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1、 网络教育学院专 科 生 毕 业 大 作 业题 目： 12V 简易稳压电源设计 学习中心： 浙江长兴奥鹏学习中心13B 层 次： 高中起点专科 专 业： 电气工程及自动化 年 级： 年 春/秋 季 学 号： 200802029162 学 生： 柏征宇 指导教师： 许 伟 完成日期： 2010 年 02 月 20 日 12V简易直流稳压电源的设计I内容摘要该电源系统以 ATMEL89S52 单片机为核心控制芯片，实现数控直流稳压电源功能的方案。设计采用 8 位精度的 DA 转换器 DAC0832、精密基准源 LM336-5.0、7805 和两个 CA3140 运算放大器构成稳压源，实现了输出电压
2、范围为12V+12V，电压步进 0.1V 的数控稳压电源，另外该方案只采用了 3 按键实现输出电压的方便设定，显示部分我们采用了 LCD1602 来显示输出电压值。通过集成直流稳压电源的设计、安装和调试，可以使大家学会如何选择变压器、整流二极管、滤波电容及集成稳压器来设计直流稳压电源和掌握直流稳压电路的调试及主要技术指标的测试方法。关键词： 数控直流稳压源 DAC0832 运算放大器 CA3140 51 单片机 Atmel89s52 技术指标12V简易直流稳压电源的设计II目 录内容摘要 .I引 言 .11.系统方案选择和论证 .311 基本目标 .312 系统基本方案 .3121 方案选择和
3、论证 .32.主要单元电路设计 .92.1 电源电路单元 .92.2 精密基准源 .123.系统的软件设计 .1331 程序流程图 .134.结论 .15参考文献 .1612V简易直流稳压电源的设计1引 言电源是各种电子、电器设备工作的动力，是自动化不可或缺的组成部分，直流稳压电源是应用极为广泛的一种电源。自六十年代起，第一台开关电源问世以来，开关电源在世界各国迅速发展，直流稳压电源也顺势而生，但在初期价格较高，直到八十年代，随着元件工艺的成熟，直流稳压电源的价格也日益下降，应用也变的日益广泛。近几年随着科技的发展，直流稳压电源的工作频率有原来的几十千赫发展到现在的几百千赫，甚至更高。现在智能
4、化的直流稳压电源也被广泛应用于生产领域，对此的研究开始向高频方面发展。以美国为首的几个发达国家在这方面的研究已经转向高频下电源的拓扑理论、工作原理、建模分析方法和高频大功率开关器件，高性能集成控制器和功率模块的开发研制方面发展。我国在此方面的起步较晚，1973 年才开始这方面的研究工作，现在主要在小功率单端变换器方面发展较为迅速。在功率半导体器件及控制集成化方面，与国外同类产品有这很大的差距。因此，直流稳压电源的研制及应用在此方面与之也从在很大的差距。近年来，随着微机，中小型计算机的普及和航空航天数据通信，交通邮电等事业的讯速发展，以及为了各种自动化仪器、仪表和设备配套的需要，当代对电源的需要
5、不仅日益增大，而且对电源的性能、效率、重量、尺寸和可靠性以及诸如程序控制、电源通/断、远距离操作和信息保护等功能提出了更高的要求。本课题做了一个简易的稳压直流电源。该电源系统以 ATMEL89S52 单片机为核心控制芯片，实现数控直流稳压电源功能的方案。设计采用 8 位精度的 DA 转换器 DAC0832、精密基准源 LM336-5.0、7805 和两个 CA3140 运算放大器构成稳压源，实现了输出电压范围为12V+12V，电压步进 0.1V 的数控稳压电源，另外该方案只采用了 3 按键实现输出电压的方便设定，显示部分我们采用了 LCD1602来显示输出电压值。12V简易直流稳压电源的设计2
6、1系统方案选择和论证11 基本目标1) 输出电压：范围12V12V，步进 0.1V。2) 输出电压可预置在12V12V 之间的任意一个值。3) 数字显示输出电压值。4) 为实现上述几部件工作，自制稳压直流电源，输出15V，5V。12 系统基本方案根据题目要求，系统可以划分为输出部分，人机接口部分和直流稳压电源。其中输出部分是由 D/A 转换后再放大得到的，人机接口包括 4 个按键和液晶显示部分，直流稳压电源包括两组电源 1。121 方案选择和论证方案一: 三端稳压电源采用可调三端稳压电源构成直流可调电源的电路如图 1.1 所示。怎样实现数控呢？我们把图 1.1 中的可变电阻 RP 用数字电位器
7、来代替，就能实现数控了。但由于三端稳压芯片 LM317 和 LM337 的输出电压不能从 0V 起调，输出公式：Vout=1.25(1+R2/R1) (1.1)所以，可以采用在输出的地方加两个二级管，利用 PN 节的固有电压来实现从0V 起调，如图 1.2 所示。12V简易直流稳压电源的设计3图 11 图 1.2优点：该方案结构简单，使用方便，干扰和噪音小缺点：数字电位器误差较大，控制精度不够高，误差电压较大。同时更重要的是几乎所有的数字电位器能够容忍的电流都在 20mA 以下。所以，这种方案就被否决了。10R1Vin VoutGNDU1 LM3171Kx9c1021000uC1100uC21
8、00uC310uC4RP+15V10R1VinVoutGNDU1LM3371Kx9c102 1000uC1100uC2100uC310uC4 RP+15V10R1Vin VoutGNDU1 LM3171Kx9c1021000uC1100uC2100uC310uC4RP+15V D?DiodeD?Diode12V简易直流稳压电源的设计4方案二：采用 A/D 和 D/A采用 A/D 和 D/A 构成直流电源的电路如图 1.3 和图 1.4 所示。采用单片机构成直流电源的电路如图 1.3 所示，利用 AVR 单片机自带的 D/A 口 DAC0 输出02.5V 的电压，然后经一级反相放大器和跟随器，此
9、时可以输出 0 到5V 电压。但是因为 A/D 变换器只能采集 0 到+2.56V 的电压，所以再在跟随器后面加一级反相放大器器然后送回到 A/D 采样，MCU 比较发现 DAC0 输出为正确电压时，则从跟随器后直接输出电压，这样就可以输出 0 到-5V 的电压了。当需要正相电压时从DAC1 口输出电压，这时就不需要反相，其它原理与 DAC0 相似。 2图 1.3优点：精确度高，纹波小，效率和密度比较高，可靠性也不错。缺点：电路相对复杂，AVR 单片机的 IO 口不能容忍负电压，否则会被损坏。所以，这种方案也行不通。MCUA/D23 6AR?Op Amp+5VDAC0Port10R110R11
10、0R1-5V23 6AR?Op AmpVCCDAC123 6AR?Op Amp23 6AR?Op Amp-5V-5VVCC10R110R1V023 6AR?Op Amp+5V-5VPort10R110R110R112V简易直流稳压电源的设计5方案三：采用数字电位器与运放到组合如图 1.4 所示，在该方案中我们用两个数字电位器代替了 MCU 中的 D/A，这样可以降低成本，同时简化电路，从两个串连的数字电位器可以直接输出-5V 到+5V 的电压同上面方案一样，当输出反相电压时在送电压回 A/D 采样时要先经过一次反相。但同样存在上面的问题图 1.4优点：电路结构更简单，降低了成本缺点：因为数字电
11、位器电阻误差大，且单片机的 A/D 口容易损坏。MCUA/D23 6AR?Op Amp+5V-5V1K R3Res1PortQ12N3904Vo1KR1RPot11KR2RPot1-5V+5VPortQ22N3906236AR1Op Amp+5V10R410R610R512V简易直流稳压电源的设计6方案四：采用 7805 构成直流电源采用 7805 构成直流电源的电路如图 1.5 所示，改变 RP 阻值使 7805 的公共端的电压在 0 到10V 之间可调，则 7805 的输出端电压就可实现 -5V+5V 之间可调了。这种方案是利用了 7805 的输出端与公共端的电压固定为 +5 的特性来设计的。但同
