【正文】 i電子設計大賽論文簡易數控直流穩(wěn)壓電源設計ii題目名稱 簡易數控直流穩(wěn)壓電源設計學院 專業(yè) 指導教師設計要求：（1）輸出電壓：范圍 0～＋，步進 ，紋波不大于 10mV；（2）輸出電流：500mA；（3）輸出電壓值由數碼管顯示；（4）由“＋”、 “－”兩鍵分別控制輸出電壓步進增減；（5）為實現上述幾部件工作，自制一穩(wěn)壓直流電源，輸出177。10V，＋5V 。提高要求：（1）輸出電壓可預置在 0～ 之間的任意一個值；（2）用自動掃描代替人工按鍵，實現輸出電壓變化（步進 不變） ；（3）擴展輸出電壓種類（比如三角波等） 。比賽工作計劃： （1）查閱資料，設計硬件電路；（） （2）硬件電路焊接； （） （3）整機調試，編寫設計報告（）參考書籍：[1]《單片微機原理及應用》 ，第二版，機械工業(yè)出版社，2022 年 2 月。[2]《C8051F 系列單片機原理與應用》 ，張培仁，孫力，清華大學出版社， 2022 年1 月第一版。[3]C 程序設計，譚浩強，第三版，清華大學出版社，2022 年 7 月第二版。參考文獻：[1]何希才，張明莉。新趔穩(wěn)壓電源及應用實例[M]。北京：電子工業(yè)出版社．2022．[2]王小明，盧志強。基于 STC89C52 數控直流電源設計。微計算機信息，2022，12。[3]何香玲，鄧剛。數控式步進可調穩(wěn)壓源[J]?，F代電子技術，2022。[4]劉蘭波。數控直流電源的研究[J]。河北北方學院學報：自然科學版，2022。項目組姓 名 學 號 專業(yè)/班級 所在學院 項目中的分工iii成員iv摘 要數控直流穩(wěn)壓電源是電子技術常用的設備之一，廣泛的應用于教學、科研等領域。本課題以單片機為控制核心，進行算法控制和集成運放線性負反饋，并通過7219 驅動四位顯示器進行精確顯示，設計并實現了一臺高精度、低噪聲的數控直流電流源。 該穩(wěn)壓電源由供電電源、數控系統(tǒng)、模擬輸出三個部分組成。供電電源采用MC7815 和 MC7915 穩(wěn)壓器，通過橋式整流電路，為整機提供了穩(wěn)定的直流供電；控制系統(tǒng)以單片機 C8051F020 為核心，其內部的 12 位 DAC 轉換器產生控制輸出，實現了輸出電流的實時數控和精確檢測。模擬部分利用集成運放繼電器等模塊實現不同波形的輸出；系統(tǒng)還設置了串口通訊、遙控功能。經測試，輸出電壓范圍達 0—，輸出紋波及噪聲小于 10mV，均達到題目指標。論文闡明了軟硬件設計依據，給出了系統(tǒng)功能和性能測試結果，并附錄了詳細的設計資料。關鍵詞: 恒壓源 集成運放 7219 驅動器單片機 實時數控 v目 錄第 1 章 方案論證與原理設計 .....................................................................1 模擬輸出方案 ...................................................................................................1 供電電源方案 ...................................................................................................1 控制系統(tǒng)方案 ...................................................................................................2 整機方案框圖 ...................................................................................................2第 2 章 電路設計與參數論證 .....................................................................3 供電電源(15V) .................................................................................................3 5V 供電電源 .....................................................................................................5 數控電路 ...........................................................................................................5 模擬輸出電路及 A/D 校準 ..............................................................................7 驅動數碼管顯示電路 .....................................................................................10第 3 章 系統(tǒng)功能與軟件設計 ...................................................................11 系統(tǒng)功能分析 .................................................................................................11 軟件設計結構 .................................................................................................12第 4 章 功能及性能測試 ...........................................................................16 測試條件 .........................................................................................................16 整機調試 .........................................................................................................16 系統(tǒng)性能測試 .................................................................................................16 性能參數測試 .................................................................................................17第 5 章 設計總結及技術展望 ...................................................................21參考資料 .........................................................................................................23附錄 .................................................................................................................23附錄一 測試儀器清單 ................................................................................................23附錄二 原理電路圖 ....................................................................................................23附錄三 元器件清單 ....................................................................................................24附錄四 單片機程序 ....................................................................................................251數控直流穩(wěn)壓電源是輸出為穩(wěn)定直流電壓、并可用數控方式調節(jié)和穩(wěn)定輸出電壓的電源設備，在對工作電壓穩(wěn)定度、紋波電壓大小等有較高要求的領域具有廣泛的應用，如：電鍍、精密加工、激光器等。為此我們選擇了簡易數控直流穩(wěn)壓電源設計作為此次競賽的課題。第 1 章 方案論證與原理設計 模擬輸出方案模擬輸出部分是數控直流穩(wěn)壓電源的重要組成部分，是決定各項設計指標的關鍵性因素。 方案選擇模擬部分，通過 給功放供電，功放構成反相器、反相相加器、反相發(fā)大器，積177。15??分器分別實現反相、反相相加、放大、積分等功能，結合繼電器的控制，分別輸出方波、三角波和直流，并反饋給單片機，用 A/D 采樣并校準。同時，利用 OP547 輸出穩(wěn)定的500mA 直流電流。 參數優(yōu)化設計由于本題要求的輸出電壓精度高，紋波小。因此我們必須考慮保證這些質量參數的優(yōu)化方案。 紋波與噪聲控制最大紋波電壓是在設定的直流電壓的情況下，使電壓的紋波(包過噪聲)的絕對值大小，通常以峰－峰值或有效值表示。所以在設計時充分考慮這些因素，在電路中必要部分加入多種降噪濾波措施。安全保護功能安全保護主要用于輸出電流較大而負載阻值較小時。因此在設計電路時考慮了系統(tǒng)的過熱、過流、過壓和反壓保護。 供電電源方案供電電源一般有開關電源、線性電源兩種方案。開關電源這種電源主要提供可靠穩(wěn)定的電壓類似開關式恒流源，功率損耗小，效率高，比較經濟，但電壓波紋大，難以濾除，會對后續(xù)電路造成影響。2線性電源這種電源也提供可靠穩(wěn)定的電壓，結構簡單，紋波電壓?。?0mV 以下），易濾除，抗電磁干擾性能和電源純凈性好。 控制系統(tǒng)方案控制系統(tǒng)功能接收取樣信號，進行運算處理，并發(fā)出控制信號控制負載電流，而且有相應顯示和寫入控制字等功能。常用的實現方案有硬件邏輯電路、單片機軟件編程和 CPLD 硬件邏輯編程。硬件邏輯電路結構簡單，實現方便，但功能擴展性不強；單片機系統(tǒng)通過自身時鐘編程產生邏輯信號序列，可鍵盤預置信號序列狀態(tài)及數碼顯示，使用靈活方便，可通過軟件升級達到系統(tǒng)升級，開發(fā)容易，性價比高；CPLD 電路也可實現以上功能，且處理速度更快，但價格偏貴，開發(fā)難度大，多用于高速實時系統(tǒng)。所以選用單片機作為控制系統(tǒng)的的核心接收取樣信號對其處理并發(fā)出控制信號控制負載電流。其他外圍電路還有 LED 顯示、輸入鍵盤、時鐘信號。 整機方案框圖 由以上分析可得出整機電路的基本結構方案框圖如圖 1－1 所示。2 2 0 V 交 流O U T P U TL E D 顯 示復 位鍵 盤單 片 機D / A基 準A / D變 壓 器 橋 式 整 流功 放 電 路反 饋7 8 1 5 穩(wěn) 壓7 8 0 5 穩(wěn) 壓+5V電壓+15V電壓數 控 系 統(tǒng) 模 擬 功 放 系 統(tǒng)電 源 供 電 系 統(tǒng)圖 11 數控直流穩(wěn)壓電源框圖3第 2 章 電路設計與參數論證通過前一章的分析，欲獲得一個高性能的數控直流電流源 ，主要是設計好調整器電路，放大電路，反饋控制電路，電源電路。 本章詳細的介紹了各部分功能電路的設計思想和原理。 供電電源(15V)整機供電電源原理電路如圖 2－2 所示。線性穩(wěn)壓電源電路主要由橋式整流電路、濾波電路、線性穩(wěn)壓器、保護電路和工作指示電路（LED 燈）組成。經降壓變壓器變換后的177。15V 交流電壓由 P2 端口輸入，經過整流、濾波和穩(wěn)壓后，由 P1 端口出端 177。15V 直流電壓，為信號處理電路供電。圖 21 線性177。15V 穩(wěn)壓電源電路原理圖穩(wěn)壓器選擇根據所選運算放大器 OP07 的特性（運算放大器的選擇依據將在信號處理電路元件選擇中給出） ，需要提供 直流電電壓。根據信號處理電路原理圖和系統(tǒng)方案框圖，計177。15??算得信號處理電路所需的電流約為 1A（后面將給出詳細計算過程） 。所以穩(wěn)壓器選擇MC7815 和 MC7915。表 21 列出了 MC7815 和 MC7915 的部分參數。表 21 穩(wěn)壓器部分參數測試條件型號輸出/V(典型值)輸出電流/A 輸入范圍/V 最小壓差/VUi(v) Io（ mA）MC7815AC 15 ~ ~30 2 23 1000MC7915AC 15 ~ ~30 2 23 500變壓器選擇因為運放供電需177。15V 電壓，而穩(wěn)壓器輸入輸出電壓差要求不小于 3V，所以此處整4流電路電壓輸入處取 18V。若設橋式整流電路輸入電壓為 U1，輸出電