简易数控直流稳压电源设计.doc

1、目录一.系统方案选择和论证11.1系统基本方案11.1.1电流转换电压模块的设计11.1.2 DA转化芯片的选择21.1.3数控电路的选择21.2系统各模块的最终方案2二电路模块设计与分析32. 1 稳压输出模块32.1.1 稳压输出电路的工作原理及参数计算32.1.2过流保护电路52.2 电源电路的设计52.3 基准源电路的设计6三. 系统的软件设计63.1主程序的设计63.2 过流保护子程序流程图8四. 系统测试与分析84.1测试仪器84.2指标测试94.2.1 输出电压的测试94.2.2 输出电流的测试104.3测试结果分析与结论11五控制转换模块11六.显示模块12七.设计制作与总结1

2、2I摘 要本系统以单片机AT89S52为控制中心，控制12位数模转换器AD7543，将其输出的电流信号经过高精度低温漂运算放大器OP07，将其转换成电压信号，并再一次经过反向加法器和LF356，来扩展输出的电压的范围，使电压的范围在-9.99V+9.99V之间内变化并用液晶显示出来。以及通过按键来实现电压的步进。关键词：AT89S52 AD7543 OP07 液晶显示器AbstractThis system to pick to: monolithic integrated circuit AT89S52 as the control center, control 12 AD7543 dig

3、ital-to-analog converters, its output current signal by high-precision temperature drift OP07 amplifier, convert voltage signal, and once again after reverse adder and LF356, to expand the scope of the output voltage, the voltage range in - 9.99 V + within and between the changes of 9.99 V liquid cr

4、ystal display (LCD). And through the key to realize the voltage stepper, not only so, but also expanded the voltage type - the output pulse, sawtooth wave and rectangular wave.Keywords: AD7543 AT89S52 OP07 LCD display一.系统方案选择和论证1.1系统基本方案1.1.1电流转换电压模块的设计 方案一：采用LM324来进行电流转换成电压虽然LM324是四运放集成电路，其结构相对简单，具

5、有电源电压范围宽、静态功耗小、单电源使用，但由于本作品要求电压的精度很高，故在此设计中不采用此方案。 方案二：采用OP07来进行电流转换成电压OP07是高精度低失调电压的精密运放集成芯片，具有低的输入噪声电压幅度、极低的输入失调电压、极低的输入失调电压温漂、长期的稳定性等等，考虑到此作品要求电压的精度很高，而它又具有这个优点，故采纳它。1.1.2 DA转化芯片的选择 方案一：采用DAC0832数/模转换器DAC0832是8位的并行数/模转换器，虽然其转换时间短，产生的波形较好，但占用的I/O口线多，至少要占用8条I/O口，而且当基准电压为5V 时，其精度为5/256=0.025V，达不到题目的

6、要求，故在此不采纳。方案二：采用AD7543数/模转换器AD7543是12位的串行数/模转换器，虽然其转换的时间较长，对转换时间会带来一点影响，但这个影响并不是很大，对题目的其它功能设计并没有影响，而且它占用的I/O口线很少，只占用三条I/O口，精度又高，当基准电压为5.12V时，其精度为5.12/4094=0.00125V，可做为创新发挥，故使用AD7543。1.1.3数控电路的选择方案一：用以AT89S52为核心的单片机控制方案，通过编程，并通过按键来进行数据的改变，并将改变的数据量传给AD7543进行转换，输出电流信号，再转换成电压信号，实现输出电压的步进等功能。运用这种方案来实现题目的

7、要求，其硬件电路的设计简单，编程并不是很复杂，作品功能的调试关键是只要能够调好AD7543的基准源电压，作品的精度就能够实现。方案二：采用数字电路实现输出电压的控制，用加减计数器，通过加减键实现加计数或减计数，将计数器的输出通过开关管驱动继电器的电磁线圈，通过继电器来实现电压检测电阻的切换，实现输出电压的控制。用这种方法来实现，其优点是不用编程，但其不足的之处是电路复杂，焊接工程量大，一旦焊接错误，就会给检查硬件带来很大的麻烦，而且调试也相对麻烦。综合以上二种方案分析， 以及考虑作品的精度问题，最终选择方案一。1.2系统各模块的最终方案根据以上各个方案的比较与论证,本组最终确定了各个模块的方案

8、,其原理图如图1.1所示:单片机主控系统D/A转换显示模块键盘扫描基准电压过流保护输出自制稳压电源+15VV-15V+5V220V图1.1系统原理框图二电路模块设计与分析 2. 1 稳压输出模块该部分将控制部分送来的电压控制字数据转换成稳定电压输出。它由数/模转换器（AD7543），集成运放OP07、LF356、晶体三极管TIP122、TIP127、9015、9014、基准电压源TL431组成。2.1.1 稳压输出电路的工作原理及参数计算 稳压输出电路的原理框图如图2.1：AD7543基准电压5.12VOP07OP07反向加法器LF356放大扩流电路输出电压图2.1 稳压输出电路的原理框图其工

9、作原理：在本设计中，采用12位字长的D/A转换器具有4096种状态，输入AD7543的基准电压为5.12V，则一个电压控制字所代表的电压为5.12/4096=0.00125V，当单片机给AD7543为0FFFH时第一路运放OP07输出的电压应为-5.12V，再经过反向加法器，输出的电压为2.56V，最后经过LF356放大四倍，得到10.24V，当单片机给AD7543为0000H时第一路OP07输出的电压应为0V，再经过反向加法器，输出的电压为-2.56V，最后经过LF356放大四倍，得到-10.24V，于是输出电压的范围为-10.24V10.24V，因此每一个电压控制字所代表的电压为20.48

10、/4096=0.005V，这样每两个电压控制字就能实现步进0.01V。其稳压输出电路如图2.2：图2.2 稳压输出电路2.1.2过流保护电路在图2.2中，三极管9014、9015构成过流保护电路。正常工作时，9015截止， 其集电极输出低电平，使9014截止，B点输出高电平，不触发中断。当输出电流过大时，调节R13使9015的基极电位大于0.7V，使得9015导通，其集电极输出高电平，使9014也导通，B点呈现低电平，于是触发中断，从而执行中断子程序，以此达到过流保护的目的。2.2 电源电路的设计 自制电源使之最终输出15V、+5V的直流电。+5V主要供数控部分和D/A转换芯片AD7543使用

11、，15V供后面的运放和扩流电路使用。该电源的纹波系数的大小会直接影响输出电压的精度，电源的纹波系数越大则输出的电压的误差就越大，为了减少电源对系统电压的影响，则在设计电源时采用大电容进行滤波，该电路如附件一所示。电源的纹波系数=（纹波电压/输出的电压）100%2.3 基准源电路的设计 在此电路设计中，用到TL431三端可调分流基准源。其内部含有一个2.5V的基准电压,所以当在VREF端引入输出反馈时,器件可以通过从阴极到阳极很宽范围的分流,控制输出电压。如图2.3，选择不同的R3和R2的值可以得到从2.5V到36V范围内的任意电压输出,其公式是Vo=(1+R3/R2)VREF,因此当R2=R3

12、时,Vo=5V。在此，选择了R3为一个10K 的精密滑阻，R2为5K ，通过调节滑阻使电压为5.12V,为AD7543提供了基准源，在选择电阻R1时需要注意的是必须保证TL431工作的必要条件,就是通过阴极的电流要大于1 mA 。电路如下图2.3所示 图2.3 基准源电路三. 系统的软件设计 3.1主程序的设计根据题目的要求可知其工作模式是电压模式，电压模式又可分为电压步进模式、自动步进模式、任意预置电压模式。软件设计主程序流程图如图3.1所示：开始初始化手动步进械模式判断模式转换按键是否按下自动步进模式YNN判断模式转换按键是否按下Y手动预置电压判断模式转换按键是否按下NN按键判断NY返回Y

13、图3.1 主程序流程图3.2 过流保护子程序流程图 如图3.2中断1开始将输出减为0查询外中断是否正常正常开中断返回图3.3 过流保护子程序流程图四. 系统测试与分析4.1测试仪器序号器件名称型号作用备注1液晶显示1602液晶屏显示所采样到的电压值使用正常2数字万用表DT9205A显示输出的电压值使用正常4.2指标测试4.2.1 输出电压的测试在测试系统功能时,首先先调基准源电路,使其输出为5.12V，传输给AD7543,当控制字为0032H，输出的电压应为-9.99V，因为控制字为0000H时输出为-0.00125*2048*4=-10.24,通过计算可推算出0032H时,输出为-9.99V

14、，当输出的数据不对时,首先检测一级运放的输出电压是否为0，不为0则调节50K反馈滑阻，使输出电压为0，然后测反向加法器的输出端的电压是否为-2.56V，不是则调节电路中5K的滑阻，直到输出为-2.56V，于是就固定该电阻，不再进行调整，最后测输出的电压，若仍达不到-9.99V，则调节放大器电路中的10K滑阻，直至输出为-9.99V，当控制字为0800H时,输出的电压应为0V，若达不到则按照上面的调试步骤进行调整。当控制字为0FCEH时，输出的电压应为9.99V，若达不到也是按照上面的调试步骤进行调整，以上的数据都实现时，此时就固定各个滑阻的阻值。然后进行电压步进的测试，其测试结果如下:1输出端

15、空载时当为正电压时，测出的电压值与预置值 (其中输出的电压值用1602液晶和数字万用表显示来判断其有无误差)。 如表4.1所示:数据记录(室温) 表4.1次数1234567891011预置电压(V)0.001.002.003.004.005.006.007.008.009.009.99输出电压(V)0.0001.0002.013.014.015.016.007.018.019.019.98预置电压(V)0.00-1.00-2.00-3.00-4.00-5.00-6.00-6.00-8.00-9.00-9.99输出电压(V)0.001-0.999-2.01-3.01-4.01-5.01-6.01

16、-7.01-7.99-9.01-9.982.输出端带载，负载的电阻为20欧/200W测出的电压值与预置值 (其中输出的电压值用1602液晶显示,预置值用数字万用表显示) 如表4.2:表4.21234567891011预置电压（V）0.001.002.003.004.005.006.007.008.009.009.99输出电压（V）0.000.902.013.014.005.016.007.108.018.909.984.2.2 输出电流的测试为了测出电流值,在输出端接一个由1个22/200W的电阻作为负载，其一端接输出端，一端接万用表的正极,在测之前将万用表调到直流电流档，并将其量程调到最大，

17、把万用表的黑表笔接到地，上电之后,就可以测出电流值，测试的结果如下：1.当输出的电压为9.99V次数123456电流（mA）500.0501.9502.0502.1500.5500.02.当输出的电压为-9.99V次数123456电流（mA）-500.0-501.9-502.1-502.0-500.0-503.0 4.3测试结果分析与结论 根据以上的指标测试结果来看，其数据基本符合题目中的要求，输出电压的范围0V9.99V,可实现步进0.01V，0.1V、1V，且预置值与实际值之间的误差在0.01V以内,纹波电压小于10mV,输出的电流可达到500mA,在其基础上又扩展了过流保护功能和扩展电压

18、的范围-9.99V9.99V,并且可任意设置电压值.且在A4模块中，又增加了日期显示，增加了创新功能。 根据以上数据的记录，预置值与输出值存在误差,但其误差是比较小的，在要求的范围内，其误差主要来源于三个方面:1.自制的电源产生的纹波电压引入的误差2.基准电压温漂引入的误差3.由功率放大器引入的误差五控制转换模块由AT89S52主系统通过软件将数据代码传送到DA转换芯片，在AD7543的数模转换后达到控制输出功能。还则通过按键通过给P2口不同的数据使电路得到步进+-1V，+-0.1，+-0.01的步进。数据通过P0口输出。图5.1所示图5.1六.显示模块模块由1602液晶屏从P1口接收数据并将

19、电压值显示出来。如图5.1所示 七.设计制作与总结本次设计的作品不仅实现基本要求，也实现了发挥部分的功能。同时也扩展了一些功能,如过流保护，扩展输出电压的范围显示日期等。作品的最终功能全部实现了,不过在之前的电路制作过程中，在焊电路板的时候，由于电路板线与线之间有两处接的比较接，导致后面的电路调试过程中，系统控制板的按键步进1V时，步进不了，一按就只能步进0.1，原因是因为步进1V的线跟步进0.1的线微导通了，一直加不了1V，后来以为是软件编程有问题，经检查后没错，就检查硬件电路，发现1V的线跟0.1的线微导通了，结果错误得到更正。在编写程序时，要针对电路硬件进行编程，熟悉单片机各I/O的工作情况，以便能更好的运用它。经过这两个星期的作品制作，让我们体会最深的是团队精神的重要性，在这次作品考试中我们互相信任、互相配合、分工合作,在顺境时提醒保持冷静，逆境时相互鼓励共度难关，终于按时完成题目要求的功能且增加了创新功能。本文来自网络，版权归原作者所有，请下载后，尽快删除。13