数控直流稳压电源设计

数控直流稳压电源设计

[摘要]本文介绍了以8051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LM317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。LM317系列三端可调式集成稳压器的方法。

[关键词] 单片机（AT89C51），数模转换器（D/A），液晶，键盘

一、设计任务

设计出有一定输出电压范围和功能的数控电源。

二、设计要求

1.基本部分

（1）输出电压：范围0～＋15V，步进0.1V，纹波不大于40mV；（2）输入电压值由液晶显示；

（3）自制键盘，可以由键盘输入电压值；

（4）输出电压值在输出端用万用表测得。

2．发挥部分

（1）输出电压可预置在0～15V之间的任意一个值；

（2）用自动扫描代替人工按键，实现输出电压变化（步进0.1V 不变）；

（3）扩展输出电压种类（比如三角波等）。

图1设计示意图

目录

引言 (1)

1、设计原理与总体方案 (2)

2、硬件电路设计 (3)

2.1 DAC电路 (3)

2.2 AGC控制电路 (4)

2.3 键盘部分 (6)

2.4 显示部分 (7)

2.5 稳压输出 (8)

3、软件设计流程 (9)

4、总体设计电路 (10)

5、调试过程与结果分析 (11)

5.1调试过程 (11)

5.2结果分析 (11)

总结 (13)

参考文献 (14)

附录1 元件清单 (14)

附录 2 参考源程序……………………………………………

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引言

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。在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流电源来供电。而整个稳压过程是由电源变压器、整流、滤波、稳压等四部分组成。然而这种传统的直流稳压电源功能简单、不好控制、可靠性低、干扰大、精度低且体积大、复杂度高。普通的直流稳压电源品种有很多, 但均存在以下二个问题: 输出电压是通过粗(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,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。稳压方式均是采用串联型稳压电路, 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。传统的直流稳压电源通常采用电位器和波段开关来实现电压的调节，并由电压表指示电压值的大小。因此，电压的调整精度不高，读数欠直观，电位器也易磨损。

而基于单片机控制的直流稳压电源能较好地解决以上传统稳压电源的不足。利用数控直流电源，可以达到每步0.04 V的精度，输出电压范围0-15V。。

1、设计原理与总体方案

鉴于目前数控直流源一般采取运放构成的电流-电压转换电路与单片机结合，设计方案大多为开环系统，主控制器仅用于数字给定及显示，没有对输出电流进行检测和控制。本文在传统电路设计的基础上，利用控制系统中反馈与控制原理，引入电流负反馈，在采样电阻上获取和电流成正比的采样电压，并接人运算放大器的反向输入端，实现负反馈，形成恒流输出的闭环控制系统；软件方面，将具有全局寻优能力但收敛速度慢的遗传算法和具有收敛速度快且局部寻优能力强的直接搜索法结合在一起，设计基于遗传算法和直接搜索策略的混合优化算法，充分利用了遗传算法的全局搜索能力并以此作为优化过程的“粗调”，同时利用直接搜索法良好的局部搜索能力作为优化过程的“微调”，集中了两者的优点，而克服了两者的弱点，得到的目标函数值较遗传退火策略更优，而且一致性更好，用于PID参数整定是具有整定速度快，调节时间短，稳态误差小等优点。同时结合PID算法，形成软件闭环，实现对输出电流的精确控制。

系统工作原理如下：由键盘预置电压值，输入到单片机；采样电阻采集的电压信号经D/A转换器送入单片机，当两值之差绝对值为零或不大于设定值时，不作任何调整；当两值之差大于设定值时，运用PID算法进行调整，送人D／A转换，调整输出电压，直到差值在允许的范围内。单片机控制液晶显示电流的设定值、实际输出值和电压步进值。

2、硬件电路设计

总体设计图：

图2 系统总设计图

2.1 DAC电路

一个8位D/A转换器有8个输入端（其中每个输入端是8位二进制数的一位），有一个模拟输出端。输入可有2^8=256个不同的二进制组态，输出为256个电压之一，即输出电压不是整个电压范围内任意值，而只能是256个可能值。下图是DAC0832的逻辑框图和引脚排列。

图3 DAC0832的逻辑框图和引脚排列

D0~D7：数字信号输入端。

ILE：输入寄存器允许，高电平有效。

CS：片选信号，低电平有效。

XFER：传送控制信号，低电平有效。

WR1：写信号1，低电平有效。

WR2：写信号2，低电平有效。

IOUT1、IOUT2：DAC电流输出端。

Rfb：是集成在片内的外接运放的反馈电阻。

Vref：基准电压（-10~10V）。

Vcc：是源电压（+5~+15V）。

DAC0832输出的是电流，一般要求输出是电压，所以还必须经过一个外接的运算放大器转换成电压。

AGND：模拟地 NGND：数字地，可与AGND接在一起使用。

2.2 AGC控制电路

自动增益控制(AGC)电路原理及作用

自动增益控制电路的作用是：当输入信号电压变化很大时，保持

接收机输出电压恒定或基本不变。具体地说，当输入信号很弱时，接收机的增益大，自动增益控制电路不起作用；当输入信号很强时，自动增益控制电路进行控制，使接收机的增益减小。这样，当接收信号强度变化时，接收机的输出端的电压或功率基本不变或保持恒定。因此对AGC电路的要求是：在输入信号较小时，AGC电路不起作用，只有当输入信号增大到一定程度后，AGC电路才起控制作用，使增益随输入信号的增大而减少。

为实现上述要求，必须有一个能随外来信号强弱而变化的控制电压或电流信号，利用这个信号对放大器的增益自动进行控制。由上述分析可知，调幅中频信号经幅度检波后，在它的输出中除音频信号外，还含有直流分量。直流分量大小与中频载波的振幅成正比，也即与外来高频信号成正比。因此，可将检波器输出的直流分量作为AGC控制信号。

AGC电路工作原理：可以分为增益受控放大电路和控制电压形成电路。增益受控放大电路位于正向放大通路，其增益随控制电压U0而改变。控制电压形成电路的基本部件是AGC整流器和低通平滑滤波器，有时也包含门电路和直流放大器等部件。

运算放大器UA741（或F007）：

图4运算放大器UA741

它是八脚双列直插式组件，②脚和③脚为反相和同相输入端，⑥