简易数控直流电源.doc

简易数控直流电源摘要：随着时代的快速发展，数字电子技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，本文将介绍一种数控直流稳压电源，本电源由模拟电源、显示电路、控制电路、数模转换电路、放大电路四部分组成.准确说就是模拟电源提供各个芯片电源、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。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：二、设计要求1基本要求 （1）输出电压：范围09.9V，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。2发挥部分 （1）输出电压可预置在09.9V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）。三、 系统组成与原理概述本文所设计的数控直流电源与传统稳压电源相比，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，原理方框组成图见图。它共由六部分组成。输出电压的大小调节通过“”、“”两键操作，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：一路用于驱动数显电路，指示电源输出电压的大小值；另一路进入转换电路，转换器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所需的稳定电压。为了实现上述几部分电路的正常工作，需另制和的稳压直流电源及一组未经稳压的的直流电压。1、电压输出范围09.9V,步长0.1V,共有100种状态,8位字长的D/A转换器具有256种状态,能满足要求。设计中用2个电压控制字代表0.1V,当电压控制字从0,2,4,到198时,电源输出电压为0.0,0.1, ,9.9。电路选出用的D/A转换芯片是DAC0832，该芯片价廉且精度较高。DAC0832属于电流输出型D/A，输出的电流随输入的电压控制字线性变化。为了得到电压，还需外接一片运放来实现电流到电压的转换。2、当DAC0832采用5V基准电压时，D/A转换电路的满幅输出为5.0V（电压控制字为255时），由于实际最大用到电压控制字198，因此D/A部分最大输出电压U1=（198/255）*5.0=3.882。3、D/A转换部分输出的电压作为稳压输出电路的参考电压。稳压输出电路的输出与参考电压成比例,范围是09.9V，负载能力大于500mA,纹波小10mA.稳压输出电路采用典型的串联反馈稳压电路，也可以看成是以参考电压作为输入的直流功率放大器。 4、过流保护电路。5、自制正负15V电源的制作原理四、具体实现电路 图一正负15V电源图：上图：线性电源电路 (+5V +15V模拟电源电路图)线性电源由18V变压器经过全波整流，电容整流滤波，通过三端稳压管7815、7812、7805稳压为芯片AT89C51、DAC0832、TL082、74LS164、3DD15D、数码管提供电压。15V电源电路由18V经过全波整流，电容整流滤波，通过三端稳压管7915稳压输出。总的示意图： DAC0832模块：在上图中DAC0832是一种典型的8位转换器，内部为双缓冲寄存器即输入寄存器和DAC寄存器，WR1/、WR2/、分别为该两寄存器的写信号输出端，ILE为输入锁存使能端，高电平有效，CS/为片选端，XFER/为传输控制端，它和WR2/共同控制DAC寄存器的工作状态。DAC0832有两个接地端AGND（模拟电路接地端）和DGND（数字信号）接地端，一般情况下，这两个地端均并联接地。DAC0832的D/A转换电路为倒T型R-2R电阻网络，故有IOUT1和IOUT2两个电流输出端，根据不同的电路组成，该芯片可以有两种输出模式，一种为电流输出模式，这种模式基准电压加在VREF端，由IOUT1，IOUT2输出的电流经运算放大器相加后输出；另一种为电压输出模式，这种模式基准电压加在IOUT1和IOUT2之间，模拟电压加从VREF端输出。过流保护电路：数控部分：数控部分核心采用 8031 单片微机与 EPROM、RAM、地址锁存器 8031 单片74LS373 组成单片机的基本系统，并对 P2口的 P2.5、P2.6、P2.7经74LSl38 地址译码后作为 6264、8279 和0832 的选通信号，这样由 CPU 送入的数据经 DA转换后的输出为 05.0V五、设计流程图开 始NYNYNYYYYNNNNNYYYNNYY有按键否反转法扫描键盘回到DOS步长0.1V的负向扫描描步进0.1V步长0.1V的正向扫描步进0.1V输出三角波重新开始程序是E键是D键是C键是B键是A键取平台键盘按键值是ESC否PC键盘输入有按键否反转法扫描平台键盘数码管显示左2位显示预置值右2位显示实际值算法子程序启动模数、数模转换键值9否键盘按键读取键值9否键盘按键读取显示主菜单 六、设计过程1、线性电源电路 (+5V +15V模拟电源电路图)线性电源由18V变压器经过全波整流，电容整流滤波，通过三端稳压管7815、7812、7805稳压为芯片AT89C51、DAC0832、TL082、74LS164、3DD15D、数码管提供电压。2.(-15V电源) 15V电源电路由18V经过全波整流，电容整流滤波，通过三端稳压管7915稳压输出。3. D/A转换电路D/A转换电路主要由AT89C51（单片机）、数/码转换器DAC0832及TL082差分放大器等芯片组成。AT89C51的P1口作为数据端口与DAC0832的8位数据线相连。AT89C51内含4K字节的ROM，无需外部存储器，因此选用它可使电路得到简化。4. DAC0832转换器DAC0832是一种典型的8位转换器，内部为双缓冲寄存器即输入寄存器和DAC寄存器，WR1/、WR2/、分别为该两寄存器的写信号输出端，ILE为输入锁存使能端，高电平有效，CS/为片选端，XFER/为传输控制端，它和WR2/共同控制DAC寄存器的工作状态。DAC0832有两个接地端AGND（模拟电路接地端）和DGND（数字信号）接地端，一般情况下，这两个地端均并联接地。DAC0832的D/A转换电路为倒T型R-2R电阻网络，故有IOUT1和IOUT2两个电流输出端，根据不同的电路组成，该芯片可以有两种输出模式，一种为电流输出模式，这种模式基准电压加在VREF端，由IOUT1，IOUT2输出的电流经运算放大器相加后输出；另一种为电压输出模式，这种模式基准电压加在IOUT1和IOUT2之间，模拟电压加从VREF端输出。5. 数控电路放大器输出信号是受控电源的控制信号，根据需要选择不同的DAC0832输入的数字量的值即可获得不同的控制电压（放大器输出电压），进而可获得所需的输出电压值。8031单片机基本系统 数控部分核心采用 8031 单片微机与 EPROM、RAM、地址锁存器74LS373组成单片机的基本系统，并对P2口的P2.5、P2.6、P2.7经74LSl38地址译码后作为6264、8279和0832的选通信号。七、电路测试数据 电路调试过程中遇到的问题和解决办法：1. 电路线路比较多，容易出现短路现象，数码显示由于短路出现显示不正常显示，整理线路后能够正常显示。2. 由于没有找到合适的2.5V稳压管，用3V稳压管代替，在限流电路加精密电位器调节电阻使得稳压管两端电压为2.5V.3. 在差分放大器的输入端串联10K的电位器，在输入端和输出端加100K反馈电位器，调节两个电位器使得输出电压数值和显示值相等。4. 制作和测试15V电源时，由于没有认真参考整流管的接法和7915的芯片资料，出现两次整流电容爆裂。5. 数码显示出现问题，检查电路发现出现虚焊，补焊后能正常显示。6. 稳压管7812的输出端输出电压，检查电路，发现输出端需要增加一个电容，增加后问题得到解决。7. 反复调节电路，使得符合实验要求。八 、系统误差分析从电路的原理框图可以看出，系统的主要误差来源于三方面： 0832的量化误差 0832为8位D/A转换器，满量程为10V的量化误差为(1/2)LMBS=(1/2) (1/28)10V20mV。按满度归一化的相对误差为(1/2)(1/28)=0.2。 基准电压温漂引入的误差 LM336在040范围内漂移不大于4mV，故相对误差=2mV/5V=0.04。 C 由功率放大器引入的误差(主要考虑LM356的温漂)共有三项： 基准电压温漂产生的满度相对误差为0.04； 8位DA变换附加的量化误差20mV； 功放前级LM356温漂引入的附加误差为100V。 十、参考文献：1.胡诗妍 赵德良 低纹波宽调整范围数控直流高压电源公安大学学 2000年3月 2.曹巧媛. 单片机原理及应用 电子工业出版社 1997年6月3阮忠、林金宝、陈强 编著 综合电子电路应用指南机械工