基于__muc的穩(wěn)壓數(shù)控設(shè)計(jì)(已修改)
2025-07-26 16:26 本頁(yè)面
【正文】 摘要： 設(shè)計(jì)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。利用C8051F020 單片機(jī)作為整機(jī)的控制單元，通過(guò)改變輸入數(shù)字量來(lái)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。檢測(cè)實(shí)際輸出電壓值的大小可 通過(guò) 單片機(jī) 內(nèi)部 12 位 ADC 進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換， 從而 實(shí)時(shí)對(duì)電壓進(jìn)行采樣，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及顯示。通過(guò)鍵盤(pán)來(lái)設(shè)置直流電源的輸出電壓 ，并可由數(shù)碼管顯示實(shí)際輸出電壓值和電壓設(shè)定值。單片機(jī)系統(tǒng)還兼顧對(duì)恒壓源進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，輸出電壓經(jīng)過(guò)電流 /電壓轉(zhuǎn)變后，通過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換，實(shí)時(shí)把模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù) 量，經(jīng)單片機(jī)分析處理， 通過(guò)數(shù)據(jù)形式的反饋環(huán)節(jié)，使電壓更加穩(wěn)定，構(gòu)成穩(wěn)定的壓控電壓源。 關(guān)鍵字： 數(shù)控直流穩(wěn)壓， A/D 轉(zhuǎn)換 ， D/A 轉(zhuǎn)換 ， C8051F020 1 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 設(shè)計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)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 基本要求 （ 1）輸出直流電壓調(diào)節(jié)范圍 6~12V，紋波小于 20mV。 （ 2）輸出電流 0~500mA。 （ 3）按鍵設(shè)定輸出電壓值，分辨率為 。 （ 4）用數(shù)碼管顯示穩(wěn)壓電源輸出電壓值，當(dāng)輸出電壓為 時(shí)，數(shù)碼 管顯示“ ”。 （ 5）實(shí)時(shí)采樣并顯示輸出電流，顯示分辨率為 1mA。 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)中方案比較與論證 方案一： 采用模擬的分立元件，利用純硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)功能，通過(guò)電源變壓器、整流濾波電路以及穩(wěn)壓電路，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓電源穩(wěn)定輸出 177。5 V、 177。12 V、 177。15 V 并能可調(diào)輸出 0～ 30 V 電壓，見(jiàn)圖 1 所示。但由于模擬分立元件的分散性較大，各 電阻電容 之間的影響較大，因此所設(shè)計(jì)的指標(biāo)不高、不符合設(shè)計(jì)要求、且使用的器件較多、連接復(fù)雜、靈活性差、功耗也大，同時(shí)焊點(diǎn)和線路較多，使成品的穩(wěn)定性和精度受到影響。 圖 1 方案一電路原理圖 方案二： 此方案采用傳統(tǒng)的 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路 ， 其原理圖如圖 2所示。 數(shù)控基準(zhǔn)電壓源的電壓大小可以通過(guò)可逆計(jì)數(shù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)設(shè)置，計(jì)數(shù)器的內(nèi)容對(duì)應(yīng)于穩(wěn)壓電源的輸出電壓，同時(shí)該計(jì)數(shù)器值經(jīng)過(guò)譯碼顯示電路，顯示出當(dāng)前穩(wěn)壓電源的輸出電壓。計(jì)數(shù)器的輸出送至 D/A 轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓，此電壓去控制穩(wěn)壓電源的輸出，使穩(wěn)壓電源的輸出以 1V 的步進(jìn)值增或減。數(shù) 控 基準(zhǔn)電壓源框圖如圖 3 所示 圖 2 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路原理圖 比較放大 器7 調(diào)整管 R1 取樣電路 R2 RL + UI UO + A 數(shù)控 基準(zhǔn)電源 U 39。O 圖 3 數(shù)控基準(zhǔn)電壓源框圖 方案三： 此方案 也 采用傳統(tǒng)的 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路 ， 但數(shù)控基準(zhǔn)電壓源 采用C8051F020 單片機(jī)作為整機(jī)的控制單元，通過(guò)改變輸入數(shù)字量來(lái)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。檢測(cè)實(shí)際輸出電 壓值的大小可 通過(guò) 單片機(jī) 內(nèi)部 12 位 ADC 進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換， 從而 實(shí)時(shí)對(duì)電壓進(jìn)行采樣，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及顯示 ， 通過(guò)鍵盤(pán)來(lái)設(shè)置直流電源的輸出電 壓 ，并可由數(shù)碼管顯示實(shí)際輸出電壓值和電壓設(shè)定值。 總結(jié)：方案一由于 分立元件的分散性較大 ， 各 電阻電容 之間的影響較大 ，穩(wěn)定性和精度 不高。方案二由于采用計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)，因此靈活性不夠。方案三可控性和靈活性均優(yōu)于方案一和方案二，且 單片機(jī)系統(tǒng) 可對(duì) 恒壓源進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，輸出電壓經(jīng)單片機(jī)分析處理， 通過(guò)數(shù)據(jù)形式的反饋環(huán)節(jié)，使電壓更加穩(wěn)定 ，因此采用方案三。 3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 濾波后的電壓源作為穩(wěn)壓電路 的輸入，通過(guò)鍵盤(pán)由控制器為穩(wěn)壓電路提供基準(zhǔn)電壓然后輸出穩(wěn)定電壓，同時(shí)控制器對(duì)輸出電壓電流進(jìn)行采樣并實(shí)時(shí)顯示。其原理框圖如圖 4所示。 圖 4 數(shù)控直流穩(wěn)壓電壓源原理框圖 4 系統(tǒng)硬件電路分析與設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì) 一個(gè)直流穩(wěn)壓電源通常是由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四個(gè)部分構(gòu)成，前三部分電路的作用及工作原 理較為簡(jiǎn)單，在此不作贅述。穩(wěn)壓電路較常用的串聯(lián)型線性穩(wěn)壓電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)節(jié)方便、輸出電壓穩(wěn)定性強(qiáng)、紋波電壓小等優(yōu)點(diǎn)，其原理圖如圖 5所示。輸入電壓為整流濾波電路的輸出電壓。 穩(wěn)壓電路的輸出電壓為： zo URR RU )1( 32 1??? （ 1） R1100kΩR210kΩR310kΩR41ΩQ29013GNDR5RL50ΩC310uFC4C5R6R7231A84U1ALM358TIP122Q1VCC12P1Header 2 圖 5 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路原理圖 取 R1=100 kΩ ， R2=10 kΩ ， R3=10 kΩ 則 zo UU 6? （ 2） 單元電路設(shè)計(jì) 調(diào)整管部分 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路參見(jiàn)圖 2，其中調(diào)整管是核心元件，它的安全工作是電路正常工作的保證，它的選用主要考慮其極限參數(shù) ICM， U（ BR） CEO 和 PCM。調(diào)整管極限參數(shù)的確定，必須考慮到輸入電壓 UI 由于電網(wǎng)電壓波動(dòng)而產(chǎn)生的變化，以及輸出電壓的調(diào)節(jié)和負(fù)載電流的變化所產(chǎn)生的影響。 由圖可知，調(diào)整管的發(fā)射極電流 IE 等于采樣電阻 R1 中電流和負(fù)載電流 IL 之和，即 IE=IR1+IL，調(diào)整管的管壓降 UCE 等于輸入電壓 UI 與輸出電壓 UO 之差，即UCE=UIUO。顯然，當(dāng)負(fù)載電流最大時(shí)，流過(guò)調(diào)整管發(fā)射極的電流最大 ，即IEmax=IR1+Ilmax。通常， R1 電阻上電流可以忽略，且 IEmax≈ ICmax，所以調(diào)整管集電極最大電流為： ICmax≈ IEmax （ 3） 當(dāng)電網(wǎng)電壓最高，即輸入電壓最高同時(shí)輸出電壓最低時(shí)，調(diào)整管承受的管壓降最大，即 UCEmax=UIm
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