基于MCU的数控直流稳压电源设计说明

1、基于MCU的NC直流稳压电源设计目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc392363151 1设计任务和要求 PAGEREF _Toc392363151 h 2 HYPERLINK l _Toc392363152 1.1设计任务 PAGEREF _Toc392363152 h 2 HYPERLINK l _Toc392363153 1.2基本要求 PAGEREF _Toc392363153 h 2 HYPERLINK l _Toc392363154 2方案比较与论证 PAGEREF _Toc392363154 h 3 HYPERLINK l _Toc3923631

2、55 2.1稳压电路第三 PAGEREF _Toc392363155 h 部分 HYPERLINK l _Toc392363156 2.2运放 PAGEREF _Toc392363156 h 3的选择 HYPERLINK l _Toc392363157 3系统硬件设计 PAGEREF _Toc392363157 h 3 HYPERLINK l _Toc392363158 3.1整体系统设计 PAGEREF _Toc392363158 h 3 HYPERLINK l _Toc392363159 3.2稳压电路第四 PAGEREF _Toc392363159 h 部分 HYPERLINK l _T

3、oc392363160 3.3采样电路第 PAGEREF _Toc392363160 h 5部分 HYPERLINK l _Toc392363161 3.4数控电压基准第 PAGEREF _Toc392363161 h 5部分 HYPERLINK l _Toc392363162 3.5输出电压电流检测 PAGEREF _Toc392363162 h 5 HYPERLINK l _Toc392363163 4系统软件设计 PAGEREF _Toc392363163 h 6 HYPERLINK l _Toc392363164 4.1整体软件设计 PAGEREF _Toc392363164 h 6

4、HYPERLINK l _Toc392363165 5系统测试 PAGEREF _Toc392363165 h 7 HYPERLINK l _Toc392363166 5.1使用仪器测试 PAGEREF _Toc392363166 h 7 HYPERLINK l _Toc392363167 5.2测试方法 PAGEREF _Toc392363167 h 7 HYPERLINK l _Toc392363168 5.3测试数据 PAGEREF _Toc392363168 h 8 HYPERLINK l _Toc392363169 6总结 PAGEREF _Toc392363169 h 10 HYP

5、ERLINK l _Toc392363170 附录一： PAGEREF _Toc392363170 h 10摘要：本设计采用TIP122作为调节管调节输出电流来调节输出电压。 C8051F020单片机控制12位DA转换器产生参考电压作为调节管的基极输入控制调节管调节输出电压范围，C8051F020单片机控制12位AD采集输出电压并通过数码管显示。输出电压表达式为：(1)其中，R 2为 90K ，(R 3 +R 4 ) 为 10K 。则只需单片机控制12位AD转换器输出0.6-1.2V即可满足设计要求，输出电压范围为6-12V。系统输出电流范围为0500mA，因此采用普通三极管9013和1.25

6、电阻组成保护电路，使最大工作电流不超过600mA。关键词： CNC直流稳压电源、C8051F020、TIP122、90131 设计任务及要求1.1 设计任务设计制造具有一定输出电压调节范围和功能的数控直流稳压电源，其原理框图如图1所示。1.2 基本要求最大输出电流为500mA。按 按钮设置输出电压值，分辨率为 0.1V。显示稳压电源的实际输出电压值，要求精度为（读数的0.5 %+ 2字） 。输出电流实时采样显示，显示分辨率1mA，要求精度 （读数的2% +2位）。稳压率0.2%（输入电压变化范围从-10%到+10 %，空载到满载） 。电流调节率1%（最低输入电压，满载） 。纹波电压（峰峰值）

7、10 mV（最小输入电压，满载） 。具有过流保护功能；工作电流不超过 600 mA。 （工作电流为输出电压下降5%时对应的输出电流值）(10) 需要单电源。2 方案对比与论证2.1 稳压电路部分方案一：选择BD681作为调节管，最大功率600W，属于中等功率三极管，集电极电流IC为4A。方案二：选择TIP122作为调节管，最大功率800W，属于中等功率三极管，集电极电流IC为5A。由于实验室提供BD681，我们选择方案一。2.2 运放的选择方案一：选择分立元件组成集成运放方案二：选择集成运放LM358虽然使用集成运放LM358比较简单，但本实验要求的精度很高。所以选择选项一。3 系统硬件设计3

8、.1 整体系统设计系统整体原理图如图1所示。这里的控制器是单片机。单片机通过控制DA转换来调整电压输出范围，实现对稳压电路的精确控制。图1 CNC电源原理框图示意图如下图 23.2 稳压电路部分稳压电路原理图如图2所示，其核心部件是调节管，其安全工作是电路正常工作的保证。其选择主要考虑其极限参数I CM 、U ( BR ) CEO和P CM 。调节管极限参数的确定必须考虑到输入电压U I因电网电压波动而产生的变化，以及输出电压的调节和负载电流变化的影响。从图2可以看出，调节管的发射极电流I E等于采样电阻R 2中的电流与负载电流I L之和，即I E =I R1 +I L ，调节管的管压降U C

9、E等于输入电压U 1与输出电压U O之差为U CE =U I -U O 。显然，当负载电流最大时，流过传输管发射极的电流最大，即I Emax =I R1 +I 1max 。通常R2电阻上的电流可以忽略不计，因此调节管集电极的最大电流为：(2)当电网电压最高时，即输入电压最高而输出电压最低时，调节管的压降最大，即(3)当三极管集电极电流最大，调节管压降最大时，调节管功率最大，即P cmax = I Cmax U CEmax(4)以上公式可以确定调节管的极限参数。实际选型是考虑留一定的余量。所以我们选择TIP122作为调节管，根据TIP122的PDF数据，可以满足以上条件。3.3 采样电路部分从图

10、2可以看出，采样电路由R 2 、R 3和R 4 组成，由输出电压表达式（1）可知，R 2与（R 3 +R 4 ）之比为6。因此，我们选择R 2为100k ，R 3和R 4为0 。3.4 数控参考电压源部分参考电压由C8051F020单片机产生，原理图如图3所示参考电压与6-12V的输出电压有对应关系。本实验使用单片机的1-2V对应输出，所以倍数为6倍。按调整计算= 0.01V图3 数控参考电压源原理框图3.5 输出电压电流检测图2中电压检测点为1。由于C8051F020单片机的采样电压不能太高，所以R 4的选择要合理。这里我们选择一个 300 的电阻。电流检测的点是2。由于单片机不能直接检测电

11、流，所以我们把电流转换成电压，采样，然后计算显示电流的值就是检测到的电流。在电流检测中，我们串联了一个 0.5 电阻，将 500mA 电流转换为 0.25V。然后使用单片机进行AD转换。4 系统软件设计4.1 整体软件设计软件流程图如图所示。首先初始化单片机的看门狗、系统时钟、AD和DA，然后通过按键切换实现AD对电压和电流的采集，用DA输出设定的电压。有关程序，请参阅附录 1。开始开始按键设定输出电压流程图按键设定输出电压十进制转换函数十进制转换函数显示函数显示函数比较函数比较函数主函数主函数软件复位软件复位读取电压输入值 进行转换读取电压输入值 进行转换采集电压值采集电压值Y+=比较：电压

12、输入值Y+=比较：电压输入值采集电压值Y-Y-设置通道0设置通道0采集电压shezhi设置采集电流通道设置采集电流通道电压，电流采集电压，电流采集电压，电流显示电压，电流显示5 系统测试5.1使用仪器测试序列号乐器数量1FG-506 信号发生器1套2精密万用表1套3LPS-305 数控线性直流稳压电源1套4UT3 数字万用表15GO S - 620 数字存储示波器1套5.2 测试方法1)输出电压范围：在额定负载的情况下，可以调节稳压电源的输出电压。图 5 稳压电源性能指标测试电路图测试电路如图5所示。通过单片机设定不同的输出电压，调整滑动变阻器使输出电流在500mA左右。测量此时的输出电压即可

13、得到输出电压。2) 最大输出电流：最大输出电流是指稳压电源正常工作时所能输出的最大电流，用Iomax表示。测试方法同输出电压范围的测试，通过调整滑动压敏电阻得到最大输出电流。注：正常情况下，工作电流IoIomax 或输出端对地短路，会损坏稳压器。3) 纹波电压：交流电压分量叠加在输出电压上。 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/3822215.htm t _blank 用示波器观察其峰峰值，或用交流毫伏表测量其有效值。4）电压调节率：在输出电流和环境温度不变的情况下，只考虑输入电压变化引起的输出电压变化和占输出电压的百分比。

14、表达式为：(5)测试电路如图 5.2 所示。当输入电压为额定输入电压时，调节滑动压敏电阻使输出电流约500mA，测量此时的输出电压，两者之差即为输出电压的变化，再由表达式（5 ) 来获得电压调节。5）电流调节率：在输入电压和环境温度不变的情况下，改变输出电流引起的输出电压的变化就是输出电压的百分比。表达式为：(6)测试电路如图5和图6所示，调节滑动变阻器使输出电流在500mA左右，测量输出电压，然后断开负载测量输出电压，两者的区别是输出的变化电压，然后由表达式 (6) 获得电流调节率。5.3 测试数据1) 输出电压范围：表1 输出电压测试数据记录表设置输出电压/V输出电流/mA显示电压/V实际

15、输出电压/VMCU显示电流/mA6.06.16.26.36.46.5501.2501.7501.1506.7504.2509.86.06.16.26.36.46.55.996.086.186.286.366.484985025015085015127.0516.37.07.025008.0523.18.08.025269.0519.39.09.0352110.0526.610.10.0352811.0528.711.011.0352412.0520.412.012.04520注：由表5.3.1可知，输出电压范围为5.99V-12.04V，指标要求的稳压范围为6-12V。2) 最大输出电流：根据

16、表1，最大输出电流可达500mA，满足指标要求。3) 纹波电压：单片机设置输出电压为6V，调节滑动变阻器使输出电流为500mA，通过示波器观察输出点纹波电压为5mV。4）电压调节率：表2 稳压测试数据记录表设置输出电压/V输入电压/V实际输出电压/V显示电压/V输出电流/mA电压调节6.015.306.026.02508.1(6.02-6.01)/6.00=0.18%6.017.006.026.02507.26.018.706.016.02506.19.015.239.009.03508.5(9.00-8.99)/9.00=0.1%9.017.008.999.03509.29.018.708.

17、999.03509.712.015.3011.9812.04504.3(11.98-11.97)/1212.017.0011.9712.04506.2=0.08%12.018.7011.9712.04505.8注：从表 2 中得到的电压调整率为 0，满足指标中电压调整率的要求。5）电流调节率：表3 电流调节率测试数据记录表设定输出电压12V开路输出电流 509.2mA实际输出电压/V11.9912.01(12.01-11.99)/12.00=0.167%显示电压/V12.0412.04设定输出电压12V开路输出电流 499.4mA实际输出电压/V9.009.01(9.01-9.00)/9.00

18、5=0.111%显示电压/V9.039.03设定输出电压12V开路输出电流 496.2mA实际输出电压/V6.016.02(6.02-6.01)/6.015=0.166%显示电压/V6.026.02注：由表 3 得到的电流调整率为 0.167%，满足指标中电压调整率的要求。6) 过流保护：表4 过流保护电流测试数据记录表设置输出电压/V实际输出电压/V显示电压/V输出电压下降 5% 时的电流/mA12.011.2111.27586.29.08.528.55573.36.05.335.49557.7注：由表4可知，最大工作电流为586.2mA，满足指标中工作电流不大于600mA的要求。6 总结本

19、项目设计制造具有一定输出电压调节范围和功能的数控直流稳压电源。输出电压范围由单片机控制为6-12V，输出电压和电流通过AD采集显示；电压调整率小于0.2%，电流调整率0.167%，最大工作电流586.2mA，已完成项目要求。指数。本实验的实验要求精度高，实验难度较大，不仅有软硬件部分的要求，也有单片机实验程序的要求。硬件部分需要计算各个参数，软件部分要与硬件相结合。达到完美结合，达到整体要求。附录1：程序：#include字符状态,i,j,a,b,c,d,e,f,g;双 ui=6.0,xi,vv,vi;int yi=1920,xdv,xdi,v_int,i_int;位 flag_an,flag

20、_dsq,xz;void key() / 电子设置电压输出flag_an=0;而（！flag_an）；状态=ZLG7289_Key();如果（状态10）a=状态；ZLG7289_Download(1,0,0,a);flag_an=0;而（！flag_an）；状态=ZLG7289_Key();如果（状态10）b=状态；ZLG7289_Download(1,1,1,b);flag_an=0;而（！flag_an）；状态=ZLG7289_Key();如果（状态ui）义 - ;别的易+;无效的主要（）WDTCN=0 xDE；WDTCN=0 xAD； /关闭看门狗XBR2=0 x40； /启用横杆P3MDOUT=0 xff； /P3推挽输出ZLG7289_Init(40); /ZLG初始化EA=1；EIE2=0 x20； /启用外部中断7EIP2=0 x20； /设置高优先级clk_init(); /系统时钟初始化“2