简易数控直流电压源

数

控

电

压

源

实

习

报

告

班级：测控12-1 31号

设计人: 王秋桦

指导老师：庄严

设计时间：2015-12-01

摘要

本设计采用数字电位器MCP41010和功率放大电路LM324构成输出电压在0.1-9.9V的直流稳压电源，整个电路由 D/A转换模块、电压放大模块、精密电压源模块和过流保护模块组成。数字控制部分采用+/-按键来调整预设电压值，调整步进0.1V，当按下+/-按键超过1秒时进入快速调整状态，每秒步进为0.4V。最后再将放大后的输出电压值和输出电流值，经过PIC16F877A的内部A/D转换并在数码管上实时显示。

关键词：数字电位器、D/A转换、电压源、过流保护

目录

1 系统设计 (4)

1.1设计要求 (4)

1.1.1 设计任务 (4)

1.1.2、基本要求 (4)

1.1.3、发挥部分 (4)

1.1.4 测试要求 (4)

1.1.5 系统框图 (4)

1.2方案论证与比较 (5)

1.2.1电压采样模块 (5)

1.2.2 稳压模块 (5)

1.2.3 过载保护模块 (6)

1.2.4 最终方案 (7)

2.单元电路分析 (7)

2.1D/A转换模块 (7)

2.1.1工作原理 (7)

2.1.2 参数选择 (8)

2.2电压放大模块 (8)

2.2.1 工作原理 (8)

2.2.2 参数选择 (8)

2.3稳定电压源及电压采样模块 (9)

2.3.1 工作原理 (9)

2.3.2 参数选择 (9)

2.4过载保护模块 (10)

2.4.1工作原理 (10)

2.4.2 参数选择 (10)

3.软件设计 (11)

3.1实现功能.............................................. 错误！未定义书签。

3.2软件平台及开发工具 (11)

3.3 软件流程图 (11)

4.系统测试 (13)

4.1电路测试步骤： (13)

5. 结论 (14)

6. 参考文献 (15)

7.附录 (15)

1 系统设计

1.1 设计要求

1.1.1 设计任务

设计一台直流稳压电源，电压变化范围±10%.

1.1.2、基本要求

（1）输出电压：范围0～+9.9V ，步进0.1V ，纹波不大于10mV 。 （2）最大输出电流：500mA 。

（3）启停键:“工作”与“停止”两状态的转换键，每按该键一次状态翻转一次。 （4）“停止”状态：禁止电压输出，状态指示灯灭，电压指示器显示预设电压，负载电流为0；在该状态下按“+”、“-”两键调整预设电压值，调整步进0.1V 。 （5）“工作状态”：允许输出预设电压，正常工作指示灯亮，电压、电流指示器实时显示输出电压和负载电流。一旦负载电流超限输出保护关断信号，转入“保护”状态，保护响应时间不超过10mS 。处在“工作”状态时输出电压不能调整，按启停键转换到“停止”状态。 （6）“保护”状态：禁止电压输出，过载指示灯亮，电压、电流指示器显示预设电压和超载时的电流值，5秒后自动回到“停止”状态。

1.1.3、发挥部分

（1）增加快速调整功能，按下“+”、“-”键超过1秒后进入快速调整，每秒步进0.4V 。 （2）系统能保存预设电压值，每次开机时的预设电压值为上次关机前的预设电压值。

1.1.4 测试要求

在最小系统板数码管上可以清晰读出预设电压值、采样电压值和采样电流值。 1.1.5 系统框图

图

1

1.2 方案论证与比较

1.2.1电压采样模块

方案一：在输出口串上两个大电阻和一个电位器,从电位器的中间抽头进行采样,这样不但可以得到完全采样,而且可调.因为实际的电阻值与所标的电阻值会有一些误差，电位器的精密度等都会增加电压采样误差.电路图如下

:

方案二：由于产生的稳定直流电压源的电压值高达9.9V ，不能直接送给PIC 的I/O 采样，则需将其线性降压，而此降压电路模块不会影响电压源的各性能。因此利用电压跟随器的输入电阻无穷大的特性，得出采样电压。

图3

综合以上分析，方案二较好。

1.2.2 稳压模块

方案一：如下图所示，电路接成串联型电压负反馈，我们把输入电压加到运放的同相端，与6脚的取样电压构成差动放大器，把他们之间的电压差进行放大，放大后的电压再接到调整管的基级，通过调整管的调整作用，来达到稳定输出电压的效果。

方案二：如图，电压经过差分放大后由功率三极管放大电流组成电压负反馈电路。 再经过电容滤波，电路即可输出稳定的直流电压。

综合以上分析，方案二较好。

1.2.3 过载保护模块

方案一：如下图所示

10K

R1410K R13

33K

R1510K R101/2W

R810K

R1110K

R1210K R9

10K RW2L

100uH 100u F

C61000u F

C12C7

104

104

C13

+12A/D

1213144

11IC4

910

84

11

IC3

104C8

R16100

T1

TIP122T39013

U5

U6U8U10U11U12

U13VOUT .

..

图6

上图采用复合管组成限流型保护电路，通过调整电阻R8，当电路中的电流达到或超过需保护的设定值时，R8两端的电压超过0.5V ，9013导通工作，电流中的电流可通过9013

图 5