基于51单片机的数控电压源设计文献综述.doc

关于电压源的研究文献综述基于51单片机的数控电压源设计湖州师范学院信息与工程学院（电子信息工程）07082234周乐飞摘要：为解决普通电源精度不高的问题,介绍一种数控直流稳压电源。本文论述了该系统的总体结构、硬件和软件的设计。采用AT89C51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(A/D转换后电压值),经集成运放放大和射极输出器输出,间接地改变输出电压的大小,具有输出精度高、数码显示直观等特点。本文归纳电压源和电子技术研究中的关键问题，分析了单片机及其应用领域的研究现状和发展趋势。关键词：双积分A/D转换器ICL7107、数字电位器MAX5451、可调电压源、51单片机、LED数码管等组成的数控电压源电路。1、引言随着时代的发展，数字电子技术已经普及到我们生活、工作和科研等各个领域。本文将介绍一种数控直流稳压电源，本电源由直流电源、控制电路、显示电路、数模转换电路、电压放大和射极输出等部分组成。具体说采用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，经集成运放放大和射极输出器输出，间接地改变输出电压的大小。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。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、控制理论和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。数控电源是从80年代才真正的发展起来的，在以后的一段时间里，数控电源技术有了长期的发展。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。随着电子技术的日新月异，越来越对的电子产品问世，而产品的性能不仅大幅度提升，价格却是越来越便宜，这些都得益于电子领域的技术不断的突破创新，基于这个目的，借此契机所以准备借助51单片机来做一个简单的直流数控电压源的设计。通过这个课题的研究和实物的制作一是为了完成毕设的作品、而是可以进一步加强自己的动手能力，将所学的数电和模电的技术应用与实践之中，加强动手能力的同时也可以让自己巩固以前遗忘的一些知识，是很好的锻炼和实践机会，当然在数控电压源的制作过程中叶需要查找很多的文献和参考资料，这也可以锻炼自己的研究很解决问题的能力。基于以上这些原因和动机，所以选此课题。2、数控电压源的研究现状与发展趋势：2.1 研究现状：文献一：:介绍一种基于FPGA 的可编程电压源系统的设计与实现。文献二：采用STC89C52 单片机为核心控制器,实现了电流预置、步进调节以及LCD 液晶同步显示电流预置值和实测值等功能,系统采用闭环控制方案,输出电压、电流值通过精密电阻采样反馈。文献三：本文设计制作一个数控直流电流源,输出电流在5mA - 2000mA范围内,预置电流大小和程控步进调整(步长为1mA或0. 5mA)。根据文献1、2、3是关于电压源的一些基础的应用与制作过程，说明现在很多电子技术在基础领域的应用还是很有待开发的，很多的高端技术其实基础都源自基础的学科和基本的知识，而现阶段我们的电子很多都在化大成本和精力再做高端的领域，往往忽略基本的东西。文献四：国内关于柔性直流输电技术的研究起步较晚，90年代末期，在国家自然科学基金等项目资助下，浙江大学、华北电力大学和华中科技大学等高等院校开展了这方面的跟踪性基础理论研究。文献五：可再生清洁能源固有的分散性、小型性、远离负荷中心等特点使采用交流输电或传统直流输电（high voltage direct current transmission，HVDC)联网很不经济。海上钻探平台、孤立小岛等无源负荷，目前采用昂贵的本地发电装置，既不经济，又污染环境。另外，城市用电负荷快速增加，要求利用有限的线路走廊输送更多的电能和大量的配电网转。文献六：本文设计了一种用于D/A转换器的带隙基准电压源，该电路采用中芯国际（SMIC）0.18mCMOS工艺设计.文献七：在对传统典型CMOS带隙电压基准源电路分析基础上提出了一种高精度、高电源抑制带隙电压基准源。文献八：根据目前集成电路的发展要求, 本文设计了一种结构简单, 具有较低噪声、高电源抑制比的CMOS 带隙基准电压源, 采用0. 6 LmN 阱CMOS 工艺模型库, 利用Cadence Spectre 仿真,结果表明, 该基准电压源具有高电源抑制比、低噪声及低功耗的特性。文献九：为使五相电压源逆变器同时获得最大电压利用率及最小输出电压谐波,在分析两种SVPWM算法调制机理的基础上,设计了一种改进的相邻最近四矢量SVPWM算法。该算法在调制比为011051 4范围内,通过消除谐波空间合成矢量,使得输出电压谐波为零;文献十：本文介绍的开关电源系统首先由单片机输出数模转换后得到的04.095 V电压控制信号， 并将此电压信号经LM358集成运放放大为025 V，再输入到LM7805公共端(即把LM7805的2脚接成悬浮)。此后将在LM7805的输出端(3脚) 得到530 V的电压信号， 此电压信号可作为开关电源PWM电路的基准信号。改变单片机的输出信号，可使Ui在530 V之间变化。PWM电路是由TL494组及一些外围器件组成， 它由2脚输入基准信号，其最终电压输出将随基准电压同步变化， 从而达到输出电压由单片机控制的目的。此外， 电路中还用采样电路将输出电压值通过模数转换返回到单片机， 电压预设值和实际输出值都会通过液晶12864显示出来。文献十一：随着集成电路工艺技术的发展, 数字电路的处理能力越来越强, 过去许多采用模拟信号处理的系统现在都由数字方式实现。但由于来自自然界的信息都是模拟量, 在采用数字技术处理这些信息时,需要采用高性能的模/ 数转换电路。在高性能的模/数转换电路中, 基准电压源是不可缺少的重要单元, 传统的带隙基准电压源都是基于电压模式, 即将具有负温度系数的三极管基极2发射极电压与具有正温度系数的热电压VT 按照一定的比例相加,从而得到在某一温度下具有零温度系数的参考电压源128 , 在室温下, 其电压值约为1124 V。根据文献4、5、6、7、8、9、10、11阐述的是电子技术在模拟方面还有数模转换的一些应用。通过这些相关的资料的介绍对电压源的应用有了更多全面的了解和认识，其实就目前来说，其应用前景还是很好的，一些技术上的问题随着科技的不断进步一定可以克服的。文献十二：变频调速技术涉及电子、电工、信息与控制等多个学科领域。采用变频调速技术是节能降耗、改善控性能、提高产品的产量和质量的重要途径,已在应用取得了良好的应用效果和显著的经济效益。文献十三： 本文采用 STC89C52 单片机为核心控制器,实现了电流预置 步进调节以及 LCD 液晶同步显示电流预置值和实测值等功能,系统采用闭环控制方案,输出电压 电流值通过精密电阻采样反馈 测试表明系统性能可靠 纹波电流小 控制精度高实用性强文献十四：高精度、低温度系数的电压基准电路是数模转换器（DAC)、模数转换器(ADC)、线性稳压器(LDO)等电路中不可缺少的基本模块。文献十五：准电压源是模拟集成电路中的基本单元，它在SOC ADC DAC 传感器和通信电路以及存储器等领域有着广泛的应用 基准源的目的是向后续电路提供稳定的 不随外界因素（主要是电源电压和环境温度）影响的电压 本文主要介绍了基准电压源的研究现状、 及分类应用。文献十二、十三、十四、十五讲述了电压源的另一些领域的应用，其使用是十分广泛的，目前，电压源的应用还仅仅局限在低端基础的领域中，距离一些高端领域的应用还有很多的技术上的问题有待解决。,2.2 发展趋势：根据以上文献，对电压源的诸领域有了一定的了解和认识，对问题的理解和研究也有了更多的思路和方向，其实就电压源本身而言并不是一个特别复杂的东西，可是其应用领域却十分的广泛。从而通过以上所列举的文献，我们可以清楚的看到本研究问题的发展趋势，可以从几个方面予以概括。数字化智能电压源模块是针对传统智能电压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。采用先进的控制方法和智能控制策略，使电压源模块的智能化程度更高，性能更完美。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。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。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。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。数字化的电压源必将在以后的生产生活中扮演更加重要的角色，因为以上的优点还有其应用的便捷性和广泛性，所以以后在电子领域这一块，数控智能化的电压源将有广阔的市场前景和实用性。3、结束语： 想到做一个数控电压源主要是源于两个原因：一方面是看似简单，实际上它的制作过程涉及到了本专业所学的很多课程：数字电路、模拟电路、单片机、还有一些常用的芯片、一些常用的元器件。第二个是有很强的实用性，做出来的东西虽然很简单，但是有很好的应用性。电压源在我们的生活中随处可见，它也被用在各个领域中，所以做这个东西很具有代表性。 这次毕业设计做的课题是：基于51单片机的数控直流电压源的设计，所以要做的工作可以简单从以下几方面来归纳。 首先，确定课题后，开始设计电路图：用Protel软件画出原理图，检查无误后开始买元器件，当然设计过程中需要通过网路和去图书馆找相关的资料，从网上找到类似的电路图，然后根据自己的设计要求进行修改，添加自己的功能。 其次，就是焊接问题，因为考虑到成本还有其他的因素，制作过程并没有用PCB板，而是直接用普通的板子焊接，用跳线的方法，因为本身电路图并不复杂，所以直接从简处理。当然焊接过程中药注意元器件的排布和布线的美观简洁等问题，注意一些细节的把握。 第三步，电路的检测与调试，这是产品成败的关键步骤，所以要考虑的方面比较多，一个是误差范围的控制，还有就是电压值的显示，因为里面涉及到D/A的转换，特别是模电的东西，调试的过程并不是很容易，有时候硬件本身的问题，还有就是焊接工艺等等方面的因素，都会造成实际出来的电压数值与理论值有差距，而调试的过程就是尽量减小误差，是显示的电压值与我们输入的电压值越接近越好。 最后，如果一切顺利的话，出来的是一个0到10V之间的可调是数控电压源，误差在正负0.1%左右，精度可以达到小数点后面三位。参考文献：(不得少于15篇) 1 吴海波,康长武. 分光光度计用高精度恒流源的设计与分析. 中国科技论文在线, http: / /www. paper. edu. cn: 16. 2 郭继昌,李香萍. 张宏涛. 基于单片机控制的恒流源的设计 J . 电子测量与仪器学报, 2000 (4) : 5963. 3 尉广军,朱宇虹. 采用集成稳压器构成的恒流源电路 J . 华北工学院调试技术学报, 2000, 14: 643646. 4 李维波,毛承雄,陆继明等. 电力设备直流电阻测量用恒流源研究 J . 电力自动化设备, 2003. 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