简易数控直流电源论文

简易数控直流电源【摘要】本系统共由4个模块组成，分别为5V、15V和5V输出稳定直流电压模块，AD/DA转换模块、三角波输出模块和主要的显示电路模块组成。其中，5V、15V和5V输出稳定直流电压模块，是由7805、7815和7915三端稳压管输出稳定的电压信号。AD/DA转换模块主要是以AD7541作为数模转换，把单片机输出的数字信号转换为模拟信号的输出，由于AD7541输出电流信号，通过LM358运算放大器转换为电压信号后输出到后级电路。同时，由于基准电压的输入，使输出到后级的电压再经过降压送到AD0832上，最后反馈到单片机上参考和对比。三角波输出模块利用积分电路的原理先由UA741输出矩形波信号，再通过后级的调节输出三角波信号。显示电路模块通过按键控制，由74LS47译码驱动4位数码管显示，基本指标达到标准。本系统电路可适用于许多生产和生活中的场合，例如用于平时的工作和学习中，帮助人们准确测量电路的电压值，直观的显示所测试的电压数值。【关键词】直流稳压、AD/DA、三角波、74LS47、功率放大器LM386、高增益运算放大器UA741运放一、硬件组成系统由下述模块组成单片机AD7541数控并数模转换矩阵按键控制LM358转换电压信号输出模拟电压、电流量数码管显示相应的电压量直流稳压电源15V、15V、5V电压输入电流采样电路UA741积分输出三角波AD0832反馈信号此系统电路的元件组成二、各部分设计思路1、设计要求本系统电路要求输出电压步进值001V，纹波电压不高于10MV，越小越好；输出电压可直接设置到099V或0999V之间的任意一个值，具有输出电压连续步进功能，步进01V。输出电压值以数字方式显示，由“”、“”两键分别控制输出电压步进增减扩展输出电压种类（比如三角波等）。所以用三端稳压管输出稳定的三种电压值，随后到AD7541进行数模转换到V/I转换为电压信号输出，经过AD0832反馈会51单片机内部参考和比对，输出准确的电压值。最后由UA741构成的积分电路来显示三角波的信号幅度值。此系统电路的工作原理本次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，其输出电压的大小采用数字显示，整个系统包括“”,“”键控制的设计，驱动数显电路，指示电源输出电压的大小值；D/A转换电路，D/A转换器将数字量按比例转换成模拟电压，然后A/D反馈会单片机调整输出级输出所需的稳定电压。为实现上述几部分电路的正常工作，需要另制“15V”“15V”“5V”的稳压直流电源。三、方案论证与比较方案一设计开关电源用PWN调节脉冲宽度，功耗小，效率高，稳压范围宽。在制作过程中发现占空比的线性变化使电流呈非线性变化，发现滤波电容对占空比很小的积分效果明显，电压非线性变化更显著。达到稳定的输出，但数字来那个控制更明显。方案二D/A和运放做电流源，D/A输出电流值，经运放输出稳定电压值，能有效缩短时间，提高输出的精度。方案三D/A和运放做电流源，通过A/D转换实现闭环控制，更加提高系统响应的时间和转换的精度。方案比较总结三种方案，论证出方案三能够利用好资源，合理设计出符合题目要求的方案，而且通过闭环的I，准确的输出稳定的电压值，减小了纹波电压。四、单元电路的设计1、单片机STC89C52具有低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程FLASH存储器。使用高密度非易失性存储器技术制造，在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在线系统可编程FLASH，使STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。STC89C52具有以下标准功能8K字节FLASH，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。2、开关直流稳压电源直流稳压电源部分通过开关电源获得15V交流的电压，经过桥堆输出直流电压。本电路由三端稳压管7805,7815,7915组成的控制核心。由交流15V的变压器降压，并通过桥堆整流为直流电压，最后通过电容滤波网络后，传送至三端稳压管的输入端口，经过处理后，输出稳定的15V,5V,15V直流电压。3、D/A转换电路本电路由AD7541控制。采用D/A串行转换芯片AD7541实现D/A换,AD7541是双列直插式12位D/A转换器。能完成数字量输入到模拟量电流输出的转换。分辨率为12位，转换时间为1S，满量程误差为1LSB，参考电压为1010V，供电电源为515V。4、电流采样电路因为AD7541能完成数字量输入到模拟量电流输出的转换,并且进行电流采样。5、电压采样电路本电路以LM358为核心，控制由AD7541出的电压值。因为LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。6、A/D采样反馈电路本模块利用AD0832把输送到基准电压反馈到单片机上进行参考和对比，使输出的模拟和数字电压保持一致。7、电压显示电路本设计采用显示4位数码管3位电压值。数码管段码由单片机到译码器74LS47输出译码口提供，位选码由单片机P0口提供。最重要的是提供了友好的人机界面8、按键电路本电路由单片机控制S0S15矩阵键盘组成。其中前9位按键控制数字量的输入，S10和S11控制“”、“”两键分别控制输出电压步进增减。输出电压范围099V，步进01V，纹波不大于10MV。需要用到按键控制数值。由单片机P1口控制提供。9、三角波此模块以UA741通用高增益运算通用放大器,双列直插8脚或圆筒8脚封装。工作电压22V,差分电压30V,输入电压18V,允许功耗500MW。电路设计及参数计算五、电路设计及参数计算1、控制键盘由于本电路按键数多于4个，采用方阵式扫描法就可达到节省I/O的目的，方阵式键盘的基本电路如图所示，使用了8条I/O构成一个44的键盘方阵，方阵中的每个交叉点可放一个按键，其中4条线为扫描线（输出），另外4条线为信号返回线，读按键信号的方法是采用分时的方式读入，即一次读入一行（4个开关）按键，未按按键时，扫描线输出为高电平，即无效电平，当有按键请求时则输出低电平，即有效电平。2、电源电压范围宽单电源330V；双电源15一15V，符合输入的10V基准电压参数。AD7541考电压为1010V，供电电源为515V。从单片机P2和P3口到AD7541，12位的数据输入端，模拟电流输出端IOUT1和IOUT2输出信号到运算放大器。从LM358到RFEEDBACK反馈电流输入。基准电压计算分压UR2/R1R2UREF,152/310V在输出端口串联一个电阻，使其输出电流值为500MA。（计算IU/R，电压值85V，R20欧）分压UR2/R1R2UREF,152/310V当数字量为0FFH255时，IOUT255VREF/256RFB,UOIOUTRFB255VREF/256,所以当数字量0CDH205，VREF10V,UO205VREF/2568V。六、主要技术指标范围099V，步01V，纹波不大于10MV；由“”、“”两键分别控制输出电压步进增减。所以设计4X4按键来调节。而且输出电流500MA。七、电路的调试和调整输出硬件调试调整输出级的模拟电压，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。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。输出电压的调整，主要是运用LM358放大输出来完成的，此采样电阻的主要作用是，把输出电压反馈到单片机的输入端，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。软件调试上电后，在矩阵按键上任意设定一个电压值，测输出端口的模拟电压是否想一致。同时按下步进和的按键，看是否有达到步进001V。纹波电压小于10MV，测量输出电流有无达到500MA。调节步骤如下1辅助电源的安装调试在安装元件之前，尤其要注意电容远见的极性，注意三端稳压器的各端子的功能及电路的连接。另外，因为二极管、电容都是对温度比较灵敏的元件，在焊接时要格外小心。检查正确无误后，加入交流电源，测量各输出端直流电压值。2可调稳压电源部分调试将电路连接好，在运算放大器同相输入端加入一010V的直流电压，用示波器观察输出稳压电压值的变化情况。八、软件组成本系统设计的主要目的是为了实现D/A的电流采集后，再经过A/D的转换后，反馈到单片机上的电压值进行对比和参考，以便减小误差，提高精度。软件编程采用模块化的编程方法，大体可分为键盘扫描、按键解码、D/A信号的转换和A/D信号的反馈输入，以及数码管的显示五大部分其中，键盘扫描程序可直接调用现成模块。其次，解码主要通过MCU扫描到的按键的具体位置，自定义其相应的功能，例如在44按键矩阵中的第一个键为“一挡”，就可在其子程序中执行。软件主流程图各部分初始化开始调用闭环程序控制子程序D/A转换程序A/D转换程序是否有电压变化标志位是否有按键按下调用电压设定程序步进步进调用电压加001程序调用电压减001程序否取键值是否否是是是否九、测试结果及其分析经过测试分析，当程序控制输出到A/D上的12位端口时，输入全0时，输出模拟信号也为0V，反之，则输出10V的电压值。而且任意设定一个值，模拟信号电压基本保持稳定，电压在0到99V调节，输出电流最大值为05A。本设计达到了题目的基本要求和发挥部分的一部分要求，在某些方面还需要改进。十、结论本系统实现了题目要求，体现了程控的思想，并以89C51芯片为核心部件，利用软件编程实现了对键盘的识别、完成各种不同电压信号的输出，以保持模拟和数字电压相一致。尽量做到线路简单，充分节省CPU的资源，以备扩展，充分利用软件编程弥补硬件的不足。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。另外在这次实验中我们遇到了不少的问题，最终一一解决了遇到的问题。在我们遇到不懂的问题时，利用网上和图书馆的资源，搜索查找得到需要的信息。和队友之间相互讨论，明白了团队合作的重要性。这次的制作也让我们感受到，我们在电子方面学到的只是很小的一部分知识，我们需要更多的时间来自主学学习相关知识，联系各方面知识，实现整个系统的正常顺利工作运行。附录主电路原理图AD/DA原理图三角波原理图电源原理图参考文献数字电路与逻辑设计雏红人民邮政出版社2008单片机原理与应用刘和平电子工业出版社2000单片机高级语言徐爱均电子工业出版社2002程序部分INCLUDEINCLUDEDEFINEUCHARUNSIGNEDCHARDEFINEUINTUNSIGNEDINTSBITP33P33SBITP32P32SBITP31P31SBITP30P30SBITP27P27SBITP26P26SBITP25P25SBITP24P24SBITP23P23SBITP22P22SBITP21P21SBITP20P20SBITCSP36SBITCLKP34SBITDOP35SBITDIP35SBITXSDP37UCHARDUAN100X00,0X01,0X02,0X03,0X04,0X05,0X06,0X07,0X08,0X09/段码09P00P03UCHARWEI40XE0,0XD0,0XB0,0X70/位选P04P07UCHARDIS4UCHARMM,DAC0,W0UINTX,V,DABITFLAG0FLOATQ,MM1,DATA,HVOIDDELAYUINTMUCHARSWHILEMFORS0SVXIFDA0X0FFFDATA0X0FFFIFDATA4/VV10DIS2V/100DIS1V/1010DIS0V10VOIDFANHUIHDIS2100DIS110