簡易直流穩(wěn)壓電源設計

1、 網(wǎng)絡教育學院專 科 生 畢 業(yè) 大 作 業(yè) 題 目： 12V簡易穩(wěn)壓電源設計 學習中心： 浙江長興奧鵬學習中心13B 層 次： 高中起點專科 專 業(yè)： 電氣工程及自動化 年 級： 年 春/秋 季 學 號： 200802029162 學 生： 柏征宇 指導教師： 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單片機為核心控制芯片，實現(xiàn)數(shù)控直流穩(wěn)壓電源功能的方案。設計采用8位精度的DA轉(zhuǎn)換器DAC0832、精密基準源LM336-5.0、7805和兩個CA3140運算放大器構(gòu)成穩(wěn)壓源，實現(xiàn)了輸出電壓范圍為12V+12V，電壓步進0.1V的數(shù)控穩(wěn)壓電源，

2、另外該方案只采用了3按鍵實現(xiàn)輸出電壓的方便設定，顯示部分我們采用了LCD1602來顯示輸出電壓值。通過集成直流穩(wěn)壓電源的設計、安裝和調(diào)試，可以使大家學會如何選擇變壓器、整流二極管、濾波電容及集成穩(wěn)壓器來設計直流穩(wěn)壓電源和掌握直流穩(wěn)壓電路的調(diào)試及主要技術指標的測試方法。關鍵詞： 數(shù)控直流穩(wěn)壓源 DAC0832 運算放大器CA3140 51單片機Atmel89s52 技術指標目 錄內(nèi)容摘要I引 言11.系統(tǒng)方案選擇和論證311 基本目標312 系統(tǒng)基本方案3121 方案選擇和論證32.主要單元電路設計92.1 電源電路單元92.2 精密基準源123.系統(tǒng)的軟件設計1331 程序流程圖134.結(jié)論1

3、5參考文獻16引 言電源是各種電子、電器設備工作的動力，是自動化不可或缺的組成部分，直流穩(wěn)壓電源是應用極為廣泛的一種電源。自六十年代起，第一臺開關電源問世以來，開關電源在世界各國迅速發(fā)展，直流穩(wěn)壓電源也順勢而生，但在初期價格較高，直到八十年代，隨著元件工藝的成熟，直流穩(wěn)壓電源的價格也日益下降，應用也變的日益廣泛。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)在智能化的直流穩(wěn)壓電源也被廣泛應用于生產(chǎn)領域，對此的研究開始向高頻方面發(fā)展。以美國為首的幾個發(fā)達國家在這方面的研究已經(jīng)轉(zhuǎn)向高頻下電源的拓撲理論、工作原理、建模分析方法和高頻大功率開關器件，高性

4、能集成控制器和功率模塊的開發(fā)研制方面發(fā)展。我國在此方面的起步較晚，1973年才開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。在功率半導體器件及控制集成化方面，與國外同類產(chǎn)品有這很大的差距。因此，直流穩(wěn)壓電源的研制及應用在此方面與之也從在很大的差距。近年來，隨著微機，中小型計算機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，以及為了各種自動化儀器、儀表和設備配套的需要，當代對電源的需要不僅日益增大，而且對電源的性能、效率、重量、尺寸和可靠性以及諸如程序控制、電源通/斷、遠距離操作和信息保護等功能提出了更高的要求。本課題做了一個簡易的穩(wěn)壓直流電源。該電源系統(tǒng)以ATMEL8

5、9S52單片機為核心控制芯片，實現(xiàn)數(shù)控直流穩(wěn)壓電源功能的方案。設計采用8位精度的DA轉(zhuǎn)換器DAC0832、精密基準源LM336-5.0、7805和兩個CA3140運算放大器構(gòu)成穩(wěn)壓源，實現(xiàn)了輸出電壓范圍為12V+12V，電壓步進0.1V的數(shù)控穩(wěn)壓電源，另外該方案只采用了3按鍵實現(xiàn)輸出電壓的方便設定，顯示部分我們采用了LCD1602來顯示輸出電壓值。1系統(tǒng)方案選擇和論證11 基本目標1) 輸出電壓：范圍12V12V，步進0.1V。2) 輸出電壓可預置在12V12V之間的任意一個值。3) 數(shù)字顯示輸出電壓值。4) 為實現(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

6、方案根據(jù)題目要求，系統(tǒng)可以劃分為輸出部分，人機接口部分和直流穩(wěn)壓電源。其中輸出部分是由D/A轉(zhuǎn)換后再放大得到的，人機接口包括4個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)字電位器來代替，就能實現(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=1.25×(1+R2/R1) (1.1)所以，可以采用在輸出的地方加兩個二級管，利用PN節(jié)的固有電壓來實現(xiàn)從0V起調(diào)，如圖1.2所示。圖11

7、圖1.2優(yōu)點：該方案結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，干擾和噪音小缺點：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。采用單片機構(gòu)成直流電源的電路如圖1.3所示，利用AVR單片機自帶的D/A口DAC0輸出02.5V的電壓，然后經(jīng)一級反相放大器和跟隨器，此時可以輸出0到5V電壓。但是因為A/D變換器只能采集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，則

8、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。當需要正相電壓時從DAC1口輸出電壓，這時就不需要反相，其它原理與DAC0相似。2圖1.3優(yōu)點：精確度高，紋波小，效率和密度比較高，可靠性也不錯。缺點：電路相對復雜，AVR單片機的IO口不能容忍負電壓，否則會被損壞。所以，這種方案也行不通。方案三：采用數(shù)字電位器與運放到組合如圖1.4所示，在該方案中我們用兩個數(shù)字電位器代替了MCU中的D/A，這樣可以降低成本，同時簡化電路，從兩個串連的數(shù)字電位器可以直接輸出-5V到+5V的電壓同上面方案一樣，當輸出反相電壓時在送電壓回A/D采樣時要先經(jīng)過一次反相。但同樣存在上面的問題圖1.4優(yōu)點：電路結(jié)

9、構(gòu)更簡單，降低了成本缺點：因為數(shù)字電位器電阻誤差大，且單片機的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的特性來設計的。但同樣存在不好數(shù)控的問題。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

10、就能實現(xiàn)在-5V+5V任意可調(diào)。采樣時，是對地采樣的，就省去了負電壓不好采樣的麻煩，這也是我們的創(chuàng)新之處。2.主要單元電路設計 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立的兩部分，分別由兩組變壓器供電。 圖1.8用單片機的P3口來控制DAC0832輸出電壓。圖1.9用單片機的P3口來控制DAC0832輸出電壓。30832輸出電路：圖1.10DAC0832輸出的電壓通過兩個CA3140的兩級放大，

11、從Vout1 和Vout2兩路輸出實現(xiàn)輸出正負5V的電源。圖1.112.2 精密基準源用LM334和一個10K的可調(diào)變阻構(gòu)成了一個精密5V基準電壓，提高系統(tǒng)的精密度。主控電路保護二極管：圖1.12二極管用以防止電流倒灌，防止燒壞電源。3.系統(tǒng)的軟件設計31 程序流程圖開 始 +鍵按下還是-鍵按下？Flag標志位置1Flag標志位清0掃描鍵盤，從鍵盤輸入兩位數(shù)，作為輸出電壓值。對應的值在050之間啟動鍵是否按下？-鍵按下+鍵按下N顯示設定的電壓值，并將起轉(zhuǎn)換為相對應數(shù)字量，送到DA，進行數(shù)模轉(zhuǎn)換Y判斷鍵是否按下判斷鍵是否按下判斷flag標志位為1還是0YN判斷電壓值是否等于5V?電壓值設為5V不

12、變電壓絕對值增加0.1的步進量電壓絕對值減少0.1的步進量10YN圖1.13N4.結(jié)論本設計制作完成了題目要求的基本部分的和發(fā)揮部分要求，達到了預期目標。本系統(tǒng)以51單片機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，最終實現(xiàn)了數(shù)字顯示輸出電壓值和電流值可實時控制并顯示的數(shù)控電源 。參考文獻：1全國大學生電子設計競賽訓練教程 （黃智偉主編 王彥 陳文光 朱衛(wèi)華 編著）2單片微型計算機與接口技術（第2版）（李群芳 張士軍 黃建 編著）351單片機原理及應用 （張毅剛 主編） 附錄1：程序清單#includ

13、e<reg51.h>#include<macros.h>#include "lcd1602#define weizhi 0x7d 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(0,4,16,5,0,0,1);LCD_writ

14、e_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=0x7f;while(1) key=PINB&0x02; if(

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

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17、key=0x00) dis_numnum_bit-;if(dis_numnum_bit-'0')>=255) dis_numnum_bit=0+'0' key=PINB&0x40; if(key=0x00) delay_nms(85);key=PINB&0x40;if(key=0x00) num_bit+;if(num_bit=4) mid=(short)(100*(dis_num0-'0')+10*(dis_num2-'0')+(dis_num3-'0');if(mid>=500) d

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