课程设计Ⅲ
题目数控直流电压源设计
学生姓名学号
所在学院物理与电信工程学院
专业班级电子1201班
指导教师耶晓东 __ 完成地点博远楼
2015 年12 月10 日
课程设计任务书
院(系) 专业班级学生姓名
一、课程设计题目数控直流电压源设计
二、课程设计进行地点:
三、课程设计的内容要求：
选择通用集成D/A转换器，如DAC0832，将输入的数字量转换为模拟电流输出，配接运放将模拟电流转换为输出电压，再利用三极管提高带负载能力，使输出电压范围满足0V-10V，对应4位（或8位）D/A转换器，可实现步进不大于10/24（10/28）V。注意：①采用精密稳压器为D/A转换器提供参考电压；②运放引入负反馈，通过这两个途径可有效提高控制精度。发挥部分：系统自带电源，输入数字量能通过键盘设定。
数控直流电压源设计
x x
指导教师：
[摘要]以单片机AT89C51单片机为核心，配接8位的DAC0832数模转换器、LM324运算放大器以及四位一体数码管显示器，设计了数控直流电压源。数控步进为0.039V，输出电压在0-10V范围内可通过按键设定。该电路具有简单、直观、可控、稳定性好等特点。经过Proteus环境下的仿真，以及后期的电路连接和调试，电路工作正常，达到了任务书的设计要求。在后续改进中，增加了两个按键可实现步进为1V的调整，使得电压设定更加方便。
[关键词]电压；显示；控制；D/A转换
目录
第一章引言 (1)
第二章系统的设计原理及方案 (2)
2.1 设计原理 (2)
2.2 设计方案 (2)
2.3 方案论证 (3)
第三章硬件电路设计 (4)
3.1 最小系统 (4)
3.2 控制电路 (4)
3.3 数/模转换电路 (5)
3.4 显示电路 (6)
3.5 放大电路 (7)
第四章系统软件设计 (9)
4.1 软件程序设计 (9)
第五章系统测试及数据分析 (11)
5.1 硬件的调试 (11)
5.2 数控部分 (11)
5.3 软件调试 (11)
5.4 电路数据的分析 (11)
5.5 结论 (12)
致谢 (14)
参考文献 (15)
附录A：电路总图； (16)
附录B：元器件清单表； (17)
附录C：数控电压源仿真； (18)
附录D：源程序 (19)
第一章引言
随着科技迅速的发展，人民生活不断提高，科技对于人们来说越来越智能化。电源对于来说已经是生活中不可缺少的电子装备，普通电源的输出量一定，而且在工作的时候会产生误差，系统的稳定性不高，为了使用户更加的方便，本次课题的研究能很好的解决这些问题。
本次设计研究的是数控直流电压源[1]，在研究上大体上分为软件和硬件。软件主要采用单片机的内部程序来完成，程序至关重要，负责各个模块之间的运作，在此分析了程序的工作原理和程序的结构。硬件以单片机为核心，由单片机来贯穿整个硬件系统以达到设计目的。
主要采用的方法由电源模块负责给各个部分供电，通过按键电路给单片机发出指令，配合单片机内部设定的程序对指令进行分析，一方面单片机使四位一体数码管显示出按键电路所按的数值。另一方面单片机由数据地址总线给数模转换器发送数字信号，再由数模转换器将所给的信号转换为模拟电流信号，最后通过LM324放大器将电流转化为电压信号，并且进行放大得到设计要求的输出电压。
第二章系统的设计原理及方案
研究的重点是系统硬件电路设计和软件设计。以单片机系统为核心设计的数控直流电压源，电路简单明了，结构紧凑，这样可以减少因电路繁多而造成相互之间的电磁影响，输出电压采用的是键盘输入方式设定。再通过软件设计可以方便改动一些参数，例如输出电压的步进。可以针对不同的用户设定不同的规格。
2.1 设计原理
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、运算放大电路和系统供电电源等组成。上述各部分单元提供工作电源是由外接220V的交流电源经过整流滤波后提供的，通过独立的键盘为单片机设定一定的预输出值，通过DAC0832转化为模拟量[4]，再经过运算放大和稳压电路最后输出预设电压值，通过数码管能够直观的显示出预设值。
2.2 设计方案
方案一
采用传统的数字电路方案，调节输出的电压是通过“+，-”两个按键操作，用来控制可逆计数器作加，减计数，可逆计数器的二进制数字输出分为两路运行：一路进入数模转换电路（D/A 转换电路），数模转换电路将数字量按比例，转换为模拟电压[2]，之后经过射极跟随器控制,调整输出级，输出稳定的直流电压。另一路用于驱动数字显示电路，可以精确显示当前输出电压值；此方案原理方框图如图2.1所示。
图2.1 方案一系统框图
方案二
采用单片机作为系统的核心控制单元，由电源模块给各个电路进行供电，通过“+”“-”键来对单片机发出指令，在单片机接收到指令后进行分析，然后将“+”“-”键的数值在显示模块显示出来。另一方面将数据经过D/A转换，然后通过放大器来进行调整输出[3]。显示的电压值便是输出的电压大小。此系统比较灵活，数据的预置以及电压的大小控制是采用软件方法得到解决，这样系统硬件可以更加简洁，功能易于实现，能够很好的满足题目的要求。其原理方框图如图2.2所示。
图2.2 方案二系统框图
方案三
并联稳压电源有效率低、输出电压调节范围小和稳定度不高这三个缺点。而串联稳压电源可以避免这些缺点。而简易串联稳压电源输出电压受稳压管稳压值得限制无法调节，必须对简易稳压电源进行改进，增加一级放大电路，专门负责将输出电压的变化量放大后控制调整管的工作。由于整个控制过程是一个负反馈过程，所以这样的稳压电源叫串联负反馈稳压电源。
2.3 方案论证
方案一采用中、小规模器件实现系统的数控部分，使用的芯片很多，造成控制电路内部接口信号繁琐，中间相互关联多，抗干扰能力差。方案三中的负反馈部分过于复杂。方案二比较灵活，采用51系列单片机作为整机的控制单元，数据的预置以及电压的步进控制利用软件方法来解决，使系统硬件更加简洁，各类功能易于实现，能很好地满足题目的。故最终选择方案二。
第三章硬件电路设计
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、运算放大电路和系统供电电源等组成。上述各部分单元提供工作电源是由外接220V的交流电源经过整流滤波后提供的，通过独立的键盘为单片机设定一定的预输出值，通过DAC0832转化为模拟量[4]，再经过运算放大和稳压电路最后输出预设电压值，通过数码管能够直观的显示出预设值。
3.1 最小系统
时钟电路产生单片机工作所需要的时钟信号，。单片机本身就是一个繁琐的同步时序电路，确保同步运作方式的进行，电路在时钟信号的命令下严格地遵守时序电路下开始工作。单片机内部有一个高增益的反相放大器，芯片的XTAL1端口是它的输入端，XTAL2是它的输出端。在芯片的外部，XTAL1与XTAL2在晶体管振荡器和微调电容之间相连。这样就构建成一个稳定的自激振荡器[5]。
晶体管振荡器连接在XTAL1与XTAL2之间在单片机内部产生时钟脉冲信号。时钟信号对于单片机来说是不可缺少的一部分，它是单片机正常工作的基础。单片机最小系统采用上电复位和按键复位两种方式来实现单片机的复位操作。上电复位，顾名思义要接通电源，利用电源来对单片机进行复位操作。按键复位的前提是接通电源的前提下，在单片机工作期间，通过对按键的操作来是单片机实现复位功能。这两部分虽然结构简单，但却是单片机不可或缺的重要组成部分。
图3.1 最小系统电路图
3.2 控制电路
按键的接口一般分为硬件和软件两部分。硬件是指按键的结构及主机的连接方式。软件是指对操作按键时的识别和分析，也就是按键程序。
按键的工作原理又可分为编码式按键和非编码式按键。这两类按键的主要区别是识别按键和相应按键的方法。
编码按键主要是用硬件来实现按键的识别。
非编码按键主要是由软件来实现按键的定义与识别。
非编码按键接照与主机连接方式的不同，可分独立式按键和矩阵式按键。
独立式按键：独立式按键中，每个按键就占用一条I/O线，每个按键电路都是相对独立的。I/O 端口通过按键与地相连，I/O端口有上拉电阻，没有按下按键时，引脚端为高电平，按下按键时，引脚电平为低电平。I/O端口内部有上拉电阻时，外部可以不接上拉电阻。
控制电路主要由单片机组成，利用软件程序来控制，将单片机的p1端口设置为按键开关输入信号，当按键发生不同的变化时，单片机会通过程序控制显示部分，使其显示的数值在设定范围内可加可减，并且加减的程度不一，可以实现轻松、快速、准确的达到预定电压。当没有按下键时，单片机的p1.0至p1.3是高电平[6]。当按下键时，与按键相连的单片机端口会改变为低电平，其他的端口电平不变。所以，如果能检查到I/O线的高低电平，就能判断按下了哪个按键。
确定是哪个键按下后，还要知道该建的功能是怎样的，就可以做出相应的处理。键盘各按键的功能分别是加键（+1V）、减键（-1V）、加键（+0.039V）、减键（-0.039V）。（+）键可实现输出电压加0.03V和1V；（-）键可实现输出电压减0.039V和1V。
由于本设计要求数控电源的输出电压调整范围为0.0V～9.9V,步进值为0.039V，如果要实现从0.0V到9.9V的调整，就必须要重复操作很多次，因此仅使用加键或减键来实现数据的加0.093或减0.039将会很麻烦，为了减少按键的次数，可采用分档输入方式，即增加一个（+1）、（-1）键，在个位之间进行切换，这样实现数据调整明显要方便很多。
图3.2 控制电路图
3.3 数/模转换电路
由于数控电源输出的是模拟信号，而单片机输出的是数字信号，所以，必须要通过数/模转换。数/模转换芯片很多，有电压输出和电流输出，分辨率也有所不同，有8位，12位，16位等等，不同的分辨率，价格也有很大的差距，因数控电源输出的精确度要求不是很高，如果在成本上考虑，使用8位的数/模转换器DAC0832就可以做到。从单片机到数/模转换器DAC0832的导线中连接的电阻起到一个始终保持高电平。
该设计是采用DAC0832对数据进行数模转换，它的数据端口与单片机的P0口直接相连，DAC0832的CS和XFER连接到P3.6，单片机的WR端接数模转换的WR1，让DAC0832单缓冲下工作。DAC0832的8脚接参考电压，为了方便设计，在本次设计中的电压在0-10V电压，所以在DAC0832的8脚输出电压的分辨率为10V/256=0.0390 0.039V，也就是说DAC0832输入数据端每增加1，电压增加0.039V。再使DAC0832的电压输出端接到运放LM324，DAC0832的输出电流可转换成电压[7]。改变P0端口的数据可以改变DAC0832的输出电压，如当P0＝00H时，DAC0832的输出电压就应为0V。
数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮[8]。通过分时轮流控制各个数码管的的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为1～2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低[9]。
图3.4 显示系统设计
3.5 放大电路
通过数/模转换器DAC0832输出的是电流，由于我的设计最终输出为模拟电压信号，所以要将由数/模转换器输出的电流信号转换为电压信号，这里就应该用到一个运算放大器来实现。
LM324系列器件带有真差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，LM324四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，在本设计中要用到3个放大器，而LM324内部有四个放大器，这样在成本上可以减少，并且在电路的复杂程度上也得到了很好的优越。因此被广泛应用在各种电路中[10]。
LM324放大器可以工作在3.0V到32V的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。由第一个放大器将电流转换为电压后，电压的取值范围在0-5V，这样达不到设计要求，还需要将输出电压的数值进行放到到0-10V，这样就使得第二个放大器的放大倍数要达到2倍。放大器电压放大倍数Av仅由外接电阻R2、R3决定，即：Av=1+R2/R3。负号表示输出信号与输入信号相位相反[11]。tt端来自数模转换器的输出端，由于该点的输出电压不能达到满量程5V，误差在0.2V范围内，所以通过在第一个放大器输出端的电压误差来具体求得R2和R3的数值，这样可以减少最终输出电压的误差。这样就可以达到设计要求的电压值，再通过三极管的导通可以在R5之间得到0到10V的电压值。
图3.5放大电路
第四章系统软件设计
4.1 软件程序设计
程序设计流程图如图4.1所示。程序开始以后，首先进行数码管的初始化。然后检测按键，如果没有按下按键，数码管当前显示示数为0V；如果有按键按下，进入电压检测中断程序，确认当前数码管的调整值[12]。接着检测D/A是否启动，启动以后进行数模转换，将转换后的模拟量送给系统最终输出端。
系统软件完成的功能主要可以分为以下几部分：
（1）并行接口单元电路连接按键，识别按键的状态、产生键码并显示在数码管上；
（2）启动DAC0832进行数模转换，将预置电压缩小1/2后单极输出；
（3）实现对整个系统的运行进行控制，完成系统步进、扫描、扩展输出电压等功能。
系统主程序，菜单界面子程序组成软件设计的骨架，行反转法键盘扫描子程序，键盘按键取值子程序，算法子程序，显示子程序，“+”、“－”步进子程序，“+”、“－”扫描子程序，程序流程如图4.1所示。
行反转法键盘扫描子程序：该子程序通过行反转法检测实验平台键盘，取得键值。该子程序可以判断键盘被按下的情况得到指令来实现对数码管的改变。
键盘按键取值子程序：该子程序先对键盘进行一次扫描子程序，取得键值后并非返回主程序，而是继续扫描键盘，直到确定键盘扫描子程序已经扫描不到按键为止。这样的作用是每次调用键盘按键取值，子程序就会取得相应的一个键值，不会因为连续按键而将前面的键值覆盖。
图4.1软件流程图
第五章系统测试及数据分析
5.1 硬件的调试
(1)在进行系统仿真时，单片机连接数模转换器的输出端口在运行的时候不是高电平状态，由此我在电路中加了定值电阻，这样保证了输出为高电平。
(2)显示数码管的示数不是很亮，这样看上去很不方便，所以我在电路中加了上拉电阻，它的作用是增大电流，这样显示的问题就得到了解决。
(3)由于LM324输出的实际电压值不同等与数码管显示的电压，所以显示的电压与实际的电压值有偏差，所以通过放大器电阻的调整使显示和输出的示数误差尽可能的减小。
5.2 数控部分
(1)接通电源，通过按“＋”、“－”键来观察数码管上的显示示数是否有误。使用减按键为最小值时，数码管一直显示为0。
(2)长按“＋”、“－”，能否进行扫描。
5.3 软件调试
(1)在调试主程序时，由于没有调启动DAC0832的程序，D/A转换不能正常进行,调用后能正常进行D/A转换。
(2)显示子程序的调试
在调试显示子程序时，由于调用的延时时间不够，数字在数码管上显示不稳定，通过对系统的多次调试，改变延时时间，最终数字能稳稳地显示在数码管上[13]。
(3)中断子程序的调试
在调试中断子程序时，开始我采用的是电平触发方式，效果达不到要求，按下调整按键没有松开，中断程序一直在执行，也就是说中断程序不只执行一次，之后我改为脉冲触发方式后，能达到理想的效果。
5.4 电路数据的分析
(1).电压输出范围的测试主要测试仪器：数字万用表
①设计要求的范围内，通过程序电压极值，先设最低值，再设最高值，用数字万用表测量相应的输出电压，重复测试三次，具体测试数据如表5.1所示
5.1 电压输出测试数据
次数第一次第二次第三次
极值Vmin(0V) Vmax(9.99V) Vmin Vmax Vmin Vmax 设定值0 9.99 0 9.99 0 9.99 实测值0 9.80 0.01 9.85 0 9.84
试验误差0 0.19 0.01 0.14 0 0.15
②误差分析
根据以上数据看出，实际输出的电压最高值达不到要求的10V，主要原因是在设计电路原理的时候考虑到条件不足，DAC0832的输出达不到满量程5V，通过对R2、R3电阻阻值的调整[14]，可以弥补DAC0832输出的不足，则可以达到要求。
总体分析：由以上数据分析可知，在两端点处，系统误差可以忽略不计，完全达到题目设计要求。
5.5 结论
本次设计过程中，我选择的主要核心是单片机，在以往的课设中，我总是用的数模电为基础来设计电路，这种电路的逻辑简单，让人容易接受。可是电路连接和电子元器件较多，给电路有时会带来一些干扰，使结果没有想象中的那么完美，和理论依据也稍有偏差,在电路图设计出来之后主要的就是考验电路的连接，没有什么可以更好的提高自己设计的能力。但是用到单片机为基础，以上的许多缺点都可以得到很好的解决。比如单片机最好的一点就是可以让电路简单化，有时候完成设计只需要几个芯片就可以实现设计目标。其次单片机主要考察的就是程序的运用，在软件的设计方面，有很多值得学习的地方，软件设计可以用语言来达到设计要求，不论是成本还是在设计方面都可以使自己的设计变得简单，容易操作，我更加相信软件的发展只会越来越好，越来越重要，运用好软件方面的知识，会在以后的设计中都变的很简单。
本次的设计中，我采用单片机为核心，通过程序的设计，使单片机来控制四位一体数码显示管的显示和数值，以单片机的地址数据总线来给数模转换器输入数据，从而让其输出想要得到的信号。从数模转换器输出的信号再加以转化和放大，最终得到设计要求。利用按键输入给单片机一些指令，让单片机来分析和执行程序，使各个模块按计划的方向运行，总体上电路实现了简单、可控、精准的特点。
不过本次设计也有许多不足之处，比如在组装硬件电路和调试的过程中碰到了很多难题和自己难以解决的问题，经过查阅资料和请教同学，最终解决了部分问题，实物实现了部分功能。还有就是自己的软件知识不过关，在软件方面可以理解，但要主动自己设计的话还存在一定的问题，我觉得在今后得加强软件方面的学习和研究，争取可以实现独自完成设计。
同时，通过本次课程设计，巩固了学习过的专业知识，把理论与实践从真正意义上相结合了起来；考验了借助互联网络搜集、查阅相关文献资料，和组织材料的综合能力；从中可以自我测验，认识到自己哪方面有欠缺、不足，以便于在日后的工作中得以改进、提高；通过软件Proteus，也了解到计算机辅助设计的智能化，有利于提高工作效率。
本次设计是一个小型、便捷、可控、稳定的电压源的研究，是我在前人的基础上针对自己能力所开展的一次研究，在这次研究的内容、过程、结果都给了我很多经验和启发。在这次设计中使我喜爱上了单片机，它可以将很多硬件通过软件来实现，使复杂的电路实现简单化，给我的制作带来很多便捷。我更加看好的是科技的发展和进步，我认为在这个专业只有进步，没有后退，需要做的
就是不断地展开研究，为人们的生活水平不断提高而献出自己的一份力。
致谢
首先，非常感谢耶老师指导此次的课程设计。虽然，耶老师没有带过的课。但是，耶老师却很负责任要求我们签到。因为大四的我们会不时的离校，通过签到和请假能确实我们在何地何处，以便于了解我们的实时情况。对于此次的报告老师要求严格。还有六个月我们就要离开这个陪伴我四年的大学——陕西理工学院，非常感谢学院老师可以给我们安排这个课程，让我在即将在做毕业设计之前有一个这样的经历，这会给我做毕业设计带来很大的帮助。
参考文献
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附录A：电路总图；实物图；
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
广西理工职业技术学院 毕业设计（论文）题目：简易数控电源 系别：电气工程系 专业班级：11机电3班 姓名：X X X 学号：20114077 指导教师：X X 二〇一三年八月二十日
摘要：数控直流稳压源就是能用数字来控制电源输出电压的大小，而且能使输出的直流电压能保持稳定、精确的直流电压源；本文介绍了利用数/模转换电路、辅助电源电路、去抖电路等组成的数控直流稳压电源电路，详述了电源的基本电路结构和控制策略；它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，其结构简单、制作方便、成本低，输出电压在1～15V之间连续可调，其输出电压大小以0.05V步进，输出电压的大小调节是通过“＋”“－”两键操作的，而且可根据实际要求组成具有不同输出电压值的稳压源电路。该电源控制电路选用89C51单片机控制主电路采用串联调整稳压技术具有线路简单、响应迅速、稳定性好、效率高等特点。最后对文章进行了总结、致谢、参考文献文章最后对数控直流电源的主要性能参数进行了测定和总结，并对其发展前景进行了展望。 关键词：单片机（MCU)；数模转换器DAC；稳压输出
Abstract: Numerical control DC voltage source is to use numbers to control the output voltage, DC voltage source and the output DC voltage to remain stable, accurate; this paper describes the use of CNC digital / analog conversion circuit, auxiliary power circuit, debounce circuit of direct current voltage stabilized power supply circuit, introduces the basic circuit the structure and control strategy of power supply; compared with the traditional manostat, has the advantages of convenient operation, high voltage stability characteristics, which has the advantages of simple structure, convenient manufacture, low cost, the output voltage is adjustable continuously between 1 ~ 15V, its output voltage to 0.05V step, the size of the output voltage is regulated by "" + "-" two key operation, and according to the actual requirements of voltage source circuit is composed of different output voltage. The power control circuit adopts 89C51 single-chip control of the main circuit adopts serial voltage regulate technology has the advantages of simple circuit, quick response, good stability, high efficiency. Finally, the article summarized, acknowledgements, references at the end of this paper, main performance parameters of the numerical control DC power supply are studied and summarized, and its development prospect. Keywords: single chip microcomputer (MCU); digital to analog converter; voltage output DAC;
数控直流电流源 摘要:本文设计了一种数控直流电流源的方案，给出了硬件组成和软件流程及源程序。以STC89C52单片机为核心控制电路，利用12位D/A模块产生稳定的控制电压，12位A/D模块完成电流测量。输出电流范围为20~2000mA，具有“+”“-”步进调整功能，步进为1mA，纹波电流小，LCD同时显示预置电流值和实测电流值，便于操作和进行误差分析。 关键词：STC89C52数控电流源 Numerical Control DCCurrent Source Abstract:This paper introduces a design scheme of numerical control DC current source ,and gives the hardware composition and software flow as well as the source program. UseSTC89C52MCU as the core control circuit. 12 D/A module generates A steady the control voltage and 12 A/D module completes current measurements.The current-output ranges 20 to 2000mA,with "+" and "-" steppingfor 1mA adjustment function and small ripple current. LCD could show presets current value and the measured resultat the same time,for easy operation and error analysis. Keywords:STC89C52 Numerical controlCurrent source 1设计方案的选择 1.1电路综合设计流程
摘要 本设计以AT89S52单片机为核心控制芯片，实现数控直流电源功能的方案。设计采用8位精度的DA转换器DAC0832、三端可调稳压器LM350和一个UA741运算放大器构成稳压源，实现了输出电压范围为＋1.4V～+9.9V，电压步进0.1V的数控稳压电源，最大纹波只有10mV，具有较高的精度与稳定性。另外该方案只采用了5个按键实现输出电压的方便设定，具有设定值调整，微调（步进量0.1），粗调（步进量1）三种调整功能，显示部分我们采用了三位一体的数码管来显示输出电压值。我们自行设计了 12V和5V电源为系统供电。该电路的原理是通过MCU控制DA的输出电压大小，通过放大器放大，放大后的电压作为LM350的参考电压，真正的电压还是由电压模块LM350输出。利用5个按钮调整电压、并且通过共阴极三位一体LED显示输出的电压值。设计使用3三位一体数码管，可以显示三位数，一个小数位，比如可以显示5.90V，采用动态扫描驱动方式。与传统的稳压电源相比具有操作方便，电源稳定性高以及其输出电压大小采用数码显示的特点。 关键词：数控，步进，三端可调稳压器 I
ABSTRACT The design is with the MCUAT89S52 for the core control chip,which carry out the project that the function of the number controls the direct current power supply.Designed with the precision of eight DA converter DAC0832, three-adjustable regulators LM350 and a UA741 Operational Amplifiers constitute Regulators source, the output voltage range of +1.4 V ~ +9.9 V, 0.1V voltage step NC Regulators Power, it has with high precision and stability and only have the biggest ripple of 10 mV. Meanwhile, the program used only five keys to achieve the convenience of the output voltage setting ,with setting value adjustments. It has three kinds of adjust function,which can carry out micro-adjustment (Stepping volume 0.1)and the coarse adjustment (Stepping volume 1). The show part we have adopted a three-dimensional digital pipe to show the output voltage value. And we designed the 12V and 5V power supply system for electricity. The principle of that electric circuit was that the output voltage size which passes the MCU to control DA, passing the amplifier amplification, and the voltage is the reference voltage of the LM350. And the real voltage is still the LM350 outputs are from the voltage mold piece. Making use of five buttons to adjustment voltages, and pass the total cathode Christian Trinity LED to display the output's voltage .In this design I used 3 piece code tubes, which can show three position numbers, one of them is a fraction position. for example ,it can show a 5.90 Vs. In this design I adopt the scan to drive way is dynamic state sweep. With traditional steady press power supply to compare to have an operation convenience, the power supply stability high characteristics, its exportation electric voltage size adoption figures show. Keywords: Numerical Control, Stepping,Three-adjustable regulators II
全国电子设计大赛培训班设计报告（数控电压源） 组员：龚文周、彭玉琴、李冻秀、胡高丽 1．实验任务 本次实验是以89C51单片机为控制单元,以数模转换器DAC0832输出参考电压,以该参考电压控制电压转换模块LM350的输出电压大小。该电路设计简单,应用广泛,精度较高等特点。 2. 对选用芯片说明 DAC0832是一款常用的数摸转换器,它有两种连接模式,一种是电压输出模式,另外一种是电流输出模式,为了设计的方便,选用电压输出模式,如电路图所示,Iout1和Iout2之间接一参考电压,VREF输出可控制电压信号。它有三种工作方式：不带缓冲工作方式,单缓冲工作方式,双缓冲工作方式。该电路采用单缓冲模式,由电路图可知,由于/W R2=/XFER=0,DAC寄存处于直通状态。又由于ILE=1,故只要在选中该片（/CS=0）的地址时,写入（/WR=0）数字量,则该数字信号立即传送到输入寄存器,并直通至DAC寄存器,经过短暂的建立时间,即可以获得相应的模拟电压,一旦写入操作结束,/WR1和/CS立即变为高电平,则写入的数据被输入寄存器锁存,直到再次写入刷新。 3. 软件系统 软件的设计主要完成三方面的功能: 1.设置电压并且保存,主要是对EEROM的操作。 2.把设置的电压送到DA,主要是对DA的操作。 3.中断显示,把设置的电压显示到LED数码管上。 该数控电压源实现保存最近10电压功能,当打开电源的时候,它显示和输出的必须是上次使用电压大小,所以在EEROM中使用11个地址保存数据,第一个地址保存当前电压编号,大小为1~10。第2个地址~第11个地址连续保存10个电压大小数据。电压编号的大小分别对应到相应地址电压大小。 对软件流程做一下说明：当电源打开的时候,MCU进行复位,寄存器清零。接着电源应该显示和输出上次关机前的电压大小,这时候MCU先读取EEPROM中保存的电压编号,根据电压编号读出对应电压,把该数据送到DA,在转换成BCD码送到显示部分。这时候程序循环检测是否有按键信号,如果KEY1按下,电压编号指向下一个,保存该电压编号,读对应电压,把他送到DA并且显示。如果KEY2按下,当前电压数据加1,相对应输出电压（POWER—OUT引脚）增加0.1V,保存设置电压数据。如果KEY3按下,电压数据减1,输出电压 减少0.1V,保存设置电压数据。 4．电路原理图
数控直流电流源程序
/* 跳线说明： 1）将EXP-LM3S811板卡上JP9、JP13跳至左侧（短接1-2）； 2）将EXP-min_system_board板卡上JP13、JP14、JP15、JP16跳至右侧（短接2-3。 操作过程： 1）将EXP-min_system_board板卡上K1拨动开关拨至ON状态，给液晶上电； 2）调节RP1电位器，使液晶有合适的背光； 3）上电，编译并下载程序，复位后全速运行程序；观察液晶显示的内容，再修改程序使之显示自己的内容。 */ #include "systemInit.h" #include "ADS7886.h" #include "TLV5616.h" #include "timer.h" #define CTL_PERIPH SYSCTL_PERIPH_GPIOC // 控制液晶所用的片内端口外设定义 #define CTL_PORT GPIO_PORTC_BASE #define SCK GPIO_PIN_4 // 定义信号SCK #define SID GPIO_PIN_5 // 定义信号SID #define CS GPIO_PIN_6 // 定义信号CS
#define PSB GPIO_PIN_7 // 定义信号PSB #define SCK_L GPIOPinWrite(CTL_PORT,SCK,0x00) // 定义信号输出低电平 #define SID_L GPIOPinWrite(CTL_PORT,SID,0x00) #define CS_L GPIOPinWrite(CTL_PORT,CS,0x00) #define PSB_L GPIOPinWrite(CTL_PORT,PSB,0x00) #define SCK_H GPIOPinWrite(CTL_PORT,SCK,0xFF) // 定义信号输出高电平 #define SID_H GPIOPinWrite(CTL_PORT,SID,0xFF) #define CS_H GPIOPinWrite(CTL_PORT,CS,0xFF) #define PSB_H GPIOPinWrite(CTL_PORT,PSB,0xFF) #define SID_READ GPIOPinRead(CTL_PORT,SID) // 定义读回的数据 #define SID_IN GPIOPinTypeGPIOInput(CTL_PORT,SID) // 定义SID信号为输入 #define SID_OUT GPIOPinTypeGPIOOutput(CTL_PORT,SID) //定义SID信号为输出 #define LED_PERIPH SYSCTL_PERIPH_GPIOB #define LED_PORT GPIO_PORTB_BASE #define LED GPIO_PIN_5 #define KEY_PERIPH SYSCTL_PERIPH_GPIOD // KEYS所接的端口 #define KEY_PORT GPIO_PORTD_BASE #define KEY GPIO_PIN_7|GPIO_PIN_6|GPIO_PIN_5|GPIO_PIN_4|GPIO_PIN_3|GPIO_ PIN_2|GPIO_PIN_1|GPIO_PIN_0 #define KEY_H GPIO_PIN_7|GPIO_PIN_6|GPIO_PIN_5|GPIO_PIN_4
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。
数控直流稳压电源的设 计 文稿归稿存档编号：[KKUY-KKIO69-OTM243-OLUI129-G00I-FDQS58-
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 CP 脉冲
由脉冲控制多路模拟开关,脉冲由信号源直接给定.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： → → → 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： ↗ → ↘ 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
1引言 随着对系统更高效率和更低功耗的需求，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和智能化方向发展。整流系统由以 前的分立元件和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设计任务和要求 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0.5 Q 。 5. 输出直流电压能步进调节，步进值为 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 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。 1V 。 1所示。主 命压调￡电蜡
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。电路如图所示。 式中，U max为稳压电源输出最大值；(U-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-U o) min 之和的确良10% ；△ U为电网波动引起的输入电压的变化(一般取U O (U-U o) min、U Rip之和的10%。 对于集成三端稳压器，当(U-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 > 15+3+1.8+1.98 >22(V),取UI=22V.根据UI可确定变压器次级电压U2。U 2=U/ 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：1 2=(1.5 ?2)I I~ (1.5 ?2)I O=1.5 X 0.5=0.75(A).取变压器的效率耳= 0.8,则变压器的容量为 P=U 2I2/ n =20X 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 X 0.5=0.25(A) 每只整流二极管承受的最大反向电压为 U RM max 42 20 (1 10%) 31(V) 选用三极管IN4001，其参数为：I D=1A,U=100\A可见能满足要求。 一般滤波电容的设计原则是，取其放电时间常数RC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
1 前言 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得电源。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。 稳压电源按输出电压的类型分为直流稳压电源和交流稳压电源。其中直流稳压电源是电子技术常用的设备之一，直流稳压电源有许多基本功能要求，例如输出电压值能够在额定输出电压值以下任意设定和正常工作；对输出的电压值要求精确的显示和识别。而普通的直流稳压电源或多或少存在这样或那样的问题，他们的电源输出时通过波段开关盒电位器来控制的，当输出电压需要精确输出，或者在一个小范围内微调时，困难相对来说就很大；而且随着使用时间的增加，模拟电路元件在使用过程中难免发生磨损，波段开关与电位器均会或多或少产生接触不良现象，这会造成电压输出的误差。另外，传统的串联型稳压电路构成较为复杂，稳压精度不高。总体来说，传统稳压电源实现方式亟待改进。 现当代社会是信息技术不断发展的社会，模拟技术逐渐被更为优越方便的数字技术取代，大规模的社会化生产也要求更高的技术和效率。众多家用电器以及各类电子电器设备均需要直流稳压电源对其进行供电。而我们生活中用电均为220V的交流供电，这就需要通过变压、整流、滤波、稳压电路将交流电转换为稳定的直流电。滤波器用于滤除整流输出中的纹波，一般传统电路由于滤波扼流圈和电容器组成，若由晶体管滤波器来代替，则可缩小直流电源的体积，减轻其重量，而且晶体管滤波直流电源不需要直流稳压器就能作家用电器的电源，这既降低了家用电器的成本，又降低了其成本，又缩小了其体积，使家用电器小型化。 基于单片机控制的数控直流电压源可以克服稳压电源构成复杂，元器件磨损严重，稳压精度不高，读数不方便等缺点，更稳定更直观的完成模拟稳压电源的任务。而且成本小，经济实惠，便于在大规模的社会生产中采用。所以，对于数控直流电压源的研究与设计进步是技术上的革新，而且有实际的经济性，可以提高生产效率，是现代工业生产应用中的不二选择。
基于单片机的数控电压源课程设计 一．系统硬件设计结构框图 本数控直流稳压电源的设计以一稳压电源为基础，以高性能单片机系统为控制核心，以稳压驱动放大电路、短路保护电路为外围的硬件系统，在检测与控制软件的支持下实现对电压输出的数字控制，通过对稳压电源输出的电压进行数据采样与给定数据比较，从而调整和控制稳压电源的工作状态及监测开关电路的输出电流大小。本数控直流稳压电源实现以下功能：键盘可以直接设定输出电压值；可快速调整电压；LCD显示电压值等。 1.1 8051简介 我们采用8051系列的AT89S51作为CPU，AT89S51是一种带4K字节FLASH可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。 1．2 主要特性 1）与MCS-51兼容； 2）8位字长的CPU； 3）可在线ISP编程的4KB片内FLASH存储器，用于程序存储，可擦写1000次； 4） 256B的片内数据存储器，其中高128字节地址被特殊功能寄存器SFR占用；
5）可编程的32根I/O口线（P0～P3）； 6）2个可编程16位定时器； 7）一个数据指针DPTR； 8）1个可编程的全双工串行通信口； 9）具有“空闲”和“掉电”两种低功 耗工作方式； 10）可编程的3级程序锁定位； 11）工作电源的电压为5（1±0.2）V； 12）振荡器最高频率为24MHz； 13）编程频率3 ～24 MHz，编程电流 1mA，编程电压为5V。 1．3芯片引脚排列与名称 DIP封装形式的AT89S51的芯片引脚排 列与名称如图1所示。 VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口为一个8位，并行，图1 AT89S51的芯片引脚排列与名称 漏极开路双向I/O口，作为输出时可驱动8个TTL负载。该口内无上拉电阻，在设计中作为D/A，A/D及液晶显示器的数据口。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4个TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，该口在设计中低四位作为键盘输入口，高四位与RST作为在线编程下载口。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收/输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，可作为输入。在作为输出时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。该口在设计中作为D/A，A/D及液晶显示器的控制口。 P3口：P3口管脚是带内部上拉电阻的8位双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流，这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89S51的一些特殊功能口，如下表1所示： 表1 各端口引脚与复用功能表
基于单片机的数控直流稳压电源的设计 作者姓名 专业电气工程及其自动化 指导教师姓名 专业技术职务讲师
目录 摘要 (1) 第一章引言 (1) 1.1.数控电源的发展史 (1) 1.2.数控电源的应用范围 (2) 1.3.数控电源的优点 (2) 第二章系统的设计要求和方案选择 (3) 2.1.设计要求 (3) 2.2.方案论证与比较 (3) 2.2.1稳压电源的选择 (3) 2.2.2 数字显示方案 (4) 第三章系统硬件设计 (4) 3.1.系统设计 (4) 3.2.微控制器模块 (5) 3.2.1 8051单片机的性能 (5) 3.2.2 8051单片机的最小系统 (6) 3.3.电源模块 (7) 3.3.1单片机供电模块 (7)
3.3.2整流滤波电路和+5v供电模块 (7) 3.4.W117电阻网络和继电器驱动电路 (8) 3.5.显示电路 (10) 3.6.键盘电路 (10) 第四章软件 (11) 4.1.主程序 (11) 4.2.扫描键盘程序 (17) 4.3.显示驱动程序 (18) 第五章总结 (23) 第六章附件（电路图） (24) 参考文献 (25) 致谢 (26)
摘要 数控直流稳压源就是能用数字来控制电源输出电压的大小，而且能使输出的直流电压能保持稳定、精确的直流电压源；数控电源是针对传统电源的不足设计的，数字化能够减少生产过程中的不确定因素和人为参与的环节数，有效地解决电源模块中诸如可靠性、智能化和产品一致性等工程问题，极大地提高生产效率和产品的可维护性，市场前景广阔。在本文中控制部分主要以8051单片机为核心制作控制电路，稳压部分主要以w117为核心制作三端稳压电路，显示部分采用数码管显示，输入采用键盘式输入再加一个驱动电路；通过软件编程有效的实现可控、可显的电源输出。 关键词：直流稳压电源；8051单片机；数码管显示。 第一章引言 1.1. 数控电源的发展史 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。从组成上，数控电源可分成器件、主电路与控制等三部
课程名称：电子课程设计 课题名称：简易数控直流可变稳压电源的设计 班级：测控技术与仪器 07级2班 小组成员：谯建辉 2007071066 丁滔 2007071084 使用仪器：直流电源，万用表 学校：成都信息工程学院 课程设计时间：2009年11月19日—12月31日 数控直流可变稳压电源的设计 1.内容摘要：数控直流可变稳压电源由输入电路，稳压输出电路和显示电路组成。输入电路输入的电 压直接由实验室直流电源提供，提供的直流电压经退耦、滤波后直接输入到三端可调式稳
压器的输入端，通过改变三端可调式稳压器的电阻而得到不同的电压输出，在这里选用8通道数字模拟开关改变三端可调式稳压器可调端的电阻。通过按键计数状态来控制8通道数字模拟开关的开关状态，计数的状态与三端可调式稳压器的输出电压一致，同时将计数状态在数码管上同步显示输出的电压。 2.设计指标：(1)用集成芯片制作一个2～9V 的直流电源。 (2)最大功率要求10W 以上。 (3)电压的调整步进为1V 并有相应的指示。 (4)具有过压、过流保护。 3.方案选择与系统框图： 方案一： 该数控直流可变稳压电源主要由滤波电路，稳压电路和计数显示电路组成。 方案采用LM317组成数字可调直流稳压电压源，采用7805构成固定输出电压源。 LM317是可调式三端稳压器，能够连续输出可调的稳定的直流电压。它只允许可调正电压，且该稳压器内部含有过流，过热保护电路；LM317通过一个电阻（R ）和一个可变电位器（Rp ）组成电压输出调节电路，它的输入电压Vi= 15V ，输出电压为 V o=1.25（1+Rp/R ），在该方案中，通过8通道数字控制模拟开关4051芯片改变Rp 的值，从而改变输出的电压值。 7805是固定式三端稳压器，当其输入输出的压差达到要求时，其固定输出+5V ，一般要求7805的输入输出的压差在大于2V 的情况下，才能保证正常输出。 8通道数字控制模拟开关4051的开关的选通，通过其使能端与其选通状态代码控制，而其选通状态代码则通过74LS193加/减计数器的计数输出状态控制。该方案要求在稳定输出步进为1V 的直流电压输出（2—9V ）的同时，将输出电压在数码管上显示。在这里，选用驱动共阴极数码显示器的BCD 码四位—七段译码器—4511，将4511的译码输入端直接与74LS193计数器的计数状态输出端，将4511的译码输出端通过适当阻值的电阻，再与共阴极数码管相连接，这样就可以初步实现输出电压与显示同步。 系统框图： 方案二： 利用单片机，D/A 转换器，LM324设计数控可变直流稳压电源。 利用单片机编程实现按键中断后输出不同的代码，经D/A 转换，放大后就可得到期望的模拟电压输出，
简易数控直流稳压电源设计 一、设计任务和要求 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5~15V，纹波小于10mV 2．输出电流为止500m A. 3．稳压系数小于。 4．直流电源内阻小于Ω。 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。 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。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 三、电路设计 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 之和的确良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 之和的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++≥22(V),取UI=22V.根据UI 可确定变压器次级电压 U 2。 U 2=U I / ～≈(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=～ 2)I I ≈～2)I O =×=(A).取变压器的效率η＝,则变压器的容量为 P=U 2I 2/η=20×=(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×=(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是，取其放电时间常数R L C 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 R L C ≥（2～5）T/2=2～5/2f, 由于ω＝2πf,故ωR L C ≥(2～5)π,取ωR L C ＝3π则 C=3π/ωR L 其中R L =U I /I I ，所以滤波电容容量为C ＝3πI I /2πfU I ＝(3π×/ 2π×50×22＝×103 (μF) 取C=1000μF 。电容耐压值应考虑电网电压最高、负载电流最小时的情况。 U Cmax =×2U 2max =×2×20≈(V) 综合考虑波电容可选择C=1000μF ，50V 的电解电容。另外为了滤除高频干扰和改善电源的动态特性，一般在滤波电容两端并联一个～μF 的高频瓷片电容。 2．可调稳压电路设计 为了满足稳压电源最大输出电流500mA 的要求，可调稳压电路选用三端集成稳压器CW7805，该稳压器的最大输出电流可达 1.5A ，稳压系数、输出电阻、纹波大小等性能指标均能满足设计要求。要使稳压电源能在5～15V 之间调节，可采用图3所示电路。