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数控式高精度简易直流电源的设计

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一、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。 数字化智能电源模块是针对传统智能电源模块的不足提出的，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。

二、主要研究内容 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。 其原理示意图如下： -10v +10v +5v 220V 二、设计要求 1．基本要求 （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±10V，＋5V。 （6）输出电压可预置在 0～9.9V 之间的任意一个值； （7）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）； （8）扩展输出电压种类（比如三角波等）。

“+”“-”键 数控部分 输出电路 数字显示

自制稳压电源 三、总体思路与研究方案 1. 总体思路 本设计的是一种数控直流电源，本电源由电源电路、显示电路、控制电路、数模转换电路四部分组成。准确说就是电源电路提供各个芯片电源、数码管、放大器所需电压，显示电路用于显示电源输出电压的大小，同时分析了数字技术和模拟技术相互转换的概念。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。 数控电压源是最常用的仪器设备，在科研及实验中都是必不可少的。目前所使用的直流可调电源中，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。利用数控电压源，可以达到每步0.1V的精度，输出电压范围0.1V至9.9V，电流可以达到0.02A。针对以上问题，本设计了一种以单片机为核心的数控式高精度简易直流电源的设计，该电源采用数字调节、闭环实时监控、输出精度高，特别适用于各种有较高精度要求的场合。其设计方法是由单片机通过D/A，控制驱动模块输出一个稳定电压，同时稳压方法采用三端可调稳压管进行调整，输出电压通过电阻反馈给运放，与设定值进行比较，若有偏差则调整输出。工作过程中，单片机输出驱动LED显示，通过键盘可设置和调整电压值。该电路具有设计简单，应用广泛，精度较高等特点。 其中简易数控直流稳压电源，其中输出电压的调节是通过“+” 和“-”两个按键来操作的；步进电压精确到0.1V去控制可逆计数器分别作加，减计数；可逆计数器的二进制数字输出分两路运行，一路用于驱动数字显示电路，精确显示当前输出电压值；另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，转换成模拟电压，然后经过射极跟随器的控制,调整输出级，使输出稳定直流电压。

2. 实施方案 2.1.1 方案一：采用单片机的数控电压源的设计 采用常用的AT89C51单片机作为控制器，P0口和DAC1232的数据口直接相连，DA的各个端口连接后接P3.4，和接单片机的端，让DA工作在单缓冲方式下。DA的8脚接参考电压，DA的基准电压接-10V电源，所以在DAC的8脚输出电压的分辨率为约等于0.1V，也就是说DA输入数据端每增加1，电压增加0.1V。通过运放OP07将DA的输出电流转化为电压，再通过运放OP07将电压反相并放大输出电压并稳压，最后通过示波器观察其波纹，其硬件框图如图2.1所示：

图2.1 方案一硬件框图 2.1.2 方案二：采用调整管的双计数器的数控电压源的设计 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数码管显示输出电

键盘 数码显示 单片机 电压输出 D/A转换 电压预置 A/D转换 压值，为了使系统工作正常，必须保证双十计数器同步工作。其硬件框图如图2.2所示：

2.1.3 方案三：采用调整管的十进制计数器的数控电压源的设计 此方案不同于方案之二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变换后控制误差放大的基准电压来实现输出步进，只使用了一套计数器，回避了方案二中必须保证双计数器同步的问题，但由于控制数据烧录在EPROM中，使系统设计灵活性降低。其硬件框图如图2.3所示

整流滤波 电源 误差放大 时钟控制 二进制 计数器 十进制 计数器 过流保护 调整管 译码显示

D/A转换 电压预置 步进加 步

进减

图2.3 方案三硬件框图 2.2 方案比较 2.2.1 数控部分的比较 方案二、三中采用中、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。在方案一中采用了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。 2.2.2 输出部分的比较 方案二、三中采用线性调压电源，以改变其基准电压的方式使输出步进增加或减少，这不能不考虑整流滤波后的纹波对输出的影响，而方案一中使用运算放大器放大电压，由于运算放大器具有很大的电源电压抑制化，

过流保护 调整管 整流滤波 步进加 D/A转换 步进减

电压预置 译码显示 十进制 计数器

EPROM

误差放大 可以大大减少输出端的纹波电压。 2.2.3 显示部分的比较 方案二、三中的显示输出是对电压的量化值直接进行译码显示输出，显示值为D/A变化输入量，由于D/A变换与功率驱动电路引入的误差，显示值与电源实际输出值之间可能出现较大偏差，而方案一中采用三位一体的数码管直接对电压值进行显示。 总之，方案一的优点是具有精度高，使用方便，硬件电路简单等特点，它使用了单片机，使得进一步扩展功能较为方便；方案二、三的优点是电路结构简单，其缺点是使用比较复杂，精度没有那么高。 考虑到各种因素，本设计采用方案一。 2.3 自制稳压电源的设计 在自制稳压电源设计中，我们可以采用TPAN-2P3S变压器将220V交流电压降压处理，再通过2W005G桥式整流电路得到正向电压，然后通过7805、7810三段稳压器电路，得到+5V、+10V的直流电源，再在+10V的基础上加一方向器即可得到需要的-10V直流电压。其硬件框图如图2.4所示 220V +5V +10V

-10V 图2.4 自制稳压电源硬件框图

2.4仿真软件的应用

变压器

桥式整流

7810

反相器

7805

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基于单片机控制的简易数控直流电源设计

基于单片机控制的简易数控直流电源设计

摘要本实验设计了一个以单片机89C51为基本控制核心的简易数控直流电源。

该设计包括直流电源输入及输出两部分，可完成0~15V之间各不同幅值的电压的输出，能够预置数，能够自动扫描输出电压并直接显示到LED数码显示管上，并可扩展输出三角波等波型。

其中电压输出部分，既可手动的每按”+””-”键一下进行每0.1V大小的上下调整，也可长按”+””-”键使其自动的递增或者递减，直到需要的数值。

预置数时用切换键切换预置个位或小数位，按”+””-”键进行微调。

单片机编程部分是基于W A VE6000软件上设计，并在实物上进行仿真。

.该系统具有抗干扰性能好，可靠性高，及最终输出电压值与真实显示值精确度较高等优点。

关键词: 89C51；直流电压输出；直流电压输入目录绪论 (1)一、设计任务要求和方案选择 (3)(一）设计任务 (3)（二）设计方案一 (3)（三）设计方案二 (4)（四）方案的优缺点及选择 (5)二、硬件部分设计 (5)（一）单片机部分 (5)（二）数模转换部分 (9)（三）放大器部分 (11)（四）电源输入部分 (12)（五）稳压器部分 (13)（六）按键部分 (14)（七）数码显示输出部分 (15)三、系统软件部分设计 (16)（一）主程序流程图 (16)（二）预置数流程图 (17)四、系统调试测验 (20)（一）系统调试 (20)（二）系统测试 (21)（三）系统误差分析 (20)（四）误差调整 (21)总结..................................................................................................... 错误！未定义书签。

参考文献 . (23)致谢 (24)附录 (25)绪论随着电力电子技术的高速发展，电子电力设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源，进入80年代计算机电源全面实现了开关电源化，率先完成计算机的电源换代，进入90年代开关电源相继进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电子检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源，更促进了开关电源技术的迅速发展。

数控直流电源的设计

数控直流电源的设计

摘要本系统是以直流电压源为核心，以AT89C51单片机为主控制器，通过按键来设置直流电源的输出电压，步进电压等级可达0.1V，输出电压为0—9.9V之间，最大电流能达到330mA，并可由液晶显示屏输出实际电压值。

系统中的ADC0832 是8位分辨率的A/D转换芯片，它的分辨最高能达到256级，能够适应一般情况下的模拟量转换要求。

其内部电源的输入和参考电压的复用，使得芯片的输入的模拟电压范围在0~5V之间。

芯片的转换时间只有32μS，据有双数据输出可用做数据校验，从而减小数据的误差，它的转换速率快而且稳定性能好。

单独的芯片使能输入，使多器件的挂接和处理器的控制变地更加便捷。

经过DI 数据输入端，能够轻松地实现通道功能的选取。

本系统是由单片机来控制输出数字信号，经过D/A转换器（AD0832）输出模拟信号量，再由运算放大器隔离放大，控制输出功率管的基极，以功率管电压输出的不同来变化电压。

经过实际检测结果表明，本系统可以应用于需求高稳定度和小功率恒压源的场合。

关键词：直流稳压电源单片机数字控制AbstractThis 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 reach.01v output voltage, the range of 0-9.9 V, the maximum current 330mA for, and can show the actual pipe by digital output voltage values.This System ADC0832 8-bit resolution A / D converter chip, the highest resolution up to 256, can be adapted to the general analog conversion requirements. The internal power supply input and reference voltage multiplexing, allows the chip analog voltage between 0 ~ 5V input. Chip conversion time of only 32μS, according to a pair of data output can be used as validation data to reduce data errors, the conversion is fast and strong stability. Separate chip enable input, so many hooks and processor control device becomes more convenient. Data input through the DI, you can easily choose the realization of channel function.This system consists of microcontroller program output digital signal, through D/A converter (AD2083) 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.Key words：regulated power supply of direct current; single2ch ip m icrocomputer, digitalcontrol目录第1章绪论.......................................................................................................................... 错误!未定义书签。

简易数控直流可变稳压电源的设计

简易数控直流可变稳压电源的设计

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：小组成员：使用仪器：直流电源，万用表学校：课程设计时间：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（要求）：(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。

数控直流稳压电源设计

数控直流稳压电源设计

数控直流稳压电源设计1.数控直流稳压电源的概述现代电子装置在供电要求方面有着越来越高的要求，而数控直流稳压电源则是目前广泛应用的一种供电装置。

数控直流稳压电源不仅具有直流稳定的输出特性，而且还能实现数字化控制，具有更加高效、精确的供电能力和性能。

数控直流稳压电源适用于各种电子装置的开发和生产领域，如通信技术、医疗器械、军事通讯和工业自动化等。

2.数控直流稳压电源的设计原理数控直流稳压电源主要由下列几个模块组成。

2.1输入端输入端是稳压电源的第一步，它接收外部电源的直流或交流信号，并且对输入电压进行过滤和波形整形，以确保后续的电路可以正常工作。

2.2稳压模块稳压模块负责稳定输出电压的值。

在闭环控制下，稳压模块保证输出电压稳定在标准值附近，即使在输入电压波动或负载变化的条件下，它也能确保输出电压的稳定性和可靠性。

2.3数控模块数控模块为整个电源提供了数字化控制的功能。

它包括一个集成电路、显示屏、输入设备和计算机接口等组成部分。

通过输入输出端口与计算机相连，可实时监测和控制电源的电压、电流、功率等参数。

2.4保护模块保护模块负责保护电源免受外界环境的影响。

它包括四种保护措施：过压保护、过温保护、过载保护和短路保护，并采用相应的防护电路来实现保护功能。

3.数控直流稳压电源的设计流程数控直流稳压电源的设计流程包括以下几个步骤：3.1确定电源的基本参数这包括电源输出电压、电流、功率、负载范围等参数。

设计人员需要根据电路应用需要，确定电源所需的输出电压和电流等参数。

3.2选取和确认元件在确定电源的基本参数后，设计人员应选择与之相适应的元件，包括电容器、电感器、稳压管、集成电路等，这是设计数控直流稳压电源的关键步骤之一。

设计人员需要综合考虑元件的品质、供货和维护等方面的因素，以便在成本和性能之间取得平衡。

3.3进行电路设计在确定元件后，设计人员需要根据设计参数和基本电路原理，设计稳压电源的具体电路方案，逐步完善和优化电路。