哈尔滨学院本科毕业论文（设计）题目：基于单片机的数控电源设计
院（系）：理工学院
专业：电子信息工程
年级：2006级
姓名：学号：
指导教师：职称：
2010年6月19 日
目录
摘要 (1)
Abstract (2)
前言 (3)
第一章系统要求与方案选择 (4)
1.1概述 (4)
1.2系统要求 (5)
1.3方案选择 (5)
1.2.1开关稳压电源 (5)
1.2.2线性稳压电源 (6)
1.4最终方案 (6)
第二章系统的硬件设计 (7)
2.1系统的总体框图与基本原理 (7)
2.1.1系统的主要性能指标 (7)
2.1.2原理框图 (7)
2.1.3系统整体设计 (7)
2.1.4系统工作原理 (8)
2.2供电电路 (8)
2.2.1供电电路供电原理 (8)
2.2.2供电电路图 (10)
2.3人机界面电路设计 (11)
2.3.1 AT89S51简介 (11)
2.4.1 D/A转换器的选择 (15)
2.4.2 D/A转换电路原理与应用 (15)
2.5A/D转换电路及其与单片机接口 (16)
2.5.1 A/D转换器的选择 (16)
2.5.2 A/D转换电路应用 (17)
2.5.3 A/D转换电路及其与单片机接口电路图 (17)
2.6反馈稳压及保护电路 (17)
2.6.1串联反馈式稳压电路工作原理 (18)
2.6.2保护电路工作原理 (18)
2.6.3串联反馈式稳压电路及保护电路 (18)
第三章系统的软件设计 (20)
3.1系统软件流程 (20)
3.1.1系统流程图 (20)
3.2软件设计 (21)
3.2.1键盘的软件设计 (21)
3.2.2显示的软件设计 (22)
3.2.3 D/A的软件设计 (22)
3.2.4 A/D的软件设计 (23)
第四章系统测试 (24)
4.1系统测试 (24)
4.2设计总结 (24)
参考文献 (25)
附录 (26)
后记 (27)
摘要
现实的生活和实验中，常常要用到各种各样的电源，电压要求亦多样化。如何设计一个电压稳定，输出电压精度高，并且调节范围大的电压源，成了电子技术应用的热点。在市面上，各种电源产品各式各样，有可调节的和固定的。但是普遍存在一些问题，如转换效率低，功耗大，输出精度不高，可调节范围过小，不能满足特定电压的要求，输出不够稳定，纹波电流过大，并且普遍采用可调电阻器调节，操作难度大，易磨损老化。采用单片机数控电源技术则能实时变换电源为输出所需电压的要求，使其成为精度较高，调节范围更大的电压源，便于日常生产生活及实验中使用。这篇文章中所设计的电源输入220V，50Hz，输出电压0V至20V，步进值为5mV，输出电流最大为2A，并能够显示输出电压值及语音播报电压值。电源控制电路选用AT89S51单片机为核心，主电路采用D/A转换电路，运算放大电路，电压调整及过流保护电路。具有线路简单，响应迅速，稳定性好，过流保护及效率高等特点。文章中叙述了电源的整体结构和工作原理，给出了控制电路的硬件实现和主要的软件流程，最后对本次设计进行了总结。
关键词：供电电路；单片机；D/A转换；A/D转换；语音电路
Abstract
In the realistic life and the experiment, needs to use various power so urces frequently, the voltage request also to diversify. How to design a voltage regulation, the output voltage precision is high, and the regulation band big potential source, has become the Applications of Electronic Technique hot spot. In the market condition, each kind of power source product is all kinds, has may adjust and fixed.But has some problems generally, if the transfer efficiency is low, the power loss is big, the output precision is not high, but the regulation band is too small, cannot satisfy the specific voltage the request, the output is not very stable, the ripple electric current is oversized, and uses the adjustable resistor adjustment generally, the operation difficulty is big, easy to wear the aging. Uses the monolithic integrated circuit numerical control Chinese Journal of Power Sources to be able the real-time transformation power source to need the voltage for the output the request, causes it to become the precision to be high, a regulation band bigger potential source, is advantageous for the daily production to live and to test uses.In this article designs mains input 220V,50Hz, output voltage 0V to 20V, the stepping value is 5mV, the output current is 2A most greatly, and can demonstrate that the output voltage value and the pronunciation disseminate news the voltage value. The power source control circuit selects AT89S51 monolithic integrated circuit is the core, the main circuit uses the D/A switching circuit, the operational amplifier circuit, the voltage regulation and the overflow protection circuit.Has the line to be simple, the response is rapid, the stability is good, overflow protection and efficiency higher characteristic. In the article narrated power source's overall construction and the principle of work, gave control circuit's hardware to realize with the main software flow, finally has carried on the summary to this design.
Key words: feed circuit; SCM; D/A transformation; A/D transformation; pronunciation electric circuit
前言
许多电子设备都需要良好稳定的直流供电电源，而外部设备提供的电源大多为交流电网电源，通常是通过火力发电，水力发电等获得的。直流电源设备担负着把交流电源转换为电子设备所需各类直流电源的任务，转换后的直流电源要具有良好的稳定性，当负载变化时，它能保持稳定的输出电压，并且具有较低的纹波，也就是本文中设计的主要内容。
说到稳压问题可以追溯到上一个世纪爱迪生发明电灯时，就曾考虑过稳压电源。到二十世纪初，就有了铁磁稳压电源。电子管问世不久，就有人设计出电子管直流稳压电源。到四十年代后期，电子器件与磁饱和元件相结合，构成了电子控制的磁饱和交流稳压电源，至今还在应用。五十年代，晶体管的诞生使晶体管串联调整稳压电源成了稳压电源的核心。随着集成电路的迅速发展和广泛应用，使电子设备体积日益减小，装机密度不断提高，规模容量不断增大，使得稳压电源的大部分元器件都集成在一块硅基片上的集成稳压电源也不断发展。本文论述的电源为集成稳压电源。电源技术对科学技术及工农业生产具有明显地促进作用，世界各国都很重视这一技术的发展。我国的电源技术紧跟国际先进水平，近十多年来已有长足的进步。
本文的所述设计在传统的线性稳压电源的基础上，增加语音播报系统电路，并采用LCD显示电路代替传统的LED显示方式等也为本次设计的重点。
第一章系统要求与方案选择
1.1 概述
现代应用的稳压电源的种类比较多，分类方式也很多按稳定对象分有交流稳压电源和直流稳压电源。是交流还是直流要看稳压电源的输出电压是交流还是直流。按稳定方式分，有参数稳压电源和反馈调整稳压电源。参数稳压电源电路简单，利用元件的非线性实现稳压，结构也简单。比如，用一只电阻和一只硅稳压管就能构成参数稳压电源。反馈调整型稳压电源是一个负反馈闭环自动调整系统，它根据稳压电源的输出电压的变化量，经过取样、比较放大、再反馈给控制调整元件，使输出电压得到补偿而趋于原值，从而达到稳定。此电路较复杂，但稳定度高。本文中采用后者为核心进行设计。按稳压电源的调整元件与负载的联接方式来分类，可以分为并联稳压电源和串联稳压电源两种。调整元件与负载并联的叫并联稳压电源或分流稳压电源，它通过改变调整管元件流过的电流的多少来适应输入电网电压的变化及负载电流的变化，以保持输出电压的稳定。这种稳压电源效率较低，只有某些专用场合才适用。调整元件与负载串联的稳压电源叫做串联稳压电源。在这种稳压电源中，调整元件串联在输入端和输出端之间，输出电压就依靠调整元件改变自身的等效电阻来维持恒定。本文设计采用串联稳压电源方式。按调整元件的工作状态分，有线性稳压电源和开关稳压电源。所谓线性稳压，就是其调整管工作在线性放大区。这种稳压电源的主要优点是调压范围宽、稳定度高，但变换效率低；开关稳压电源的调整管工作在开关状态，主要的优越性就是变换效率高，可达70%至95%。本文设计采用前者设计方法。线性稳压电源具有稳定度高，可靠性好，成本低等优点，但有效率低，笨重，体积较大等缺点，适用于中、小功率和对电性能指标要求比较高的场合。例如在科研和教学实验室，计量室作为可调电源或基准电源使用。近十多年来制成集成稳压模块，品种规格较多，便于使用，价格便宜，从而受到欢迎但线性稳压电源的致命弱点是效率低，尤其是宽范围可调输出电源，在输出低电压时，效率仅达10%。如何提高效率是本文设计的难点，提高电压稳定度是本次设计重点。
衡量一台稳压电源的好坏，一方面要从功能角度来看，即容量大小(输出电压和输出电流)、调节范围大小、效率高低等，人们称其为使用指标或性能指标;另一方面要从外观、形状、体积、重量等直观形象来看，这些称为电气指标;更重要的是要看它的质量高低，即输出电压的稳定度等，一般称为质量指标。下面重点介绍质量指标。
（1）描述输入交流电压变化对输出电压影响的技术指标
①稳压系数
稳压系数有绝对稳压系数和相对稳压系数两种。绝对稳压系数表示负载不变而输入交流电压变化时，稳压电源输出直流电压变化量△U O与输入交流电压变化量△U i之比，数值越小表明输出电压就越稳定。这种表示方法在工程中常常用到。相对稳压系数表示负载不变时，稳压电源输出直流电压U O的相对变化量△U O/U O与输入交流电压U，的相对变化
量△U i/U O之比。
②电压调整率
电压调整率表示负载电流为额定值时输入交流电压在额定值上下变化士10%时，稳压电源输出电压的相对变化量(百分数)一般直流稳压电源的电压调整率为1%，0.1%，0.01%等。有的也可以用绝对值表示。
（2）负载调整率(也称电流调整率)
在交流电源额定电压的条件下，负载电流从零变化到最大时，输出电压的最大相对变化量。
（3）纹波电压(现称周期和随机漂移，用PARD表示)
①最大纹波电压
在额定输出电压和额定输出电流条件下，输出纹波(包括噪声)电压的绝对值大小，通常以峰值或有效值表示。
（4）温度漂移和温度系数
环境温度的变化会影响元器件参数的变化，从而引起稳压电源输出电压的变化，称为温度漂移。常用温度系数表示温度漂移的大小，温度每变化1o C所引起输出电压值的变化△U ot称为绝对温度系数，单位是V/o C或mV/o C。温度每变化1o C所引起的输出电压相对变化△U or/U ot称为相对温度系数，单位是%/o C。
（5）漂移
稳压电源在输入电压、负载电流和环境温度保持一定的情况下，经过一定的工作时间后元器件参数的不稳定也会造成输出电压的变化，慢变化叫做漂移，快变化叫噪声。在一般使用中只考虑漂移就可以了。表示漂移的方法有两种，一种是用指定时间内输出电压值的变化△U o来表示；另一种是用指定时间内输出电压的相对变化△U ot/U o、来表示。考察漂移时间可以定为1分钟、10分钟、1小时、8小时或更长。
1.2 系统要求
此次设计的直流稳压源要求如下：
（1）将220V，50Hz交流电进行转换为稳定输出直流电压；
（2）输出的稳定直流电压步进可调，电压纹波尽量小；
（3）利用单片机作为控制芯片；
（4）稳定度高，转换效率高，抗干扰性强。
1.3 方案选择
1.2.1开关稳压电源
开关稳压电源是调整管工作在开关状态，通过改变开关管的导通时间来得到稳定的电压输出。由于开关频率较高，甩掉了工频变压器和低通滤波器，从而达到减小整机体积重量，提高工作效率的目的。开关电源以其高效率、轻重量、小体积等优点，逐步取代传统
的线性电源。近十年来年由于功率半导体器件的迅速发展，使开关电源的应用越来越广泛。开关电源的发展从来都是与半导体器件以及磁性元件等的发展休戚相关的。高频化的实现，需要相应的高速半导体器件和性能优良的高频电磁元件。我国在60年代开始研制，至今在开关频率和单机功率等方面都获得了较快的发展。输入电源主要为直流和工频交流，输出多为直流，高频变换器是中间环节，有多种电路形式和控制方式，在航空航天、计算机、通讯、医疗仪器等许多领域得到了广泛的应用。
开关稳压电源的控制电路一般采用“电压-脉冲宽度调制器”。开关频率Fk的选择对开关稳压器的性能影响也很大。Fk越高，需要使用的L、C值越小。这样，系统的尺寸和重量将会减小，成本随之降低。另一方面，开关频率的增加将会使开关调整管单位时间转换次数增加。使开关调整管的功耗增加，而效率降低。目前，随着开关BJT、电容、电感材料、工艺性能的改进，Fk可提高到15KHz至500KHz以上。
1.2.2线性稳压电源
线性直流电源是调整元件工作在放大区域的电源。通过改变调整元件的控制信号强弱来调节其等效电阻大小，从而稳定输出的电压或者电流。稳定输出电压的称之稳压电源。目前线性直流电源朝着多功能、高效率、高性能、集成化发展，采用CAD、新颖元器件及新颖电路形式。线性稳压电源有笨重，体积较大等缺点，其致命弱点是效率低，尤其是宽范围可调输出电源，在输出低电压时，效率仅达10%。现在可以看到这类电源大都采用可控和开关电源作预稳压，限制调整管的Uce，即限制调整管的功耗，以提高其效率。但线性稳压电源具有稳定度高，可靠性好，成本低等优点，适用于中、小功率和对电性能指标要求比较高的场合。例如在科研和教学实验室，计量室作为可调电源或基准电源使用。近十多年来多制成集成稳压模块，品种规格较多，便于使用，价格便宜，从而受到欢迎。尤其集成稳压电源使用方便，性能优越。尤其三端稳压电源78系列正电源、79系列负电源己成世界各国大半导体厂基本产品。目前广泛使用的输出电分类有L(0.1A)、M(0.5A)、C(1.5A)，还发展大电流产品T(3A)、H(5A)和P(10A)[1]。
1.4最终方案
考虑到设计要求与我现有的设计能力，最终采用线性稳压电源的设计方案。其主要用于实验教学及中、小功率和对电性能指标要求比较高的场合。根据稳压电源的调整元件与负载的联接方式——并联稳压电源和串联稳压电源，采用串联稳压电源方式。在传统稳压设计下，为增强人机界面功能，所以扩展外接矩阵式键盘、LCD显示、及语音播报功能。
第二章系统的硬件设计
2.1 系统的总体框图与基本原理
2.1.1系统的主要性能指标
稳压电源的技术指标分为两种：一种是特性指标，包括允许的输入电压、输出电压、输出电流及输出电压调节范围等；另一种是质量指标，用来衡量输出直流电压的稳定程度，包括稳压系数、输出电阻、温度系数及纹波电压等。本文所述电源是主要用于实验和检测需求而设计的直流稳压电源。因试验中的设备不尽相同，所需的电压因此就有所不同。为了能满足多数实验设备用电需求及对电源稳定的高要求，则需要的直流稳压电源具有电压调整范围宽，且连续可调，稳定度高，可靠性好等特点。其主要性能指标如下：输入电压：交流50Hz，220V
输出电压：直流0V至20V步进可调
最小步进值：5mV
输出最大电流：2A
保护功能：具有过流保护
显示功能：能显示输出电压
语音功能：能够播报当前电压
设定电压功能：通过键盘设定所需电压
2.1.2原理框图
原理框图如图2-1所示。
图2-1 系统原理框图
2.1.3系统整体设计
如图2-1所示，在满足设计要求下，需要设计供电电路将220V、50Hz交流电转换为
稳定直流电给单片机、LCD、语音芯片、D/A芯片、A/D芯片、锁存器和比较放大器供电。控制芯片AT89S51及其外设电路（键盘，显示，语音）提供方便的人机界面和控制输出电压的大小。其中D/A转换、运算放大、电压调整及过流保护电路为稳定电压并保护系统之用。A/D转换用于实时采样输出电压更新LCD的显示电压。
2.1.4系统工作原理
系统由主电路和控制电路组成。主电路包括供电电路、线性串联负反馈稳压电路。控制电路以A T89S51为核心，包括电压采集电路和过流检测电路。在主电路中，供电电路为系统的输入端，主要作用是将来自电网的220V、50Hz的交流电整流转换成全波直流稳定电压；串联稳压电路采用具有反馈放大器的形式将预设电压进一步稳压后输出稳定的直流电压(0V至20V)。本系统的稳压调节采用闭环负反馈调节。线性串联稳压由线性串联稳压电路完成，它采用具有放大器的线性串联稳压电路，既可以稳定输入电压变化引起输出电压的变化，也可以稳定负载变化引起的输出电压的变化，当输入电压或负载发生变化引起输出电压增大或减小时，采样反馈电路将变化了的输出电压采样后送到比较放大电路与基准电压比较,比较的差值经放大电路放大加到线性串联稳压电路中的调整管上，引起调整管的基极电压的增大或减小，调整管基极电压的变化又引起调整管的电流发生变化，此电流的变化使调整管集一射极等效电阻增大或减小，使串联稳压电路输出电压减小或增大，使系统增大或减小了的输出电压得到调整，令变化了的输出电压得到稳定。本系统的最大过流保护动作电流在2A，可满足不同负载的要求。过流保护通过调整管的开关特性，D 触发器和单向可控硅来实现。当过流时,调整管导通,通过D触发器触发可控硅使调整管基极接地，电压输出为零，达到过流保护的目的。并且并联一个发光二极管，其亮用于表示系统处于过流状态，需要对系统进行调整。在输出端的采样，通过A/D转换器送给控制芯AT89S51使其控制LCD的显示电压。
2.2供电电路
2.2.1供电电路供电原理
电源是电子设备的重要部分，其质量好坏直接影响着电子设备的可靠性，而且电子设备的故障60%来自电源。因此电源越来越受到人们的重视。电子电路及电子设备对电源最基本的要求就是电源的输出电压或输出电流要稳定。因此，笔者对此部分进行了精心的设计和详细的介绍。
1．变压整流电路设计
根据设计方案，系统需要稳定的正负直流电压进行供电，并且为了避免相互干扰模拟器件和数字器件需要分别供电。而现在较为广泛的产生方法是用双输出绕组中间接地再经整流滤波稳压，而得稳定的正负直流电压;再者是经变压器变压整流滤波后，再经过集成芯片反转电压来产生负电压，比如MC34063芯片，经笔者考虑决定采用前者。整流电路，全桥整流电路与半波整流电路相比，在相同变压器副边电压下，对二极管参数要求是一致
的，并且还具有输出电压高、变压器利用率高、脉动低等优点，因此得到广泛的应用。所以笔者采用全桥整流方案。
首先，将中间抽头接地的变压器接入市电，变压器输出U0，由于中间抽头接地上下电压分别为1/2 U0。其次，再将两个输出端接全桥整流电路，关于选取的二极管的参数：最大反向电压应大于1.1?V h，最大整流平均电流应大于1.1?I oav（一般情况下，允许电网电压有±10%的波动），其中V h为电压最大瞬时值，I oav为整流平均电流。变压器选用12V/5W，因此二极管所承受的最大反向电压为U MAX=1.1? 1.414?6= 9.332V，I DAV=1.1?Ioav=647mA。所以，选用的二极管参数都应大于上述计算的参数，才能保证整流桥正常工作。
2．滤波电路设计
整流电路的输出电压虽然是单一方向的，但是脉动较大，含有较大的谐波成分，不能适用于大多数电子线路及设备的需求。因此，一般在整流后，一般还需要滤波电路将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。滤波电路有电容滤波，电感滤波及复合滤波，经笔者考虑，采用电容滤波方案。电容滤波原理主要是利用电容的充放电过程，尤其是放电过程中，当放电时间系数足够大及放电时间足够长时，滤波后输出的电压越平稳，并且其平均值也越大。
设计采用在整流电路的输出端并联一个大容量极性电容与一个0.1μF的无极性电容。关于电容参数的选择：一般滤波电容满足式RL?C = (3~5)T/2（T：为电网电压周期）时，U OAV=1.2?U o。由上已知变压输出交流电压有效值为6V，则可以得出滤波后输出电压约为正负7.2V，满足后面稳压电路输入电压要求。R L=7.2÷(5÷12)=17.265Ω，计算得C=1738μF~2896μF，因此选取2200μF/25V的极性电容，去耦电容0.1μF/25V[2]。再此，要说下整流二极管的导通角问题。在未加滤波电容之前，无论是哪种整流电路中的二极管均有半个周期处于导通状态，即导通角为180°。加滤波电容后，只有当电容充电时，二极管才导通，因此，每只二极管导通角都小于180°。而且，RC的值越大，滤波效果越好，导通角越小。由于电容滤波后输出平均电流将增大，，而二极管导通角却减小，所以整流二极管在短暂的时间内将流过一个很大的冲击电流为电容充电。对二极管寿命不利，通常选用其最大平均整流电流大于负载电流的2到3倍。所以选择2A/20V的整流管。
3．稳压电路设计
稳压电路主要应用三端稳压块，这里对其做些简单介绍。固定三端稳压器主要有78XX、79XX系列固定三端稳压器，输出电压有5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V等规格，最大输出电流为1.5A。这种稳压器内部含有限流保护、过热保护和过压保护电路，采用噪声低、温度漂移小的基准电压源，工作稳定可靠。78XX系列三端固定稳压器的1脚为输入端，2脚接地，3脚为输出端。79XX系列稳压器除输入电压和输出电压均为负值外，其它参数和特点与78XX系列集成稳压器相同。
LM317作为输出电压可变的集成三端稳压块，是一种使用方便、应用广泛的集成稳压块。首先317稳压块的输出电压变化范围是V o＝1.25V至37V, 其次是317稳压块都有一
个最小稳定工作电流，有的资料称为最小输出电流，也有的资料称为最小泄放电流。最小稳定工作电流的值一般为1.5mA，最高为1.5A。没有注意317稳压块的最小稳定工作电流，那么你制作的稳压电源可能会出现下述不正常现象：稳压电源输出的有载电压和空载电压差别较大。在应用中，为了电路的稳定工作，在一般情况下，还需要接二极管作为保护电路，防止电路中的电容放电时的高压把317烧坏。内部设有短路电流限制，过载保护等功能。输出电压V o = Vref(1 +R2÷R1)+( I adj ?R2)。其中Vref=1.25V，( I adj ?R2)相当小，在大多数应用中给予忽略。因此,计算得出输出稳定+22V模拟部分电压。C0用于改进瞬态响应，二极管对输出进行短路保护，并防止电路中的电容放电时的高压把317烧坏,此外数电部分的LM317应用也是如此，用于输出稳定+10V数字部分电压。其中LM317电路采用德克萨斯仪器公司官方公布的标准电路。
LM337是比较常见的降压型线性稳压器, LM337 的输出电压范围是-1.2V至-37V，负载电流最大为0.5A-5A。它的使用非常简单，仅需两个外接电阻来设置输出电压。此外它的线性调整率和负载调整率也比标准的固定稳压器好。LM337 内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。通常LM337 不需要外接电容,除非输入滤波电容到LM337 输入端的连线超过6 英寸（约15 厘米）。使用输出电容能改变瞬态响应。调整端使用滤波电容能得到比标准三端稳压器高的多的纹波抑制比。其应用与LM317相似，这里不再赘述。三段稳压块LM7805用于产生稳定的+5V电压，三段稳压块LM7905用于生产稳定的-5V 电压，它们电路简单，应用性强，应用与上述芯片大同小异，亦不再叙述，若有兴趣可参见相关资料。这里应该一提的是为了避免模电与数电之间的相互干扰，在模电与数电稳压源之间采用LC滤波电路进行隔离。
2.2.2供电电路图
供电电路如图2-2所示。
图2-2 供电电路原理图
2.3 人机界面电路设计
2.3.1 AT89S51简介
AT89S51是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4KB 的可系统编程的FLASH只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准8051指令系统及引脚。它集FLASH程序存储器既可在线编程（ISP）也可用于传统方法进行编程及通用8位微处理器于单片芯片中，ATMEL公司的功能强大，低价位AT89S51单片机可为你提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。其主要性能应用参数如下：
（1）与MCS-51产品指令系统完全兼容；
（2）4k字节在系统编程FLASH闪速存储器、128 8字节内部RAM；
（3）4.0~5.5V的工作电压范围、32个可编程I/O口线；
（4）2个16位定时/计数器、6个中断源；
（5）全静态工作模式：0HZ~33HZ；
（6）看门狗（WDT）及双数据指针；
（7）低功耗空闲和掉电模式；
（8）三级程序加密锁、1000次擦写周期。
对于各个口线功能和应用这里不再赘述。可见利用AT89S51完全满足设计需求。
哈尔滨学院本科毕业论文（设计）
2.3.2人机界面电路设计
1．键盘与显示电路功能介绍
键盘是由14个按键组成的，是单片机最简单的输入设备。操作员通过键盘输入电压值或对电压进行调整及语音播报当前电压值，实现简单的人机对话。
本文设计采用4?4矩阵式键盘。接法可参见图2-3。0~9数字键及小数点键用于设定调整电压；+、-用于步进调整；声音键用于播报当前电压值。
本文设计采用LCD显示，用于显示当前电压。其中LCD选用字符型液晶显示模块（16字?2行）接法可参见图2-3。AT89S51的P3.0~P3.7输出端接LCD的D0~D7口线，用于数据输入。LCD的VDD接+5V数字电压，VSS接数字地，RS、RW、E口线分别接P2.5~P2.7接口。
对于单片机的复位与时钟电路做简单介绍。本文采用内部时钟方式。在单片机内部有一振荡电路，只要在单片机的XTAL1和XTAL2引脚外接石英晶体就构成了自激震荡器并在单片机内部产生时钟脉冲信号。图中电容器的作用是稳定频率和快速起振，采用30pF 电容，晶振采用12MHz。对于单片机采用上电与按键复位方式，参数如图2-3所示，原理这里不再赘述。
2．键盘与显示电路设计原理图
AT89S51与LCD显示、键盘接法如图2-3所示。
图2-3(a) 人机界面电路图
图2-3(b) 人机界面电路图
3．语音ISD1420电路原理与使用方法
语音电路设计亦是本文设计的重点。语音电路的作用是向用户播报当前电压。语音电路所选用的芯片必须具备三种功能：分段录音、放音、可寻址。根据这些功能要求，本系统选用美国ISD公司的ISD1420作为语音电路的核心芯片。ISD1420录音电路通过开关控制录音控制端REC和地址线A0~A7,放音电路通过AT89S51的P1.6口控制PLAYER放音。电源（VCCA、VCCD）芯片内部的模拟和数字电路使用不同的电源总线，并且分别引到外封装上，以使噪声最小。模拟和数字电源分别走线，连接模拟和数字+5V电源。地线（VSSA、VSSD）芯片内部的模拟和数字电路也使用不同的地线。录音(REC)低电平有效。只要REC 变低，芯片即开始录音。录音期间，REC必须保持为低。REC变高或内存录满后，录音周期结束，芯片自动写入一个信息结束标志，使以后的重放操作可及时停止，之后芯片自动进入节点模式。电平触发放音（PLAYE）此端出现下降沿时，芯片开始放音，放音持续到该端回到高电平、遇到EOM标志或内存结束。放音结束后芯片自动进入节点状态。录音指示（RECLED）处于录音状态时，此端为低，可驱动LED。此外，放音遇到EOM标志时，此端输出低电平脉冲。话筒输入（MIC）此端通至片内前置放大器。片内自动增益控制电路（AGC）将前置增益控制在-15~24dB，外接话筒应通过串联电容耦合到此端。耦合电容值和此端的10KΩ输入阻抗决定芯片频带截止点。话筒参考（MIC REF）是前置放大器的方向输入。当以差分形式连接话筒时，可以减少噪声，提高共模抑制比。自动增益控制AGC 动态调节器调整前置增益以补偿话筒输入电平的宽幅变化，使得录音音量变化很大的声音时，失真都能保持最小。响音时间取决于此端5KΩ输入阻抗和外接的对地电容的时间常数。470KΩ和4.7μF的标称值在绝大多数场合下可获得满意的效果。模拟输出（ANA OUT）前置放大器输出，前置电压增益取决于AGC端的电平。模拟输入（ANA IN）此端即芯片录音的输入信号。对话筒输入来说，ANA OUT端应通过外接电容连接至此端。该电容和此端的3KΩ输入阻抗给出了芯片频带的附加低端截止频率。其他音源可通过交流耦合直接连接此端。扬声器输出（SP+、SP-）这对输出端能驱动16Ω以上扬声器。单端使用时，必须在
输出端和扬声器之间接耦合电容，而双端输出既不用电容又能将功率提高4倍。录音时，他们都呈现高阻态；在节点模式下，他们保持为低电平。外部时钟（XCLK）此端内部有下拉元件，不用时应接地，若要要求更高精度或系统同步，可从此端输入外部时钟。由于内部的防混淆及平滑滤波器已设定，时钟频率不应改变。输入时钟的占空比无关紧要，因为内部首先进行了分频。地址（A0~A7）地址端有两个作用，取决于最高两位A7、A6的状态。当A7或A6有一个为0时，所有输入均释放为地址位，作为当前录放操作的起始地址[3]。
ISD1420录音时间可达20s，通过对A0~A7输入不同的地址可以选择不同的录音段，播放时对A0~A7输入不同的地址便可以播放相应单元里的声音。输入地址有效范围为00000000~10011111，这表明最多可以划分160个存储单元，向不同的单元里输入不同的词素，播放时连续输入不同的地址便可以组合成不同的语音。本设计将其分为19段，分别放入不同词素有：当、前、电、压、为、0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、点、伏。
4.语音ISD1420电路原理图
电路如图2-4所示。
图2-4 语音电路图
2.4D/A转换电路及其与单片机接口
2.4.1 D/A转换器的选择
D/A转换器是一种把数字信号转换成模拟信号的器件。在此设计中，主要是将AT89S51输出的数字量转化成模拟电压量对输出电压进行调整。D/A转换器常用的性能指标如下：（1）分辨率，指输入数字量的最低有效位（LSB）发生变化时，所对应的输出模拟量（常为电压）的变化量。它反映了输出模拟量的最小变化值。
（2）线性度，实际转换特性曲线与理想直线特性之间的最大偏差。
（3）绝对精度，指在整个刻度范围内，任一输入数码所对应的模拟量实际输出值与理论值之间的最大偏差。
（4）建立时间，指输入的数字量发生满刻度变化时，输出模拟信号达到满刻度值的±1/2LSB所需时间。
由于本次设计要求输出电压变化范围为0~20V，最小分辨率为5mV，因此选用12位的DAC转换器，可满足要求；也就是说，该DAC的转换分辨率为20/（212-1）=4.9mV，即单片机输出给DAC的数据变化1Bit时，DAC输出电压为4.9mV。经笔者考虑选用DAC1208作为转换芯片。
2.4.2 D/A转换电路原理与应用
首先有必要说下DAC1208各个口线的功能。VCC为电源输入引脚，+5V~+15V；DGND、AGND分别为数字地和模拟地；RFB为芯片内部反馈电阻引脚；VREF为基准电压输入端，可在-10V~+10V内调节；CS为片选，低电平有效；WR1/WR2为写信号1、2，输入低电平有效；ILE允许锁存信号，输入高电平有效；XFER为数据传送控制信号，低电平有效；DI0~DI7为数字量数据输入端；IOUT1、IOUT2为电流输出引脚。
本次设计采用偏移二进制码实现DAC双极性输出。所谓偏移二进制码，就是将2的补码的符号位取反，就得到偏移二进制码。则输出就由VD引起的VOUTD和由VREF经运放放大得到的V OUTR组成。V out=-(V outd+V outr)=(D-2N-1)Vref/2n-1，将待转换的数字偏移二进制码代替上式中的D，就可以求出双极性输出V out。
以本次设计为例，其中V ref= 10V, U1 = - V ref(D10 ) /4096,D为数字输入信号。当D从0～4096变化时，就把第一个UA741的输出转换成0～- 10V的电压，然后经下一个UA741反向放大2倍，得到输出电压为0 ～20V，其中R1 = 15kΩ,，R2 、3= 7.5kΩ。若输入数字量为4095 那么按上述算出：U1=-(VREF-VREF/4096)=-(10-10/4096)=-(10V-2.45mV)。再经反向放大二倍。可见单片机给DAC的数据变换1BIT时，最小步进5mV，满足设计要求。需要说下的是由于运放内部晶体管的极间电容和其他寄生参数的影响，很容易产生自激振荡。为使放大器能稳定的工作，就需要外加一定的频率补偿网络来破坏产生自激震荡的条件，以消除自激震荡。另外，为防止通过电源内阻造成低频振荡或高频振荡，通常在运放电源的供电端对地分别加入一个电解电容和一个高频滤波电容[4]。
哈尔滨学院本科毕业论文（设计）
2.4.3 D/A转换电路与单片机接口电路图
D/A转换电路与单片机接口电路图如图2-5所示。
图2-5 D/A转换与单片机接口电路图
2.5 A/D转换电路及其与单片机接口
2.5.1 A/D转换器的选择
将模拟量转换为数字量的器件称为模/数转换器（ADC）。A/D转换器的主要技术指标如下：
（1）分辨率，指输出数字量变化一个相邻数码所需输入模拟电压的变化量。
（2）量化误差，ADC把模拟量变为数字量，用数字量近似表示模拟量，这个过程称为量化。量化误差是ADC的有限位数对模拟量进行量化而引起的误差。分辨率高的A/D 转化器具有较小的量化误差。
（3）偏移误差，指输入信号为零时，输出信号不为零的值，所以有时候又称为零值误差。
（4）满刻度误差，指满刻度输出数码所对应的实际输入电压与理想输入电压之差。
（5）线性度，指转换器实际的转换特性与理想直线的最大偏差。
（6）转换速率，指能够重复进行数据转换的速度，即每秒转换的次数。
根据本次设计中A/D转换的目（将在2.5.2中介绍）的和在满足设计要求下，笔者最终决定采用ICL7109芯片。ICL7109为双积分型模数转换器，12位输出。积分型A/D的抗干扰性优于逐次比较型A/D(如ADC0809)这是决定笔者采用ICL7109的关键因素。在该系统中使用ICL7109保证了对采集入的变量的准确量化。本题中测试范围为0V~20V，电压的最小分辨率为5mV。这样，整个系统的电压采用点数为20×200=4000。8位A/D分辨率
为1/256不能满足要求，采用一般12位A/D，分辨率为1/4096，可以满足要求。积分型A/D的缺点是转换时间长，ICL7109的最大转换次数为30次/秒。在数字控制系统中，采样周期的选择与系统的稳定性密切相关，在稳定条件下，采样频率fs应为系统最高频率的两倍，即按照采样定理，应该有f s≥2f max。但采样周期也不应该过小，这里ICL7109的采样速率完全可以胜任。
2.5.2 A/D转换电路应用
这里应用A/D转换电路为了将调整后的输出模拟电压量采样后，通过A/D转换成数字量后，输入给单片机来显示电压值。关于电路的接法取自德克萨斯公司（TI）的ICL7109典型应用电路。对于各引脚功能请参考相关文献。
本系统采用直接接口方式，7109的MODE端接地，使7109工作于直接输出方式。振荡器选择端(即OS端，24脚)接地，则7109的时钟振荡器以晶体振荡器工作，内部时钟等于58分频后的振荡器频率，外接晶体为6MHz，则时钟频率=6MHz/58=103kHz。积分时间=2048×时间周期=20ms，与50Hz电源周期相同。积分时间为电源周期的整数倍，可抑制50Hz的串模干扰。在模拟输入信号较小时，如0v～0.5v时，自动调零电容可选比积分电容CINT大一倍，以减小噪声，CAZ的值越大，噪声越小，如果C INT选为0.15μF，则
C AZ=2C INT=0.33μF。
2.5.3 A/D转换电路及其与单片机接口电路图
A/D转换电路及其与单片机接口电路如图2-6所示。
图2-6 A/D转换与单片机接口电路图
2.6 反馈稳压及保护电路
数控直流稳压电源的设计 一、 设计任务和要求 设计一个数控直流稳压电源。 1. 基本要求： 1) 利用实验室提供的低压交流电源，设计整流、滤波、稳压电路； 2) 至少能输出4个档：3V 、5V 、9V 、12V ，用数码管显示； 3) 输出电流要能达到1A 以上，且纹波≤5mV 。 2. 发挥部分： 1) 输出增加了一个7V 的档，进而变为5个档；手动开关控制档的转换。 2) 用ADC0809（模/数转换器）将输出的电压模拟量转换为数字量并输出给译码显示电路以显示正确数字。 二 方案论证 1.可调稳压控制部分 方案一:直接由开关控制档位 5 个单刀单掷开关 手动控制开关,使输出电压分别为 此方法电路简单, 控制方便. 方案二;由多路模拟开关在脉冲CP 的作用下来控制开关 由脉冲控制多路模拟开关,.此方法比依赖与信号源 的CP,且不容易控制. 综合的看上述两种方案,方案一电路简单,控制方便;方案二对CP 的依赖性比较大,在实际应用方面不够灵活.因此对可调稳压器的控制部分应采用方案一. 2.显示电路 方案一:模拟量经模数转换电路输入后，输出转换成数字量，再利用一片共阴极七段显示器显示，结构框图如下：
→ → → 方案一方框图 此方案的优点是比较直观，易懂，而且容易调试，也能满足题目中所给的要求， 但是当输出电压为12v 时, 显示器显示以乱码＂└┘＂代替，不利于读数。 方案二：以方案一为基础，在经过模数转换输出后，加入一些简单的逻辑门，再利用两片共阴极七段显示器显示，结构框图如下： 这种情况下，电路可以直接的显示两位十进制数 ，且不会出现乱码。也能满足其他的要求。 上述两个方案经实践证明均可行，但方案一不能很好的显示两位十进制数，故选择方案二。 二、 设计方案 根据设计任务要求，数控直流稳压电源的工作原理框图如图1所示。它包括整流电路、滤波电路、可调稳压电路、数/模转换电路和译码示电路等五个部分组成。经过整流、滤波、稳压电路后，可得到一个稳定的输出电压值，其中因为输入为低压交流电源,所以整流电路中不需变压器,而可调的稳压电路可通过换档得到不同的输出电压值；A/D 转换器是将此模拟输出量转换为数字输出量，并送给译码显示电路显示出此值。 图 1
直流稳压电源电路的设计实验报告 一、实验目的 1、了解直流稳压电源的工作原理。 2、设计直流稳压电路，要求输入电压：220V市电，50Hz，用单变压器设计并制作能够输出一组固定+15V输出直流电压和一组+1.2V~+12V连续可调的直流稳压电源电路，两组输出电流分别I O≥500mA。 3、了解掌握Proteus软件的基本操作与应用。 二、实验线路及原理 1、实验原理 （1）直流稳压电源 直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。一般由电源变压器、整流滤波电路及稳压电路所组成，基本框图如下： 图2-1 直流稳压电源的原理框图和波形变换 其中： 1）电源变压器：是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定，变压器副边与原边的功率比为P2/P1=n，式中n是变压器的效率。 2）整流电路：利用单向导电元件，把50Hz的正弦交流电变换成脉动的直流电。 3）滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压。滤波电路滤除较大的波纹成分，输出波纹较小的直流电压U1。 4）稳压电路：其工作原理是利用稳压管两端的电压稍有变化，会引起其电流有较大变化这一特点，通过调节与稳压管串联的限流电阻上的压降来达到稳定输出电压的目的。稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。 （2）整流电路 常采用二极管单相全波整流电路，电路如图2-2所示。在u2的正半周内，二极管D1、D2导通，D3、D4截止；u2的负半周内，D3、D4导通，D1、D2截止。正负半周内部都有电流流过的负载电阻RL，且方向是一致的。电路的输出波形如图2-3所示。 t
数字电子系统的数控直流稳压电源设计本系统以AT89C51 单片机作为系统的核心，由D/A数字模拟转换模块、按键、LED串口显示模块等模块组成一个数控电源。该系统实现了输出电压：范围 2 ～＋20 .0 V，步进0.1V，纹波小于100mV；输出电流：1000mA；输出电压值由数码管显示；由“＋”、“－”两键控制输出电压步进增减。输入模块的按键按下之后，单片机有一个输入，单片机将输入的数字一方面给显示模块，让它们在数码管中显示出来；另一部分输给DAC0832，让它转化为模拟量电流输出，通过运算放大器将这模拟量转化为相应的电压，这电压经过放大后控制LM317的控制端，从而实现输出电压的控制。 关键词：AT89C51 单片机, 数控电源, D/A, 直流电源 在现代家庭中各种电器的不断出现，并要求着各种不同值的电源出现，使得家庭购买不同值的电源。数字化的也更加贴近人们的生活，因为它更加的直观，易被接受，大家都开始追求数字化的各类电子产品。数控直流电源有着直观，易操作，各种电压集一身，输出精度和稳定性都较高等优点，所以越来越受广大人们的喜爱。以后家里的电视遥控，电动玩具等都可以共用一个电源。 设计要求 设计并制作有一定输出电压调节范围和功能的数控直流稳压电源，基本要求如下： 1、输出直流电压调节范围2~20V，步进值为0.1V 2、稳压系数小于0.2，纹波电压小于100mv; 3、输出电流为1000mA； 输出电压值用数码管显示，由“+”“-”两键分别控制输出电压步进增和减。 1.2 方案论证 分析本题，根据设计要求先确定了本系统的整体设计原理框图1-1.
采用8位的数字/模拟转换芯片DAC0832是 本系统是基于51单片机的数控电源的设计，8位的单片机，而MX7541是12位数字输入的，因此须用锁存器。而此数控电源要求单步0.1V，2～20V，DAC0832完全可以达到，故选择常用的DAC0832。 可调稳压芯片：根据设计要求输出电压范围2～＋20.0V，输出电流1000mA，本文选择了LM317T三端可调稳压芯片。 按键控制模块：由于本数控电源需要用的按键不多，要实现步进为0.1V的设计要求，只需用一个“+”和一个“-”按键，另外再加两个按键用于实现固定电压输出，按键时可直接输出相应电压。4个按键就可实现本题的设计要求，本文采用一般的电平判键按钮。 显示模块：此系统显示的只是最终电源输出的十位、个位和十分位电压值，只需显示出三个数字，选用数码管显示，用普通的数码管显示简单的数字、符号、字母。
数控直流稳压电源设计任务书（doc 8页）
《电子线路仿真》课程设计报告DESIGN REPORT ON SIMULATION OF ELECTRONIC CIRCUIT 题目数控直流稳压电源学科部、系：信息学科部
2.1总体设计方案说明 根据设计任务要求,数控直流稳压电源的工作原理框图如图1所示。主要包括三大部分:数字控制部分,D/A变换器及可调稳压电源。数字控制部分用+，-按键控制一可逆二进制计数器,二进制计数器的输出输入到D/A变换器，经D/A变换器转化为相应的电压。此电压经过相应的放大后去控制电源的输出，使稳压器输出的电压为1V的步进增加。 2.2模块结构与方框图 Ui Uo 第三部分单元电路设计与参数计算 3.1 可逆计数器模块 3.1.1 模块电路及参数计算 电 压 可 逆 稳 压 反 馈 数 显 D/ A
3.1.2 工作原理和功能说明 因为要求是输出5-15V的电压，只十一个电压值，而计数器74193是一个16进制的可逆计数器。我们只要用从0计数到10的几个状态，这可以通过反馈的方法实现。当74193输出0时，最后输出为5V。不能再减小了。所以通过一个四输入的或门输入到与非门U10使减“-”失效，计数器不能减计数，只能加。当加到6时或门反馈的数为1，通过U10后计数器就可以减计数了。同理，当输出15V时，74193输出为10,电压不能再加了。通过反馈输出一个0使加计数失效，电压停在15V。此时电压只能减，只有按“-”的按键减小电压。 3.2 D/A转换模块 3.2.1 模块电路及参数计算 3.2.2 工作原理和功能说明 这一模块是最主要的一个模块，左下方从左到右依次接74193输出端的Q1Q2Q3Q4,输入端依次接入的是0000～1010，这个电路的作用就是把这些数字信号转换成模拟信号。根据公式UO1=-Rf （UH/R16*D0+UH/R15*D1+UH/R19*D2+UH/R20*D3） 其中R16=2R15=4R19=8R20,根据二进制转十进制的计算公式可知，只要调节Rf到一定的值，就可已得到想要的模拟信号电压的大小。其实这是一个简单的求和电路，在模电书上可以找到。加
开关稳压电源设计报告 成员名字：方愿岭段洁斐梅二召 摘要：为提高电源的利用效率和缩小设计电源的尺寸，本文介绍一种含有MC3406集成芯片的开关稳压电源，并对成芯片内部结构和外部电路作简要介绍，最终给出一个完整的开关稳压电路设计电路并对电路作具体论证最终完成开关稳压电源的实物制作。 A switching power supply design report Abstract:In order to improve the efficiency in the use of the power supply and reduce the size of the power source design, this paper introduces a kind of contains MC34063 integrated chips of a switching power supply, and the integrated chip internal structure and external circuit is briefly introduced, finally give a complete a switching circuit design circuit to make concrete demonstration and circuit switching power supply finally complete the making of objects. 关键词：开关稳压电源；整流滤波电路；PWM控制电路；MC34063 引言 电源是各种电子设备的核心，因此电源的优劣直接关系到电子设计的好坏。另外电子设计者不得不考虑的一个问题就是效率问题，所
基于单片机的数控直流稳压电源 一、引言 （1）题目要求： 利用LM317三端稳压器，设计制作一个数控稳压电源，要求： 1、输出电压：2-15V，步进0.1V，纹波≤10mV； 2、输出电流0.5A； 3、输出电压值由数码管显示，由“+”、“-”键分别控制输出电压的步进 （2）概况：直流稳压电源是电子技术常用的设备之一，广泛的应用于教学、科研等领域。传统的多功能直流稳压电源功能简单、难控制、可靠性低、干扰大、精度低且体积大、复杂度高。普通直流稳压电源品种很多．但均存在以下问题：输出电压是通过粗调（波段开关)及细调(电位器)来调节。这样，当输出电压需要精确输出，或需要在一个小范围内改变时（如 1.02~1．03V)，困难就较大。另外，随着使用时间的增加，波段开关及电位器难免接触不良，对输出会有影响。常常通过硬件对过载进行限流或截流型保护，电路构成复杂，稳压精度也不高。本文设计了一种以单片机为核心的智能化高精度简易直流电源，克服了传统直流电压源的缺点，具有很高的应用价值。 二、系统设计 （1）方案论证： 方案：采用单片机控制此方案采用 AT89C51单片机作为整机的控制单元，通过改变输入数字量来改变输出电压值。这里主要利用单片机程控输出数字信号，经过 D /A 转换器( DA0832)输出模拟量，然后使用运算放大器把电
流转换成电压，在通过三段稳压器LM317使得输出电压和输出电流达到稳压的目的。 方案论证： 1、输出模块：使用运算放大器做前级的运算放大器，由于运算放大 器具有很大的电源电压抑制比，可以减少输出端的纹波电压。使用LM317做电流稳压器，把电流稳定到0.5A。 2、数控模块：采用AT89C51单片机完成整个数控部分的功能，同 时,AT89C51作为一个智能化的可编程器件，便于系统功能的扩展。 3、显示模块：本来准备使用液晶显示，可是想想我们的层次不够， 液晶现实的额程序不会写，只能退而其次，选择使用单片机通过锁存器控制8段LED数码管直接显示，这样可以精确的显示输出电压。 （2）系统结构： 系统结构设计图如上图所示。该系统主要由单片机最小控制系统、显示电路、独立按键、D/A转换电路、放大电路和稳压电路组成。单片机设定预输出值，并可以通过独立键盘改变单片机的预设值。然后通过DAC0832转化为模拟量，再经过运算放大和稳压稳流电路最后输出预设电压值，通过LED显示能够直观的看到预设值。因为器材原因，我们设计的稳压电源采用的是外部稳压器提供的电源。这样虽然算不上是一个完整的数控直流稳压电源，但是，除了这点，我们设计的电源基本已经复合要求。
直流稳压电源的设计实验报告 一、实验目的 1.学会选择变压器、整流二极管、滤波电容及集成稳压器来设计直流稳压电源 2.掌握直流稳压电源的调试及主要技术指标的测量方法 二、实验任务 利用7812、7912设计一个输出±12V 、1A 的直流稳压电源； 三、实验要求 1）画出系统电路图，并画出变压器输出、滤波电路输出及稳压输出的电压波形； 2）输入工频220V 交流电的情况下，确定变压器变比； 3）在满载情况下选择滤波电容的大小（取5倍工频半周期）； 4）求滤波电路的输出电压； 5）说明三端稳压器输入、输出端电容的作用及选取的容值。 四、实验原理 1.直流电源的基本组成 变压器：将220V 的电网电压转化成所需要的交流电压。 整流电路：利用二极管的单向导电性，将正负交替的交流电压变换成单一方向的直流脉动电压。 滤波电路：将脉动电压中的文波成分滤掉，使输出为比较平滑的直流电压。 稳压电路：使输出的电压保持稳定。 4.2 变压模块 变压器：将220V 的电网电压转化成所需要的交流电压。 4.2 整流桥模块 整流电路的任务是将交流电变换为直流电。完成这一任务主要是靠二极管的单向导电作用，因此二极管是构成整流电路的关键元件。管D 1～D 4接成电桥的形式，故有桥式整流电路之称。 由上面的电路图，可以得出输出电压平均值：2)(9.0U U AV o ≈ ，由此可以得V U 152=即可 即变压器副边电压的有效值为15V 计算匝数比为 220/15=15 2.器件选择的一般原则 选择整流器 流过二极管的的平均电流: I D =1/2 I L 在此实验设计中I L 的大小大约为1A 反向电压的最大值：Urm=2U 2 选择二极管时为了安全起见，选择二极管的最大整流电路I DF 应大于流过二极
2014 届毕业设计说明书 数控直流稳压电源的设计 院、部：电气与信息工程系 学生姓名： 指导教师：职称讲师 副指导老师：赵定文职称工程师专业： 班级： 完成时间：2014年6月
摘要 在我们生活的各个角落都可以见到直流稳压电源的身影，我们用的手机、笔记本电脑、工业用的各种电子仪表等，它无处不在，在电子设备中发挥着不可替代的作用。但是当前我们常见的直流稳压电源,多半是选用数字电位器来调节,通过调整数字电位器来调整输出电压。现有的数字电位器的分辨率有限，常见的有32抽头，64抽头有限精密分压器电路构成，不能够满足所需的设计要求。本文给以微处理器数据处理系统为核心部分，通过软件的运转控制系统工作，从而完成预设参数的功能操作。 将微处理器数字控制技术，有机地展。微处理器不但拥有良好的集成性能, 而且都具有在线编程接口, 融入直流稳压电源的设计中，实现了直流稳压电源数字化的设计。该设计是把220V的交流电压经过变压器变压成低电压的交流电，再经过整流电路变换为脉动的直流电压，后经过滤波电路滤去输出电压中的文波，最后通过采集电压信号，由DSP主控制器控制，DC/DC变换器输出所需要的稳压电源。该电源具有LCD液晶的显示、键盘的数字输入调压、数字电位器调压精度高的特点。通过软件编程，易于实现功能的扩还具备JTAG 仿真和下载功能; 含有片内看门狗电路、复位电路、时钟电路、键盘电路、液晶显示电路、数模转换电路、直流稳压电路和DC/DC变换电路组成。本设计由微处理器控制输出数字信号，经过D/A转换器输出模拟量,在经过DC-CD变换器，最后输出设备所需要的电压。 基于DSP的数控直流稳压电源，利用了DSP微处理器精准的数据采集与高速的数据处理能力，以完成对直流稳压电源的稳定的控制，从而改善输出电压的精准度。本电源可以用微处理器控制预设参数，以取代许多不准确的设计，带给我们不同程度的便利性和效率。 关键词：DSP控制器；DC/DC变换电路；直流稳压电源
数控直流稳压电源 A09组 目录 一．设计任务与要求 1.1 设计任务 1.2 技术指标 二．系统方案论证 2.1数字控制电路 2.2 D/A转换电路 2.3 译码显示电路 2.4 稳压电路 三．系统硬件设计 3.1 系统的总体设计 3.2 单元电路的设计，单元的参数计算 四．系统测试 4.1 电路的测试方案 4.2 测试仪器 4.3 测试结果 五．附录
摘要 随着时代的发展，数字化控制已经普及到生活、工作、科研等各个领域，数控直流稳压电源就是一个典型的例子。数控直流稳压电源与传统的稳压电源相比，具有操作方便，电压稳定度高的特点，其输出电压大小采用LED数码显示输出，显示直观、操作方便、稳压精度高，主要用于要求电源精度比较高的设备，直观地展示了数字化控制的便捷性。 Abstract With the development of the times, digital control has spread to life, work, research and other fields, NC DC power supply is a typical example. NC DC power supply with the traditional power supply compared with user-friendly, high voltage stability of the characteristics of the size of its output voltage using LED digital display shows that intuitive, easy to operate, the regulator of high precision, mainly used for Relatively high power requirements of precision equipment, a digital visual display of the ease of control. 关键词 数控数模转换可逆计数数码管 Key Word NC，DAC，Reversible count，LED 一．设计任务与要求 1.1 设计任务 设计并制作有一定输出电压调节范围和功能的数控直流稳压电源。 1.2 技术指标 （1）输出直流电压调节范围0~15V，纹波小于20mV。 （2）输出电流0~500mA。 （3）稳压系数小于0.2。 （4）输出直流电压能步进调节，步进值为1V。 （5）由“+”、“-”两键控制输出电压步进值的增或减。 （6）用数码管显示输出电压值，当输出电压为15V时，数码管显示为“15”。 二．方案比较与论证 2.1数字控制电路 2.1.1单脉冲产生电路 方案1：软件实现。采用单片机或FPGA程序设计，运用延时、累加计数等方法消除按
模拟电路课程设计报告设计课题：直流稳压电源的设计班级：电子1101 学号： 姓名：刘广强 指导老师：董姣姣 完成日期：2012年6月19
目录 一、设计任务及要求 (3) 二、总体设计思路 (3) 1．直流稳压电源设计思路 (3) 2．直流稳压电源原理 (3) 3、滤波电路——电容滤波电路 (5) 4、稳压电路 (7) 5、设计的电路原理图 (8) 三、．设计方法简介 (8) 四、软件仿真结果及分析 (10) 五、课程设计报告总结 (12) 六、参考文献 (13)
一、设计任务及要求 1、设计一个连续可调的直流稳压电源，主要技术指标要求： ①输出直流电压：U0=9→12v； ②纹波电压：Up-p<5mV； ③稳压系数：S V≤5% （最大的波动不能超过5%） 2、设计电路结构，选择电路元件，计算确定元件参数，画出实用原理电路图。 3、自拟实验方法、步骤及数据表格，提出测试所需仪器及元器件的规格、数量。 4、在实验室MultiSIM8-8330软件上画出电路图，并仿真和调试，并测试其主要性能参数。 二、总体设计思路 1．直流稳压电源设计思路 （1）电网供电电压交流220V(有效值)50Hz，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。 （2）降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（即脉动大）。 （3）脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成份滤掉，保留其直流成份。 （4）滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出，供给电压表。 2．直流稳压电源原理 1、直流稳压电源 直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。 直流稳压电源方框图
一、项目参加人员、负责内容以及技术特长： 二、项目背景 数控直流稳压电源是电子技术常用的设备之一，广泛的应用于教学、科研等领域。传统的多功能直流稳压电源功能简单、难控制、可靠性低、干扰大、精度低且体积大、复杂度高。普通直流稳压电源品种很多, 在家用电器和其他各类电子设备中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。但在实际生活中，都是由220V 的交流电网供电。这就需要通过变压、整流、滤波、稳压电路将交流电转换成稳定的直流电。滤波器用于滤去整流输出电压中的纹波，一般传统电路由滤波扼流圈和电容器组成，若由晶体管滤波器来替代，则可缩小直流电源的体积，减轻其重量，且晶体管滤波直流电源不需直流稳压器就能用作家用电器的电源，这既降低了家用电器的成本，又缩小了其体积，使家用电器小型化。 电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性很强的工程技术，服务于各行各业。电力电子技术是电能的最佳应用技术之一。当今电源技术融合了电气、电子、系统集成、控制理论、材料等诸多学科领域。随着计算机和通讯技术发展而来的现代信息技术革命，给电力电子技术提供了广阔的发展前景，同时也给电源提出了更高的要求。随着数控电源在电子装置中的普遍使用，普通电源在工作时产生的误差，会影响整个系统的精确度。电源在使用时会造成很多不良后果，世界各国纷纷对电源产品提出了不同要求并制定了一系列的产品精度标准。只有满足产品标准，才能够进入市场。 随着经济全球化的发展，满足国际标准的产品才能获得进出的通行证。数控电源是从80年代才真正的发展起来的，期间系统的电力电子理论开始建立。这些理论为其后来的发展提供了一个良好的基础。在以后的一段时间里，数控电源技术有了长足的发展。但其产品存在数控程度达不到要求、分辨率不高、功率密度比较低、可靠性较差的缺点。因此数控电源主要的发展方向，是针对上述缺点不断加以改善。单片机技术及电压转换模块的出现为精确数控电源的发展提供了有利的条件。新的变换技术和控制理论的不断发展，各种类型专用集成电路、数字信号处理器件的研制应用，到90年代，己出现了数控精度达到0.05V的数控电源，功率密度达到每立方英寸50W的数控电源。目前在电力电子器件方面，几乎都为旋纽开关调节电压，调节精度不高，而且经常跳变，使用麻烦。随着人们生活水平的不断提高,数字化控制无疑是人们追求的目标之一,它所给人带来的方便也是不可否定的,其中数控制直流稳压电源就是一个很好的典型例子。但人们对它的要求也越来越高,要为现代人工作、科研、生活提供更好的更方便的设施，就需要从数字电子技术入手，一切向数字化和智能化方向发展。
数控稳压电源报告 Document serial number【KKGB-LBS98YT-BS8CB-BSUT-BST108】
数控直流稳压电源 设计人员：鲍官牛 马彪 吴汉国 指导老师：邱森友 葛浩 摘要: 本数控直流稳压电源系统采用AT89S52单片机为主控模块，由DAC0832数模转换模块输出电压，经过由高精度运算放大器OP07组成的电压放大模块进行电压放大，引入由功率三极管TIP41C组成的扩流模块进行电流扩大，采用7107进行电压测量式输出显示，能自动切换电源档位，提高本电源系统的效率。 基于可靠的硬件设计，和高效的软件设计，本系统具有电压输出稳定，负载能力好，精度高，人机界面友好，操作方便等特点。 关键词：数控数模转换扩流纹波电压 AT89S52 DAC0832 OP07 7107 Abstract： The direct voltage source of numerical control uses MCU AT89S52 as controller kernel,and DAC0832,the DA conversion module to output Voltage,which enlarged by the voltage expansion module basing on accurate Amplifier OP07 Output display bases on IC 7107,with the method of voltage system can automatically chooses appropriate power source supply ,which improves system’s efficiency,and has funtions of current overfloat selt-protecting,and saving the lastest settings. Base on reliable hardware and effectual software design, this system is qualified with quite high performs. Keyword: Numerical Control DA Conversion Current Expansion Current Overfloat Selt-protecting Voltage Ripple AT89S52 DAC0832 OP07 7107 目录 第一章总论 设计任务和要求 (4) 作品介绍 (4) 方案论证与比较 (6)
基于单片机的数控直流稳压电源设计方案 随着新型电力电子器件和适于更高开关频率的电路拓扑的不断出现，传统应用技术，由于功率器件性能的限制使开关电源性能的影响减至最小，新型的电源电路拓扑和新型的控制技术，可使功率开关工作在零电压或零电流状态，为了提高开关电源工作效率，设计出性能优良的开关电源，十分必要。 1、几种数控直流稳压电源设计方案比较 1.1几种设计方案电路原理 方案 1 : 采用模拟的分立元件，利用纯硬件来实现功能，通过电源变压器、整流滤波电路以及稳压电路，实现稳压电源稳定输出±5 V、±12 V、±15 V并能可调输出 0~ 30 V电压，见图 1所示。但由于模拟分立元件的分散性较大，各电阻电容之间的影响较大，因此所设计的指标不高、不符合设计要求、且使用的器件较多、连接复杂、灵活性差、功耗也大，同时焊点和线路较多，使成品的稳定性和精度受到影响。 图 1 方案 1电路原理 方案 2 : 此方案采用传统的调整管方案，主要特点在于使用一套双计数器完成系统的控制功能，其中二进制计数器的输出经过 D /A 变换后去控制误差放大的基准电压，以控制输出步进。十进制计数器通过译码后驱动数码管显示输出电压值，为了使系统工作正常，必须保证双计数器同步工作。 图 2 方案 2电路原理 方案 3 : 此方案不同于方案 1之处在于使用一套十进制计数器，一方面完成电压的译码显示，另一方面其输出作为 EPROM的地址输入，而由 EPROM 的输出经 D /A变换后控制误差放步的问题，但由于控制数据烧录在 EPROM中，使系统设计灵活性降低。 图 3 方案 3电路原理
方案 4 : 此方案采用 51系列单片机作为整机的控制单元，通过改变输入数字量来改变输出电压值，从而使开关控制电源输出电压发生变化，间接地改变输出电压的大小。为了能够使系统具备检测实际输出电压值的大小，经过 ADC0809进行模数转换，间接用单片机实时对电压进行采样，然后进行数据处理。利用单片机程控输出数字信号，经过 D /A 转换器( DA0830)输出模拟量，再经开关电源控制电路，使得输出电压达到稳压的目的。单片机系统还兼顾对恒压源进行实时监控，输出电压经过电流 /电压转变后,通过 A /D转换芯片，实时把模拟量转化为数据量,经单片机分析处理，经过数据形式的反馈环节，使电压更加稳定，构成稳定的压控电压源。而且采用PWM 控制的开关电源，该电源具有高集成度、高性价比、最简外围电路、最佳性能指标、能构成高效率无工频变压器的隔离式开关电源等优点。而且在成本上与同等功率的线性稳压电源相当，而电源效率显著提高，体积和重量则大为减小。 图 4 方案 4电路原理 2、方案的比较与论证 ( 1)输出模块 方案 1：采用线性调压电源，以改变其基准电压的方式使输出不仅增加 /减少，这样不能不考虑整流滤波后的纹波对输出地影响，此输出只能是用万用表量出。而方案 2、方案 3中使用运算放大器做前级的运算放大器，由于运算放大器具有很大的电源电压抑制比，可以减少输出端的纹波电压。在方案 1中，为抑制纹波而在线性调压电源输出端并联的大电容降低了系统的响应速度，这样输出的电压难以跟踪快变的输入，方案 4中的输出电压波形与 D /A 变换输出波形相同，不仅可以输出直流电平，而且只要预先生成波形的量化数据，就可以产生多种波形输出，使系统有一定驱动能力的信号源。 ( 2)数控模块 方案 1利用纯硬件来控制电压的输出，其中最基本的电路原理分析，需要计算负载的大小，稳压管的选择有关，方案 2、方案 3中采用中、小规模器件实现系统的数控部分，使用的芯片很多，造成电路部接口信号繁琐，中间相互关联多，抗干扰能力差，如方案 1中的双计数器一旦出现计数不同步时，会导致显示电压与输出电压不一致。在方案 4 中采用AT89C51单片机完成整个数控部分的功能，同时,AT89C51作为一个智能化的可编程器件，便于系统功能的扩展。 图 5 方案 5数控模块
全国大学生电子设计大赛 稳 压 电 源 设 计 报 告
稳压电源 摘要： 本稳压电源，由变压器次级绕组接入，通过桥式整流和电容滤波，经过 LM7812、LM7912稳压，形成典型的双电源稳压电路，输出±12V 100mA电流。桥式整流后的电压，经过LM2576降压后，输出+5V电压，给后一级的LDO稳压电路供电，AS1117在满载（800mA）时，压差仅1.2V。用+5V供电，可以保证其工作在线性状态，3.3V输出稳定。 关键字： LM7812、LM7912、LM2576、AS1117 Abstract: The regulated power supply, the transformer secondary windings access, through the bridge rectifier and capacitor filter, through the LM7812, LM7912 voltage regulator, the formation of double power supply circuit, the output current of the 100mA + 12V. After the bridge rectifier voltage, through the LM2576 step-down, output +5V voltage, LDO voltage regulator circuit power level to, AS1117 at full load (800mA), pressure difference is only 1.2V. With +5V power supply, can ensure that the work in the linear state, the 3.3V output stability. Keywords: LM7812、LM7912、LM2576、AS1117
数控直流稳压电源 论文关键词：直流稳压电源单 片机数字控制 论文摘要：本系统以直流电压源为核心，AT89S52单片机为主控制器，通过键盘来设 置直流电源的输出电压，设置步进等级可达，输出电压范围为0—，最大电流为330mA， 并可由液晶屏显示实际输出电压值。系统有过流保护电路，当输出电流过大时功率管自动截至，而且有红色指示灯发出警报。本系统由单片机程控输出数字信号，经过D/A转换器输出模拟量，再经过运算放大器隔离放大，控制输出功率管的基极，随着功率管基极电压的变化而输出不同的电压。实际测试结果表明，本系统实际应用于需要高稳定度小功率恒压源的领域。 Keywords： regulated power supply of direct current; single2ch ip m icrocomputer, digital control Abstract：This system to dc voltage
source as the core, mainly AT89S52 SCM, through the keyboard controller to install dc power supply output voltage, setting stepping class can output voltage, the range of V, the maximum current 330mA for, and can show the actual pipe by digital output voltage values. This system consists of microcontroller program output digital signal, through D/A converter (AD0832) output analog amplifier, through isolating amplifier output power, control of base, with the power to change the passive tube voltage output of different voltage. Test results show that this system application in need of high stability of small power constant-voltage source fields. 1 引言几乎所有的电子设备都需 要稳定的直流电源，因此直流稳压电源的应用非常的广泛。直流稳压电源的电路形式有很多种,有串联型、开关型、集成电路、
数控直流稳压电源实验报告 学院：信息学院 专业：电气工程与自动化 班级：12自动化班 姓名：陈志强 学号： 3 指导老师：胡乾苗 2014年7月8日 数控直流稳压电源 一、系统初步设计 直流稳压电源框图： 我们只对稳压电路部分进行设计，前三部分利用现成的实验室稳压电源。即 U=实验室稳压电源的输出电压 I 1.1.1 设计任务 设计并制作有一定输出电压调节范围和功能的数控直流稳压电源。 1.1.2 基本要求 （1）输出直流电压调节范围0-15V，纹波小于20mV。 （2）输出电流0-500mA。 （3）稳压系数小于0.2。 （4）输出直流电压能步进调节，步进值为1V。 （5）由“+”、“-”两键控制输出电压步进值的增或减。 （6）用数码管显示输出电压值，当输出电压为15V时，数码管显示为“15”。 1.2基本工作原理 1.2.1 串联型稳压电路
稳压电路较常用的串联型线性稳压电路具有结构简单、调节方便、输出电压稳定性强、纹波电压小等优点，其原理图如图1所示。输入电压为整流滤波电路的输出电压。稳压电路的输出电压为： （1-1） 由式（1-1）可知输出电压与基准电压为线性关系，当改变UZ 的大小，则输出电压也将发生变化。如果此基准电压时一个数控基准电压，则此稳压电路就可以构成一个数控的稳压电源。 图1 串联稳压电路原理图 1.2.2 数控基准电压源 数控基准电压源的原理框图如图2所示。数控基准电压源的电压大小可以通过可逆计数器预置数据，计数器的内容对应于稳压电源的输出电压，同时该计数值经译码显示电路，显示当前稳压电源的输出电压。计数器的输出送至D/A 转换器，转换成相应的电压，此电压去控制稳压电源的输出，使稳压电源的输出 电压以1V 的步进值增或减。 图2 数控基准电压源框图 1.2.3 数字直流稳压电源总框图 图3 数字直流稳压电源总框图 二．单元电路设计系统 单脉冲通常可以用按键产生，实际的电路有多种形式，可以由门电路构成，也可以由集成单脉冲触发器构成。 按键闭合：C 充电，τ充=R 1C ，按键断开：C 放电，τ放=R 2C ，G ：施密特触 1 2 2()N O U U R R R =+1 2 2 ()P U R R R =+ U 'O
数控直流稳压电源 摘要: 本系统以实现直流稳压电源的模拟、数字双线控制为目的,用AT89S52单片机作为主控制芯片,以ICL7107作为数显转换核心，实现对电源输出电压的数字控制及数字显示。 关键词：直流稳压，数字电位器，数控 一、作品介绍 本系统电路主要包括五大部分: ●整流滤波保护电路 ●+5V稳压电路 ●可调稳压电路 ●数控电位器 ●单片机系统 ●数字显示电路 本系统主要特点： ●采用负反馈截流式过流保护方案，电源使用更安全。 ●输出电压范围大，可输出1.25-22V ●采用分立元件搭建分压电阻网络，由单片机控制 ●基于ICL7107的独立数字显示电路，显示精度高达0.01V
二、系统方框图 三、各模块的设计 1、整流滤波保护电路 整流电路采用最常用的全桥整流方案。保护电路的设计原理如下：
场强效应管RFP25n06的特性是g极高电平时导通，低电平是截止。要使电路能在过流有效地截断，就必须使Q2导通，使电平下拉，此时25n06截止。要使Q2导通，则要使其Vbe大于或等于0.7V（但此电路实际导通电压只要0.2V，原因未查出）。由于Vbe=Vr8+Vr4-Vr6,故要调节R8、R6，使得R8的电压略小于R6的电压，此时使Q2能有效的截止，25n6导通，电路正常工作；当电路过流时，R4压降增大，使得Vbe达到导通要求，故能使得Q2能导通，25n06截止，起到保护电路的作用。S4起到复位功能，在过流保护后，连通三极管的b、e两端，使其重新截止，使Q1重新导通，从而连通电路， 其余部分（C4、D1、R2、R3、R5、R7、DS1、R？、C3的作用）：
直流稳压电源课程设计报告 设计任务及要求 1．设计任务 设计一直流稳压电源，满足： （1）当输入电压在220V交流时，输出直流电压为6－９V； （2）输出纹波电压不于5mv （3），稳压系数<=0.01； （4）具有短路保护功能； （5）最大输出电流为：Imax=0.8A 2．要求通过设计学会； （1）如何选择变压器、整流二极管、滤波电容及调整三极管或集成稳压块；（2）合理选择电路结构，并完成全电路元器件参数设计、绘制电路图；（3）短路保护实现方法 （4）掌握直流稳压电源的调试及主要技术指标的测试方法 （5）撰写设计报告。 3．设计注意： （1）电源变压器、整流二极管、滤波电容、调整三极管或集成稳压块等元件只做选择性设计； （2）完成全电路元器件参数设计、绘制出整体电路图； （3）撰写设计报告要符合下列格式并按时上交，逾期将延与下届。 一、书写要求 二、上交时间要求 上交书面及电子稿发至邮箱：
撰写设计报告格式：（仅供参考，不要全部抄龚） 见附录一 集成直流稳压电源的设计与制作 姓名 1 绪言 随着半导体工艺的发展，稳压电路也制成了集成器件。由于集成稳压器具有体积小，外接线路简单、使用方便、工作可靠和通用性等优点，因此在各种电子设备中应用十分普遍，基本上取代了由分立元件构成的稳压电路。集成稳压器的种类很多，应根据设备对直流电源的要求来进行选择。对于大多数电子仪器、设备和电子电路来说，通常是选用串联线性集成稳压器。而在这种类型的器件中，又以三端式稳压器应用最为广泛。 2 设计要求
1.初始条件： （1）集成稳压器选用LM317与LM337或其他芯片，性能参数和引脚排列请查阅集成稳压器手册。 （2）电源变压器为双15Ｖ／25Ｗ。 （3）其参考电路之一如图1所示 图1 ±1.25V-±15V连续可调直流稳压器参考电路原理图 2.主要性能指标：（1）输出电压Vo：±1.25 - ±12V连续可调。 （2）最大输出电流Iomax=800mA （3）纹波电压ΔVop-p≤5mV （4）稳压系数Sv≥3X10-3 3.设计要求：（1）依据已知设计条件确定电路形式。 （2）计算电源变压器的效率和功率。 （3）选择整流二极管及计算滤波电容 （4）安装调试与测量电路性能，画出实际电路原理图。 （5）按规定的格式，写出课程设计报告。 3 总体设计思路 在本次课程设计中我准备采用串联型稳压电路，集成稳压器选用LM317与LM337，电源变压器选用双15Ｖ／25Ｗ。 由于输入电压u1发生波动、负载和温度发生变化时，滤波电路输出的直流电压U I会随着变化。因此，为了维持输出电压U I稳定不变，还需加一级稳压电路。
1 引言 随着对系统更高效率与更低功耗的需求,电信与通信设备的技术更新推动电源行业中直流/直流电源转换器向更高灵活性与智能化方向发展。整流系统由以前的分立元件与集成电路控制发展为微机控制,从而使直流电源智能化,具有遥测、遥信、遥控的三遥功能,基本实现了直流电源的无人值守设计的直流稳压电源主要由单片机系统、键盘、数码管显示器、指示灯及报警电路、检测电路、D/A 转换电路、直流稳压电路等几部分,直流稳压电源就是最常用的仪器设备。 2 简易数控直流稳压电源设计 2、1 设计任务与要求 设计并制作有一定输出电压调节范围与功能的数控直流稳压电源。基本要求如下: 1．输出直流电压调节范围3~15V,纹波小于10mV 2．输出电流为止500m A、 3．稳压系数小于0、2。 4．直流电源内阻小于0、5Ω。 5．输出直流电压能步进调节,步进值为1V。 6．由“+”、“-”两键分别控制输出电压步进增的减。 2、2 设计方案 根据设计任务要求,数控直流稳压电源的工作原理框图如图1所示。主要包括三大部分:数字控制部分、D/A变换器及可调稳压电源。数字控制部分用+、-按键控制一可逆二进制计数器,二进制计数器的输出输入到D/A变换器,经D/A变换器转换成相应的电压,此电压经过放大到合适的电压值后,去控制稳压电源的输出,使稳压电源的输出电压以1V的步进值增或减。 图1简易数控直流稳压电源框图
2、3 电路设计 2.3.1 整流、滤波电路设计 首先确定整流电路结构为桥式电路;滤波选用电容滤波。电路如图2所示。 图2 整流滤波电路 电路的输出电压U I 应满足下式:U ≥U omax +(U I -U O )min+△U I 式中,U omax 为稳压电源输出最大值;(U I -U O )min 为集成稳压器输入输出最小电压差;U RIP 为滤波器输出电压的纹波电压值(一般取U O 、(U I -U O )min 之与的确良10%);△U I 为电网波动引起的输入电压的变化(一般取U O 、(U I -U O )min 、U RIP 之与的10%)。 对于集成三端稳压器,当(U I -U O )min=2~10V 时,具有较好的稳压特性。故滤波器输出电压值:U I ≥15+3+1、8+1、98≥22(V),取UI=22V 、根据UI 可确定变压器次级电压 U 2。 U 2=U I / 1、1～1、2≈(20V) 在桥式整流电路中,变压器,变压器次级电流与滤波器输出 电流的关系为:Ｉ2=(1、5～2)I I ≈(1、5～2)I O =1、5×0、5=0、75(A)、取变压器的效率η＝0、8,则变压器的容量为 P=U 2I 2/η=20×0、75/0、8=18、75(W) 选择容量为20W 的变压器。 因为流过桥式电路中每只整流三极管的电流为 I D =1∕2I max =1/2I Omax =1/2×0、5=0、25(A) 每只整流二极管承受的最大反向电压为 )(31%)101(202max 2V U U RM ≈+??== 选用三极管IN4001,其参数为:I D =1A,U RM =100V 。可见能满足要求。 一般滤波电容的设计原则就是,取其放电时间常数R L C 就是其充电周期的确2～5倍。对于桥式整流电路,滤波电容C 的充电周期等于交流周期的一半,即