简易数控直流电源的设计

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1、电子设计报告题目：简易数控直流电压源的设计 组号：12C 组长：柯俊吉 组员：陈星宇、刘鹏 完成日期：2012-4-5摘要在各种电子电路实验及日常生活中，电源是一种必不可少的仪器，目前所用的电源大多是只有固定电压输出(例如常用的有：5V、12V或15V) 。其缺点是输出电压不可人为的改变；输出精度和稳定性都不高，在测量上传统的电源一般采用指针式或数字式来显示电压或电流，需要搭配电位器来调整所要的电压及电流输出值，然而电位器的阻值特性非线性，在调整时又要花费一定的时间，且会产生漂移。关键词：数控直流电源单片机最小系统DAC0832数模转换目录第一章 概述1.1直流稳压电源的发展方向1.2 国内发

2、展现状1.3 系统研究方向第二章设计任务分析2.1 设计任务要求2.2 问题分析第三章系统概述3.1 系统设计框图3.2 系统设计思路3.3 系统设计原理第四章 主要器件介绍4.1 STC89C52简介4.2晶振的使用4.3 DAC0832工作原理4.4译码器74LS474.5数码管显示原理4.6三端稳压集成电路L7805,L7815,L79154.7双电源供电集成运放OP074.8功率放大三极管D882和B772第五章 系统硬件设计方案5.1 自制电源电路设计5.2单片机控制电路5.3 DAC0832数模转换及功放的工作原理5.4键盘控制设计5.5数码显示控制设计第六章 系统软件设计方案6.

3、1系统总程序设计6.2系统程序流程图第七章 结果分析结束语参考文献附录一 系统电路全图附录二系统程序源代码 概述1. 1直流稳压电源的发展方向1.1.1智能化目前在研制高精度、高性能、多功能的测量控制仪表时，几乎没有不考虑采用单片机的。以单片机最小系统为主体取代传统仪器的常规电子线路，将软件程序与硬件电路相结合，组成新一代的所谓“智能化测量控制仪表”。直流稳压电源一方面为仪器仪表提供电能量，是仪器仪表的“动力源”，另一面它本身就是仪器仪表，因此，它有可能而且应当智能化。具体地说，智能化的直流稳压电源电源应当具有以下功能特点: 操作自动化。系统的整个测量过程如量程选择、数据的采集、传输与处理以等

4、都用单片机来控制操作，实现测量过程的全部自动化。具有自检测功能，包括自动调零、自动故障检测与状态检验、自动校准、自诊断及量程自动转换等。具有友好的人机对话能力。智能化的直流稳压电源使用键盘代替传统直流稳压电源中的切换开关，操作人员只需通过键盘输入命令，就能实现某种测量功能。1.1.2数字化在传统直流稳压电源中，控制部分是按模拟信号来设计和工作的。在六、七十年代，电力电子技术完全是建立在模拟电路基础上的。但是，现在数字信号、数字电路显得越来越重要，数字信号处理技术日趋善成熟，显示出越来越多的优点。 1.1.3模块化电源的模块化有两方面的含义，其一是指功率器件的模块化；其二是指电源单元的模块化。模

5、块化的目的不仅在于使用方便，缩小整机体积，更重要的是取消传统连线，把寄生参数降到最小，从而把器件承受的电应力降至最低，提高系统的可靠性。 1.1.4 绿色化电源系统的绿色化有两层含义：首先是显著节电，这意味着发电容量的节约，而发电是造成环境污染的重要原因，所以节电就可以减少对环境的污染；其次这些电源不能(或少)对电网产生污染，国际电工委员会(IEC对此制定了一系列标准，如工EC555, IEC917,IECI000等。20世纪末，各种有源滤波器和有源补偿器的方案诞生，为21世纪批量生产各种绿色直流稳压电源产品奠定了基础。1.2 国内发展现状在我国，以电力电子学为核心技术的电源产业，从二十世纪6

6、0年代中期开始形成，到了90年代以来，电源产业进入快速发展时期。一方面， 电源产业规模的发展在加快；另一方面，在国家自然科学基金的资助下或创新意识指导下，我国电力电子技术的研究从吸收消化和一般跟踪发展到前沿跟踪和基础创新，电源产业界涌现了一些技术难度较大，具有国际先进水平的产品，而且还产生了一大批具有代表性的研究成果和产品；目前国内还开展了跟踪国际多方面前沿性课题的研究或基础创新研究。但是我国电源产业与发达国家相比，存在着很大的差距和不足:在电源产品的质量、可靠性、开发投入、生产规模、工艺水平、先进检测设备、智能化、网络化、持续创新能力等方面的差距为10-15年，尤其在实现直流稳压电源的智能化

7、、网络化方面的研究不是很多。目前国内在这两方面研究比较多的是成都电子科技大学和广州华南理工大学，主要是利用单片机和可编程系统器件(PSD)来控制开关直流稳压电源或数制化电压单元达到数控的目的，但和国外的比较起来，效果不是很理想，还有很大的差距。国内厂家生产的直流稳压电源虽然也在向数字化方向发展，但多限于对输出显示实现数码显示，或实现多组数值预置。总体说来，国内直流稳压电源技术在实现智能化等方面相对落后，面对激烈的国际竞争，是个严重的挑战。1.3 系统研究方向本系统研究的直流稳压电源主要是符合智能化、数字化以及模块化的特点。智能化主要是指系统有可编程模块可以对系统进行智能控制。数字化主要是指系统

8、输出电压通过7段数码管显示，并且可以通过按键对输出电压进行连续步进数字化调节。模块化是指系统由各个相关模块组成，提高了系统的可靠性。 任务要求分析2.1.1、设计任务设计出有一定输出电压范围和功能的数控电源。其原理示意图如下：2.1.2、设计要求1基本要求 （1）输出电压：范围09.9V，步进0.1V，纹波不大于10mV；（2）输出电流：500mA； （3）输出电压值由数码管显示； （4）由“”、“”两键分别控制输出电压步进增减； （5）为实现上述几部件工作，自制一稳压直流电源，输出15V，5V。2发挥部分 （1）可通过一个扫描式矩阵键盘对输出电压进行预置在09.9V之间的任意一个值； （2）

9、用按键可进行加减电压值，实现输出电压变化（步进0.1V不变）； （3）扩展输出电压种类（比如三角波，方波）。2.2、 问题分析1、电压输出范围09.9V,步长0.1V,共有100种状态,8位字长的D/A转换器具有256种状态,能满足要求。设计中用2个电压控制字代表0.1V,当电压控制字从0,2,4,到198时,电源输出电压为0.0,0.1, ,9.9。电路选出用的D/A转换芯片是DAC0832，该芯片价廉且精度较高。DAC0832属于电流输出型D/A，输出的电流随输入的电压控制字线性变化。为了得到电压，还需外接一片运放来实现电流到电压的转换。2、当DAC0832采用5V基准电压时，D/A转换电

10、路的满幅输出为5.0V（电压控制字为255时），由于实际最大用到电压控制字198，因此D/A部分最大输出电压U1=（198/255）*5.0=3.882。3、D/A转换部分输出的电压作为稳压输出电路的参考电压。稳压输出电路的输出与参考电压成比例,范围是09.9V，负载能力大于500mA,纹波小10mA.稳压输出电路采用典型的串联反馈稳压电路，也可以看成是以参考电压作为输入的直流功率放大器。 4、过流保护电路。5、自制正负15V和正5V电源的制作原理 系统概述3.1、系统设计框图自制稳压电源模块D/A转换模块单片机控制电路模块按键控制模块功率放大模块数字显示模块3.2、系统设计思路首先根据设计要

11、求确定系统的六大模块。将一个系统的设计划分成一系列模块，然后进行各部分电路的设计。然后经过方案比较确定了各个模块的基本电路：按键控制模块输入某个信号给单片机最小系统，单片机通过程序产生不同的电压值，利用DAC0832数模转换，实现不同电压值的输出及稳定；通过按键来进行电压值的设定；利用单片机对数码管显示进行控制；控制电路由单片机最小系统及外围电路组成，单片机采用STC89C52，通过I/O口进行对系统的控制；自制电压电源为系统提供需要的工作电压。系统程序用C语言在KEIL环境下编写。程序共分为四个部分：主函数、按键扫描函数、延时子函数、数码显示子函数。编写完成并编译无误后由串口下载电路下载到单

12、片机中进行调试。3.3、系统工作原理D/A转换器（DAC）输入的是数字量，经转换输出的是模拟量。DAC的技术指标很多，如：分辨率、满刻度误差、线性度、绝对精度、相对精度、建立时间、输入/输出特性等。 分辨率：DAC的分辨率反映了它的输出模拟电压的最小变化量。其定义为输出满刻度电压与 的比值，其中 n 为DAC的位数。如：8位DAC的满刻度输出电压为5V，则其分辨率为 。建立时间：是描述DAC转换速度快慢的参数。其定义为从输入数字量变化到输出达到终值误差 LSB（最低有效位）所需的时间。高速DAC的建立时间可达1us。 接口形式：在DAC输入/输出特性之一。包括输入数字量的形式，十六进制式BCD

13、，输入是否带有锁存器等。 DAC0832为8位D/A转换器。单电源供电，范围为+5V +15V，基准电压范围为 。电流的建立时间为1us。CMOS工艺功耗20 mw。 输入设有两级缓冲锁存器。 电压的计算方式： 设计要求单极性可调精密直流稳压电源，步进分别为20mV、100mV、1V，因此要准确选择D/A的参考电压 =5V，计算方法如下： 数字量取Dn取0 255， 取5V,即数字量每步进1，达到步进20mV，数字量每步进5，达到步进100mV，数字量每步进50，达到步进1V。 主要器件介绍4.1、STCC89C52简介 STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在

14、系统可编程Flash 存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 具有以下标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，三个16 位 定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。另外 STC89X52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35Mhz，6T/12T可选。其引脚图如下：图3.1STC89C52引脚图4.2 晶振的使用晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振，而通过电子调整频率的方法保持同步。晶振通常与锁相环电路配合使用，以提供系统所需的时钟频率。如果不同子系统需要不同频率的时钟信号，可以用与同一个晶振相连的不同锁相环来提供。单片机工作,就是靠晶振起振才能工作。