数控直流稳压电源设计论文.doc

目录摘要 (1)关键词 (1)前言 (1)1背景的介绍以及选题的意义 (1)1.1 选题的背景 (1)1.2 课题研究的目的与意义 (2)1.3 生产需求状况分析 (2)2电路硬件设计 (3)2.1 电路原理 (3)2.2 显示输出及按键输入电路 (3)2.3 稳压输出电路 (4)2.4 A/D转换电路 (5)3软件设计 (6)4总结 (8)参考文献 (8)The Design of a Digital Control DC Regulated Power Supply (9)Abstract. (9)Key words (9)致谢 (10)数控直流稳压电源设计学生姓名：王争艳学号:200505050065物理与电子工程系电子信息工程专业指导教师：李向东职称：副教授摘要：直流稳压电源是电子类实验室最常用的仪器,由于使用不当或质量原因造成的损坏现象常常发生。

本设计将单片机数字控制技术,有机地融入直流稳压电源的设计中, 具有数码显示、数字输入调压、电压调节精度高的特点，并且通过软件编程，来实现功能的扩展，从而设计出一款数字化通用直流稳压电源。

关键词：直流稳压电源;单片机;数字闭环控制前言随着人们生活水平的不断提高,数字化控制是人们追求的目标之一。

它所给人带来的方便也是不可否定的,其中数控直流稳压电源就是一个很好的典型例子,但人们对它的要求也越来越高,要为现代人工作、科研，生活、提供更好的，更方便的设施就需要从数字控制技术入手，一切向数字化，智能化方向发展。

本文所介绍的数控直流稳压电源与传统的稳压电源相比，具有电压调整简便,读数直观,电压输出稳定,便于智能化管理的特点,有效地克服了传统电源的不足。

该设计以单片机为核心,结合数字反馈控制技术,给出的稳压电源的输出电压范围。

1背景的介绍以及选题的意义1.1选题的背景直流稳压电源是电子技术领域不可缺少的设备。

传统的直流稳压电源,一般由电源变压器T、整流滤波电路以及稳压电路组成。

如图1所示，虽说这样的串联式稳压电源具有较宽的输出电压调节范围，并且通过合理的选择元器件可以达到较高的性能指标，如：电压调整率，负载调整率，纹波电压等。

但由于效率较低,使普通直流稳压电源难以实现输出电压的精确调整。

而且还需增设保护电路以使调整管在输出过流或短路时不致损坏，致使电路变得复杂难以实现[1]。

图1 传统的直流稳压电源目前,直流稳压电源正朝着多功能和数字化的方向发展,通过数字反馈控制模式来进行稳压从而提高了稳压的可靠性和精度;而采用A/D转换模块，并用LED显示输入，则提高了稳压的可靠性和直观显示能力，彻底的体现了采用数字控制实现稳压电源的优越性[2]。

1.2 课题研究的目的与意义现代社会越来越注重仪器的数字化和智能化,传统的直流电源中电压的调节方式既麻烦又对电路的性能造成影响。

本文以单片机为核心，结合数字反馈控制技术，设计出一种输出电压在0~12V之间并以0.5V为步进值进行电压精确调整的数控直流稳压电源电路，并且在数控直流稳压电源的实现方案中使用了模数或数模转换芯片,提高了稳压的可靠性【2】。

1.3 生产需求状况分析传统的多功能直流稳压电源功能简单、难控制、可靠性低、干扰大、精度低且面积大、复杂度高。

普通直流稳压电源品种很多, 但均存在以下几个问题: 1、输出电压是通过粗调(波段开关) 及细调(电位器)来调节。

这样, 当输出电压需要精确输出, 或需要在一个小范围内改变时(如1. 05～1. 07V ) ,困难就较大。

另外, 随着使用时间的增加, 波段开关及电位器难免接触不良, 对输出会有影响。

2、稳压方式大多是采用串联型稳压电路, 对过载进行限流或截流型保护, 电路构成复杂,稳压精度也不高。

不能满足特定电压的要求。

3、输出不够稳定，纹波电流过大。

4、普遍采用电压调节或者稳压电路调节，输出电压稳定，电源供电不稳定。

5、传统的直流稳压电源通常采用电位器和波段开关来实现电压的调节,并由电压表指示电压值的大小.。

因此,电压的调整精度不高,读数欠直观,电位器也易磨损.而基于单片机控制的直流稳压电源能较好地解决以上传统稳压电源的不足，得到低纹波、宽调整范围的电源【3】。

2 电路硬件设计2.1 电路原理单片机是单片微型计算机的简称，是将计算机的CPU、RAM、ROM、定时器/计数器和多种I/O接口集成在一片芯片上，形成的芯片级的计算机。

MCS-51/52系列是当前单片机应用的主流，而89系列又是使用者选用的主流，其特征为片内Flash是一种高速EEPROM（电可擦除可编程只读存储器），可在内部存放程序，能方便的实现单片系统、扩展系统、多机系统。

电路系统结构如图2所示,系统选用AT89C51单片机为控制核心,外部扩展一片电擦除2864存储器用以实现断电参数存储功能。

单片机计算设定值与A/D 转换采样反馈值的偏差以及偏差的变化率,得出相应的输出值,由D/A转换电路变换为模拟量去驱动电压输出控制电路,从而使电压稳定在设定值。

图2 电路原理结构图2.2 显示输出及按键输入电路LED显示器和74LS247、74LS138构成信息显示系统,显示数据由单片机P0口输出。

如图3所示，显示内容主要有电源实际输出电压、电流,限定的电压、电流, PID参数。

输入操作由四个轻触按键完成,采用独立式按键中断接口方式,单片机响应中断后,读取P1口数据并进行相应的按键处理程序。

由于采用中断方式,占用系统时间较少。

功能选择键,其功能循环的路径为:输出电压显示→输出电压设定→比例参数→积分参数→微分参数→输出电压显示,参数设定通过按“+、-”键改变,按确认键输入存储器,保存在2864存储单元中【4】。

图3 输入显示电路原理图独立式按键接口方式就是直接用I/O口线构成单个按键电路。

每一个按键各自单独占用一根I/O口线的工作状态相互不受影响。

独立式按键接口电路配置方便灵活，软件结构较简单，但每个按键必须占用一根I/O口线，在按键较多时，I/O口线浪费较大，故只有在按键数量不多时可采用这种按键接口电路。

本设计中，当P1口外接的4个按键中任一个按键被按下时，均会引起INT1中断请求，CPU进入中断处理，读入P1口的状态；然后再判断是何健按下，再进入相应的处理程序【4】。

2.3 稳压输出电路单片机根据按键设定值和A/D转换的采样值计算出输出值,通过数据总线把数据传送到DAC0832,进行D/A转换,由IOUT1、IOUT2输出相应的模拟电流信号,经运算放大器转换为0~5V的模拟电压信号,再经一级比例放大电路放大后驱动电压调整管Q1,电路原理见图4。

Q1接成射极跟随器的形式,一方面可以保证输出电压与输入电压一致,另一方面减小输出电阻,提高电源的带负载能力。

输出电压经R3、R4分压后,送到A/D转换电路,采样处理后,反馈到单片机。

当采样值高于设定值,单片机计算出输出量减小,相应Q1基极电位下降,输出电压下降。

当输出电压过低时,电压反馈稳定过程与此相反。

由此,实现了输出电压的稳定【5】。

DAC0832的内部结构：DAC0832主要由两个8位寄存器和一个8位D/A转化器组成。

D/A转换器采用T型解码网络，两个8位寄存器（输入寄存器和DAC0832寄存器）构成双缓冲结构，通过相应的控制信号可以使DAC0832工作于三种不同的方式。

（1）直通信号——WR1=WR2=0时，数据可以从输入端经两个寄存器直接进入D/A转换器；（2）单缓冲方式——两个寄存器之一始终处于直通，即WR1=0或WR2=0,另一个寄存器处于受控状态；（3）双缓冲方式——两个寄存器均处于受控状态，这种工作方式适合于多路模拟信号同时输出的应用场合【5】。

图4 电压输出原理图2.4 A/D转换电路A/D转换电路主要由ADC0809及500KHZ方波发生器组成。

其中500KHZ信号是由555定时器组成的多谐振荡器,为ADC0809提供时钟源。

模数转换完成以后,ADC0809向单片机申请中断。

ADC0809是一种8路模拟输入的8位逐渐逼近时A/D转换器件。

内部除8位A/D转换电路外，还有一个8路模拟开关，其作用可根据地址译码信号来选择8路模拟输入，可以使8路模拟输入共用一个A/D转换器进行转换，这是一种经济的多路采集方法。

其转换结果通过三态输出锁存器输出，因此可直接与系统总线相连。

由555定时器接成的多谐振荡器，只需将输入端的Vi1与Vi2连接在一起接成施密特触发器，然后再将Vo经RC积分电路接回输入端就可以了【6】。

3 软件设计软件采用汇编语言编写,全部模块化编程。

系统主要由显示模块、按键输入中断模块、电压调整量计算中断、各数据缓冲区初始化,输出显示信息并对系统进行监控等待中断。

按键输入及数模转换都将激发中断。

其中数模转换中断优先级高于按键输入中断。

数模转换中断子程序及按键中断处理子程序流程框图见图5和图6。

按键中断由INT1引入,进入按键中断后,单片机首先扫描P1口,若某位为低电平,先延时10ms,然后再读入该位,如果读得值仍为低电平,可确认此键已按下。

然后调用该键的键处理子程序。

在按键中断中,功能键的中断优先级最高。

数模转换中断子程序由INT0引入,中断后首先读取模数转换值进入显示缓冲区,再调用PID调节子程序计算调节量,并将输出量送D/A转换完成一次电压调节。

开启模数转换后返回主程序。

图5 按键中断服务程序流程图6 数模转换中断子程序此设计所引用的部分单片机的功能程序：延时程序：在按键输入功能模块中应用此程序段可消除键抖动，如要求延时10ms的程序源程序执行时间（机器周期数）DELAY：MOV R7,#0AH 1LOOP1:MOV R6,#0FFH 1LOOP2:NOP 1NOP 1 ；空操作用于延时DJNZ R6,LOOP2 2DJNZ R7,LOOP1 2RET 2 ；返回主程序此程序内循环一次所需机器周期数=1+1+2=4个内循环总的机器周期数=4*255+1=1021个外循环一次所需的机器周期数=4*255+1+2=1023个外循环总的机器周期数=1023*10+1+2=10233个。

若振荡频率f=12MHz,一个机器周期为1us,该子程序最大的延时时间为10233us=10ms。

延时时间的长短可由循环次数来控制。

由外部中断INTR1引入的按键中断服务程序：（由0013H转来）INTR1: MOV A,#0FFH ;置输入方式MOV P1,ALOP: MOV A,P1 ；读入键盘状态CJNE A,#0FFH,L0SJMP LOPL0: LCALL DELAY ；延时去抖动MOV A,P1CJNE A,#0FFH,L1 ；非误读，转SJMP LOPL1: JNB ACC.0,K0 ；各功能键入口地址JNB ACC.1,K1JNB ACC.2,K2JNB ACC.3,K3EXIT: RETI ；中断返回K0:……………；功能键处理程序AJMP EXITK1:……………AJMP EXITK2:……………AJMP EXIT ；处理完，转中断出口K3:……………AJMP EXIT说明：当有键合上时，每处理完一个按键的程序后，均应返回到被中断的程序，以继续下一次产生的中断，所以各功能键的最后一条指令均要返回到中断的出口处。