.3.1 DAC0832 芯 片 .93.3.2 四 运 放 放 大 器 LM324.113.3.3 数 模 转 换 电 路 123.4 数字显示电路 . 123.5 放大与功率输出模块 . 1 43.6 直流稳压电源电路. 1 4第四章 系统软件设计.1 64.1 程序流程图. 164.2 源程序.1 7第五章 系统仿真及调试 235.1 系统仿真 .235.
6、2 仿真电压显示 . 2 45.3 系统调试 . 2 55.4 调试结果 . 2 6目录IV总结.3 0参考文献 31致谢 32附录.3 3第三章 硬件设计- 5 -第 一 章 引 言1.1 设 计 背 景 和 意 义直流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。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, 但均存在以下二个问题: 1、稳压方式均是采用串联型稳压电路，对过载进行限流或截流型保护，电路构成复杂，稳压精度也不高。2、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
7、精确输出，或需要在一个小范围内改变时(如 1. 05 1. 07V ) ,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，对输出会有影响。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
8、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。几乎所有的电子设备都需要稳定的直流电源，因此直流稳压电源的应用非常的广泛。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，而在一些高能物理领域，更是急需电脑或单片机控制的低纹波、宽调整范围的电源。直流稳压电源的电路形式有很多种,有串联型、开关型、集成电路、稳压管直流稳压电源等等。在电子设备中，直流稳压电源的故障率是最高的（长期工作在
9、大电流和大电压下,电子元器件很容易损坏）但在直流稳压电源中，通过整流、滤波电路第三章 硬件设计- 6 -所获得的直流电源的电压往往是不稳定的。输出电压在电网电压波动或负载电流变化时也会随之有所改变。电子设备电源电压的不稳定,将会引起很多问题，比如：测量仪器的准确度降低，交流放大器的噪声增大，直流放大器的零点漂移等等。设计出质量优良的直流稳压电源，才能满足各种电子线路的要求。因此,直流稳压电源的研究就颇为重要。目前产生直流稳压电源的方法大致分为两种:一种是模拟方法，另一种是数字方法。前者的电路均采用模拟电路控制，而后者则是通过数字电路进行自动控制。直流稳压电源朝着数字化方向发展。因此对于数控恒压
10、源的研究是必要的。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便
11、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。目前, 国外直流稳压电源已朝着多功能和数字化的方向发展。M atthew 等提出了采用多路DA 分别设定多路输出电压，以及以多路 A D 进行输出检测的微机数控电源。随着科学技术飞速发展,对电源可靠性、输出精度和稳定性要求越来越高,利用D/ A 转换器的高分辨率和单片机的自动检测技术设计程控电源就显示出其优越性。程控电源既能方便输入和选择预设电压值又具有较高精度和稳定性，而且还可程控实
12、现对电源的可编程监控，如模拟电压跌落、间断或起伏等情况，即可编程电源也可以看作一种功率型的低频信号发生器。程控电源可以任意设定输出电压或电流，所有功能由板上的键盘或通过 RS-232C 串口连接的上位微机实现，给电路实验带来极大的方便,提高了工作效率。1.2 设 计 任 务 要 求 输出电压：099V 步进可调，调整步距 01；V 输出电流：1000mA；第三章 硬件设计- 7 - 精 度：静态误差1%FSR，纹波10mV； 显 示：输出电压值用 LED 数码管显示； 电压调整：由“+”、“-”两键分别控制输出电压的步进增减； 输出电压预置：输出电压可预置在 099V 之间的任意一个值； 其
13、它：自制电路工作所需的直流稳压电源，输出电压为12V，+5V；第三章 硬件设计- 8 -第 二 章 方 案 设 计 与 论 证2.1 方 案 设 计方案一：采用单片机的数控电压源的设计采用常用的 AT89C51 单片机作为控制器，P0 口和 DAC8032 的数据口直接相连，DA 的各个端口连接后接 P3.4，和接单片机的端，让 DA 工作在单缓冲方式下。DA 的 8 脚接参考电压，DA 的基准电压接-10V 电源，所以在 DAC 的 8 脚输出电压的分辨率为约等于 0.1V，也就是说 DA 输入数据端每增加 1，电压增加0.1V。通过运放 LM324 将 DA 的输出电流转化为电压，再通过运
14、放 LM324 将电压反相并放大输出电压并稳压，最后通过示波器观察其波纹，其硬件框图如图2.1 所示：显示图 2.1 方案一硬件框图方案二：采用传统的调整管方案，主要特点在于使用一套双计数器完成系统的控制功能，其中二进制计数器的输出经过 D/A 变换后去控制误差放大的基准电压，以控制输出步进。十进制计数器通过译码后数码管显示输出电压值，为了使系统工作正常，必须保证双十计数器同步工作。其硬件框图如图 2.2 所示输出键盘数码显示单片机电压输出D/A 转换电压预置 A/D 转换整流滤波译码显示电源D/A 转换误差放大时钟控制电压预置二进制计数器十进制计数器过流保护调整管步进加 步进减第三章 硬件设
15、计- 9 -图 2.2 方案二硬件框图方案三：采用调整管的十进制计数器的数控电压源的设计。此方案不同于方案之二处在于使用一套十进制计数器，一方面完成电压的译码显示，另一方面其作为 EPROM 的地址输入，而由 EPROM 的输出经 D/A 变换后控制误差放大的基准电压来实现输出步进，只使用了一套计数器，回避了方案二中必须保证双计数器同步的问题，但由于控制数据烧录在 EPROM 中，使系统设计灵活性降低。其硬件框图如图 2.3 所示输出图 2.3 方案三硬件框图2.2 方 案 比 较2.2.1 数 控 部 分 的 比 较方案二、三中采用中、小规模器件实现系统的数控部分，使用的芯片很多，造成控制电
16、路内部接口信号繁琐，中间相互关联多，抗干扰能力差。在方案一中采用了 AT89C51 单片机完成整个数控部分的功能，同时，AT89C51 作为一个智能化的可编程器件，便于系统功能的扩展。2.2.2 输 出 部 分 的 比 较方案二、三中采用线性调压电源，以改变其基准电压的方式使输出步进增加或减少，这不能不考虑整流滤波后的纹波对输出的影响，而方案一中使用运算放大器放大电压，由于运算放大器具有很大的电源电压抑制化，可以大大减少输出端的纹波电压。步进加D/A 转换步进减电压预置译码显示十进制计数器EPROM误差放大过流保护调整管整流滤波第三章 硬件设计- 10 -2.2.3 显 示 部 分 的 比 较方案二、三中的显示输出是对电压的量化值直接进行译码显示输出，显示值为 D/A 变化输入量，由于 D/A 变换与功率驱动电路引入的误差，显示值与电源实际输出值之间可能出现较大偏差，而方案一中采用三位一体的数码管直接对电压值进行显示。总之，方案一的优点是具有精度高，使用方便，硬件电路简单等特点，它使用了单片机，使得进一步扩展功能较为方便；方案二、三的优点是电路结构简单，其缺点是使用比较复杂，精度没有那么高。考虑到各种因素，本设计采用方案一。
