直流稳压电源设计23635.pdf

直流稳压电源设计 摘 要 本文为设计一款高精度数控直流电源，在直流稳压电源的设计中，有机的融入可逆计数器和数模转换技术，对其设计方案进行了论证与比较，该电源具有电压调节精度高、数码管显示输出电压的特点。本文实验系统选用了 74LS192 十进制可逆计数器和 D/A 转换器 DAC0832 为核心，同时分析了单元电路设计的原理，也详尽的介绍了此次设计中各组成部件的概念、功能及设备总体结构。关键词：直流电源；可逆计数器；D/A 转换；数码管显示 Abstract This paper is to design a high precision DC power supply,the DC power supply design in the organic integration of reversible counter and digital to analog conversion technology,the design scheme was compared with that,the power supply has the advantages of high precision voltage regulator,digital tube display characteristics of the output voltage.The experiment system using 74LS192 decimal reversible counter and D/A converter DAC0832 as the core,and analyzes the principle of circuit design,but also a detailed introduction of the concept of the components of the design,function and the overall structure of the equipment.Key words:DC power supply;reversible counter;D/A conversion;digital tube display 第一章 前言 现代世界，融合了电子、电气、集成系统、控制理论、材料等一些学科领域的电源技术，特别是其中的数控电源技术更是作为一门非常具有实践性的工程技术，在各行各业都有它的身影。而电能的最佳应用技术之一便是电子电力技术。对于数控电源，在当今社会一场现代信息技术革命正随着计算机和通讯技术发展而来到，这就提供了广阔的发展前景给电力电子技术，因此也给数控电源提出了更高的要求。世界各国对于电源产品都纷纷提出了不同的要求并制定了一系列的产品精度标准，因为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，造成很多不良后果。因此只有满足产品标准，才能够进入市场，只有满足国际标准的产品，才能在经济全球化发展下获得进出的通行证。数控电源是从 80 年代才真正的发展起来的，80 年代系统的电力电子理论开始建立，从而为数控电源的发展提供了一个良好的基础，让数控电源技术在以后的一段时间里有了长足的发展。但其产品仍然存在一些缺点，比如分辨率不高、功率密度比较低、可靠性较差、数控程度上达不到要求的缺点。所以是针对上述缺点不断加以改善，是数控电源的主要发展方向。然而随着单片机技术及电压转换模块的出现，精确数控电源的发展具有了有利的条件。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分。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。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比如可靠性、智能化和产品一致性的一些工程问题，对提高生产效率和产品的可维护性有很大的帮助，这是针对传统电源的不足设计的数字化智能电源。直流稳压电源是最常用的仪器设备,在科研及实验中都是必不可少的。而从上世纪九十年代末起，电信与数据通讯设备的技术的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，是应对系统高效率和低功耗的需求的表现。直流电源智能化，基本实现直流电源的无人值守，就是因为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。随着现代信息化革命的发展，电源技术给电子技术提供了稳定的发展前提，同时也给电源提出了更高的要求。普通电源在工作时容易产生老化、误差、可调节性变差等现象。严重的会影响整个系统的精确度或造成系统崩溃、毁坏，为此各个企业对电源技术有了更高的要求。自 20 世纪 90 年代以后，数控电源技术有了长足的发展，也取得了很大的技术突破。但其产品存在数控程度达不够、精度不高、纹波较高、可靠性较差的缺点。因此现代数控电源的主要发展趋势，是针对以上不足而加以改进的。本设计也是主要针对数控电源的缺点而设计的，重点在提高数控程度、降低功耗、提高带负载能力。电源采用数字控制，具有以下明显优点:1)易于采用先进的控制方法和智能控制策略，使电源模块的智能化程度更高，性能更完美。2)控制灵活，系统升级方便，甚至可以在线修改控制算法，而不必改动硬件线路。3)控制系统的可靠性提高，易于标准化，可以针对不同的系统(或不同型号的产品)，采用统一的控制板，而只是对控制软件做一些调整即可。4)系统维护方便，一旦出现故障，可以很方便地通过 RS232 接口或 RS485接口或 USB 接口进行调试，故障查询，历史记录查询，故障诊断，软件修复，甚至控制参数的在线修改、调试;也可以通过 MODEM 远程操作。5)系统的一致性好，成本低，生产制造方便。由于控制软件不像模拟器件那样存在差异，所以，其一致性很好。由于采用软件控制，控制板的体积将大大减小，生产成本下降。6)易组成高可靠性的多模块逆变电源并联运行系统。为了得到高性能的并联运行逆变电源系统，每个并联运行的逆变电源单元模块都采用全数字化控制，易于在模块之间更好地进行均流控制和通讯或者在模块中实现复杂的均流控制算法(不需要通讯)，从而实现高可靠性、高冗余度的逆变电源并联运行系统。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，智能化方向发展.本文所介绍的简易直流稳压电源计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数字显示，主要用于要求电源精度比较高的设备，或科研实验电源使用，并且此设计，没有用到单片机，只用到了数字技术中的可逆计数器，D/A 转换器，译码显示等电路，具有控制精度高，制作比较容易等优点。数控部分方案 数控部分采用是以宏晶科技的 STC12C5A32S2 为主，以其他电路为辅的一个控制部分。STC12C5A32S2 的性能特点如下：（1）它是增强型 8051 单片机，指令代码与传统 8051 的相似，1 个时钟周期就是 1 个机器周期，比普通的 8051 单片机快 11 倍。（2）工作电压为：3.5V5.3V；2.1V3.6V。（3）工作频率范围为：0 到 34MHz,相当于普通 8051 单片机的 0 到411 MHz。（4）Flash 为 32K 字节，内部集成有 1280 字节的 RAM。（5）具有 ISP（在系统可编程）/IAP（在应用课编程）的功能，无需专用编译器、仿真器，可直接通过串口下载程序代码。（6）4 个 16 位定时器/计数器，4 路多种电平方式触发的外部中断,2 路 PCA实现 2 个定时器。（7）具有 8 路，10 位的 ADC；2 路 PWM。（8）I/O 口可以设置为四种模式。总体的控制模型示意图如图 2.4 所示：根据本设计的要求，LM317 的一些参数是非常合适本设计的，但是电流参数达不到要求，而且本设计是要求输出电压是可以大于输入电压的，因此用LM317 是很难达到要求得。所以方案一不可行。方案二和方案三理论上都可行，但在本人实际的把电路板做出来检测时，发现方案二的负载调整率、电压调整率都达不到要求，而且对于元件的参数要求比较严格。因此电源部分选择方案三来实施。数控部分的方案如图 2.4 所示，它具有结构简单、易于集成、节省元件和空间、费用较少等特点。根据所选的方案，总体的设计框图如图 3.1 所示。本设计的思路是：以两个电阻组成的分压电路将输入电压和输出电压“降低”到符合 STC12C5A32S2 单片机的 AD 电压采集范围，即 05V。通过测量两个电阻的阻值比就可以倒推出输入电压和输出电压。以 LCD1602 液晶显示模块为屏幕显示输入、输出电压、输出电流、工作模式。以 5 个独立按键来作为按键输入，即电压输出的设定、模式的选择、电压输出的增减、记录当前电压都可以用 5 个独立按键来完成。让输出电流经过负载再经过采样电阻后流到地，这样就可以在采样电阻上产生压降，将此电压放大到适合 STC12C5A32S2 单片机的 AD 电压采集范围。STC12C5A32S2单片机再进行程序运算就可以计算出输出电流，并显示在 LCD1602 液晶显示模块上。当单片机启动后或者通过按键设定好输出电压后，单片机就自动运算，产生合适的 PWM 波形。该 PWM 波形进入控制电路部分后会被整流成直流电压，并与电阻分压电路进行比较，最后接入到XL4016 的 FB 引脚，这样就可以控制输出电压。如图3.2所示，STC12C5A32S2单片机最小系统主要由STC12C5A32S2芯片、晶振电路、复位电路和各种插针组成。其中按键 S2 为复位按键，它是通过高电平来触发 STC12C5A32S2 复位的。C10 的作用是让复位的高电平保持至少 2 个机器周期的时间，而让 STC12C5A32S2 有做够的时间来判断是不是该复位。R16的作用是给 C10 放电，这使得 STC12C5A32S2 的复位引脚上的电平逐渐降低，当降低到 0 时，单片机开始工作。STC12C5A32S2的P0口是接LCD1602的数据口，P2.7和P2.6是接LCD1602的使能端和寄存器选择引脚。P2.5 接的是图 3.8 中的蜂鸣器控制端。P2.2 接的是图 3.10 中的继电器控制端。P2.1 和 P2.0 接的是图 3.8 中的指示灯。P1.0、P1.1、P1.2 都是 ADC 输入引脚。P1.3 是作为 PWM 波的输出引脚。STC12C5A32S2 的6 号、7 号、8 号、10 号 11 号引脚接的是 5 个独立按键。15 号、16 号和 17 号引脚接的是 TLC1549 的 7 号、6 号和 5 号引脚。18 号和 19 号引脚接的是晶振电路，其实 STC12C5A32S2 内部也有振荡电路，但因为它是 RC 振荡电路，频率不够精准也不够稳定，所以采用外部晶振电路。由于本人只有 11.0591MHz 的晶振，所以本次设计就采用 11.0591MHz 的晶振。第二章 功能要求 （1）系统输出电压为范围 030V，步进 0.1V；（2）系统输出电流为3A；（3）由数码管显示输出电压值；（4）输出电压步进增减由“”、“”两键分别控制；（5）系统需要自制一稳压直流电源，输出15V，5V。（6）输出电压可预置在 030V 之间的任意一个值；第三章 总体方案论证比较 3.1 方案实施 3.1.1 方案一：采用调整管的双十进制计数器的数控电压源的设计 此方案采用两片十进制可逆计数器级联而成，主要用两按钮开关作为电压调整键，通过电压调整键改变输入数字量来改变输出电压值，从而使输出功率管的基极电压发生变化，间接地改变输出电压的大小。通过电压调整键来设置直流电源的输出电压，设置步进等级可达 0.1V，并可由译码后数码管显示电压值。将可逆计数器的输出数字信号，经过 D/A 转换器（DAC0832）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，随着功率管基极电电流的变化而输出不同的电压。3.1.2 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压值，为了使系统工作正常，必须保证双十计数器同步工作。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。3.2 方案比较 3.2.1 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。在方案一中采用了两片十进制可逆计数器级联，通过调整管电压调整键完成整个数控部分的功能，抗干扰能力强。3.2.2 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，可以大大减少输出端的纹波电压。3.2.3 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；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。3.3 方案一的单元电路设计 对于方案一数控直流电源的设计，此数控直流稳压电源共有六部分，输出电压的 调节是通过“+”，“-”两键操作，步进电压精确到 0.1V 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控制,调整输出级，输出稳定直流电压。为了实现上述几部分的正常工作，需要另制15V，和5V 的直流稳压电源，及一组未经稳压的 12V17V 的直流电压。此下所讲的数控电源主要就是对此组电压进行控制，使输出 05V 的稳定的可调直流电压。此原理方框图如下图 1-1 所示。第四章 系统硬件设计 4.2 系统面板设计及控制原理图 4.2.1 面板设计 控制系统面板如图 2-1 所示。在图 2-1 中控制面板中设置了一个“+”一个“”控制区两个控制按键，两个发光二极管（分别是警报指示、运行指示）、三位数码显示管。4.2.2 系统控制原理图 4.3 输入/输出接口系统设计 输入/输出接口系统就是指人与计算机之间建立联系、交换信息的输入/输出设备接口，就是人机交互接口。这些输入/输出设备主要有键盘和显示器等。它们是系统中必不可少的输入、输出设备，是控制系统与操作人员之间交互的窗口。4.3.1“+”,“-”键控制的可逆计数器的设计 此部分电路主要用两按钮开关作为电压调整键，与可逆计数器的加计数CPU 时钟输入端和减计数 CPD 时钟输入端相连，可逆计数器采用两片四位十进制同步加/减计数集成块 74LS192 级联而成。74LS192 是双时钟，可预置数，异步复位，十进制（BCD 码）可逆计数器。与之功能相同的还有其它芯片，比较容易找到。由于输出电压从0V 到 30V 可以调节，所以 74LS192 两计数器总计数范围从 00000 到 11101（即 030V）,而 74LS192 本身为十进制可逆计数器，所以只需一块这样的芯片级联就可以达到目的，此芯片封装和工作模式表如下图2-3 所示。PL 是低电平有效的预置数允许端，PL=0 时，预置数输入端 P0P3 上的数据被置入计数器。MR 是高电平有效的复位端，MR=1 时，计数器被复位，所有输出端都为低电平。CPU 是加计数时钟，CPD 是减计数时钟，当 CPU=CPD=1 时，计数器处于保持状态，不计数。当 CPD=1，CPU 由 0 变为 1 时，计数器的计数值加 1”；当CPU=1，CPD 由 0”变 1”时，计数器的计数值减 1”。TCU 是进位输出端，当加计数器达到最大计数值时，即达到 5 时，TCU 在后半个时钟周期（CPU=0）内变成低电平，其他情况均为高电平。TCU 是借位输出端，当减计数器计到零时，TCD 在时钟的后半个周期（CPD=0）内变成低电平，其他情况下均为高电平。为实现 100 进制的计数可把第一块芯片的 TCU，TCD 分别接后一级的 CPU，CPD 就可以级联使用，这就达到了 05 的计数。4.3.2 显示系统设计 为了使操作人员及时掌握生产情况，在一般的微型计算机控制系统或者智能仪器当中，都配有显示程序。本次设计采用 LED 数码显示。4.3.2.1 LED 数码管的结构及显示原理 常用的显示器件有：显示和记录仪表，CRT 显示终端，LED 或者 LCD显示器，大屏幕显示器。本次设计所采用的是 LED 数码管。LED 数码管具有结构简单，体积小，功耗低，响应速度快，易于匹配，寿命长，可靠性高等优点。LED 数码管是由发光二极管组成，由于材料的不同，可以发出各种单色光线。发光二极管可以有多种组成形式，其中 7 段数码管应用最多，根据发光二极管内部的连接方式不同，又有共阴极或共阳极两种形式。如图 2-4 所示 4.3.2.2 74LS48 结构及功能 74LS48 芯片是一种常用的七段数码管输出高电平有效的译码器，常用在各种数字电路和单片机系统的显示系统中，其引脚功能图如下 其引脚功能介绍为：AD 为输入，D 为高位，为二进制编码；ag 为输出，高电平有效，分别接共阴极数码管的 ag 引脚；74LS48 允许输入大于 9；LT 为灯测试输入端，低电平有效。LT=0 时，数码管 7 段同时得到高电平，以检查数码管各段功能；RBI 为灭零输入端，低电平有效。RBI=0 时，多位数中不需显示的 0 熄灭；BI/RBO 为灭灯输入/灭零输出端，低电平有效。输入 BI=0 时，各段全灭；作输出时，若 RBO=0，表示已将本该显示却不需显示的 0 熄灭了。74LS48 除了有实现 7 段显示译码器基本功能的输入（DCBA）和输出（YaYg）端外，7448 还引入了灯测试输入端（LT）和动态灭零输入端（RBI），以及既有输入功能又有输出功能的消隐输入/动态灭零输出（BI/RBO）端。由 7448 真值表可获知 7448 所具有的逻辑功能：（1）7 段译码功能（LT=1，RBI=1）在灯测试输入端（LT）和动态灭零输入端（RBI）都接无效电平时，输入DCBA 经 7448 译码，输出高电平有效的 7 段字符显示器的驱动信号，显示相应字符。除 DCBA=0000 外，RBI 也可以接低电平，见表 1 中 116 行。（2）消隐功能（BI=0）此时 BI/RBO 端作为输入端，该端输入低电平信号时，表 1 倒数第 3 行，无论 LT 和 RBI 输入什么电平信号，不管输入 DCBA 为什么状态，输出全为“0”，7 段显示器熄灭。该功能主要用于多显示器的动态显示。（3）灯测试功能（LT=0）此时 BI/RBO 端作为输出端，端输入低电平信号时，表 1 最后一行，与 及DCBA 输入无关，输出全为“1”，显示器 7 个字段都点亮。该功能用于 7 段显示器测试，判别是否有损坏的字段。（4）动态灭零功能（LT=1，RBI=1）此时 BI/RBO 端也作为输出端，LT 端输入高电平信号，RBI 端输入低电平信号，若此时 DCBA=0000，表 1 倒数第 2 行，输出全为“0”，显示器熄灭，不显示这个零。DCBA0，则对显示无影响。该功能主要用于多个 7 段显示器同时显示时熄灭高位的零。4.4 D/A 转换部分 在本文的系统 D/A 转换部分选用 DAC0832 芯片，DAC0832 是 8 分辨率的D/A 转换集成芯片。这个 DA 芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，从而得到广泛的应用。D/A 转换器由 8 位输入锁存器、8 位 DAC 寄存器、8位 D/A 转换电路及 转换控制电路构成。DAC0832 的引脚功能介绍如下：D0D7：8 位数据输入线，TTL 电平，有效时间应大于 90ns(否则锁存器的数据会出错)；ILE：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效；CS：片选信号输入线（选通数据锁存器），低电平有效；WR1：数据锁存器写选通输入线，负脉冲（脉宽应大于 500ns）有效。由 ILE、CS、WR1 的逻辑组合产生 LE1，当 LE1 为高电平时，数据锁存器状态随输入数据线变换，LE1 的负跳变时将输入数据锁存；XFER：数据传输控制信号输入线，低电平有效，负脉冲（脉宽应大于 500ns）有效；WR2：DAC 寄存器选通输入线，负脉冲（脉宽应大于 500ns）有效。由WR2、XFER 的逻辑组合产生 LE2，当 LE2 为高电平时，DAC 寄存器的输出随寄存器的输入而变化，LE2 的负跳变时将数据锁存器的内容打入 DAC 寄存器并开始 D/A转换。IOUT1：电流输出端 1，其值随 DAC 寄存器的内容线性变化；IOUT2：电流输出端 2，其值与 IOUT1 值之和为一常数；Rfb：反馈信号输入线，改变 Rfb 端外接电阻值可调整转换满量程精度；Vcc：电源输入端，Vcc 的范围为+5V+15V；VREF：基准电压输入线，VREF 的范围为-10V+10V；AGND：模拟信号地；DGND：数字信号地。4.5 调整输出的设计 调整输出级采用运放作射极跟随器，使调整管的输出电压精确地与 D/A 转换器输出电压保持一致。调整管采用大功率达林顿管，确保电路的输出电流值达到设计要求。数控电源各部分工作所需的15V 和5V 电源由固定集成稳压器7815、7915、和 7805 提供，调整管所需输入电压，经简单整流，滤波即可得到，但要求能提供 5A 的电流。输出电压的调整，主要是运用射极输出器发射极上所接的 4.7K 电阻来完成的，此反馈电阻的主要作用是，把输出电压反馈到NE5534 的输入级的反向输入端，当同相输入IN+和反向输入端 IN-有差别是，调整输出电压使之趋于稳定，从而达到调整输出电压的目的。4.6 电路调试 调节步骤如下：输入数字 00000，短接 Re1、Re、Rf 调运放调零电位器 Rw，用数字万用表检测，使输出电压 Vo=01mV。输入数字 11101，调整 Re1、Re2、Rf 使输出电压 Vo 达到预定的满量程30V。主要技术指标 本文所设计数控直流电源的电压输出范围为030V，步进电压值为 0.1V，输出电流为3A。4.7 改进措施 本电源输出电压大小尚受限制，在需要较高输出电压时，在不改变调节精度（即步进电压值）前提下，只要增加计数器的级联数和相应 D/A 转换器的个数，扩大数显指示范围，配合选用高电压输出运放，就能轻易地满足要求。当需要正负对称输出电压时，只要另增一组电源，对 D/A 转换器及调整输出电路稍作改动即可达到目的。4.8 电源 除了 220V 的电源，我们还选择了 LM7805 三端稳压器产生一个5V 的电源。三端固定输出集成稳压器，它是一种串连调整式稳压器。它将全部电路集成在单块硅片上，整个集成稳压电路只有输入、输出和公共三个引出端，使用非常方便。典型的有78正电压输出系列，79负电压输出系列。当输入的电压 VI、输出电流 IO 或温度变化时，输出电压 VO 可保持不变；另外，当输出短路。可使输出电流 IO 限制为一定值；若稳压器过热，则它就停止工作，以免稳压器遭到损坏。三端固定输出电压集成稳压器，因内部有过热、过流保护电路，因此它的性能优良、可靠性高。有因这种稳压器具有体积小、使用方便、价格低廉等优点，所以我们选用了这种芯片。本设计主要电源供给电路如图 4.8 所示。第五章系统测试与数据分析 5.1 系统指标测试 5.1.1 手动输出电压 本次测试将输入电压固定，负载固定为 40 欧姆，系统处于手动模式。采用的是数字万用表 UT39B 作为测试用表，将万用表接到电源模块的输出端，将控制部分调至手动模式，调节电位器来控制输出电压。检测结果如表 5.1 所示，表中的绝对误差=（LCD1602 的显示电压）-（UT39B万用表的显示电压）。相对误差=绝对误差/（UT39B 万用表的显示电压）*100%，由于 UT39B 万用表的精度问题，当输出电压超过 20V 时，测出来的电压精度位数就只有 3 位，即只精确到小数点后一位。由表中的绝对误差中可以看出：用万用表测量的输出电压与用单片机检测的相差无几，最大的正向绝对误差只有0.07V，最大的反向绝对误差只为-0.02V。而从绝对误差来看：最大的正向相对误差只为 0.71%，所以通过手动模式控制的输出电压范围和精度是满足要交求的。5.1.2数控输出电压 本次测试将输入电压固定，负载固定为40 欧姆，系统处于数控模式，通过独立按键来控制输出电压，检测结果如表 5.2 所示：由表 5.2 可知，表中的绝对误差=（LCD1602 的显示电压）-（UT39B 万用表的显示电压）。相对误差=绝对误差/（UT39B 万用表的显示电压）*100%，由于 UT39B 万用表的精度问题，当输出电压超过 20V 时，测出来的电压精度位数就只有 3 位，即只精确到小数点后一位。由表中的误差中可以看出：用万用表测量的输出电压与用单片机检测的相差无几，最大的正向误差只有 0.07V，最大的反向误差只为-0.08V。所以通过数控模式控制的输出电压范围和精度是满足要交求的。5.1.3 输入电压 本次测试将输入电压固定，负载固定为 40 欧姆，系统处于数控模式，通过供电设备 YB1731 来控制输入电压，检测结果如表 5.3 所示：由表 5.3 可知，表中的绝对误差=（LCD1602 的显示电压）-（UT39B 万用表的显示电压）。相对误差=绝对误差/（UT39B 万用表的显示电压）*100%，由于 UT39B 万用表的精度问题，当输出电压超过 20V 时，测出来的电压精度位数就只有 3 位，即只精确到小数点后一位。由表中的误差中可以看出：用万用表测量的输出电压与用单片机检测的相差无几，最大的正向误差只有 0.07V，最大的反向误差只为-0.08V。所以通过数控模式控制的输出电压范围和精度是满足要交求的。5.1.4 输出电流 本次测试将输入电压固定为 30V，负载固定为 10 欧姆，系统处于数控模式，通过供电设备 YB1731 来供电。相对误差=绝对误差/（VC890D 万用表的显示电压）*100%。由于 VC890D万用表的精度问题，输出电流只能使用“20A”档位，测出来的电压精度位数就只有 3 位，即只精确到小数点后 2 位。由于供电设备 YB1731 能提供的电压范围是030V，最大提供的电流为 3A，考虑到本系统的内部消耗，所以本次测试的最大电流无法测到 3A，当达到 2.5A 左右时供电设备 YB1731 就自动断电保护了，进而无法测量。由表中的误差中可以看出：用万用表测量的输出电压与用单片机检测的有些差别，最大的误差有 0.06A。即总的误差范围在 60mA 以内。所以本次测量的参数基本能达到要求。5.2 误差分析 本次设计对精度要求不算太高，但在输出电压比输入电压高的要求下就显得比较有难度，其中输出电流的误差较大。在此我考虑到的原因有以下几个：（1）供电设备 YB1731 比较老旧，输出电流不够大，输出电压在 25V 以上时不太稳定，产生抖动。（2）本次设计的测量用表都是三位半的数字万用表，测量精度有限，其中电流档的误差最为明显。（3）电流经过采样电阻产生的压降太小，不够稳定，在经过只有 10 倍的放大无法排除误差，而电压放大是采用 LM358 运放来实现的，其芯片本身不够精密，容易产生误差。（4）本次设计采用的是开关电源芯片，其本身的工作频率高达 400KHz，容易对旁边电路造成干扰。（5）由于电源部分和控制部分是分开设计的，进而造成两模块之间必须使用较多的连线，而杜邦线的质量和内阻、接触电阻都会对数据造成影响。面对这些可能的误差，本人将以改进电路、程序补偿等方法使得这些误差基本达到要求。结 论 本文没有选用主流的以单片机为核心来设计数控直流电源，而是采用两片十进制可逆计数器级联，通过 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，随着功率管基极电电流的变化而输出不同的电压。这样设计提高了数控电源的精度，改善了电源的性能，让电源的使用更加方便灵活，成本也比较低，完成了高精度数控直流电源的设计。在此过程中，我查阅了大量的书籍，对于可逆计数器和 D/A 转换器的选择和应用，也花了大量心思，采用两片四位十进制同步加/减计数集成块 74LS192 级联，再选用 DAC0832 数模转换器等，这样对电源的精度提高有很大的帮助，同时也让我对计数器和 D/A 转换器的知识熟悉了很多，相信对我以后的工作学习有很大的帮助。回顾起此次毕业论文设计，感慨很多，虽然苦多于甜，但是的确学到很多的东西，理论与实际相结合的重要性在这里体现的淋漓尽致，只有当你把你所学的理论知识与实践相结合起来时，才能真正感受那种运用知识的快乐，提高了自己的独立思考能力和动手能力。只有遇到困难，才能发现自己的不足之处，发现自己的对哪些知识掌握得不够牢固，比如说对集成芯片的管脚功能认识不足，对电路的连接不熟悉因此，“温故而知新”对我们很重要。参 考 文 献 1 杨振江.A/D与D/A转换器接口技术与实用线路M.西安:西安电子科技大学出版社,1996.2 张南杰.王全友.可逆计数器技术与应用M.北京:清华大学出版社.3 康华光.电子技术基础（模拟部分）M.北京:高等教育出版社,2005.4 康华光.电子技术基础（数字部分）M.北京:高等教育出版社,2005.5 蔡懿慈,周强.超大规模集成电路设计导论M.北京:清华大学出版社,2005.6 邱关源,罗先觉.电路M.北京:高等教育出版社,2006.7 邹逢兴,陈立刚.微型计算机原理与接口技术M.北京:清华大学出版社,2001.8 赵继文,何玉彬.应用电路设计D.北京:科学出版社,2002.9 姜德谭,范茂军等.新编电子电路大全M.北京:计量出版社,1985.10 李广第.单片机基础D.北京:北京航空航天大学,1999.11宋树祥.模拟电子线路M.北京：北京大学出版社.2012.6 12康华光.电子技术基础数字部分（第五版）M.北京：高等教育出版社.2006.1 13林小茶.C 语言程序设计（第三版）M.北京：中国铁道出版社.2010.12 14李全利.单片机原理及接口技术M.北京：高等教育出版社.2009.1 15闫俊岭,陈帅华.基于 89C51 单片机的数控直流电源外围电路设计J.数字信,2013,(04):67-73.16李鹏.基于单周控制的数控直流电源的研究D.华中科技大学,2011.17瞿才鑫.数控直流开关电源的设计与实现D.华中科技大学,2013.18王小明,卢志强.基于 STC89C52数控直流电源设计J.微计算机信息,2009,(34):145-146+178 致 谢 此次毕业论文设计终于完成了，不知不觉已历时三个多月，现在心中复杂的情绪烟消云散，甚至还有一点成就感，虽然在过程中遇到了很多的问题和困难，最终在*老师和同学的耐心帮助下都一一解决了，在此，我要向他们致以我最衷心的感谢！我非常感谢我导师，他为人随和，悉心教导，从论文的选题，框架的构思，实际设计操作，到最后的定稿，每一个环节都提供了悉心的指导和帮助。老师的提点帮助让我受益匪浅，少走了很多弯路，学到了很多东西最终得以顺利完成。在此论文完成之际，谨向老师致以我深切的谢意和崇高的敬意！大学四年转眼即过，我还要感谢我的良师益友，是他们授予了我们丰富的知识和做人的道理，是他们陪伴我度过了难忘的大学四年生活，是你们的支持、理解和帮助，让我的大学四年才能这么丰富和美好。谢谢他们，我可亲可爱的老师和同学们。最后。我要感谢百忙之中对本文进行评阅、审查和参与答辩的老师们。