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直流电源
简易数控直流稳压电源
摘要:
随着科技进步发展,电压源也在不断跟新,数控直流稳压电源具有操作方便,电压稳定度高的特点,其输出电压大小采用数码管显示,主要用于要求电源精度比较高的设备,或科研实验电源使用。
设计以8位AT89C51单片机为核心处理器,主要控制输出电压,最后显示在7段数码管上。
在简易数控直流电源中,通过两个按键控制电压步进增减,单片机将数值信号送到DAC1232,转换成模拟信号,将电压输出。
AT89C51主要是控制输出电压,信号处理,7段数码管显示。
此设计包含键盘、数控部分、译码数字显示的设计,单片机编程,D/A转换以及精度,输出电路的设计,具有控制精度高制作比较容易等优点。
关键词:
电源,数控,D/A转换,单片机
引言
随着人们生活水平的不断提高,数字化控制无疑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,数控直流稳压电源是电子技术常用的设备之一,广泛的应用于教学、科研等领域。
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、精度低且体积大、复杂度高。
在实际生活中,都是由220V的交流电网供电。
这就需要通过变压、整流、滤波、稳压电路将交流电转换成稳定的直流电。
数控电源是电力电子理论开始建立,它为后来的发展提供了一个良好的基础,在以后的一段时间里,数控电源技术有了长足的发展。
但是许多产品存在数控程度达不到要求、分辨率不高、功率密度比较低、可靠性较差的缺点。
因此为了改善上述缺点我们在设计时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。
同时也要从从数字电子技术入手,一切向数字化和智能化方向发展。
数字化智能电源模块是针对传统智能电源模块的不足提出的,数字化能够减少生产过程中的不确定因素和人为参与的环节数,有效地解决电源模块中诸如可靠性、智能化和产品一致性等工程问题,极大地提高生产效率和产品的可维护性。
一.设计任务与要求
.设计任务
设计出有一定输出电压范围和功能的数控电压源,原理如图1所示:
图1数控电压源原理
.设计要求
2.1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输出电流:
500mA;
③输出电压值由数码管显示;
④由“+”、“-”两键分别控制输出电压步进增减;
⑤为实现上述几部件工作,自制一稳压直流电源,输出±15V,+5V。
2.2发挥部分
①输出电压可预置在0~9.9v之间的任意一个值;
②用自动扫描代替人工按键,实现输出电压变化(步进0.1v不变);
③扩展输出电压种类(比如三角波等)。
二.总体思路和研究方案
1.总体思路
简易数控直流电源由电源电路、显示电路、控制电路、数模转换电路四部分组成。
准确说就是电源电路提供各个芯片电源、数码管、放大器所需电压,显示电路用于显示电源输出电压的大小,同时分析了数字技术和模拟技术相互转换的概念。
具有操作方便和易于实现,电源稳定性高以及其输出电压大小采用数码显示的特点。
由于运算放大器具有很大的电源电压抑制化,可以大大减小输出端的纹波电压
简易数控直流电压源,可以使步进达到0.1V精度,输出的电压范围0.1V到9.9V,输出电流可以达到500mA。
针对以上问题,本设计以单片机为核心的数控式高精度简易直流电源的设计,该电源采用数字调节、闭环实时监控、输出精度高,特别适用于各种有较高精度要求的场合。
其设计方法是由单片机通过D/A(DAC1232),控制驱动模块输出一个稳定电压,同时稳压方法采用三端可调稳压管进行调整,输出电压通过电阻反馈给运放,与设定值进行比较,若有偏差则调整输出。
工作过程中,单片机输出驱动LED显示,通过键盘可设置和调整电压值。
该电路具有设计简单,应用广泛,精度较高等特点。
2.方案设计
2.1方案一:
单片机设计
AT89C51单片机作为控制器,P0口和DAC1232的数据口直接相连,D/A的各个端口连接后接P3.4,和接单片机的端,让DA工作在单缓冲方式下。
D/A的8脚接参考电压,D/A的基准电压接-10V电源,所以在D/A的8脚输出电压的分辨率为约等于0.1V,也就是说D/A输入数据端每增加1,电压增加0.1V。
通过运放OP07将DA的输出电流转化为电压,再通过运放OP07将电压反相并放大输出电压并稳压,最后通过示波器观察其波纹,如图2所示:
图2方案一硬件框图
2.2方案二:
计数器设计
采用调整管方案,主要特点在于使用一套双计数器完成系统的控制功能,其中二进制计数器的输出经过D/A变换后去控制误差放大的基准电压,以控制输出步进。
十进制计数器通过译码后驱动数码管显示输出电压值,为了使系统工作正常,必须保证双计数器同步工作,其硬件框图如图3示:
图3方案二硬件框图
2.3方案三:
计数器和EPROM
用一套十进制计数器,一方面完成电压的译码显示,另一方面其输出作为EPROM的地址输入,而由EPROM的输出经D/A变换后控制误差放大的基准电压来实现输出步进。
由于只使用了一套计数器,回避了方案一中必须保证双计数器同步的问题,但由于控制数据烧录在EPROM中,使系统设计灵活性降低。
其硬件框图如图4示:
图4方案三硬件框图
.方案比较:
方案一采用了单片机芯片AT89C51,有P0,P1,P2,P3四个口控制着输入输出,操作控制方便,电路简单,处理速度快,但是在在软件编程的时候特殊寄存器设置麻烦。
方案二采用一套双计数器完成系统的控制功能,能有效控制误差放大,以控制输出步进,但处理速度慢,电路复杂,计数器需要译码后显示输出电压值,必须保证双计数器同步工作。
方案三采用一套十进制计数器,实现电压的译码显示,EPROM控制误差放大的基准电压实现输出步进,但由于控制数据记录在EPROM中,灵活性降低。
相比之下,选用方案一。
三.主要芯片介绍
1.AT89C51芯片
AT89C51是一种带4K字节存储器的低电压、高性能CMOS8位微处理器,即单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器,AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活高。
引脚如图5所示:
图5AT89C51引脚排列
P0口:
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。
P1口:
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P2口:
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。
P3口:
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。
P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口,如下表所示:
P3.0RXD(串行输入口)
P3.1TXD(串行输出口)
P3.2/INT0(外部中断0)
P3.3/INT1(外部中断1)
P3.4T0(记时器0外部输入)
P3.5T1(记时器1外部输入)
P3.6/WR(外部数据存储器写选通)
P3.7/RD(外部数据存储器读选通)
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
2.DAC1232芯片
DAC1232是8分辨率的D/A转换集成芯片。
与微处理器完全兼容。
D/A芯片接口简单、转换控制容易等优点,在单片机应用系统中得到广泛的应用。
D/A转换器由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路构成。
其引脚排列如图6所示:
图6DAC1232引脚排列
根据对DAC1232的数据锁存器和DAC寄存器的不同的控制方式,DAC1232种工作方式:
直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式。
DAC1232是采样频率为八位的D/A转换芯片,集成电路内有两级输入寄存器,使DAC1232芯片具备双缓冲、单缓冲和直通三种输入方式,以便适于各种电路的需要(如要求多路D/A异步输入、同步转换等)。
若需要相应的模拟电压信号,可通过一个高输入阻抗的线性运算放大器实现。
运放的反馈电阻可通过RFB端引用片内固有电阻,也可外接。
DAC1232逻辑输入满足TTL电平,可直接与TTL电路或微机电路连接。
三.自制稳压电源的设计:
在自制稳压电源设计中,变压器将220V交流电压降压处理,
再通过2W005G桥式整流电路得到正向电压,然后通过7805、7810三
段稳压器电路,得到+5V、+15V的直流电源,再在+15V的基础上加一方向器即可得到需要的-15V直流电压。
其硬件框图如图2.4所示:
图2.4硬件框图
四.自动扫描按键:
设计自动扫描按键是采用了4﹡4矩阵:
当按下第一个数字代表小数点前一位数值,按下第二个数字表示小数点后一位数值,Enter可以预置某一个电压值,Clc表示清零,±表示增加0.1V或减去0.1V,±1代表增加1V或者减去1V。
如下表1所示:
7
8
9
Clc
4
5
6
-
1
2
3
+
0
Enter
+1
-1
五.单片机系统:
.程序流程图
a)主流程图
按键流程图
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
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