V簡(jiǎn)易直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)

1、 網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院專 科 生 畢 業(yè) 大 作 業(yè) 題 目： 12V簡(jiǎn)易穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) 學(xué)習(xí)中心： 浙江長(zhǎng)興奧鵬學(xué)習(xí)中心13B 層 次： 高中起點(diǎn)?？?專 業(yè)： 電氣工程及自動(dòng)化 年 級(jí)： 年 春/秋 季 學(xué) 號(hào)： 200802029162 學(xué) 生： 柏征宇 指導(dǎo)教師： 許 偉 完成日期： 2010 年 02 月 20日 內(nèi)容摘要該電源系統(tǒng)以ATMEL89S52單片機(jī)為核心控制芯片，實(shí)現(xiàn)數(shù)控直流穩(wěn)壓電源功能的方案。設(shè)計(jì)采用8位精度的DA轉(zhuǎn)換器DAC0832、精密基準(zhǔn)源LM336-5.0、7805和兩個(gè)CA3140運(yùn)算放大器構(gòu)成穩(wěn)壓源，實(shí)現(xiàn)了輸出電壓范圍為12V+12V，電壓步進(jìn)0.1V的數(shù)控穩(wěn)壓電源，

2、另外該方案只采用了3按鍵實(shí)現(xiàn)輸出電壓的方便設(shè)定，顯示部分我們采用了LCD1602來(lái)顯示輸出電壓值。通過(guò)集成直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試，可以使大家學(xué)會(huì)如何選擇變壓器、整流二極管、濾波電容及集成穩(wěn)壓器來(lái)設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源和掌握直流穩(wěn)壓電路的調(diào)試及主要技術(shù)指標(biāo)的測(cè)試方法。關(guān)鍵詞： 數(shù)控直流穩(wěn)壓源 DAC0832 運(yùn)算放大器CA3140 51單片機(jī)Atmel89s52 技術(shù)指標(biāo)目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc251610746 內(nèi)容摘要 PAGEREF _Toc251610746 h I HYPERLINK l _Toc251610747 引 言 PAGERE

3、F _Toc251610747 h 11. HYPERLINK l _Toc251610748 系統(tǒng)方案選擇和論證 PAGEREF _Toc251610748 h 3 HYPERLINK l _Toc251610749 11 基本目標(biāo) PAGEREF _Toc251610749 h 3 HYPERLINK l _Toc251610750 12 系統(tǒng)基本方案 PAGEREF _Toc251610750 h 3 HYPERLINK l _Toc251610751 121 方案選擇和論證 PAGEREF _Toc251610751 h 32. HYPERLINK l _Toc251610752 主要

4、單元電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc251610752 h 9 HYPERLINK l _Toc251610753 2.1 電源電路單元 PAGEREF _Toc251610753 h 9 HYPERLINK l _Toc251610754 2.2 精密基準(zhǔn)源 PAGEREF _Toc251610754 h 123. HYPERLINK l _Toc251610755 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc251610755 h 13 HYPERLINK l _Toc251610756 31 程序流程圖 PAGEREF _Toc251610756 h 134. HYPERLINK l _T

5、oc251610757 結(jié)論 PAGEREF _Toc251610757 h 15 HYPERLINK l _Toc251610758 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc251610758 h 16引 言電源是各種電子、電器設(shè)備工作的動(dòng)力，是自動(dòng)化不可或缺的組成部分，直流穩(wěn)壓電源是應(yīng)用極為廣泛的一種電源。自六十年代起，第一臺(tái)開(kāi)關(guān)電源問(wèn)世以來(lái)，開(kāi)關(guān)電源在世界各國(guó)迅速發(fā)展，直流穩(wěn)壓電源也順勢(shì)而生，但在初期價(jià)格較高，直到八十年代，隨著元件工藝的成熟，直流穩(wěn)壓電源的價(jià)格也日益下降，應(yīng)用也變的日益廣泛。近幾年隨著科技的發(fā)展，直流穩(wěn)壓電源的工作頻率有原來(lái)的幾十千赫發(fā)展到現(xiàn)在的幾百千赫，甚至更高?，F(xiàn)在智能化

6、的直流穩(wěn)壓電源也被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)領(lǐng)域，對(duì)此的研究開(kāi)始向高頻方面發(fā)展。以美國(guó)為首的幾個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家在這方面的研究已經(jīng)轉(zhuǎn)向高頻下電源的拓?fù)淅碚摗⒐ぷ髟?、建模分析方法和高頻大功率開(kāi)關(guān)器件，高性能集成控制器和功率模塊的開(kāi)發(fā)研制方面發(fā)展。我國(guó)在此方面的起步較晚，1973年才開(kāi)始這方面的研究工作，現(xiàn)在主要在小功率單端變換器方面發(fā)展較為迅速。在功率半導(dǎo)體器件及控制集成化方面，與國(guó)外同類產(chǎn)品有這很大的差距。因此，直流穩(wěn)壓電源的研制及應(yīng)用在此方面與之也從在很大的差距。近年來(lái)，隨著微機(jī)，中小型計(jì)算機(jī)的普及和航空航天數(shù)據(jù)通信，交通郵電等事業(yè)的訊速發(fā)展，以及為了各種自動(dòng)化儀器、儀表和設(shè)備配套的需要，當(dāng)代對(duì)電源的需要不僅

7、日益增大，而且對(duì)電源的性能、效率、重量、尺寸和可靠性以及諸如程序控制、電源通/斷、遠(yuǎn)距離操作和信息保護(hù)等功能提出了更高的要求。本課題做了一個(gè)簡(jiǎn)易的穩(wěn)壓直流電源。該電源系統(tǒng)以ATMEL89S52單片機(jī)為核心控制芯片，實(shí)現(xiàn)數(shù)控直流穩(wěn)壓電源功能的方案。設(shè)計(jì)采用8位精度的DA轉(zhuǎn)換器DAC0832、精密基準(zhǔn)源LM336-5.0、7805和兩個(gè)CA3140運(yùn)算放大器構(gòu)成穩(wěn)壓源，實(shí)現(xiàn)了輸出電壓范圍為12V+12V，電壓步進(jìn)0.1V的數(shù)控穩(wěn)壓電源，另外該方案只采用了3按鍵實(shí)現(xiàn)輸出電壓的方便設(shè)定，顯示部分我們采用了LCD1602來(lái)顯示輸出電壓值。1系統(tǒng)方案選擇和論證11 基本目標(biāo)輸出電壓：范圍12V12V，步進(jìn)

8、0.1V。輸出電壓可預(yù)置在12V12V之間的任意一個(gè)值。數(shù)字顯示輸出電壓值。為實(shí)現(xiàn)上述幾部件工作，自制穩(wěn)壓直流電源，輸出15V，5V。12 系統(tǒng)基本方案根據(jù)題目要求，系統(tǒng)可以劃分為輸出部分，人機(jī)接口部分和直流穩(wěn)壓電源。其中輸出部分是由D/A轉(zhuǎn)換后再放大得到的，人機(jī)接口包括4個(gè)按鍵和液晶顯示部分，直流穩(wěn)壓電源包括兩組電源1。121 方案選擇和論證方案一: 三端穩(wěn)壓電源 采用可調(diào)三端穩(wěn)壓電源構(gòu)成直流可調(diào)電源的電路如圖1.1所示。怎樣實(shí)現(xiàn)數(shù)控呢？我們把圖1.1中的可變電阻RP用數(shù)字電位器來(lái)代替，就能實(shí)現(xiàn)數(shù)控了。但由于三端穩(wěn)壓芯片LM317和LM337的輸出電壓不能從0V起調(diào)，輸出公式：Vout=1.

9、25(1+R2/R1) (1.1)所以，可以采用在輸出的地方加兩個(gè)二級(jí)管，利用PN節(jié)的固有電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)從0V起調(diào)，如圖1.2所示。圖11 圖1.2優(yōu)點(diǎn)：該方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，干擾和噪音小缺點(diǎn)：數(shù)字電位器誤差較大，控制精度不夠高，誤差電壓較大。同時(shí)更重要的是幾乎所有的數(shù)字電位器能夠容忍的電流都在20mA以下。所以，這種方案就被否決了。方案二：采用A/D和D/A采用A/D和D/A構(gòu)成直流電源的電路如圖1.3和圖1.4所示。采用單片機(jī)構(gòu)成直流電源的電路如圖1.3所示，利用AVR單片機(jī)自帶的D/A口DAC0輸出02.5V的電壓，然后經(jīng)一級(jí)反相放大器和跟隨器，此時(shí)可以輸出0到5V電壓。但是因?yàn)锳/D變

10、換器只能采集0到+2.56V的電壓，所以再在跟隨器后面加一級(jí)反相放大器器然后送回到A/D采樣，MCU比較發(fā)現(xiàn)DAC0輸出為正確電壓時(shí)，則從跟隨器后直接輸出電壓，這樣就可以輸出0到-5V的電壓了。當(dāng)需要正相電壓時(shí)從DAC1口輸出電壓，這時(shí)就不需要反相，其它原理與DAC0相似。2圖1.3優(yōu)點(diǎn)：精確度高，紋波小，效率和密度比較高，可靠性也不錯(cuò)。缺點(diǎn)：電路相對(duì)復(fù)雜，AVR單片機(jī)的IO口不能容忍負(fù)電壓，否則會(huì)被損壞。所以，這種方案也行不通。方案三：采用數(shù)字電位器與運(yùn)放到組合如圖1.4所示，在該方案中我們用兩個(gè)數(shù)字電位器代替了MCU中的D/A，這樣可以降低成本，同時(shí)簡(jiǎn)化電路，從兩個(gè)串連的數(shù)字電位器可以直接

11、輸出-5V到+5V的電壓同上面方案一樣，當(dāng)輸出反相電壓時(shí)在送電壓回A/D采樣時(shí)要先經(jīng)過(guò)一次反相。但同樣存在上面的問(wèn)題圖1.4優(yōu)點(diǎn)：電路結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，降低了成本缺點(diǎn)：因?yàn)閿?shù)字電位器電阻誤差大，且單片機(jī)的A/D口容易損壞。方案四：采用7805構(gòu)成直流電源采用7805構(gòu)成直流電源的電路如圖1.5所示，改變RP阻值使7805的公共端的電壓在0到10V之間可調(diào)，則7805的輸出端電壓就可實(shí)現(xiàn)-5V+5V之間可調(diào)了。這種方案是利用了7805的輸出端與公共端的電壓固定為+5的特性來(lái)設(shè)計(jì)的。但同樣存在不好數(shù)控的問(wèn)題。圖1.5方案五 方案三與方案四結(jié)合，然后再以+5V為參考輸出圖1.6如上圖所示，采用數(shù)模轉(zhuǎn)換器輸

12、出電流，經(jīng)電壓轉(zhuǎn)換和反向放大之后得到-10V0V的電壓，把這個(gè)電壓送到三端穩(wěn)壓器件7805的公共端，然后，再以+5V作為參考則輸出的電壓就能實(shí)現(xiàn)在-5V+5V任意可調(diào)。采樣時(shí)，是對(duì)地采樣的，就省去了負(fù)電壓不好采樣的麻煩，這也是我們的創(chuàng)新之處。2.主要單元電路設(shè)計(jì) 2.1 電源電路單元圖1.7該電路用了7805、7815和7905、7915制成了兩組穩(wěn)壓直流電源電路分別得到15V和5V的電源。為了防止恒流源電路中的較大電流對(duì)控制部分產(chǎn)生干擾，將控制部分的電源和恒流源電路電源分成獨(dú)立的兩部分，分別由兩組變壓器供電。 圖1.8用單片機(jī)的P3口來(lái)控制DAC0832輸出電壓。圖1.9用單片機(jī)的P3口來(lái)控

13、制DAC0832輸出電壓。30832輸出電路：圖1.10DAC0832輸出的電壓通過(guò)兩個(gè)CA3140的兩級(jí)放大，從Vout1 和Vout2兩路輸出實(shí)現(xiàn)輸出正負(fù)5V的電源。圖1.112.2 精密基準(zhǔn)源用LM334和一個(gè)10K的可調(diào)變阻構(gòu)成了一個(gè)精密5V基準(zhǔn)電壓，提高系統(tǒng)的精密度。主控電路保護(hù)二極管：圖1.12二極管用以防止電流倒灌，防止燒壞電源。3.系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)31 程序流程圖開(kāi) 始 +鍵按下還是-鍵按下？Flag標(biāo)志位置1Flag標(biāo)志位清0掃描鍵盤，從鍵盤輸入兩位數(shù)，作為輸出電壓值。對(duì)應(yīng)的值在050之間啟動(dòng)鍵是否按下？-鍵按下+鍵按下N顯示設(shè)定的電壓值，并將起轉(zhuǎn)換為相對(duì)應(yīng)數(shù)字量，送到DA，進(jìn)

14、行數(shù)模轉(zhuǎn)換Y判斷鍵是否按下判斷鍵是否按下判斷flag標(biāo)志位為1還是0YN判斷電壓值是否等于5V?電壓值設(shè)為5V不變電壓絕對(duì)值增加0.1的步進(jìn)量電壓絕對(duì)值減少0.1的步進(jìn)量10YN圖1.13N4.結(jié)論本設(shè)計(jì)制作完成了題目要求的基本部分的和發(fā)揮部分要求，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。本系統(tǒng)以51單片機(jī)ATMEL89S52芯片和8位精度的DA轉(zhuǎn)換器DAC0832為核心部件，利用常用的三端穩(wěn)壓器件7805的公共端與輸出端固定的5伏電壓特性，最終實(shí)現(xiàn)了數(shù)字顯示輸出電壓值和電流值可實(shí)時(shí)控制并顯示的數(shù)控電源 。參考文獻(xiàn)：1全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽訓(xùn)練教程 （黃智偉主編 王彥 陳文光 朱衛(wèi)華 編著）2單片微型計(jì)算機(jī)與接口技術(shù)

15、（第2版）（李群芳 張士軍 黃建 編著）351單片機(jī)原理及應(yīng)用 （張毅剛 主編） 附錄1：程序清單#include#include#include lcd1602#define weizhi 0 x7d void lcd_init();void main(void) uchar key,num_flag=0,gb_b=40,flag=0,dac_dat=0;char theta=0;short mid=0,midd=0,m_v=0; OSCCAL=osccal; port_init();LCD_init(); LCD_clear(); LCD_write_chinese_string(0,4,

16、16,5,0,0,1);LCD_write_chinese_string(0,0,12,3,0,0,0);LCD_write_String(40,0,0 00);LCD_draw_map(47,0,point,7,14);LCD_draw_map(73,0,voltge,12,12);LCD_write_chinese_string(0,2,12,3,0,0,2); LCD_write_String(46,2,123);LCD_draw_map(68,2,current,16,12);dac_wr_0;PORTD=0 x7f;while(1) key=PINB&0 x02; if(key=0

17、x00) delay_nms(85);key=PINB&0 x02;if(key=0 x00) LCD_draw_map(30,0,plus,8,12);num_flag=0;flag=1;key=PINB&0 x80; if(key=0 x00) delay_nms(85);key=PINB&0 x80;if(key=0 x00) LCD_draw_map(30,0,reduce,8,12);num_flag=1;flag=1;key=PINB&0 x40; if(key=0 x00) delay_nms(85);key=PINB&0 x40;if(key=0 x00) if(flag=1)

18、 flag=0; break;else while(1) volt_disp();delay_nms(80); key=PINB&0 x02; if(key=0 x00) delay_nms(85);key=PINB&0 x02;if(key=0 x00) dis_numnum_bit+; if(dis_numnum_bit-0)=9) dis_numnum_bit=9+0; key=PINB&0 x80; if(key=0 x00) delay_nms(85);key=PINB&0 x80; if(key=0 x00) dis_numnum_bit-;if(dis_numnum_bit-0)

19、=255) dis_numnum_bit=0+0; key=PINB&0 x40; if(key=0 x00) delay_nms(85);key=PINB&0 x40;if(key=0 x00) num_bit+;if(num_bit=4) mid=(short)(100*(dis_num0-0)+10*(dis_num2-0)+(dis_num3-0);if(mid=500) dis_num0=5;dis_num2=dis_num3=0;if(num_flag=0) else mid=-mid;dac_dat=(uchar)(0.25*mid+128);PORTD=dac_dat;volt_disp();break;else if(num_bit=1) num_bit+;while(1) key=PINB&0 x02; if(key=0 x00) delay_nms(85); key=PINB&0 x02; if(key=0 x00) if(mid=490) mid=500;elsemid+=10; key=PINB&0 x80; if(key=0 x00) delay_nms(85); key=P