【正文】 ..................... 9 附 3：電路圖圖紙 ............................................................................................................................. 10 附 4：程序清單 ................................................................................................................................. 11 1. 前言 數(shù)控直流電壓源是電子技術(shù)常用的設(shè)備之一，廣泛的應(yīng)用于教學(xué)、科研等領(lǐng)域。傳統(tǒng)地多功能數(shù)控直流電壓源功能簡單、難控制、可靠性低、干擾大、精度低且體積大、復(fù)雜度高。普通數(shù)控直流電源品種很 多，但均存在以下二個問題 : (1)輸出電壓是通過粗調(diào) (波段開關(guān)及細調(diào) (電位器 )來調(diào)節(jié)。這樣，當輸出電壓需要精確輸出，或需要在一個小范圍內(nèi)改變時 (如 ～ )，困難就較大。另外，隨著使用時間的增加，波段開關(guān)及電位器難免接觸不良，對輸出會有影響。 (2)穩(wěn)壓方式均是采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，對過載進行限流或截流型保護，電路構(gòu)成復(fù)雜，穩(wěn)壓精度也不高。在家用電器和其他各類電子設(shè)備中，通常都需要電壓穩(wěn)定的直流電源供電。但在實際生活中，都是由 220V 的交流電網(wǎng)供電。這就需要 通過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓電 路將交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電。濾波器用于濾除整流輸出電壓中的紋波，一般傳統(tǒng)電路由濾波扼流圈和電容器組成，若由晶體管濾波器來替代，則可縮小直流電源的體積，減輕其重量，且晶體管濾波直流電源不需直流穩(wěn)壓器就能用作家用電器的電源，這既降低了家用電器的成本，又縮小了其體積，使家用電器小型化。傳統(tǒng)的數(shù)控直流電壓源通常采用電位器和波段開關(guān)來實現(xiàn)電壓的調(diào)節(jié)，并由電壓表指示電壓值的大小。因此，電壓的調(diào)整精度不高，讀數(shù)欠直觀，電位器也易磨損，而基于單片機控制的數(shù)控直流電源能較好地解決以上傳統(tǒng)穩(wěn)壓電源的不足。 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷 發(fā)展，特別是計算機技術(shù)的突飛猛進，現(xiàn)代工業(yè)應(yīng)用的工控產(chǎn)品均需要有低紋波、寬調(diào)整范圍的高壓電源，特別是在一些高能物理領(lǐng)域，急需電腦或單片機控制的低紋波、寬調(diào)整范圍的電源。從上世紀九十年代末起，隨著對系統(tǒng)更高效率和更低功耗的需求，電信與數(shù)據(jù)通訊設(shè)備的技術(shù)更新推動電源行業(yè)中直流 /直流電源轉(zhuǎn)換器向更高靈活性和智能化方向發(fā)展。整流系統(tǒng)由以前的分立元件和集成電路控制發(fā)展為微機控制 ,從而使直流電源智能化 ,具有遙測、遙信、遙控的三遙功能 ,基本實現(xiàn)了直流電源的無人值數(shù)控直流電壓源設(shè)計 遵 守“設(shè)計的直流穩(wěn)壓電源主要由單片機系統(tǒng)、 鍵盤、數(shù)碼管顯示器、指示燈及報警電路、檢測電路、 D/A 轉(zhuǎn)換電路、直流穩(wěn)壓電路等幾部分組成 ,直流穩(wěn)壓電源是最常用的儀器設(shè)備 ,在科研及實驗中都是必不可少的。數(shù)控電源采用按鍵盤，可對輸出電壓及報警閾值以快慢兩種方式進行設(shè)置 ,輸出由單片機通過 D/A,控制驅(qū)動模塊輸出一個穩(wěn)定電壓。同時穩(wěn)壓方法采用單片機控制 , 單片機通過 A/D 采樣輸出電壓 , 與設(shè)定值進行比較 , 若有偏差則調(diào)整輸出 , 越限則輸出報警信號并截流。工作過程中 , 穩(wěn)壓電源的工作狀態(tài) (輸出電壓、電流等各種工作狀態(tài) )均由單片機輸出驅(qū)動 LCD 顯示 , 由鍵盤控制進 行動態(tài)邏輯切換。以單片機為核心的智能化高精度簡易直流電源的設(shè)計 ,電源采用數(shù)字調(diào)節(jié)、輸出精度高 , 特別適用于各種有較高精度要求的場合。電源采用數(shù)字控制，具有以下明顯優(yōu)點 : (1) 易于采用先進的控制方法和智能控制策略，使電源模塊的智能化程度更高，性能更完美。 (2) 控制靈活，系統(tǒng)升級方便，甚至可以在線修改控制算法，而不必改動硬件線路。 (3) 控制系統(tǒng)的可靠性提高，易于標準化，可以針對不同的系統(tǒng) (或不同型號的產(chǎn)品 )，采用統(tǒng)一的控制板，而只是對控制軟件做一些調(diào)整即可。 (4) 系統(tǒng)維護方便，一旦出現(xiàn)故障 ，可以很方便地通過 RS232 接口或 RS485 接口 USB 接口進行調(diào)試，故障查詢，歷史記錄查詢，故障診斷，軟件修復(fù)，甚至控制參的在線修改、調(diào)試 。也可以通過 MODEM 遠程操作。 (5) 系統(tǒng)的一致性好，成本低，生產(chǎn)制造方便。由于控制軟件不像模擬器件那樣存在差異，所以，其一致性很好。由于采用軟件控制，控制板的體積將大大減小，生產(chǎn)成本下降。 (6) 易組成高可靠性的多模塊逆變電源并聯(lián)運行系統(tǒng)。為了得到高性能的并聯(lián)運行逆變電源系統(tǒng)，每個并聯(lián)運行的逆變電源單元模塊都采用全數(shù)字化控制，易于在模塊之間更好地進行均流控制和通訊 或者在模塊中實現(xiàn)復(fù)雜的均流控制算法 (不需要通訊 )，從而實現(xiàn)高可靠性、高冗余度的逆變電源并聯(lián)運行系統(tǒng)。 2. 方案論證與比較 采樣方法比較與選擇 方案一：采用單片機的數(shù)控電壓源的設(shè)計 采用常用的 52 芯片作為控制器， P0 口和 DAC0832 的數(shù)據(jù)口直接相連， DA 的 CS 數(shù)控直流電壓源設(shè)計和 XFER 連接后接 ， WR2 和 WR1 接單片機的 WR 端，讓 DA 工作在單緩沖方式下。 DA 的 8 腳接參考電壓， D/A 的基準電壓接 5V 電源，在 DAC 的 8 腳輸出電壓的分辨率為約等于 ，也就是說 D/A 輸入數(shù)據(jù)端每增加 1，電壓增加 。通過運 放 OP07將 D/A 的輸出電流轉(zhuǎn)化為電壓，再通過運放 LM358 將電壓反相并放大。其硬件框圖如圖 方案二：采用調(diào)整管的雙計數(shù)器的數(shù)控電壓源的設(shè)計 此方案采用傳統(tǒng)的調(diào)整管方案，主要特點在于使用一套雙計數(shù)器完成系統(tǒng)的控制功能，其中二進制計數(shù)器的輸出經(jīng)過 D/A 變換后去控制誤差放大的基準電壓，以控制輸出步進。十進制計數(shù)器通過譯碼后數(shù)碼管顯示輸出電壓值，為了使系統(tǒng)工作正常，必須保證雙十計數(shù)器同步工 作。其硬件框圖如圖所示： 方案三：采用調(diào)整管的十進制計數(shù)器的數(shù)控電壓源的設(shè)計 此方案不同于方案之二處在于使用一套十進制計數(shù)器，一方面完成電壓的譯碼顯示，另一方面其作為 EPROM 的地址輸入，而由 EPROM 的輸出經(jīng) D/A 轉(zhuǎn)變后控制誤差放大的基準電壓來實現(xiàn)輸出步進，只使用了一套計數(shù)器，回避了方案二中必須保證雙計數(shù)器同步的問題，但由于控制數(shù)據(jù)燒錄在 EPROM 中，使系統(tǒng)設(shè)計靈活性降低。其硬件框圖如圖所示： 鍵盤 液晶顯示 89C52 單 片 機 電壓 D/A 轉(zhuǎn)換 電壓調(diào)整 數(shù)控部分的比較 方案二、三中采用中、小規(guī)模器件實現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)控部分 ，使用的芯片很多，造成控制電路內(nèi)部接口信號繁瑣，中間相互關(guān)聯(lián)多，抗干擾能力差。在方案一中采用了 89C52 單片機完成整個數(shù)控部分的功能，同時， 89C52 作為一個智能化的可編程器件，便于系統(tǒng)功能的擴展。 顯示部分的比較 方案二、三中的顯示輸出是對電壓的量化值直接進行譯碼顯示輸出，顯示值為 D/A 變化輸入量，由于 D/A 變換與功率驅(qū)動電路引入的誤差，顯示值與電源實際輸出值之間可能出現(xiàn)較大偏差，而方案一中采用 LCD 直接對電壓值進行顯示?？傊桨敢坏膬?yōu)點是具有精度高，使用方便，硬件電路簡單等特點，它使用了單 片機，使得進一步擴展功能較為方便；方案二、三的優(yōu)點是電路結(jié)構(gòu)簡單，其缺點是使用比較復(fù)雜