基于单片机的数控电源设计

基于单片机的数控电源设计

0数控电源设计在所有类型的电子和设备中，必须良好稳定的直流供电。电源是一种将220V工频交流电转换成直流电压输出的稳压装置,它需要经过变压、整流、滤波、稳压4个环节才能完成。电源的好坏直接影响着电子产品和电气设备的工作性能。如何设计一个输出电压稳定、精度高且调节范围宽的电压源,是电子技术应用热点之一。采用单片机设计的数控电源,可较好的提高输出电压的精度及调节范围。具有使用简洁、响应快,稳定性好、效率高等优点。1控制电路组成图1电源的结构框图,系统由主电路和控制电路组成。主电路主要作用是将220V、50Hz的市电变压、整流、滤波及稳压转换成直流电压;控制电路由调压模块、D/A转换模块、显示与键盘模块构成。其原理是:按键输入的指令经AT89S51转换成控制信号,再经D/A转换成模拟信号送运算放大器放大,来控制稳压器LM317的ADJ调整端,以调节电源主电路的输出端电压Uo,最终达到单片机控制输出电压的目的。2系统硬件电路设计2.1输出电源在图2中,220V市电经220V/17.5V变压器降压后得到的双17.5V交流电压,经过整流滤波后得到±21V两路电压,其中一路+21V供给调整管LM317,由单片机AT89S51控制作为对外输出电源;另一路+21V经三端稳压器LM7812得到+12V,再经过LM7805得到+5V的电压;-21V的电压则经三端稳压器LM7912得到-12V电压,以作为系统本身的工作电源。2.2采样电路及其他过流保护图3为电压调整模块电路,其中调整管采用由三极管Q1、Q3组成复合管形式,以得到较大电流,设计要求输出电流0~2A,输出电压0~18V,对应Pm=9W,因此,本电路中的调整管可选TIP41或2N5832,运放采用NE5534作为电路的比较放大电路,其具有响应速度快,压摆率高和共模抑制比高的特点。采样电路由R4、R5、R6构成,调节R5,使得R4/(R5+R6)=1/4,即当输出电压Uo有0.05V波动时,取样电压为0.04V,其与D/A的输出变化一致,其转换的电压经比较器放大后,可得到电压送比较器NE54534的同相端基准电压为10V。由于D/A转换器DAC0832是8位的转换器,故有255步步进。由此,当CPU控制DAC变化1步时,其对应取样电压的变化为0.04V,所以Uo的可调变化量为0.05V。电源输出电压调节通过由Q1、Q3、NE5534及取样电路构成的负反馈电路完成。电源的过流保护由R2与Q2构成。当输出电流过大时,Q2导通,并对调整管Q3的基极分流,使TIP41的导通电阻增大,输出电压降低,从而达到过流保护的目的。2.3d/adac转换图4为电源D/A转换电路。它由两级通用运放μA741、UREF及DAC0832构成。其原理:AT89S52的P0口发出的二进制数据,经8位D/ADAC0832数模转换和运放U1变为0~-5V的电压,再由运放U2反相放大2倍,得到0~10V电压。该DAC的转换分辨率为0.04V,即CPU输出给DAC的数据变化为1bit,DAC输出电压的变化为0.04V。UREF电路为DAC提供基准电压,调节10kΩ电位器,可使D/A的基准电压保持为5V。2.4显示模块设计电源的电压显示与键控电路如图5所示。当输出电压经图3中的R7限流和R8取样后,即可送模数转换。电路中AT89S51单片机的晶振频率选用12MHz,P1.0~P1.3接调压按钮。增加电压时,粗调用按键K1,步进为1V,细调用K2,步长为0.05V;减小电压时,粗调用K3,步长为1V,细调用K4,步调为0.05V。显示模块采用液晶LCD1602,其第1、2脚为电源和GND;第三脚VL为液晶的对比度调节,通过在VCC和地之间接一个10kΩ多圈可调电阻,中间抽头接VL,可实现液晶对比度的调节;数据口接在单片机的P0口;液晶的控制线RS、R/W、E分别接单片机的P2.5、P2.6、P2.7。3电源输出电压在完成系统软件设计基础上,进行硬件调试。先进行单元模块电路调试,再进行电源系统联调,主要从以下三方面对电源性能指标测试:1)电源空载时,电源预置控制量和输出电压关系如表1所示。由表1知电源的输出电压误差小于0.1%,纹波小于1mV。2)将输出电压Vo=10V,负载电流固定,市电在198~242V变化。测得输出电压Vo的变化如表2所示。由表2知输出电压调整率Sv=ΔVo/Vo=(10.004-9.999)/10=0.05%。3)市电固定在220V,Vo=10V,改变负载电阻Rf,负载电流在0~2A时。测得输出电压变化如表3所示。由表3知输出电压调整率Si=ΔVo/Vi=(10.003-9.890)/220=0.051%。4电源输出电压值本文基于单片机AT89S51设计的电源具有线路简洁、响应迅速、稳定性好、抗干扰能力强及效率高等特点。经测试表明:电源输入市电,输出电压