毕业设计-数控直流稳压电源设计

毕业设计-数控直流稳压电源设计

数控直流稳压电源设计

【摘要】本设计以直流电压源为核心，STC89C52RC单片机为主控制器，单片机系统是数控电源的核心。它通过软件的运行来控制整个仪器的工作，从而完成设定的功能。通过数字键盘来设置直流电源的输出电压，输出电压范围为0—9.9V，最大电流为300mA，并可由液晶屏LCD1602显示实际输出电压值。本设计由单片机程控输出数字信号，经过

D/A转换器（DAC0832）输出模拟量，再经过运算放大器LM324隔离放大,最后输出各种设备所需要的电压。实际测试结果表明，本系统实际应用于需要高稳定度小功率恒压源的领域。

【关键字】直流稳压电源；单片机；数控；DAC0832

1.概述

1.1课题背景

电源技术特别是稳压电源技术在工程技术方面使用性很强，在各个行业里得到了广泛的应用。直流稳压电源的电路形式有很多种,有串联型、开关型、集成电路、稳压管直流稳压电源等等。目前使用的直流稳压电源大部分是线性电源，利用分立元件组成，体积大，效率低，可靠性差，操作使用不便，自我保护功能不完善，故障率高（长期工作在大电流和大电压下,电子元器件很容易损坏）但在直流稳压电源中，通过整流、滤波电路所获得的直流电源的电压往往是不稳定的[1]。当在外在电压波动或负载电流变化的时侯也会使输出电压有所改变。供给电子设备的电压源的不稳定,会使设备产生很多问题。所以，设计出质量优良的直流稳压电源，才能满足各种电子线路的要求。数控电源是从80年代才真正的发展起来的，系统的一些电力电子理论基础在那期间刚刚建立。这些理论的研究

为其后来电源的发展提供了一个较好的基础。在以后的电力电子发展中，数控电源技术的发展得到了长足的进步。不过其产品存在数控程度要求达不到、分辨率不够高、功率密度低、可靠性比较差等缺点。因此稳压电源以后主要的主要发展方向，是针对上述缺点不断的进行改善。单片机技术及电压转换模块的出现为精确数控电源的发展提供了有利的条件。新的变换技术和控制理论的不断发展，各种类型专用集成电路、数字信号处理器件的研制应用，到90年代，己出现了数控精度达到0.05V的数控电源，功率密度达到每立方英寸50W的数控电源[2]。

1.2 本论文的主要设计思想

目前，市场上各种直流电源的基本环节大致相同，都包括交流电源、交流变压器、整流电路、滤波稳压电路等[3]。本设计将单片机控制系统应用于直流稳压电源的方法和原理，实现了稳压电源的数控调节。

从组成上，本设计硬件电路主要由单片机、变压器、整流电路、滤波电路、稳压输出电路、D/A转换电路、显示电路等组成。利用D/ A转换器的高分辨率和单片机的自动检测技术设计数控电源更显示出其优越性。数控电源既能方便输入，具有较高精度和稳定性，而且在0.0V到9.9V可以任意设定输出电压，所有功能由面板上的键盘控制单片机实现，给电路实验带来极

大的方便,提高了工作效率。

1.3 数控直流稳压电源设计研究的意义

基于单片机的数控直流稳压电源，与传统直流稳压电源相比，具有新颖性、独创性和先进性。它不仅能作为常规的电子产品和科研实验电源用，而且可以通过软件编程的方法使稳压电源产生连续变化的输出电压，具有很高的性价比[4]。电源采用数字控制，具有以下明显优点：

1.采用先进的智能控制策略和控制方法，体现出电源模块的高程度智能化，更加完美性能。

2.系统升级方便，控制比较灵活，只需修改控制算法，而不必改动硬件线路。

3. 提高控制系统的可靠性，更容易实现标准化，可以针对不同的系统(或不同型号的产品)，采用相同的控制板，而只需对软件控制部分做一些调整便可。

4.系统电压输出的一致性比较好，成本低廉，方便量产。

2.各模块方案的论证

2.1 控制方案比较

方案一:采用各类数字电路来组成键盘控制系统，进行信号处理，如选用CPLD等可编程逻辑器件。本方案电路复杂，灵活性不高，效率低，不利于系统的扩展，对信号处理比较困难。

方案二：采用STC89C52单片机作为这个系统的控制单元，可以通过DAC0832的数据采样和LM324的电压调整可以改变系统输出电压的大小。为了能够使系统具备检测实际输出电压值的大小，可以将输出电压经过DAC0832进行模数转换，间接用单片机实时对电压进行采样，然后进行数据处理及送LCD1602显示。显示的电压值便是输出的电压大小。此系统比较灵活，采用软件方法来解决数据的预置以及电压的大小控制，使系统硬件更加简洁，各类功能易于实现，能很好地满足题目的要求。

比较以上两种方案的优缺点，方案一采用中、小规模器件实现系统的数控部分，使用的芯片很多，造成控制电路内部接口信号繁琐，中间相互关联多，抗干扰能力差。在方案二中采用单片机完成整个数控部分的功能，也便于系统功能的扩展[5]。

2.2稳压输出方案比较

方案一:采用线性调压电源

以改变其基准电压的方式使输出不仅增加/减少，这样不能不考虑整流滤波后的纹波对输出的影响。

方案二:使用运算放大器对电压的比较放大

由于运算放大器具有很大的电源电压抑制比，可以大大减小输出端的纹波电压。在方案一中输出的电压很难跟踪电压的快速变化，而方案二中的输出电压

波形与 DAC0832的输出波形相同，不仅可以输出直流电平，而且只要预先生成产生波形的量化数据，便可以输出多种波形，使系统产生的信号源有一定的驱动能力。

2.3显示部分比较

方案一:使用数码管显示

使用多位数码管显示，显示不灵活。

方案二:使用LCD1602液晶显示

液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富、超薄轻巧等优点。本方案采用LCD1602，它具有两行显示，每行显示16个字符，采用单+5V供电，外围电路简单，价格便宜，具有很高的性价比。而数码管虽然便宜，但显示单调。占用过多的I/O。

2.4总体方案框图

系统总体方案框图如图2-1所示。

图2-1 系统总体方案框图

3.系统的硬件电路设计