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1、简易数控直流电源该电源系统以ATMEGA8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一5V+5V,电压步进0.1V的数控稳压电源，最 大纹波只有6mV，具有较高的精度与稳定性。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诺基亚3310手机夜晶显示器来显示输出电压值和电流值。基本要求1) 输出电压：范围一5V+5V，步进0.1V，纹波W10mV。2) 输出电压可预置在一5V+5V之间的任意一个值。3) 输出电流 50
2、0mA o4) 数字显示输出电压值和电流值。5) 为实现上述几部件工作，自制稳压直流电源，输出土 15V，+5V。1. 2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。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=1.25X (1+R2/R1)。所以，可
3、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。U1LM317VinVout,GNDC11000UC4T| 10uU1GNDVoutVinC3100U=C2J- 100ULM337图1一1Vin1000u100uU1LM317VoutDiodeDiode:1K10R1100u=C410u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。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
4、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0 2.5V的电压，然后经一 级反相放大器和跟随器，此时可以输出0到一5V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至U-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。+5V-5VOp Amp-5VVCCVo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
5、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。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：因为数字电位器电阻误差大，且单片机的A/D 口容易损坏。方案三：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
6、到一10V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。但同样存在不好数控的问题。U1 7805Vin VoutC3100uC410u图1.5方案四 方案三与方案四结合，然后再以+5V为参考输出显示输出+5V如上图所示，采用数模转换器输出电流，经电压转换和反向放大之后得到-10V0V的电压， 把这个电压送到三端稳压器件7805的公共端，然后，再以+5V作为参考则输出的电压就能 实现在-5V+5V任意可调。采样时，是对地采样的，就省去了负电压不好采样的麻烦，这也 是我们的创新之处。1. 主要单元电路设
7、计电源电路单元该电路用了 7805、7815和7905、7915制成了两组稳压直流电源电路分别得到土 15V和 + 5V的电源。为了防止恒流源电路中的较大电流对控制部分产生干扰，将控制部分的电源 和恒流源电路电源分成独立的两部分，分别由两组变压器供电，并且，在电源的输出极加上 LC滤波电路。通过实际测量发现加LC滤波器之前的纹波高达5060mV，但是通过滤波之后， 电压输出，有了明显的改善，纹波只有10mV左右了。人机接口部分的单元电路设计LCD显示界面按键键盘:功能键确认N0KIA3310电压：2. 50V 电流:350mA 数控电压源数模转换电路:,-.hud liuUKJkVWViiII
8、工 WS2WSIDAC0832接口电路:15吐111 luutj 12DicEiti yVCC+5|i| 庭对7 d单缕神工作方式sE flXT.IJXTaJ.IZ.ZluUtlkbDIOloutiDllDI2RfoDEDI4VrefDI5VccDI6nisbDI?ILEWR2CSWR1海IC102用单片机的P3 口来控制DAC0832输出电压。0832输出电路：臼西时M.占F.lOiSJCDi F.II1.IXD1F.L .彳心111F.;i.-li.lQiF.15i.II|F.LmWJU F.lTiJDiJ.d.J.d.JJJ.o可ErA.H E7DID6rii5DI2|4dexI16di
9、N P3 口15dex|_ 、14dm|13117二1DAC0832输出的电压通过两个CA3140的两级放大，从Voutl和Vout2两路输出实现输出正负5V的电源。精密基准源： 用LM334和一个10K的可调变阻构成了一个精密5V基准电压，提高系统的精密度。纹波、尖峰干扰处理：电源滤波器未加电源滤波器之前，从电源电路输出端测得的纹波有5060mV，当加了电源滤波器之 后，电源电路输出端的纹波只有68mV 了。在主控板的电源输入端分别再对土 15V、5V 加一级LC滤波，最后把纹波控制在6mV以下了。主控电路保护二极管：二极管用以防止电流倒灌，防止烧坏电源。功率放大驱动电路控源控路数电主电上图
10、是由OP放大器与推挽射极跟随器相组合的电路。因为使用将NPN与PNP晶体管 的共同连接的推挽射极跟随器，该电路在输出端不取电流时，发射极无电流流动，所以电路 的效率非常高。这是该电路的一大特点。没有反馈回路时，推挽射极跟随器的开关失真很大， 假如反馈后，开关失真变小，但仍然存在。为了解决这个问题我们加入了偏置电路，由于在 各自的晶体管上加两个二级管的VF电压（O1.2V），所以在发射极电阻上分别加一个PN 节的电压（X.6V）。该电压用发射极设定电流（零点几至数毫安）来除就求出发射极电阻。在偏置电路里流动的电流，是由比晶体管基极电流大得多的值来决定的，但若太大， 则OP放大器就不能驱动偏置电路
11、，所以设定该电流在1mA以下是比较妥善的。3 .系统的软件设计3.4. 2指标测试1、输出电压：范围一5V+5V，步进0.1V,纹波W6mV。初始状态时，可以通过4 个按键输入一5.0V+5.0V之间的任意电压值，并实时显示。显示值与实际测量 值同步，且在一5.0V+5.0V之间的调节过程中最大误差为0.03V；2、输出电压可预置在一5V+ 5V之间的任意一个值，并且设有电压步进0.1V的增 减键，实时可调，有自动扫描代替人工按键功能，步进0.1V ；3、输出电流500mA ；4、输出电压调整率W0.5%（输入电压220V变化范围+15%一20%下，空载到满载）;5、带负载时可以显示电流值，并
12、通过功能键进行切换，换到电流控制档，可控制电 流在10mA100mA自由调节。6、线性度：（数据分析）数字量8.纹波测试结果：不带负载时的纹波测试图:带负载时的纹波测试图:从波形图中可以看出，加负载后，纹波变得更加密集了。是因为，加了负载 之后，就在电路中形成了回路，在负反馈的过程中，相应的调整管就需要作调整， 以保证输出的电压的稳定性。所以，我们看到了以上的现象。但是，纹波的幅值 并没有增加，仍为5.44mV这也说明了电路的稳定性比较好。#include#include#include lcd3310.h#define osccal 0x7dvoid main(void) (uchar ke
13、y,num_flag=0,gb_b=40,flag=0,dac_dat=0;char theta=0;short mid=0,midd=0,m_v=0;OSCCAL=osccal;/B0y0npAEport_init();LCD_init();/36E-0oLCD_clear();LCD_write_chinese_string(0,4,16,5,0,0,1);/Di土Eyz0pqiLCD_write_chinese_string(0,0,12,3,0,0,0);/BjpQN1：jLCD_write_String(4 0,0, 0 00);LCD_draw_map(47,0,point,7,14);/BjEypaLCD_draw_map(7 3,0,voltge,12,12); /EOVLCD_write_chinese_string(0,2,12,3,0,0,2);/BjpqA：jLCD_write_String(4 6,2, 123);LCD_draw_map(68,2,current,
