數(shù)控直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作

1、南京化工職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計（論文）數(shù)控直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與制作專 業(yè)：電氣自動化技術(shù) 班 級：電氣化0722班 姓 名： 倪 文 指導(dǎo)教師： 陳 柬 任務(wù)書數(shù)控直流穩(wěn)壓電源1. 基本功能實現(xiàn)：（1） 可輸出電壓：范圍15V，步進0.1V，紋波不大于10mV。（2） 可輸出電流： 150mA。（3） 可輸出電壓值由數(shù)碼管顯示。（4） 由“+”、“-”兩鍵分別控制輸出電壓步進增減。（5） 為實現(xiàn)上述幾部件工作，自制一穩(wěn)壓直流電源，輸出輸出± 15v,+5v。2. 擴展功能與創(chuàng)新： （1） 輸出電壓可預(yù)置在010v之間的任意一值。（2） 用自動掃描代替人工按鍵，實現(xiàn)輸出電壓變化。（3）

2、擴展輸出電壓種類（比如三角波等）。（4） 擴展可輸出電流：150mA。（5） 在擴展的基礎(chǔ)上增加新的功能。如與其他組雷同則不加分。3. 設(shè)計報告：（1） 開題報告：包括可行性分析，方案比較，方案的確定，系統(tǒng)方框圖，經(jīng)費預(yù)算，組內(nèi)分工，進程安排等。（2） 理論方案書：具體的原理圖，邏輯分析，理論計算，電路仿真結(jié)果等。（3） 驗證方案及驗證結(jié)果：包括驗證方案的原理，采取的措施，實際驗證的結(jié)果等（4） 設(shè)計總結(jié)：包括實踐中出現(xiàn)的問題，解決方法，心得體會等。（5） 參考資料：包括采用的芯片，電路，參考書等。摘 要隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，電子系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，電子設(shè)備的種類也越來越多，電子設(shè)備與

3、人們的工作、生活的關(guān)系益密切。任何電子設(shè)備都離不開可靠的電源，它們對電源的要求也越來越高。特別是隨著小型電子設(shè)備的應(yīng)用越來越廣泛，也要求能夠提供穩(wěn)定的電源，以滿足小型電子設(shè)備的用電需要。本文基于這個思想，設(shè)計和制作了符合指標要求的開關(guān)穩(wěn)壓電源。開關(guān)電源具有高頻率、高功率密度、高效率等優(yōu)點, 被稱作高效節(jié)能電源。由于開關(guān)穩(wěn)壓電源具有這些優(yōu)點，基于這個思想設(shè)計了一個15V可調(diào)的低功率開關(guān)穩(wěn)壓電源，以滿足小型電子設(shè)備的供電需要。本文以開關(guān)電源的發(fā)展歷史、發(fā)展現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢為線索，介紹了開關(guān)電源的一些新技術(shù)，技術(shù)指標，分類標準等。并根據(jù)這些標準設(shè)計了一種滿足小型電子設(shè)備供電需要的開關(guān)穩(wěn)壓電源。電源設(shè)

4、計的主要指標是：輸入電壓為AC220V，輸入頻率為50HZ，輸入電壓范圍為AC165V265V，輸出電壓為直流15V可調(diào)，輸出最大電流為150mA，輸出最大功率為2.25W。最后在完成基本指標的基礎(chǔ)上，本文還增加了防浪涌電流的附屬功能，使電路更加滿足小型電子設(shè)備的用電需要。數(shù)控直流穩(wěn)壓源就是能用數(shù)字來控制電源輸出電壓的大小，而且能使輸出的直流電壓能保持穩(wěn)定、精確的直流電壓源；本文介紹了利用數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路、輔助電源電路、去抖電路等組成的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源電路，詳述了電源的基本電路結(jié)構(gòu)和控制策略；它與傳統(tǒng)的穩(wěn)壓電源相比，具有操作方便、電壓穩(wěn)定度高的特點，其結(jié)構(gòu)簡單、制作方便、成本低，輸出電壓在15V

5、之間連續(xù)可調(diào)，其輸出電壓大小以1V步進，輸出電壓的大小調(diào)節(jié)是通過“” “”兩鍵操作的，而且可根據(jù)實際要求組成具有不同輸出電壓值的穩(wěn)壓源電路。該電源控制電路選用89C51單片機控制主電路采用串聯(lián)調(diào)整穩(wěn)壓技術(shù)具有線路簡單、響應(yīng)迅速、穩(wěn)定性好、效率高等特點。詳細分析了電源的拓樸圖及工作原理。關(guān)鍵詞：穩(wěn)壓電源；單片微型機；數(shù)控直流；D/A轉(zhuǎn)換引 言數(shù)控支流穩(wěn)壓電源是一種常見的電子儀器，廣泛的用于電子電路，教學實驗和科學研究等領(lǐng)域。目前實用的直流穩(wěn)壓電源大部分是線性電源。利用分離器件組成，其體積大，功率底，可靠性差，操作使用不方便，自我保護功能不夠，因而故障率高。隨著電子科技的飛速發(fā)展，各種電子，電器設(shè)

6、備對穩(wěn)壓電源的性能要求日益提高，穩(wěn)壓電源不斷差朝著小型化，高效率，低成本，高可靠性，低電磁干擾，模塊化和智能化發(fā)展。以單片機系統(tǒng)為核心而設(shè)計制造出來的新一代穩(wěn)壓電源不但電路簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，價格低廉，性能卓越，而且單片機具有計算和控制功能，利用它對采樣技術(shù)進行各種計算，從而可排除和減少由于騷擾信號和模擬電路因起的誤差，大大提高穩(wěn)壓電源輸出電壓和輸出電流精度，降低了對模擬電路的要求。智能穩(wěn)壓電源可利用單片機設(shè)置周密的保護檢測系統(tǒng)，確保電源運行可靠。輸出電壓和限制電流采用數(shù)字顯示，輸入采用鍵盤方式，電源的外表美觀，操作使用方便，具有較高的使用價值。目錄摘要3引言41緒論62 開關(guān)電源的概述7 2.1

7、 開關(guān)電源的定義72.2 開關(guān)電源的分類72.3 開關(guān)電源的選用92.4 開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展動向102.5 開關(guān)電源的工作原理和特點.103本設(shè)計方案思路133.1 穩(wěn)壓源的技術(shù)指標和要求.133.2 總體設(shè)計框圖144 單元電路設(shè)計154.1穩(wěn)壓電源部分154.2 顯示部分.154.3 數(shù)模轉(zhuǎn)換部分164.4 數(shù)字控制部分175 系統(tǒng)軟件部分186 制作與調(diào)試.196.1 硬件電路的布線與焊接.196.2 電路的組裝與調(diào)試197 分析與心得.22參考文獻.24致謝.25附錄.26第1章 緒論隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，電子系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，電子設(shè)備的種類也越來越多，電子設(shè)備與人們的工作、

8、生活的關(guān)系益密切。任何電子設(shè)備都離不開可靠的電源，它們對電源的要求也越來越高。電源是電子設(shè)備的心臟部分,其質(zhì)量的好壞直接影響著電子設(shè)備的可靠性，而且電子設(shè)備的故障60%來自源，因此，電源越來越受到人們的重視。電子設(shè)備的小型化和低成本化使電源以輕、薄、小和高效率為發(fā)展方向。20世紀50年代，美國宇航局以小型化、重量輕為目標，為搭載火箭開發(fā)了開關(guān)電源。在近半個世紀的發(fā)展過程中，開關(guān)電源因具有體積小、重量輕、效率高、發(fā)熱量低、性能穩(wěn)定等優(yōu)點而逐步取代傳統(tǒng)技術(shù)制造的連續(xù)工作電源，并廣泛應(yīng)用于電子整機與設(shè)備中。20世紀80年代，計算機全面實現(xiàn)了開關(guān)電源化，率先完成計算機的電源換代。20世紀90年代，開關(guān)

9、電源在電子、電器設(shè)備、家用領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，開關(guān)電源技術(shù)進入快速發(fā)展期。到21世紀小型電子設(shè)備的發(fā)展更加迅速和更加普及，但是現(xiàn)在很多的小型電子設(shè)備都是依靠電池來供電的，所以開發(fā)一種新型的開關(guān)電源應(yīng)用于小型電子設(shè)備中就顯得非常重要了！開關(guān)穩(wěn)壓電源（以下簡稱開關(guān)電源）取代晶體管線性穩(wěn)壓電源（以下簡稱線性電源）已有30多年歷史，最早出現(xiàn)的是串聯(lián)型開關(guān)電源，其主電路拓撲與線性電源相仿，但功率晶體管了作于開關(guān)狀態(tài)后，脈寬調(diào)制（PWM）控制技術(shù)有了發(fā)展，用以控制開關(guān)變換器，得到PWM開關(guān)電源，它的特點是用20kHz脈沖頻率或脈沖寬度調(diào)制PWM開關(guān)電源效率可達 6570，而線性電源的效率只有3040。在

10、發(fā)生世界性能源危機的年代，引起了人們的廣泛關(guān)往。線性電源工作于工頻，因此用工作頻率為20kHZ的PWM開關(guān)電源替代，可大幅度節(jié)約能源，在電源技術(shù)發(fā)展史上譽為20kHZ革命。 隨著ULSI芯片尺寸不斷減小，電源的尺寸與微處理器相比要大得多；航天，潛艇，軍用開關(guān)電源以及用電池的便攜式電子設(shè)備（如手提計算機，移動電話等）更需要小型化，輕量化的電源。因此對開關(guān)電源提出了小型輕量要求，包括磁性元件和電容的體積重量要小。此外要求開關(guān)電源效率要更高，性能更好，可靠性更高等。第2章 開關(guān)電源的概述2.1 開關(guān)電源的定義開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)管開通和關(guān)斷的時間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，

11、開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制IC和MOSFET構(gòu)成。開關(guān)電源和線性電源相比，二者的成本都隨著輸出功率的增加而增長，但二者增長速率各異。線性電源成本在某一輸出功率點上，反而高于開關(guān)電源，這一點稱為成本反轉(zhuǎn)點。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開關(guān)電源技術(shù)也在不斷地創(chuàng)新，這一成本反轉(zhuǎn)點日益向低輸出電力端移動，這為開關(guān)電源提供了廣闊的發(fā)展空間。開關(guān)電源高頻化是其發(fā)展的方向，高頻化使開關(guān)電源小型化，并使開關(guān)電源進入更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，推動了高新技術(shù)產(chǎn)品的小型化、輕便化。另外開關(guān)電源的發(fā)展與應(yīng)用在節(jié)約能源、節(jié)約資源及保護環(huán)境方面都具有重要的意義。開關(guān)電源中應(yīng)用的電力

12、電子器件主要為二極管、IGBT和MOSFET。SCR在開關(guān)電源輸入整流電路及軟啟動電路中有少量應(yīng)用，GTR驅(qū)動困難，開關(guān)頻率低，逐漸被IGBT和MOSFET取代。開關(guān)電源的三個條件：1、開關(guān)：電力電子器件工作在開關(guān)狀態(tài)而不是線性狀態(tài)2、高頻：電力電子器件工作在高頻而不是接近工頻的低頻3、直流：開關(guān)電源輸出的是直流而不是交流2.2 開關(guān)電源的分類人們的開關(guān)電源技術(shù)領(lǐng)域是邊開發(fā)相關(guān)電力電子器件，邊開發(fā)開關(guān)變頻技術(shù)，兩者相互促進推動著開關(guān)電源每年以超過兩位數(shù)字的增長率向著輕、小、薄、低噪聲、高可靠、抗干擾的方向發(fā)展。開關(guān)電源可分為AC/DC和DC/DC兩大類，DC/DC變換器現(xiàn)已實現(xiàn)模塊化，且設(shè)計技

13、術(shù)及生產(chǎn)工藝在國內(nèi)外均已成熟和標準化，并已得到用戶的認可，但AC/DC的模塊化，因其自身的特性使得在模塊化的進程中，遇到較為復(fù)雜的技術(shù)和工藝制造問題。以下分別對兩類開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)和特性作以闡述。 DC/DC變換 DC/DC變換是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓，也稱為直流斬波。斬波器的工作方式有兩種，一是脈寬調(diào)制方式Ts不變，改變ton（通用），二是頻率調(diào)制方式，ton不變，改變Ts（易產(chǎn)生干擾）。其具體的電路由以下幾類： （1） Buck電路降壓斬波器，其輸出平均電壓Uo小于輸入電壓Ui，極性相同。 （2） Boost電路升壓斬波器，其輸出平均電壓Uo大于輸入電壓Ui，極性相同。 （3）

14、 Buck-Boost電路降壓或升壓斬波器，其輸出平均電壓Uo大于或小于輸入電壓Ui，極性相反，電感傳輸。 （4） Cuk電路降壓或升壓斬波器，其輸出平均電壓Uo 大于或小于輸入電壓UI,極性相反，電容傳輸。 當今軟開關(guān)技術(shù)使得DC/DC發(fā)生了質(zhì)的飛躍，美國VICOR公司設(shè)計制造的多種ECI軟開關(guān)DC/DC變換器，其最大輸出功率有300W、600W、800W等，相應(yīng)的功率密度為（6、2、10、17）W/cm3，效率為（80-90）%。日本NemicLambda公司最新推出的一種采用軟開關(guān)技術(shù)的高頻開關(guān)電源模塊RM系列，其開關(guān)頻率為（200300）kHz，功率密度已達到27 W/cm3，采用同步

15、整流器（MOS-FET代替肖特基二極管），是整個電路效率提高到90%。 AC/DC變換是將交流變換為直流，其功率流向可以是雙向的，功率流由電源流向負載的稱為“整流”，功率流由負載返回電源的稱為“有源逆變”。AC/DC變換器輸入為50/60Hz的交流電，因必須經(jīng)整流、濾波，因此體積相對較大的濾波電容器是必不可少的，同時因遇到安全標準（如UL、CCEE等）及EMC指令的限制（如IEC、FCC、CSA），交流輸入側(cè)必須加EMC濾波及使用符合安全標準的元件，這樣就限制AC/DC電源體積的小型化，另外，由于內(nèi)部的高頻、高壓、大電流開關(guān)動作，使得解決EMC電磁兼容問題難度加大，也就對內(nèi)部高密度安裝電路設(shè)計

16、提出了很高的要求，由于同樣的原因，高電壓、大電流開關(guān)使得電源工作消耗增大，限制了AC/DC變換器模塊化的進程，因此必須采用電源系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方法才能使其工作效率達到一定的滿意程度。 AC/DC變換按電路的接線方式可分為，半波電路、全波電路。按電源相數(shù)可分為，單項、三相、多相。按電路工作象限又可分為一象限、二象限、三象限、四象限。2.3 開關(guān)電源的選用 開關(guān)電源在輸入抗干擾性能上，由于其自身電路結(jié)構(gòu)的特點（多級串聯(lián)），一般的輸入干擾如浪涌電壓很難通過，在輸出電壓穩(wěn)定度這一技術(shù)指標上與線性電源相比具有較大的優(yōu)勢，其輸出電壓穩(wěn)定度可達（0.51）%。開關(guān)電源模塊作為一種電力電子集成器件，在選用中應(yīng)注意

17、以下幾點： 輸出電流的選擇 因開關(guān)電源工作效率高，一般可達到80%以上，故在其輸出電流的選擇上，應(yīng)準確測量或計算用電設(shè)備的最大吸收電流，以使被選用的開關(guān)電源具有高的性能價格比，通常輸出計算公式為： Is=K*If式中：Is開關(guān)電源的額定輸出電流； If用電設(shè)備的最大吸收電流； K裕量系數(shù)，一般取1.51.8； 接地 開關(guān)電源比線性電源會產(chǎn)生更多的干擾，對共模干擾敏感的用電設(shè)備，應(yīng)采取接地和屏蔽措施，按ICE1000EN61000FCC等EMC限制，形狀開關(guān)電源均采取EMC電磁兼容措施，因此開關(guān)電源一般應(yīng)帶有EMC電磁兼容濾波器。如利德華福技術(shù)的HA系列開關(guān)電源，將其FG端子接大地或接用戶機殼，

18、方能滿足上述電磁兼容的要求。 保護電路 開關(guān)電源在設(shè)計中必須具有過流、過熱、短路等保護功能，故在設(shè)計時應(yīng)首選保護功能齊備的開關(guān)電源模塊，并且其保護電路的技術(shù)參數(shù)應(yīng)與用電設(shè)備的工作特性相匹配，以避免損壞用電設(shè)備或開關(guān)電源。 2.4 開關(guān)電源技術(shù)的發(fā)展動向開關(guān)電源的發(fā)展方向是高頻、高可靠、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化。由于開關(guān)電源輕、小、薄的關(guān)鍵技術(shù)是高頻化，因此國外各大開關(guān)電源制造商都致力于同步開發(fā)新型高智能化的元器件，特別是改善二次整流器件的損耗，并在功率鐵氧體（Mn-Zn）材料上加大科技創(chuàng)新，以提高在高頻率和較大磁通密度（Bs）下獲得高的磁性能，而電容器的小型化也是一項關(guān)鍵技術(shù)。SMT技術(shù)的

19、應(yīng)用使得開關(guān)電源取得了長足的進展，在電路板兩面布置元器件，以確保開關(guān)電源的輕、小、薄。開關(guān)電源的高頻化就必然對傳統(tǒng)的PWM開關(guān)技術(shù)進行創(chuàng)新，實現(xiàn)ZVS、ZCS的軟開關(guān)技術(shù)已成為開關(guān)電源的主流技術(shù)，并大幅提高了開關(guān)電源工作效率。對于高可靠性指標，美國的開關(guān)電源生產(chǎn)商通過降低運行電流，降低結(jié)溫等措施以減少器件的應(yīng)力，使得產(chǎn)品的的可靠性大大提高。 模塊化是開關(guān)電源發(fā)展的總體趨勢，可以采用模塊化電源組成分布式電源系統(tǒng)，可以設(shè)計成N1冗余電源系統(tǒng)，并實現(xiàn)并聯(lián)方式的容量擴展。針對開關(guān)電源運行噪聲大這一缺點，若單獨追求高頻化其噪聲也必將隨著增大，而采用部分諧振轉(zhuǎn)換電路技術(shù)，在理論上即可實現(xiàn)高頻化又可降低噪聲

20、，但部分諧振轉(zhuǎn)換技術(shù)的實際應(yīng)用仍存在著技術(shù)問題，故仍需在這一領(lǐng)域開展大量的工作，以使得該項技術(shù)得以實用化。 電力電子技術(shù)的不斷創(chuàng)新，使開關(guān)電源產(chǎn)業(yè)有著廣闊的發(fā)展前景。要加快我國開關(guān)電源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度，就必須走技術(shù)創(chuàng)新之路，走出有中國特色的產(chǎn)學研聯(lián)合發(fā)展之路，為我國國民經(jīng)濟的高速發(fā)展做出貢獻。2.5 開關(guān)電源的工作原理和特點開關(guān)電源就是用通過電路控制開關(guān)管進行高速的道通與截止將直流電轉(zhuǎn)化為高頻率的交流電提供給變壓器進行變壓，從而產(chǎn)生所需要的一組或多組電壓。轉(zhuǎn)華為高頻交流電的原因是高頻交流在變壓器變壓電路中的效率要比50HZ高很多所以開關(guān)變壓器可以做的很小，而且工作時不是很熱。成本很低。如果不將5

21、0HZ變?yōu)楦哳l那開關(guān)電源就沒有意義。開關(guān)變壓器也不神秘。就是一個普通的變壓器。這就是開關(guān)電源。開關(guān)電源大體可以分為隔離和非隔離兩種，隔離型的必定有開關(guān)變壓器，而非隔離的未必一定有。簡單地說，開關(guān)電源的工作原理是： 1.交流電源輸入經(jīng)整流濾波成直流； 2.通過高頻PWM(脈沖寬度調(diào)制信號控制開關(guān)管，將那個直流加到開關(guān)變壓器初級上； 3.開關(guān)變壓器次級感應(yīng)出高頻電壓，經(jīng)整流濾波供給負載； 4.輸出部分通過一定的電路反饋給控制電路，控制PWM占空比，以達到穩(wěn)定輸出的目的。 交流電源輸入時一般要經(jīng)過厄流圈一類的東西，過濾掉電網(wǎng)上的干擾，同時也過濾掉電源對電網(wǎng)的干擾； 在功率相同時，開關(guān)頻率越高，開關(guān)變

22、壓器的體積就越小，但對開關(guān)管的要求就越高；開關(guān)變壓器的次級可以有多個繞組或一個繞組有多個抽頭，以得到需要的輸出；一般還應(yīng)該增加一些保護電路，比如空載、短路等保護，否則可能會燒毀開關(guān)電源。以上說的就是開關(guān)電源的大致工作原理。 其實現(xiàn)在已經(jīng)有了集成度非常高的專用芯片，可以使外圍電路非常簡單，甚至做到免調(diào)試。 計算機開關(guān)電源的發(fā)展經(jīng)過了AT、ATX、ATX12V三個發(fā)展階段。AT標準是由IBM早期推出PC/AT機時所提出的，提供+5V、-5V、+12V、-12V四組電壓，具備硬開關(guān)。ATX標準的產(chǎn)生具有劃時代的意義，實現(xiàn)了軟開機關(guān)機，可以通過遠程網(wǎng)絡(luò)喚醒，增加了+3.3V、+5VSB輸出。ATX12

23、V是CPU等硬件發(fā)展的產(chǎn)物，主要是增加了+12V的輸出能力。開關(guān)電源技術(shù)參數(shù)輸入電壓1正常情況下，交流輸入的電源也可以用于直流輸入。2當交流輸入電壓范圍為85-264VAC，直流輸入電壓范圍為120-370VDC；當交流輸入電壓范圍為210-370VDC，或根據(jù)開關(guān)選擇輸入范圍為85-132VAC/170-264VAC。輸入沖擊指的是電源冷啟動時的最大瞬間輸入電流。多路輸出1：在多路輸出電源中所列出的電流是每路輸出的最大電流，每路輸出的總值均不超過系列電源額定功率范圍。正常情況下，多路輸出電源的V1輸出是獨立于其他幾路輸出。對于共地產(chǎn)品，只需將V1的+/-極相應(yīng)端子與其他幾路的其他端子相連即可

24、。2：對于多路輸出的負載調(diào)整率的測試，是將被測試的那一路輸出 負載在額定值的20%-100%變化，其它各路輸出負載都保持在額定值的60%進行。輸出功率如果將輸出電壓調(diào)高，那么輸出電流將相應(yīng)減少以保持總功率不變。如果將輸出電壓調(diào)低時，輸出電流應(yīng)不超過標準額定值。輸出紋波與噪聲 ：1 低頻紋波：頻率為輸入AC電源頻率的2倍(直流輸入時無此項。 2 高頻紋波：頻率與開關(guān)電源的內(nèi)部脈沖調(diào)制(PWM頻率相同。 3 開關(guān)噪聲：與開關(guān)脈沖的頻率相同中。 4 隨機噪聲：與交流輸入電壓及開關(guān)頻率無關(guān)。工作溫度指電源在正常工作時的環(huán)境溫度，如電源安裝在設(shè)備的機箱內(nèi)，工作溫度就指機箱內(nèi)部溫度，而非室內(nèi)或室外溫度。因

25、此如果電源的工作溫度超過額定標準，建議用戶按電源功率定額值的2%/減額使用或采取風冷措施以使工作溫度低于額定的最高工作溫度。第3章 本設(shè)計方案思路根據(jù)設(shè)計任務(wù)要求，數(shù)控直流穩(wěn)壓電源的工作原理框圖如圖1所示。主要包括三大部分：數(shù)字控制部分、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換部分（D/A變換器）及可調(diào)穩(wěn)壓電源。數(shù)字控制部分用+、- 按鍵控制一可逆二進制計數(shù)器，二進制計數(shù)器的輸出輸入到D/A變換器，經(jīng)D/A器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓，此電壓經(jīng)過放大到合適的電壓值后，去控制穩(wěn)壓電源的輸出，使穩(wěn)壓電源的輸出電壓以0.1V的步進值增或減。圖3.13.1穩(wěn)壓源的技術(shù)指標與要求設(shè)計并制作有一定輸出電壓調(diào)節(jié)范圍和功能的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源?；?/p>

26、本要求如下：(1、輸出直流電壓調(diào)節(jié)范圍010V(2、輸出直流電壓能步進調(diào)節(jié)，步進值為0.1V。(3、由"+"、"-"兩鍵分別控制輸出電壓步進增和減。(4、輸出電壓類型可選：三角波、方波、直流電壓。3.2總體設(shè)計框圖圖2第4章單元電路設(shè)計4.1穩(wěn)壓電源部分圖4.1在圖4.1中，該部分主要是由三端穩(wěn)壓器LM7812、LM7912、LM7805和若干個電容、二極管元器件組成，220 V市電經(jīng)220 V12 V變壓器降壓后得到的雙12 V交流電壓，經(jīng)三端穩(wěn)壓器LM7812和LM7912得到+12 V和-12V，再經(jīng)過LM7805得到+5 V的電壓。4.2顯示部分

27、在圖4.1中，顯示部分比較簡單，主要是由兩個數(shù)碼管和若干電阻組成，兩個數(shù)碼管分別顯示電壓的個位和十分位，該部分是由單片機完成的，數(shù)碼管的各端口以依次連到AT89S51的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4、P1.5、P1.6、P1.7口，完成對電壓的顯示功能。圖44.3模數(shù)轉(zhuǎn)換部分圖5本系統(tǒng)中的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路如圖5所示。它由DAC0832、兩級低漂移的運放A714及VREF電路組成。DAC0832和運放U3A將CPU發(fā)出的8位二進制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成0-5 V的電壓，然后經(jīng)運放U3B反向放大2倍，以得到010 V電壓。因此，該DAC的轉(zhuǎn)換分辨率為10(28-1=0.04 V，即CPU輸出給D

28、AC的數(shù)據(jù)變化為1 Bit，DAC輸出電壓的變化為0.04 V。VREF電路為DAC提供基準電壓，調(diào)節(jié)R5A，可使基準電壓保持為5 V。4.4 數(shù)字控制部分圖6數(shù)字部分主要是有AT89C51控制，它通過控制按鍵來達到對數(shù)字的控制，我們可以通過按鍵對電壓進行調(diào)整，按照實際需要可以通過按鍵得到所需的電壓，調(diào)節(jié)范圍是010 V。第5章 系統(tǒng)軟件設(shè)計圖7主程序流程如圖7所示。本電路采用51系列單片機作為整機的控制單元，通過改變輸入數(shù)字量來改變輸出電壓值，從而使輸出功率管的基極電壓發(fā)生變化，間接地改變輸出電壓的大小。為了能夠使系統(tǒng)具備檢測實際輸出電壓值的大小，可以經(jīng)過ADC0809進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，間接用單

29、片機實時對電壓進行采樣，然后進行數(shù)據(jù)處理及顯示。采用軟件方法來解決數(shù)據(jù)的預(yù)置以及電流的步進控制，使系統(tǒng)硬件更加簡潔，各類功能易于實現(xiàn)本系統(tǒng)以直流電源為核心，利用51系列單片機為主控制器，通過鍵盤來設(shè)置直流電源的輸出電流，設(shè)置步進等級可達0.1V，并可由數(shù)碼管顯示實際輸出電壓值和電壓設(shè)定值。利用單片機程控輸出數(shù)字信號，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換器（DA0832）輸出模擬量，再經(jīng)過運算放大器隔離放大，控制輸出功率管的基極，隨著功率管基極電電流的變化而輸出不同的電壓。單片機系統(tǒng)還兼顧對恒壓源進行實時監(jiān)控，輸出電壓經(jīng)過電流/電壓轉(zhuǎn)變后，通過A/D轉(zhuǎn)換芯片，實時把模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)量，經(jīng)單片機分析處理， 通過數(shù)據(jù)形式

30、的反饋環(huán)節(jié)，使電壓更加穩(wěn)定，構(gòu)成穩(wěn)定的壓控電壓源。第6章 制作與調(diào)試6.1 硬件電路的布線與焊接電路圖經(jīng)過我們在PROTEL中的自動排線和手動排線產(chǎn)生PCB原理圖，我們將原理圖打印在熱印紙上，然后在經(jīng)過高溫，將墨覆到銅板上，產(chǎn)生清晰的電路布線圖。由于打印或人為的原因很可能出現(xiàn)斷線的結(jié)果，所以我們要認真檢查，如出現(xiàn)斷線我們可用油漆涂上，使斷口再次被連在一起。為了能使那些墨都能覆在覆銅板上我們最好把覆銅板在壓印機上過兩遍。元器件的焊接：焊件必須具有良好的可焊性.不是所有的金屬都就有良好的可焊性.焊接時,由于高溫是焊件的表面產(chǎn)生氧化膜,影響焊件的可焊性.為了提高焊件的可焊性,一般采用表面鍍錫,鍍銀等

31、措施來防御表面的氧化。為了使焊件和焊錫之間有良好的接觸,焊件表面必須保持清潔.在焊接前必須把氧化膜清除干凈,否則將無法保證焊接質(zhì)量。焊件加熱到適當?shù)臏囟?需要強調(diào)的是,需要強調(diào)的是,不但焊錫要加熱到熔化,而且應(yīng)當同時將焊件加熱到能夠熔化焊錫的溫度。6.2 電路組裝和調(diào)試實際電路圖在電路組裝過程中，遇到的最大問題是，起初考慮不周全，芯片分布不夠合理，出現(xiàn)了許多"特長線"。不但影響布線速度，而且也會給后來的調(diào)試帶來不必要的麻煩。當時已經(jīng)布線不少，不可能重新開始，再三權(quán)衡，最后只移動了一個芯片，問題就得到了很大改善。其次就是布線，因為要求不準交叉，且橫平豎直，所以在保證連通的情況

32、下，在布線上也下了不少工夫。調(diào)試過程中，第一輪用萬用表歐姆檔測試，就遇了實驗板上有插孔不通的情況，導(dǎo)致芯片不能正常工作。相對于別的辦法，我選擇了導(dǎo)線顯式連通，因為其更明晰，更易實現(xiàn)。對于高阻導(dǎo)線則只能換掉。第二輪接電后，用萬用表的電壓檔測試單元電路的狀態(tài)。如：經(jīng)過每一級三端穩(wěn)壓器后輸出的電壓否為穩(wěn)定電壓，并且與所需電壓偏差會不會很大，根據(jù)測試結(jié)果對電路進行必要的改進，從而達到設(shè)計的目的。在輸出電壓作為穩(wěn)壓輸出電路的參考電壓。穩(wěn)壓輸出電路的輸出與參考電壓成比例。8位字長的D/A轉(zhuǎn)換器具有256種狀態(tài)。當電壓控制字從0，1，2，到256時，電源輸出電壓為0.0，0.06，15.0。其時序圖如圖6：

33、Clk為時鐘端，Data為輸入數(shù)據(jù)，LOAD為輸入控制信號。第7章 分析與心得在本次設(shè)計的過程中，我發(fā)現(xiàn)很多的問題，給我的感覺就是很難，很不順手，看似很簡單的電路，要動手把它給設(shè)計出來，是很難的一件事，主要原因是我們沒有經(jīng)常動手設(shè)計過電路，還有資料的查找也是一大難題，這就要求我們在以后的學習中，應(yīng)該注意到這一點，更重要的是我們要學會把從書本中學到的知識和實際的電路聯(lián)系起來，這不論是對我們以后就業(yè)還是學習，都會起到很大的促進和幫助，我相信，通過這次的畢業(yè)設(shè)計，在以后的學習中我會更加努力，力爭把這門課學好，學精。同時，通過本次畢業(yè)設(shè)計，鞏固了我們學習過的專業(yè)知識，也使我們把理論與實踐從真正意義。在

34、本次設(shè)計過程中,對紋波也沒有提出嚴格要求,所以常用的穩(wěn)壓集成電路就可以滿足要求。在電路中采用了模擬器件和數(shù)字器件所以需要+5V、和-15V 電源供電。本設(shè)計輸出的電壓穩(wěn)壓精度高，可以用在對直流電壓要求較高的設(shè)備上，或在科研實驗室中當作實驗電源使用。同時，通過本次畢業(yè)設(shè)計，鞏固了我們學習過的專業(yè)知識，也使我們把理論與實踐從真正意義上相結(jié)合了起來；考驗了我們借助互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)搜集、查閱相關(guān)文獻資料和組織材料的綜合能力；從中可以自我測驗，認識到自己哪方面有欠缺、不足，以便于在日后的學習中得以改進、提高；通過使用電路CAD 軟件Multisim , 也讓我們了解到計算機輔助設(shè)計(CAD的智能化,有利于提高工

35、作效率。題目是非常重要的，要選擇一個好的題目，就要滿足適合我們這組制作，并且也要考慮到自身能力，還有就是容易找到相關(guān)的參考資料等條件。只有符合以上所說的條件才能做出一個好的設(shè)計，所以我們就選擇了數(shù)控直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計課程。我們查找了大量這方面的相關(guān)參考資料，如電子電路實驗及仿真，電路與電子技術(shù)實驗教程等，還查閱了各種所需芯片的管腳資料。在這些參考資料的基礎(chǔ)上構(gòu)想了幾個設(shè)計方案，并且確定了最后的設(shè)計方案。當確定了最終的設(shè)計方向以后，我們就開始著手完善它的理論方案。根據(jù)設(shè)計方案的內(nèi)容我們畫出了具體的原理圖，進行邏輯分析和理論計算，然后去電子市場根據(jù)設(shè)計要求購買了大量所需的原器件，準備好了設(shè)計所需的

36、一切材料。在焊接問題上，我們也出了很多問題。首先，你必須知道那個電路版哪幾條線是通的，這樣對布線和擺放都有好處。再者，焊接的時候，注意焊錫焊接的邏輯對不對，這里我們犯了很多錯誤，比方說2個觸點本來是不連的，但是不小心就會焊接起來，花了我們很多時間找錯誤。最后一定要仔細地檢查一翻焊點，導(dǎo)線以及芯片的管腳的連線，這一點是相當重要的！有了這次難忘的經(jīng)歷，我覺得自己充實了許多，學到了很多東西，更重要的是我們學會了如何協(xié)同合作，學會了遇到問題應(yīng)該如何解決。這將在我們以后的學習和工作中起著重要的作用。參考文獻1唐競新.數(shù)字電子電路M.第1版.北京：清華大學出版社，20033電子工程手冊編委會等.中外集成電

37、路簡明速查手冊M-TTL,CMOS.北京電子工業(yè)出版社,19914楊長春.論數(shù)字技術(shù)J.電子報合訂本.成都：四川科學技術(shù)出版社，2002.125全國大學生電子設(shè)計競賽獲獎作品精選 北京理工大學出版社6電路與電子技術(shù)實驗教程 中國計量學院出版社7電子電路實驗及仿真 清華大學 北方交通大學出版社8數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)分冊 中國計量學院出版社9系統(tǒng)設(shè)計 華中科技大學出版社致 謝經(jīng)過幾個月的忙碌，本次畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近尾聲，作為一個專科生的畢業(yè)設(shè)計，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有老師的督促指導(dǎo)，想要完成這個設(shè)計是難以想象的。所以在這里首先要感謝陳柬老師，她在百忙之中抽空給我指導(dǎo)寫畢業(yè)設(shè)

38、計。從理論學習到查閱資料，設(shè)計草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細設(shè)計，裝配草圖等整個過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。但是陳柬老師仍然細心地糾正論文中的錯誤。除了敬佩陳柬老師的專業(yè)水平外，她的治學嚴謹和科學研究的精神也是我永遠學習的榜樣，并將積極影響我今后的學習和工作。其次要忠心的感謝指導(dǎo)我理論學習的老師，他們給予了我很多學習經(jīng)驗和技巧，以及與我一起學習和作畢業(yè)設(shè)計的各位同學，他們給了我許多建議和意見。在這次設(shè)中我克服了許多困難，最后將設(shè)計圓滿的完成。附錄相關(guān)程序：#include Unsigned char led15=0x6f,0x7f,0x07,0x7d,0x6d,0x66,0x4f,0x5b,0x06,0x3f,0x39,0x52,0x64,0x37,0x0e;/ 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 -void main( /主函數(shù)void ledout(unsigned char ATA,char add,char j;void delays(unsigned char t;unsigned char odata,key,temp;unsigned int F,f=0x100; /初始