简易数控直流电源论文

1、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U

2、A741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：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0.01V，纹波电压不高于10mV，越小越好；输出电压可直接设置到09.9V或09.99V之间的任意一个值

3、，具有输出电压连续步进功能，步进0.1V。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

4、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

5、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

6、 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

7、，转换时间为1s，满量程误差为±1LSB，参考电压为(+10-10)V，供电电源为(+5+15)V。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

8、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09.9V，步进0.1V，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5

9、00mW。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4*4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(±1.5 一±15V)，符合输入的10V基准电压参数。AD7541考电压为(+10-1

10、0)V，供电电源为(+5+15)V。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U*R2/R1+R2=Uref,-15*2/3=-10V在输出端口串联一个电阻，使其输出电流值为500mA 。（计算：I=U/R，电压值8.5V，R=20欧）(分压U*R2/R1+R2=Uref,-15*2/3=-10V)当数字量为0FFH=255时，Iout=255Vref/256Rfb,Uo=-Iout*Rfb=-255Vref/256,所以当数字量0CDH=205，Vre

11、f=-10V,Uo=-205Vref/256=8v。六、主要技术指标范围09.9V，步0.1V，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

12、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0.01V。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

13、 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4*4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：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

14、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9.9V调节，输出电流最大值为0.5A。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

15、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

16、爱均 电子工业出版社 2002程序部分：#include<reg52.h>#include <intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit P33=P33;sbit P32=P32;sbit P31=P31;sbit P30=P30;sbit P27=P27;sbit P26=P26;sbit P25=P25;sbit P24=P24;sbit P23=P23;sbit P22=P22;sbit P21=P21;sbit P20=P20;sbit CS=P36;sbit CLK=P3

17、4;sbit DO=P35;sbit DI=P35;sbit xsd=P37;uchar duan10=0x00,0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08,0x09; /段码09 P00P03uchar wei4=0xe0,0xd0,0xb0,0x70; /位选 P04P07uchar dis4;uchar mm,dac=0,w=0;uint x,v,da;bit flag=0;float q,mm1,DATA,h;void delay(uint m)uchar s;while(m-)for(s=0;s<123;s+);void display(uc

18、har *p) / 数码显示uchar l;for(l=0;l<4;l+)/P0=(duandis*(p+i)+weii);/jisuan(duani,weii);P0=(duan*(p+l)+weil);if(l=2)xsd=0;elsexsd=1; delay(2);uchar cl_ADC0832()uchar i,ch;CS=0; /片选，DO为高阻态DO=0;_nop_();CLK=0;_nop_();DI=1;CLK=1;/第一个脉冲，起始位_nop_();CLK=0;_nop_(); DI=1; CLK=1;/第二个脉冲，DI=1表示双通道单极性输入_nop_();CLK=

19、0;_nop_();DI=0; /第三个脉冲，DI=1表示选择通道1（CH2），DI=0时选择通0（CH1）CLK=1; _nop_();DI=0; /DI转为高阻态，失去输入意义；DO=1; /DO脱离高阻态为输出数据作准备CLK=1; _nop_();CLK=0; /第一个下降沿，为去数准备；_nop_(); /这里加一个脉冲AD才能正确读出数据，不加的话读出的数据少一位，且是错的。 for (i=0; i<8; i+) /读取数据 CLK=1; _nop_(); CLK=0; _nop_(); ch=(ch<<1)|DO;/在每个脉冲的下降沿DO输出一位数据，最终ch为

20、8位二进制数 CS=1;/取消片选，一个转换周期结束 return(ch);/把转换结果返回void ad_data()/处理数据mm=cl_ADC0832();mm1=(5.0/255)*mm;da=(mm1*100)*2;if(da>v)x-; if(da<v)x+; void DA_data()ad_data();if(DATA>=0X0FFF)DATA=0X0FFF;if(DATA<=0X0000)DATA=0X0000;x=(uint)DATA;P33=(bit)(x<<15)&0x8000);P32=(bit)(x<<14)&

21、amp;0x8000);P31=(bit)(x<<13)&0x8000);P30=(bit)(x<<12)&0x8000);P27=(bit)(x<<11)&0x8000);P26=(bit)(x<<10)&0x8000);P25=(bit)(x<<9)&0x8000);P24=(bit)(x<<8)&0x8000);P23=(bit)(x<<7)&0x8000);P22=(bit)(x<<6)&0x8000);P21=(bit)(x&

22、lt;<5)&0x8000);P20=(bit)(x<<4)&0x8000);/P2=x&0x0ff0; /试试q=DATA*10.0/4096; /9.9975589375 4091*10=40910/4096q=q*100; /999.7558v=(uint)q); /999/if(uint)q)%10)>4)/v=v+10;dis2=v/100;dis1=v/10%10;dis0=v%10;void fanhui()h=(dis2*100)+(dis1*10)+dis0;DATA=h/100*4096/10;DA_data();void c

23、hushi()xsd=1; DA_data();display(dis);/*/* 按键扫描函数 */* P1.0-P1.3为行线 P1.4-P1.7为列线*/* 返回值:(rcode) + (ccode)|范围:0255*/*/uchar Keycan(void) uchar rcode,ccode; P1 = 0xF0; /发全0行扫描码，列线输入 if(P1&0xF0) != 0xF0) /若有键按下 delay(1);/延时去抖动 if(P1&0xF0) != 0xF0) rcode = 0xFE; /逐行扫描初值 while(rcode&0x10) != 0)

24、 P1 = rcode; /输出行扫描码 if(P1&0xF0) != 0xF0) /本行有键按下 ccode = (P1&0xF0)|0x0F; while(P1&0xF0) != 0xF0) ;/等待键释放 return (rcode) + (ccode); /返回键编码 else rcode = (rcode<<1)|0x01; /行扫描码左移一位 return 0; /无键按下，返回值为0/*/* 按键扫描取值函数 */* 入口参数:Key|范围:0255*/*/void KeyDeal(uchar Key)uchar K=16; if(Key!=0

25、) switch(Key) case 0x11: if(dac=4) dis2=0; if(dac=5) dis1=0; if(dac=6) dis0=0;fanhui(); break; case 0x21: if(dac=4) dis2=1; if(dac=5) dis1=1; if(dac=6) dis0=1;fanhui(); break; case 0x41: if(dac=4) dis2=2; if(dac=5) dis1=2; if(dac=6) dis0=2;fanhui(); break; case 0x81: if(dac=4) dis2=3; if(dac=5) dis1=3; if(dac=6) dis0=3;fanhui(); break; case 0x12: if(dac=4) dis2=4; if(dac=5) dis1=4; if(dac=6) dis0=4;fanhui(); break; case 0x22