简易数控直流电源设计的报告

简易数控直流电源

i 摘 要

数控直流电源是一种常见的电子仪器，广泛应用于电路，教学试验和科学研究等领域。目前使用的可控直流电源大部分是点动的，利用分立器件，体积大，效率低，可靠性差，操作不方便，故障率高。随着电子技术的发展，各种电子，电器设备对电源的性能要求提高，电源不断朝数字化，高效率，模块化和智能化发展。以单片机系统为核心而设计的新一代——数控直流电源，它不但电路简单，结构紧凑，价格低廉，性能优越，而且由于单片机具有计算和控制能力，利用它对数据进行各种计算，从而可排除和减少模拟电路引起的误差，输出电压和限定电流采用数输入采用键盘方式，电源的外表美观，操作使用方便，具有较高的使用价值。

关键词：数控直流电源 单片机

ABSTRACT

Numerical control dc power is a common electronic instrument, is

widely used in the circuit, the teaching experiment and scientific

research, etc. Current use of controlled most of the dc power supply is

the point start, the use of the device division, big volume, low efficiency,

poor reliability, operation convenience, not high failure. With the

development of electronic technology, various kinds of electronic,

electrical equipment to improve the performance requirements of power,

the power supply, high efficiency, the constant digital modular and

intelligent development. Based on the single chip computer system as the

core and the design of a new generation of numerical control dc power,

it-not only circuit is simple, compact structure, the price is low,

superior performance, and because the single-chip microcomputer with the

calculation and control ability, use it for data, so as to eliminate all

kinds of calculation and reduce the error caused by the analog circuit,

output voltage and current limit the number of the keyboard input way,

the power supply appearance, convenient in operation, has higher

application value.

Key words： Numerical control dc power Single-chip microcomputer

1 目 录

第一章 设计任务与要求.........................................................1

1.1 基本功能…………………………………………………..1

1.2 扩展与创新………………………………………………..1

第二章 系统方案………………………………………..……2

2.1 直流稳压电源...................................2

2.2 总设计方案.....................................2

第三章 系统硬件设计………………………………….…….5

3.1 数控部分.......................................5

3.2 稳压输入部分...................................7

第四章 软件设计………………………………….…………..9

4.1 软件设计流程图.................................9

第五章 测试结果及结果分析……….………………………11

5.1 系统功能测试..................................11

5.2 系统指标测试..................................11

5.3 系统误差分析..................................12

致谢…………………………………………………………….13

参考文献………………………………………………...……..14

附录............................................................................................15

第一章 设计任务与要求

1.1 基本功能

（1）输出电压：范围 0～＋9.9V，步进 0.1V， 纹波不大于 10mV；

（2）输出电流：500mA；

（3）输出电压值由数码管显示；

（4）由“＋”、“－”两键分别控制输出电压步进增减；

（5）为实现上述几部件工作，自制一稳压直流电源，输出±15V，＋5V。

示意图如下：

图 1.1

1.2 扩展与创新

（1）输出电压可预置在 0～9.9V 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）。

第二章 系统方案

2.1 直流稳压电源

稳压电源是能为负载提供稳定交流电源或直流电源的电子装置。对一个理想的直流

稳压电源来说，应具有下述特点：

(l)在直流和所有频率下，输出阻抗为零；

(2)在交流电源电压很宽的范围内，并在供电电路所要求的负载电流范围内，调整率为零；(直流电压输出恒定)

(3)功耗为零；

(4)电网电压和负载电流变化时，输出电压能立即恢复稳定；

(5)当过载电流消除时，过载保护装置能自动恢复到正常工作状态。

为了给元器件提供稳定的电流输出，我自制了一个直流稳压电源，电路图如下：

图 2.1

2.2 总体设计方案

方案一：方案一如图2.2所示，采用单片机+数字电位器方案。此方案就是把常用的电位器调节电源中的机械式电位器用数字电位器代替。数字电位器是没有机械抽头，具有较小的震动公差和较高的机械可靠性，且其可编能力允许可重复可靠地返回同一抽头位置，因此此方案线路较为简单、可靠。但现有的数字电位器分辨率有限，常见的有32抽头、64抽头，构成的分压电路精度有限，无法满足设计要求。

变压器整流滤波AT89C51数字电位器串联调整P0220VDC 图 2.2 方案一

方案二：方案二如图2.3所示，此方案采用单片机+串联调整型稳压电源。单片机输出电压控制数字量送至DA/转换器，经DA/转换器输出的模拟电压作为误差放大器的基准电压。由于理想DA/转换器的输出量A与输入量D和R的关系应为A=R·D。对一个确定的DA/转换器，模拟基准电压R往往是一个固定值，相当于一个比例系数。显然这里DA/转换器输出的电量不能连续可调，而只能以所用D/A转换器的绝对分辨率为量化单位增减，所以D/A转换器实际上是准模拟量输出。这样通过改变稳压电源的基准电压的方法就可使实现输出的步进增加(或减小)，稳定性高，纹波小，可靠性高，调试容易。缺点是要求功率器件一调整管严格工作在线性区，靠调整管之间的电压降来稳定输出，当输出电压较低时，稳压电路的输入输出端压降太大，调整管静态损耗大，发热量大，使得电路总效率不高。

变压器整流滤波AT89C51取样电路串联调整220VDC输出比较放大D/A电路

图2.3 方案二

方案三：采用EasyARM2103为核心控制器，具有电压可预置、可步进调整、输出的电压信号和预置的电压信号可同时显示的数控直流电源，其系统框图如图2.4所示。系统由EasyARM2103开发板、八位LED数码显示、电源电路、D/A、A/D 电路、功放电路、短路保护和报警电路、 稳压输出电路八部分组成。系统通过“开关”、“+”、“-”三个按键来控制预置电压的升降，并通过数码管显示。EasyARM2103单片机送出相应的数字信号，在D/A 转换之后输出电流，经集成运放OP07转换、OP07放大、RC 网络滤波，最终稳定。同时由LED 数码管显示实际输出电压。

图2.4 方案三

综合观上三种方案，不难确定方案三为最佳方案。

第三章 系统硬件设计

3.1 数控部分

主要由数字电路构成，它要完成键盘控制、预置电压显示控制、电压控制字输、数码管显示控、电流过流软件保护及报警等功能。由于控制功能多，选用EasyARM2103开发板作为主控系统。其核心芯片图如图3.1。

图3.1 2103核心控制芯片

3.11 ARM2103开发板

LPC2103 是一个基于支持实时仿真的 16/32 位 ARM7 TDMI-S CPU的微控制器，并带有32kB 的嵌入高速 Flash 存储器，128 位宽度的存储器接口和独特的加速结构使 32 位代码能够在最大时钟速率下运行。32/16 位定时器、增强型 10 位 ADC、定时器输出匹配PWM特性、多达13个边沿、电平触发的外部中断、32条高速GPIO，使得LPC2103微控制器特别适用于工业控制和医疗系统中，其食物图如图3.2所示