數(shù)字控制直流穩(wěn)壓電源

1、電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)專 業(yè)： 電子信息科學(xué)與技術(shù)班 級(jí)： 0312412 學(xué) 號(hào)： 031341221 題 目：數(shù)字控制直流穩(wěn)壓電源學(xué)生姓名： 黃勇 指導(dǎo)教師： 譚建軍 數(shù)字控制直流穩(wěn)壓電源摘要本設(shè)計(jì)采用數(shù)字電位器MCP41010和功率放大電路LM324構(gòu)成輸出電壓在0.1-9. 9V的直流穩(wěn)壓電源，整個(gè)電路由D/A轉(zhuǎn)換模塊、電壓放大模塊、精密電壓源模塊和過(guò)流保護(hù)模塊組成。數(shù)字控制部分采用+一按鍵來(lái)調(diào)整預(yù)設(shè)電壓值，調(diào)整步進(jìn)0. IV，當(dāng)按下+一按鍵超過(guò)1秒時(shí)進(jìn)入快速調(diào)整狀態(tài)，每秒步進(jìn)為0. 4V。最后再將放大后的輸出電壓值和輸出電流值，經(jīng)過(guò)PIC16F877A的內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換并在數(shù)碼管上實(shí)時(shí)顯示。關(guān)鍵

2、詞：數(shù)字電位器、 D/A轉(zhuǎn)換、 電壓源。Abstract Our design makes full use of the Digital Resistance 41010 and Power Amplifiers LM324 to constitute the steady current source whose output voltages range from O.IVt0 9.9V. The whole circuit consists of digital and analog signal conversion part,voltage amplification part,

3、accurate voltage source part and current limitation part.The output will add or minus O.IV if we press the key every time, what 's more, whichwill change 0.4V if we press the button more than one second. Lastly, samples are sent to PIC and after whose processing the figures tubes will display th

4、e result value.Key words: Digital Resistance; D/A Convert; Voltage Source; Current Limitation1系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.1設(shè)計(jì)要求1.1.1設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)出有一定輸出電壓范圍和功能的數(shù)控電源。1.1.2、設(shè)計(jì)要求(1)輸出電壓：范圍0+9. 9V，步進(jìn)0.IV，紋波不大于lOmV。(2)輸出電流：500mA。(3)輸出電壓值由數(shù)碼管顯示。(4)由“+”、“-”兩鍵分別控制輸出電壓步進(jìn)增減。(5)為實(shí)現(xiàn)上述幾部件工作，自制一穩(wěn)壓直流電源，輸出+15V，+5V。1.1.3、發(fā)揮部分1. 輸出電壓可預(yù)置在0V-9.9V之間

5、的任意一值。2. 用自動(dòng)掃描代替人工按鍵，實(shí)現(xiàn)輸出電壓變化（步進(jìn)0.1V不變）。3. 擴(kuò)展輸出電壓種類(lèi)（比如三角波等）。1.2方案論證與比較1.2.1穩(wěn)壓模塊方案一：如下圖所示，電路接成串聯(lián)型電壓負(fù)反饋，我們把輸入電壓加到運(yùn)放的同相端，與6腳的取樣電壓構(gòu)成差動(dòng)放大器，把他們之間的電壓差進(jìn)行放大，放大后的電壓再接到調(diào)整管的基級(jí)，通過(guò)調(diào)整管的調(diào)整作用，來(lái)達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的效果。方案二：如圖，電壓經(jīng)過(guò)差分放大后由功率三極管放大電流組成電壓負(fù)反饋電路。再經(jīng)過(guò)電容濾波，電路即可輸出穩(wěn)定的直流電壓。綜合以上分析，方案二較好。1.2.2電壓采樣模塊方案一：在輸出口串上兩個(gè)大電阻和一個(gè)電位器，從電位器的中間抽

6、頭進(jìn)行采樣，這樣不但可以得到完全采樣，而且可調(diào)因?yàn)閷?shí)際的電阻值與所標(biāo)的電阻值會(huì)有一些誤差，電位器的精密度等都會(huì)增加電壓采樣誤差電路圖如下：方案二：由于產(chǎn)生的穩(wěn)定直流電壓源的電壓值高達(dá)9. 9V，不能直接送給PIC的1/0采樣，則需將其線性降壓，而此降壓電路模塊不會(huì)影響電壓源的各性能。因此利用電壓跟隨器的輸入電阻無(wú)窮大的特性，得出采樣電壓。1.2.4最終方案單片機(jī)PIC16F877A主要用于預(yù)設(shè)輸出電壓值并通過(guò)按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出電壓的步進(jìn)控制，系統(tǒng)將電路中實(shí)時(shí)采樣的電壓值和電流值送數(shù)碼管顯。(1)單片機(jī)控制模塊：采用PIC16F877A單片機(jī)為核心。(2)穩(wěn)壓電壓模塊：采用數(shù)字電位器MCP41010

7、進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換輸出基準(zhǔn)電壓。(3)控制調(diào)整模塊：采用達(dá)林頓管TIP122進(jìn)行控制調(diào)整輸出電壓。(4)輸出取樣模塊：采用電阻臂進(jìn)行電壓取樣，小功率電阻進(jìn)行電流取樣。(5)顯示模塊：采用數(shù)碼管顯示。1.2.5系統(tǒng)框圖2單元電路分析2.1.1工作原理如圖所示，利用PIC16F877A及數(shù)字電位器MCP41010進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，從而得到步進(jìn)電壓。SCK用于接入PIC的C2口輸出的時(shí)鐘信號(hào)。SI為MCP41010的數(shù)據(jù)輸入引腳，用于接收從PIC的C3口輸出的數(shù)據(jù)信號(hào)，即步進(jìn)電壓信號(hào)。當(dāng)CS =0時(shí)，SCK的上升沿到來(lái)時(shí)，數(shù)據(jù)從SI引腳輸入數(shù)字電位器，從而得到步進(jìn)電壓。2.1.2參數(shù)選擇電解電容C，、瓷片

8、電容C,是為了對(duì)+2.5V參考電壓進(jìn)行濾波，故可選取電解電容C,為I00uF、瓷片電容C1為104。2.2電壓放大模塊2.2.1工作原理如圖所示，由于MCP41010是8位電流型串行數(shù)字電位器，可產(chǎn)生256個(gè)步進(jìn)。當(dāng)參考電壓為+2. 5V時(shí)，PWO輸出的步進(jìn)值約為0.OIV。所以要想得到步進(jìn)值為0.1V，需放大5倍，并且電位器每次步進(jìn)2階同時(shí)自動(dòng)調(diào)整。通過(guò)對(duì)輸出D/A的輸出電壓進(jìn)行同相放大，該電路的放大倍數(shù)大約為5倍，并通過(guò)電位器來(lái)改變它的放大倍數(shù)，2.2.2參數(shù)選擇(1)電路負(fù)反饋放大倍數(shù)：A=5(2)集成運(yùn)放選取LM324。2.3穩(wěn)定電壓源及電壓采樣模塊2.3.1工作原理 如圖所示，集成運(yùn)

9、放的5、6、7引腳構(gòu)成差分放大電路，與功率三極管TIP122組成閉環(huán)負(fù)反饋電路，使得5和6引腳的電壓保持相等。其中功率三極管還起到放大電流的作用，各電容起到穩(wěn)壓濾波作用。由于輸出電壓范圍為0-9.9V，不能直接將其作為電壓采樣值送給PIC的I/O口，所以需要將其線性降壓。根據(jù)電壓跟隨器的輸入電阻無(wú)窮大的特性，組成如圖采樣電路，并且不影響直流電壓源的各參數(shù)性質(zhì)。2.3.2參數(shù)選擇 (1)由于設(shè)計(jì)要求電壓源輸出的電壓高達(dá)9.9V，所以用大于9.9V的電源給電路供電。三極管是電流控制電流型器件，考慮到流經(jīng)其上的電流要高達(dá)0.5A，因此所選三極管的功率要承受：P= V/10礦術(shù)0.5彳=SW所以需要選

10、擇散熱性好的功率三極管TIP122，并且加上散熱片幫助其盡快散熱。(2)穩(wěn)壓濾波電容(3)電壓采樣電阻3.電路原理圖4. 軟件流程圖4.1部分程序源碼#include "includes.h"#define TIME0H 0x3C#define TIME0L 0xB0unsigned char uc_Clock=0;bit b_DATransform=0;void vShowVoltage(unsigned int uiNumber)unsigned char ucaNumber3,ucCount;if(uiNumber>999)uiNumber=999;ucaNum

11、ber0=uiNumber/100;ucaNumber1=(uiNumber-100*(int)ucaNumber0)/10;ucaNumber2=uiNumber-100*(int)ucaNumber0-10*ucaNumber1for(ucCount=0;ucCount<3;ucCount+)vShowOneChar(ucaNumberucCount+48);if(ucCount=0)vShowOneChar('.');void main()TMOD=0x01;TH0=TIME0H;TL0=TIME0L;TR0=1;ET0=1;EA=1;vdInitialize();vWriteCMD(0x84); vShowChar("Voltage:");vWriteCMD(0xC9);vShowChar("(V)&