數(shù)控直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)

1、數(shù)字電子系統(tǒng)的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)本系統(tǒng)以 AT89C51 單片機(jī)作為系統(tǒng)的核心，由D/A數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換模塊、按鍵、LED串口顯示模塊等模塊組成一個(gè)數(shù)控電源。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了 輸出電壓：范圍 2 20 .0 V，步進(jìn)0.1V，紋波小于100mV；輸出電流：1000mA；輸出電壓值由數(shù)碼管顯示；由“”、“”兩鍵控制輸出電壓步進(jìn)增減。輸入模塊的按鍵按下之后，單片機(jī)有一個(gè)輸入，單片機(jī)將輸入的數(shù)字一方面給顯示模塊，讓它們?cè)跀?shù)碼管中顯示出來；另一部分輸給DAC0832，讓它轉(zhuǎn)化為模擬量電流輸出，通過運(yùn)算放大器將這模擬量轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電壓，這電壓經(jīng)過放大后控制LM317的控制端，從而實(shí)現(xiàn)輸出電壓的控制。關(guān)鍵詞：A

2、T89C51 單片機(jī), 數(shù)控電源, D/A, 直流電源在現(xiàn)代家庭中各種電器的不斷出現(xiàn)，并要求著各種不同值的電源出現(xiàn)，使得家庭購買不同值的電源。數(shù)字化的也更加貼近人們的生活，因?yàn)樗拥闹庇^，易被接受，大家都開始追求數(shù)字化的各類電子產(chǎn)品。數(shù)控直流電源有著直觀，易操作，各種電壓集一身， 輸出精度和穩(wěn)定性都較高等優(yōu)點(diǎn)，所以越來越受廣大人們的喜愛。以后家里的電視遙控，電動(dòng)玩具等都可以共用一個(gè)電源。 設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)并制作有一定輸出電壓調(diào)節(jié)范圍和功能的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源，基本要求如下：1、 輸出直流電壓調(diào)節(jié)范圍220V，步進(jìn)值為0.1V2、 穩(wěn)壓系數(shù)小于0.2，紋波電壓小于100mv;3、 輸出電流為1000

3、mA；輸出電壓值用數(shù)碼管顯示，由“+”“-”兩鍵分別控制輸出電壓步進(jìn)增和減。1.2 方案論證分析本題，根據(jù)設(shè)計(jì)要求先確定了本系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)原理框圖1-1. 采用8位的數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換芯片DAC0832是本系統(tǒng)是基于51單片機(jī)的數(shù)控電源的設(shè)計(jì)， 8位的單片機(jī)，而MX7541是12位數(shù)字輸入的，因此須用鎖存器。而此數(shù)控電源要求單步0.1V，220V，DAC0832完全可以達(dá)到，故選擇常用的DAC0832。可調(diào)穩(wěn)壓芯片：根據(jù)設(shè)計(jì)要求輸出電壓范圍220.0V，輸出電流1000mA，本文選擇了LM317T三端可調(diào)穩(wěn)壓芯片。按鍵控制模塊：由于本數(shù)控電源需要用的按鍵不多，要實(shí)現(xiàn)步進(jìn)為0.1V的設(shè)計(jì)要求，只需用

4、一個(gè)“+”和一個(gè)“-”按鍵，另外再加兩個(gè)按鍵用于實(shí)現(xiàn)固定電壓輸出，按鍵時(shí)可直接輸出相應(yīng)電壓。4個(gè)按鍵就可實(shí)現(xiàn)本題的設(shè)計(jì)要求，本文采用一般的電平判鍵按鈕。顯示模塊：此系統(tǒng)顯示的只是最終電源輸出的十位、個(gè)位和十分位電壓值，只需顯示出三個(gè)數(shù)字，選用數(shù)碼管顯示，用普通的數(shù)碼管顯示簡單的數(shù)字、符號(hào)、字母。第2章 設(shè)計(jì)原理 本系統(tǒng)選用的模塊包括：單片機(jī)系統(tǒng)，D/A轉(zhuǎn)換模塊，LED顯示模塊，直流電源模塊。2.1 單片機(jī)模塊 系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，ALE用于控制地址鎖存器鎖存P0口輸出的低8位地址，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與低位地址的復(fù)用。 P1口的P1.0,P1.1,P1.2,P1.3和鍵盤相連，作為整個(gè)系統(tǒng)的輸入部分。其中和P

5、1.0相接的是+5V電源的數(shù)字輸入鍵，和P1.1相接的是+12V電壓的數(shù)字輸入鍵。和P1.2,P1.3相接的分別是“+”，“”號(hào)鍵。 P1口和DAC0832的輸入相接，作為D/A模塊的輸入。 圖2-2 按鍵輸入圖其中S1、S2為固定電壓的輸入，分別是+5V和+12V電壓的輸入按鈕，S3、S4分別為+，鍵，對(duì)電壓值進(jìn)行加和減計(jì)算。 /WR和/RD分別接到兩數(shù)碼管的公共端COM1和COM2。2.2 D/A模塊2.2.1 D/A電路簡介采用DAC0832，DAC0832是一種常用的8位的數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換芯片。 DAC0832及其外圍電路本系統(tǒng)是基于單片機(jī)的數(shù)控電源的設(shè)計(jì)，而MX7541 是 12 位數(shù)

6、字 輸入的 ， 因此須用鎖存器。而此數(shù)控電源要求單步0.1V， 220 .0V只需區(qū)分190個(gè)點(diǎn)，DAC0832完全可以達(dá)到，故選擇常用的DAC0832。當(dāng)其與單片機(jī)進(jìn)行相連時(shí)，電路也 簡單，只需把單片機(jī)的數(shù)據(jù)線與DAC0832的輸入端直接相連即可，程序也很簡單，只需向其送數(shù)據(jù)即可。DAC0832的管腳圖如圖2-3。圖2-3 DAC0832管腳圖管腳的具體名稱和用法： D0 D7：數(shù)字量輸入端； ：片選信號(hào)，低電平有效； ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許信號(hào)，高電平有效； ：第1寫信號(hào)，低電平有效； ：第2寫信號(hào)，低電平有效； ：數(shù)據(jù)傳送控制信號(hào)，低電平有效； ：電流輸出端1； ：電流輸出端2； ：反饋電

7、阻端； ：基準(zhǔn)電壓，基電壓范圍為-10V +10V； GND：數(shù)字地； AGND：模擬地 。 單片機(jī)與DAC0832的接口可按二級(jí)緩沖器方式、單緩沖器方式和直通方式聯(lián)接。如上圖4的聯(lián)接方式是直通方式聯(lián)接方式。由OUT1腳輸出的為一個(gè)模擬電流值，經(jīng)過運(yùn)算放大器后為一個(gè)電壓值，這電壓值輸入到后面的運(yùn)算放大部分，作為后面部分的輸入。2.2.3 D/A 轉(zhuǎn)換的計(jì)算D/A轉(zhuǎn)換器（DAC）輸入的是數(shù)字量，經(jīng)轉(zhuǎn)換輸出的是模擬量。DAC的技術(shù)指標(biāo)很多，如：分辨率、滿刻度誤差、線性度、絕對(duì)精度、相對(duì)精度、建立時(shí)間、輸入/輸出特性等。 分辨率：DAC的分辨率反映了它的輸出模擬電壓的最小變化量。其定義為輸出滿刻度電

8、壓與 的比值，其中 n 為DAC的位數(shù)。如：8位DAC的滿刻度輸出電壓為5V，則其分辨率為： 10位DAC的分辨率為： 可見，DAC的位數(shù)越高，分辨率越小。 建立時(shí)間：是描述DAC轉(zhuǎn)換速度快慢的參數(shù)。其定義為從輸入數(shù)字量變化到輸出達(dá)到終值誤差正負(fù)1/2 LSB（最低有效位）所需的時(shí)間。高速DAC的建立時(shí)間可達(dá)1us。 接口形式：在DAC輸入/輸出特性之一。包括輸入數(shù)字量的形式，十六進(jìn)制式BCD，輸入是否帶有鎖存器等。 DAC0832為8位D/A轉(zhuǎn)換器。單電源供電，范圍為+5V +15V，基準(zhǔn)電壓范圍為 。電流的建立時(shí)間為1us。CMOS工藝功耗20 mw。 輸入設(shè)有兩級(jí)緩沖鎖存器。 電壓的計(jì)算

9、方式。 設(shè)計(jì)要求數(shù)控電壓步進(jìn)為0.1V，因此要準(zhǔn)確選擇D/A的參考電壓 ，如上圖用一個(gè)精密電阻進(jìn)行調(diào)節(jié)，計(jì)算方法如下： ，數(shù)字量取0 256，n取16， 取0.8V,即數(shù)字量每步進(jìn)16，模擬量0.003125V，要達(dá)到步進(jìn)0.1V，必須放大2倍，用運(yùn)放即可。運(yùn)算放大器的原理如下圖。圖2-5 運(yùn)算放大電路輸出的電壓V，再從Vi輸入，經(jīng)過電容C10濾波再輸入， ， ， ， 輸出的Vo值的大小為輸入Vi的 倍，只需調(diào)節(jié)可調(diào)電阻R3的阻值達(dá)到所需的電壓放大倍數(shù)即可，輸出的電壓Vo通過電壓跟隨，再用于控制LM317T的輸出。 2.3 LED數(shù)碼管顯示模塊2.3.1 數(shù)碼管顯示簡介動(dòng)態(tài)掃描 方法是用其接口

10、電路把所有顯示器的8個(gè)筆畫字段（ag和dp）同名端連在一起，而每個(gè)顯示器的公共極COM各自獨(dú)立的接受I/O線控制。CPU向字段輸出端口輸出字型碼時(shí)，所有顯示器接受到相同的字型碼，但究竟使用哪個(gè)顯示，則取決于公共極COM端，而這一端是由/WR和/RD控制的，由單片機(jī)決定何時(shí)顯示哪一位。動(dòng)態(tài)掃描用分時(shí)的方法去輪流控制各個(gè)顯示的COM端，時(shí)各個(gè)顯示器輪流亮。在輪流點(diǎn)亮掃描過程中，每為顯示器的點(diǎn)亮?xí)r間極為短暫，但由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的于輝效應(yīng)，給人的印象就時(shí)一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)。 2.4 直流電源2.4.1 直流供電電源制作原理由于本系統(tǒng)的許多的電源電壓都是由+5V的電源供電，且D/A模塊中

11、要用到+12V，12V的電源，所以這要制作這些不同值的電源，涉及到的各類芯片有7805，7812，7912。 首先制作電路中的+12V，-12V的電源，這要用到三端固定穩(wěn)壓芯片，一個(gè)整流，濾波過程。電路如圖2-7。 圖2-7 +12 V和-12V電源的制作圖+5V的電源制作和+12的電源制作的原理和電路圖一樣，只需將電路的7812換成7805即可。 2.4.2 輸出電源工作原理輸出電源的原理圖和上面的恒定電源的制作原理基本一樣，電路圖如下。 圖2-8 輸出電源電路圖220V市電經(jīng)變壓器變壓（降壓），二極管橋式整流，電容濾波后送入LM317第三腳（輸入端），第二腳輸出穩(wěn)壓的直流電壓。第一腳為調(diào)整

12、端，調(diào)整端電壓Ui與輸出端電壓Uo之間為1.25的基準(zhǔn)電壓。輸出的基本公式為： U0=1.25+Ui第3章 軟件部分3.2 程序框圖圖3-1 數(shù)控電源程序流程圖 第4章 仿真結(jié)果數(shù)據(jù)分析本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)電路相對(duì)簡單，硬件制作基本完成，我用Proteus 7.5 SP3 ISIS 7 Professional軟件已仿真出來，效果非常的好。已經(jīng)在輸出的精度和穩(wěn)定性基本達(dá)到要求，輸出的電壓范圍為2-20v，步進(jìn)為0.1v，又預(yù)設(shè)兩個(gè)定值電壓+12v和+5v。實(shí)驗(yàn)結(jié)果為下表。表4-1 仿真數(shù)據(jù)結(jié)果理論值（V）2345678實(shí)際值（V）2.013.014.005.006.007.008.00理論值（V）91

13、01112131415實(shí)際值（V）9.009.0911.0012.0013.0014.0014.08理論值（V）1617181920實(shí)際值（V）15.0917.0017.0819.0019.09由上表的電壓實(shí)測值與顯示值對(duì)比值，可見該電源相對(duì)誤差小于1%，按下“+”、“”鍵時(shí)，單步變化0.1V的精度也基本符合要求。1王港元.電工電子實(shí)踐指導(dǎo)M.江西科學(xué)技術(shù)出版社 2陳明熒 8051 單片機(jī)課程設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)教程M清華大學(xué)出版社 3郁慧娣微機(jī)系統(tǒng)及其接口技術(shù)M南京東南大學(xué)出版社， 1999 年 4謝嘉茥,宣月清,馮軍 電子線路-非線性部分M 高等教育出版社 ， 2000 年 5何立民單片機(jī)高級(jí)教程M北

14、京航空航天大學(xué)出版社， 2003 年 6王毓銀數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)M高等教育出版社 7馬忠梅,籍順心.單片機(jī)的C語言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)M北京航空航天大學(xué)出版社.2001.5 8邱濤基于51單片機(jī)的數(shù)控電源設(shè)計(jì)M華強(qiáng)電子世界網(wǎng)，2005.6 9具有8K系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash的8位微控制器ATmega48/V ATmega88/V. 10徐龍祥,朱熀秋,劉正塤高速數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)M 南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào) ，2000 Vol.32 No.1 P.119-123 11 孫建廣,檀潤華 等基于I2C串行總線的大功率開關(guān)電源數(shù)字控制M 河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) ，2000年29卷#include <reg52.h&

15、gt;#define uchar unsigned char #define uint unsigned intunsigned char code ziku20=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99, /0,1,2,3,4, 0x92,0x82,0xD8,0x80,0x90, /5,6,7,8,9,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86, /A,B,C,D,E0x8e,0x7f,0xbf,0x89,0xff /F,.,-,H,NULL;/0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 .uchar buff2;uchar voltage;uchar ans;uchar x,y,

16、z;sbit key16 = P10;sbit key8 = P11;sbit keyadd = P12;sbit keysub = P13;sbit OUT0 = P20;sbit OUT1 = P21;sbit OUT2 = P22;sbit OUT3 = P23;sbit OUT4 = P24;sbit OUT5 = P25;sbit OUT6 = P26;sbit OUT7 = P27;sbit L1 = P36;sbit L2 = P37;sbit L3 = P35;/-/函數(shù)名稱: delay/功能描述:延時(shí)(N*8+6)/-void delay(uint N)uint i;for

17、(i=0;i<N;i+);/*函數(shù)名：getbuff 功能：將電壓值轉(zhuǎn)化為顯示碼存入buff*/void getbuff(void)x = voltage/10;y = voltage%10; z = voltage/100;buff1 = zikux;buff0 = zikuy;buff2 = zikuz;/*函數(shù)名：display 功能：顯示buff*/void display(void)L1 = 0;P0=buff0;delay(200);L1 = 0.1;L2 = 0;P0=buff1;delay(200);L2 = 0.1;L3 = 0;P0=buff2;delay(200);

18、L3 = 0.1;/*函數(shù)名：key 功能：鍵盤掃描和設(shè)置*/*按下P1.0：輸出12V 按下P1.1：輸出5V */*按下P1.2：輸出加0.1V 按下P1.3：輸出減0.1V */void key(void)key16 = 1;key8 = 1;keyadd = 1;keysub = 1;if(P1&0x0f)!=0x0f)/有鍵按下delay(200);/延時(shí)去抖動(dòng)if (ans=(P1&0x0f)!=0x0f)do;while(P1&0x0f)!=0x0f);/ 等待鍵放松switch (ans)case 0x0e:voltage=10;break;case 0x0d:voltage=5;break;case 0x0b:if(voltage<20) voltage+;break;case 0x07:if(voltage>1) voltage-;break;default:break;/*函數(shù)名：DAC 功能：直通方式DA轉(zhuǎn)換*/void DAC(void)uchar temp;temp = voltage*16-20;OUT0 = temp%2;temp =