基于單片機的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源-文庫吧
2025-04-17 20:47 本頁面
【正文】 12C5408AD DA 輸出 穩(wěn)壓輸出 采樣 按鍵輸入 顯示部分 報警 供 電 電 源 負(fù)載 6 該方案以 STC 51 系列單片機 12C5408AD 為控制核心，單片機控制 DA輸出模擬電壓，然后經(jīng)過運算放大器放大電壓，再經(jīng)功率管放大電流。利用單片機內(nèi)部自帶 10 位 AD 轉(zhuǎn)換器對輸出電壓值進(jìn)行采樣，實現(xiàn)閉環(huán)控制。單片機對采樣值進(jìn)行處理，在顯示部分顯示設(shè)定電壓值和輸出電壓值。若輸出超過當(dāng)前設(shè)定的值，則單片機啟動報警同時關(guān)閉輸出以保護(hù)電源。 單片機選擇與論證 一、單片機選擇： 方案一：采用增強型 51 單片機，內(nèi)部自帶 DA 和 AD， 方案二：采用增強型 51 單片機，內(nèi)部自帶 AD 方案三：采用 MCS51 系列 89S52 單片機 二、方案論證 : 我們在網(wǎng)上找了許多增強型的的單片機，內(nèi)部自帶 AD 及 DA 的，但是發(fā)現(xiàn)一般內(nèi)部自帶 8 位的 AD 及 DA，帶 10 位和 12 位 AD 及 DA 的價格太高，考慮到成本的問題，我們放棄了方案一 方案三采用 89S52 單片機，單片機價格雖然降下來了，但是要采集輸出電壓，必然要加 AD 采集電路，因為要采 2 路電壓，所以電路變得很復(fù)雜，加大了硬件電路的難度。 而方案二采用的單片機內(nèi)部自帶 AD，我們選取了 STC 公司的12C5408AD，該單片機自帶 8 路 10 位 AD，可以滿足設(shè)計的要求。相對方案三，簡化了電路，價格也不是很高。 綜合考慮，我們選擇 方案二 。 12C5408AD 簡介： 7 圖 22 12C5408 引腳圖 STC 12C5408AD 系列單片機 是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘 /機器周期（ 1T）的單片機，是高速，低功耗的 51 系列單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051，速度快 812 倍速。 內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路， 4 路 PWM， 8 路高速 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換。 12C5408AD的工作電壓 工作頻率 035MHz 片上集成 512 字節(jié)RAM， 8K ROM DA 選擇與論證 DA 選擇 方案一：采用我們熟悉的 8 位 DA， DAC0832. 方案二：采用我們熟悉的 10 位 DA， TLC5615. 方案三：采用內(nèi)部自帶基準(zhǔn)源的 12 位 DA MAX531 方案論證： 8 DA 輸出的電壓計算公式 Uout =X(Rf/DA) （公式一） 其中， Rf 為電壓基準(zhǔn)源， DA 為所選擇的單片機位數(shù)， DA=2N X 為單片機程序控制的步進(jìn)值。若我們選用的電壓基準(zhǔn)源 Rf=，步進(jìn)值取 1，則用 8位 AD 則有最小輸出電壓為 Uout =1≈ （公式二） 再將 DA輸出值放大 10倍，則輸出電壓的范圍為 ,滿足設(shè)計要求。 方案一中選擇 DAC0832 符合題目的 要求。所以我們選取方案一。 方案二為 10 位 DA，輸出的精度更高，但考慮到價格的問題，我們放棄方案二。 方案三中 MAX531 內(nèi)部自帶 基準(zhǔn)源，輸出精度高，但價格太貴，本著滿足設(shè)計要求盡量節(jié)約成本的前提，我們放棄方案三。 圖 23 DAC0832 引腳圖 穩(wěn)壓輸出方案選擇與論證 方案選擇 方案一、 D 2 3 1 ADJ DA 輸出 集成運放放大 LM317 輸出 9 圖 24 方案一原理框圖 方案一中， DA 輸出的電壓經(jīng)過集成運算放大器進(jìn)行放大，再將放大之后的電壓輸出到 LM317 的調(diào)節(jié)端，利用 LM317 能夠可調(diào)輸出，實現(xiàn)穩(wěn)壓輸出。 方案二、 圖 25 方案二原理框圖 方案二中， DA 輸出的電壓經(jīng)過集成運算放大器放大，再將放大之后的電壓與達(dá)林頓管的基極相連，利用達(dá)林頓管放大電流，從而達(dá)到穩(wěn)定電壓輸出。 方案論證 方案一可以實現(xiàn)穩(wěn)壓輸出，但是由于 LM317 自身調(diào)節(jié)的范圍為 ，而我們設(shè)計時要求為從 0V 輸出到 ，所以不能滿足，并且 LM317 不能輸出負(fù)電壓，而我們設(shè)計要求中要求擴展輸出負(fù)電壓 ，用方案一若要輸出負(fù)電壓，則必須用 LM337。所以方案一不符合設(shè)計要求。 方案二利用達(dá)林頓管的性質(zhì)，做成閉環(huán)回路控制。其輸出電壓不受負(fù)載影響。當(dāng) DA 輸出為 0 時，其輸出也為 0，所以滿足設(shè)計的要求。 綜合所述，所以我們選擇方案二。 顯示模塊 方案一、采用 1602 液晶屏作為顯示模塊 方案二、采用數(shù)碼管作為顯示模塊 DA 輸出 集成運放放大 輸出 10 方案論證： 方案一中 1602 可以顯示 2 行英文字符和數(shù)字，電路連接簡單，占用單片機 I/0 口少。缺點是顯示字符小，不易看清，價格太高，程序編寫復(fù)雜。 圖 26 LCD1602 實物圖 方案二采用數(shù)碼管至少要 4 位，則要占用 12 個 I/O 口，數(shù)碼管顯示時采用動態(tài)掃描功耗較低。顯示清楚，易于辨認(rèn)。程序編寫簡單，價格低。缺點是顯示信息量較少，不能顯示符號。 圖 27 4 位數(shù)碼管實物圖 綜合考慮，我們決定選取 方案二 。 輸入按鍵 方案一、采用 4*4 鍵盤 方案二、采用 2 按鍵，一個“ +”“和一個 ” 方案論證： 11 方案一中主要采用 4*4 的矩陣鍵盤，可以設(shè)置 09 和步進(jìn)，小數(shù)點等按鍵，可以快速的輸入。但是 4*4 鍵盤占用的 PCB 面積較大，增加了 PCB 的成本，增加了 PCB 的布線難度，并且得占用 8 個單片機 I/0 口。而我們選的 12C5408AD單片機 I/O 口有限，這種方案不可取。 方案二中雖不能直接輸入 09，但是可以通過“ +”和“ ”來實現(xiàn) 09 數(shù)字的輸入，這樣只占用了 2 個單片機 I/O 口，節(jié)約 6 個 I/O 口，同時 PCB 的面積和成本也進(jìn)一步縮小。 綜上考慮，我們選擇 方案二。 、電源模塊的選取 方案一、采用開關(guān)電源模塊 方案二、自己制作線性電源電路 方案論證： 方案一中采用開關(guān)電源可以提高整個電流源的效率，體積也會相應(yīng)的減小，但是開關(guān)電源的紋波電壓大，電源的紋波電流可能會過大，達(dá)不到輸出精度的要求。 方案二中自己制作線性電源，線性電源具有紋波電壓低的特點。電路中一共要輸出四路電源，分別是 +12V， 12V， +5V， 5V， +18V， 18V，其中 +12V，12V， +5V， 5V 需要穩(wěn)壓，我們可以用常用的線性穩(wěn)壓器 781 7901 7807905 得到穩(wěn)壓的電壓輸出。 綜合上述考慮，我們選擇 方案二 三 、硬件電路設(shè)計 供電電路設(shè)計 12 圖 31 供電電路原理圖 供電電路采用的是直流線性穩(wěn)壓器組成。一般直流穩(wěn)壓電源的組成如下圖 圖 32 直流穩(wěn)壓電源組成圖 分析： 交流電經(jīng)過變壓器變壓得到電壓 UAC,根據(jù)單相橋式整流電路的特性，我們可以計算出整流以后的電壓 UO。 UO 是整流電路的輸出端電壓瞬時值在一個周期內(nèi)的平均值，即 13 Uo= 20012 U d t? ??? （公式三） 圖 33 整流波形圖 根據(jù)上圖中的波形可得 UO=01 2 22 s in 0 .9A C A C A CU td t U U? ???? ??? （公式四） 二極管正向平均電流
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