单片机的数控直流稳压电源设计方案.pdf

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1、1/49 基于单片机的数控直流稳压电源设计2018年09月26日 11:36 本站整理 作者：秩名用户评论 单片机(1452随着新型电力电子器件和适于更高开关频率的电路拓扑的不断出现，传统应用技术，由于功率器件性能的限制使开关电源性能的影响减至最小，新型的电源电路拓扑和新型的控制技术，可使功率开关工作在零电压或零电流状态，为了提高开关电源工作效率，设计出性能优良的开关电源，十分必要。1、几种数控直流稳压电源设计方案比较1.1几种设计方案电路原理方案 1:采用模拟的分立元件，利用纯硬件来实现功能，通过电源变压器、整流滤波电路以及稳压电路，实现稳压电源 稳定输出 5 V、12 V、15 V 并能可

2、调输出 0 30 V电压，见图1所示。但由于模拟分立元件的分散性较大，各电阻电容之间的影响较大，因此所设计的指标不高、不符合设计要求、且使用的器件较多、连接复杂、灵活性差、功耗也大，同时焊点和线路较多，使成品的稳定性和精度受到影响。图 1 方案 1电路原理方案 2: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驱动数码管显示输出电压值，为了使系统工作正常，必须保证双计数器同步工作。2/49 图 2 方案 2电路原理方案 3:此方案不同于方案 1之处在于使用一套

3、十进制计数器，一方面完成电压的译码显示，另一方面其输出作为 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。文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C7文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C7文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C7文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C7文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 Z

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10、 51系列单片机作为整机的控制单元，通过改变输入数字量来改变输出电压值，从而使开关控制电源输出电压发生变化，间接地改变输出电压的大小。为了能够使系统具备检测实际输出电压值的大小，经过 ADC0809 进行模数转换，间接用单片机实时对电压进行采样，然后进行数据处理。利用单片机程控输出数字信号，经过 D/A 转换器(DA0830 输出模拟量，再经开关电源控制电路，使得输出电压达到稳压的目的。单片机系统还兼顾对恒压源进行实时监控，输出电压经过电流/电压转变后,通过 A/D 转换芯片，实时把模拟量转化为数据量,经单片机分析处理，经过数据形式的反馈环节，使电压更加稳定，构成稳定的压控电压源。而且采用PW

11、M 控制的开关电源，该电源具有高集成度、高性价比、最简外围电路、最佳性能指标、能构成高效率无工频变压器的隔离式开关电源等优点。而且在成本上与同等功率的线性稳压电源相当，而电源效率显著提高，体积和重量则大为减小。文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C7文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C7文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C7文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C7文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 Z

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18、(1输出模块方案 1：采用线性调压电源，以改变其基准电压的方式使输出不仅增加/减少，这样不能不考虑整流滤波后的纹波对输出地影响，此输出只能是用万用表量出。而方案 2、方案 3中使用运算放大器做前级的运算放大器，由于运算放大器具有很大的电源电压抑制比，可以减少输出端的纹波电压。在方案 1中，为抑制纹波而在线性调压电源输出端并联的大电容降低了系统的响应速度，这样输出的电压难以跟踪快变的输入，方案 4中的输出电压波形与 D/A 变换输出波形相同，不仅可以输出直流电平，而且只要预先生成波形的量化数据，就可以产生多种波形输出，使系统有一定驱动能力的信号源。(2数控模块方案 1利用纯硬件来控制电压的输出，

19、其中最基本的电路原理分析，需要计算负载的大小，稳压管的选择有关，方案 2、方案 3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，造成电路内部接口信号繁琐，中间相互关联多，抗干扰能力差，如方案 1中的双计数器一旦出现计数不同步时，会导致显示电压与输出电压不一致。在方案 4 中采用 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。文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C7文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C7文档编码:CQ1U6B3I10C8

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26、10C8 HX7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C7文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C75/49 图 5 方案 5数控模块(3控制模块在该系统中，采用具有 D/A 转换功能的 PWM 调节电路、斩波电路、阔流器和可调稳压管(LM317 去控制输出参考电压，在利用 A/D 转换采样，使输出更准确，且纹波小，电流亦可扩展，容易保护电路。(4显示模块方案 2、方案 3中的显示输出地对电压的量化值直接进行译码显示输出，显示值为 D/A 变换的输入量，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。方案4中采用 A

27、/D 转换电路，通过对输出电压的采样，经过单片机的分析处理，通过数据的反馈环节，使电压更加稳定，这样使得显示值与实际输出之间的偏差减为最小。方案 4采用 4位数字电压表直接对输出电压采样并显示输出实际电压值，一旦系统工作异常，出现预制值与输出值偏差过大，用户可以根据该信息予以处理，还采用了键盘 /显示器的查询时间，提高了CPU 的利用率。3、结束语如前所述，虽然方案 3比前两者有许多优点，但方案 1、方案 2对于完成设计要求并非不可行，而且在某些方面还具有优势，之所以采用方案 4，一个很重要的考虑是系统使用了单片机，使得进一步的功能扩展较为方便。文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX7I9J

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33、1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C7文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C7文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C7文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C7文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C7文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C7文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C7文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX

34、7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C7文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C7文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C7文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C76/49 数控直流稳压电源设计【摘要摘要摘要摘要】本本本本设计设计设计设计以直流电压源为核心以直流电压源为核心以直流电压源为核心以直流电压源为核心，STC89C52RC 单片机为主控制器单片机为主控制器单片机为主控制器单片机为主控制器，单片机系统是数控电源的核心单片机系统是数控电源的核心单片机系统是数控电源的核

35、心单片机系统是数控电源的核心。它通过软它通过软它通过软它通过软件的运行来控制整个仪器的工作件的运行来控制整个仪器的工作件的运行来控制整个仪器的工作件的运行来控制整个仪器的工作，从而完成设定的功从而完成设定的功从而完成设定的功从而完成设定的功能能能能。通过通过通过通过数字数字数字数字键盘来设置直流电源的输出电压键盘来设置直流电源的输出电压键盘来设置直流电源的输出电压键盘来设置直流电源的输出电压，输出电压范围为输出电压范围为输出电压范围为输出电压范围为00009.99.99.99.9V，最大电流为最大电流为最大电流为最大电流为303030300000mA，并可由液晶屏并可由液晶屏并可由液晶屏并可由

36、液晶屏LCD1602显显显显示实际输出电压值示实际输出电压值示实际输出电压值示实际输出电压值。本本本本设计设计设计设计由单片机程控输出数字信号由单片机程控输出数字信号由单片机程控输出数字信号由单片机程控输出数字信号，经过经过经过经过D/A 转换器转换器转换器转换器DAC0832）输出模拟量输出模拟量输出模拟量输出模拟量，再经过运算放大器再经过运算放大器再经过运算放大器再经过运算放大器LM324隔离放大隔离放大隔离放大隔离放大,最后输出各种设备所需要的电压最后输出各种设备所需要的电压最后输出各种设备所需要的电压最后输出各种设备所需要的电压。实际测试实际测试实际测试实际测试结果表明结果表明结果表明

37、结果表明，本系统实际应用于需要高稳定度小功率恒本系统实际应用于需要高稳定度小功率恒本系统实际应用于需要高稳定度小功率恒本系统实际应用于需要高稳定度小功率恒压源的领域压源的领域压源的领域压源的领域。【关键字关键字关键字关键字】直流稳压电源直流稳压电源直流稳压电源直流稳压电源；单片机单片机单片机单片机；数控数控数控数控；DAC0832 1.概述 1.1课题背景电源技术特别是稳压电源技术在工程技术方面使用性很强，在各个行业里得到了广泛的应用。直流稳压电源的电路形式有很多种,有串联型、开关型、集成电路、稳压管直流稳压电源等等。目前使用的直流稳压电源大部分是线性电源，利用分立元件组成，体积大，效率低，可

38、靠性差，操作使用不便，自我保护功能不完善，故障率高，采用相同的控制板，而只需对软件控制部分做一些调整便可。4.系统电压输出的一致性比较好，成本低廉，方便量产。2.各模块方案的论证2.1 控制方案比较方案一:采用各类数字电路来组成键盘控制系统，进行信号处理，如选用CPLD 等可编程逻辑器件。本方案电路复杂，灵活性不高，效率低，不利于系统的扩展，对信号处理比较困难。方案二：采用 STC89C52单片机作为这个系统的控制单元，可以通过DAC0832 的数据采样和LM324 的电压调整可以改变系统输出电压的大小。为了能够使系统具备检测实际输出电压值的大小，可以将输出电压经过DAC0832 进行模数转换

39、，间接用单片机实时对电压进行采样，然后进行数据处理及送LCD1602显示。显示的电压值便是输出的电压大小。此系统比较灵活，采用软件方法来解决数据的预置以及电压的大小控制，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要求。比较以上两种方案的优缺点，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。在方案二中采用单片机完成整个数控部分的功能，也便于系统功能的扩展5。2.2稳压输出方案比较方案一:采用线性调压电源以改变其基准电压的方式使输出不仅增加/减少，这样不能不考虑整流滤波后的纹波对输出的影响。方案二:使用运算放大

40、器对电压的比较放大由于运算放大器具有很大的电源电压抑制比，可以大大减小输出端的纹波电压。在方案一中输出的电压很难跟踪电压的快速变化，而方案二中的输出电文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C7文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C7文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C7文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C7文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C7文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX

41、7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C7文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C7文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C7文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C7文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C7文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C7文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C7文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 ZB7

42、U5Q5W8C7文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C7文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C7文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C7文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C7文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C7文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C7文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C7文档编码:

43、CQ1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C7文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C7文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C7文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C7文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C7文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C7文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C7文档编码:CQ1U6B3I10C8

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45、B7U5Q5W8C7文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C7文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C7文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C7文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C7文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C7文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C7文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C7文档编

46、码:CQ1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C7文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C7文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C7文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C7文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C7文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C78/49 压波形与DAC0832 的输出波形相同，不仅可以输出直流电平，而且只要预先生成产生波形的量化数据，便可以

47、输出多种波形，使系统产生的信号源有一定的驱动能力。2.3显示部分比较方案一:使用数码管显示使用多位数码管显示，显示不灵活。方案二:使用 LCD1602 液晶显示液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富、超薄轻巧等优点。本方案采用LCD1602，它具有两行显示，每行显示16个字符，采用单+5V供电，外围电路简单，价格便宜，具有很高的性价比。而数码管虽然便宜，但显示单调。占用过多的I/O。2.4总体方案框图系统总体方案框图如图2-1所示。图2-1 系统总体方案框图2.各模块方案的论证2.1 控制方案比较方案一:采用各类数字电路来组成键盘控制系统，进行信号处理，如选用CPLD 等可编程逻辑器件。

48、本方案电路复杂，灵活性不高，效率低，不利于系统的扩展，对信号处理比较困难。方案二：采用 STC89C52单片机作为这个系统的控制单元，可以通过DAC0832 的数据采样和LM324 的电压调整可以改变系统输出电压的大小。为了能够使系统具备检测实际输出电压值的大小，可以将输出电压经过DAC0832 进行模数转换，间接用单片机实时对电压进行采样，然后进行数据处理及送LCD1602显示。显示的电压值便是输出的电压大小。此系统比较灵活，采用软件方法来解决数据的预置以及电压的大小控制，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要求。比较以上两种方案的优缺点，方案一采用中、小规模器件实现系统

49、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。在方案二中采用单片机完成整个数控部分的功能，也便于系统功能的扩展5。2.2稳压输出方案比较方案一:采用线性调压电源以改变其基准电压的方式使输出不仅增加/减少，这样不能不考虑整流滤波后的纹波对输出的影响。方案二:使用运算放大器对电压的比较放大由于运算放大器具有很大的电源电压抑制比，可以大大减小输出端的纹波电压。在方案一中输出的电压很难跟踪电压的快速变化，而方案二中的输出电压波形与DAC0832 的输出波形相同，不仅可以输出直流电平，而且只要预先生成产生波形的量化数据，便可以输出多种波形，使系统产生的信号源有一

50、定的驱动能力。2.3显示部分比较方案一:使用数码管显示使用多位数码管显示，显示不灵活。方案二:使用 LCD1602 液晶显示液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富、超薄轻巧等优点。本方案采用LCD1602，它具有两行显示，每行显示16个字符，采用单+5V供电，外围电路简单，价格便宜，具有很高的性价比。而数码管虽然便宜，但显示单调。占用过多的I/O。2.4总体方案框图系统总体方案框图如图2-1所示。图2-1 系统总体方案框图文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C7文档编码:CQ1U6B3I10C8 HX7I9J9T9Y2 ZB7U5Q5W8C7文档