【正文】 和產(chǎn)品的可維護(hù)性。因此數(shù)控電源主要的發(fā)展方向，是針對(duì)上述缺點(diǎn)不斷加以改善。數(shù)控電源是從 80 年代才真正的發(fā)展起來的，期間系統(tǒng)的電力電子理論開始建立。隨著數(shù)控電源在電子裝置中的普遍使用，普通電源在工作時(shí)產(chǎn)生的誤差，會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的精確度。 1 1 引言 電源技術(shù)尤其是數(shù)控電源技術(shù)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的工程技術(shù)，服務(wù)于各行各業(yè)。 電力工程 系 屆 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題目： 數(shù)控直流穩(wěn)壓電源 1 數(shù)控直流穩(wěn)壓電源 摘 要 本論文所研究的數(shù)字穩(wěn)壓電源是以 AT89S51 單片機(jī)為主控制器， 通過鍵盤設(shè)置由單片機(jī)程控輸出數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過 D/A 轉(zhuǎn)換器（ AD0832）輸出模擬量，再經(jīng)過功率放大，實(shí)現(xiàn)輸出電壓步進(jìn) ，輸出范圍為 0~10V。電力電子技術(shù)是電能的最佳應(yīng)用技術(shù)之一。電源在使用時(shí)會(huì)造成很多不良后果，世界各國紛紛對(duì)電源產(chǎn)品提出了不同要求 并制定了一系列的產(chǎn)品精度標(biāo)準(zhǔn)。這些理論為其后來的發(fā)展提供了一個(gè)良好的基礎(chǔ)。單片機(jī)技術(shù)及電壓轉(zhuǎn)換模塊的出現(xiàn)為精確數(shù)控電源的發(fā)展提供了有利的條件。 電源 采用數(shù)字控制，具有以下明顯優(yōu)點(diǎn) ： （ 1） 易于采用先進(jìn)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。 （ 5）系統(tǒng)的一致性好，成本低，生產(chǎn)制造方便。由于控制數(shù)據(jù)燒錄在 EPROM 中，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)靈活性降低。 如圖 2 所示。 3 （ 2） 輸出部分 方案一中采用線性調(diào)壓電源，以改變其基準(zhǔn)電壓的方式使輸出步進(jìn)增加 /減小，這樣不能不考慮整流濾波后的波紋對(duì)輸出的影響，而方案二中使用運(yùn)算放大器作前級(jí)的功率放大電路，由于運(yùn)算放大器具有很大的電源電壓抑制比，可以大大減小輸出端的紋 波電壓。 方案二簡(jiǎn)潔、靈活、可擴(kuò)展性好，能達(dá)到題 目的設(shè)計(jì)要求，因此采用方案二來實(shí)現(xiàn)。 本 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要由 AT89C5穩(wěn)壓輸出模塊、按鍵處理模塊、顯示模塊和供電模塊 5 部分組成。 采用軟件方法來解決數(shù)據(jù)的預(yù)置以及電 壓 的步進(jìn) 控制，使系統(tǒng)硬件更加簡(jiǎn)潔，各類功能易于實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)以直流電源為核心，利用51 系列單片機(jī)為主控制器，通過鍵盤來設(shè)置直流電源的輸出電 壓 ，設(shè)置步進(jìn)等級(jí)可達(dá) ，并可 4 由數(shù)碼管顯示實(shí)際輸出電壓值和電壓設(shè)定值。 5 1 單 片 機(jī)A / D 轉(zhuǎn) 換D / A 轉(zhuǎn) 換顯 示 模 塊采 樣 電 路功 率 放 大雙 極 輸 出鍵 盤 模 塊供 電 模 塊+ 1 5 V5 V 1 5 V 圖 3 數(shù)控直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)框圖 4 系統(tǒng)部分功能設(shè)計(jì) 供電模塊 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案要求，本系統(tǒng)需要提供 3 種電壓： +15V、 ?15V 和 5V。其具有體積小、性能穩(wěn)定、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。 （ 2） 整流 電路設(shè)計(jì) 這里采用 橋式整流電路 。一般 濾波電容 C 容量取大些好，但 考慮到 太大會(huì)增加成本，使電源體積增加 ，故這里選?。? RC≧ (35)T/2 （公式 3） 式中 T=(1/50)s=； R 為整流濾波電路負(fù)載 ，為 R= UI/IO。變壓器二次側(cè)電壓有效值 U2應(yīng)根據(jù) Ui 來確定： Uimin/≦ U2≦ Uimax/ （公式 5） 6 在此范圍內(nèi) U2 越大穩(wěn)壓的壓差越大，功率越大，一般取二次側(cè)電壓 U2 為： U2≧ Uimin/=18/=15V 所以其變比 n=U1/U2=220/18= （公式 6） 加濾波電容后變壓器二次側(cè)電流不是正玄波，而對(duì)電容充電時(shí)的瞬時(shí)電流較大，因此二次側(cè)電流有效值一般按下式計(jì)算： I2=() IO=3= （公式 7） 即 P=I2U2=18=27W 直流穩(wěn)壓電源的電路圖如 5 所示。穩(wěn)壓輸出電路的輸出與參考電壓成比例。該電路屬于典型的電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路。該運(yùn)放輸入端的輸入電流對(duì)轉(zhuǎn)換精度影響很大， DAC0832 輸出的電流有幾十微安的變化，若運(yùn)放輸入端的輸入電流為 ，如 181。A / DP 0 . 0 P 0 . 776541 61 51 41 3E 11 7I s b D I 0D I 1D I 2D I 3D I 4D I 5D I 6m s b D I 7C SX f e r+ 5 V2 0I C 11 11 2981 91 82I o u t 1I o u t 2R f bV r e fI L EW R2W R1+ 5 VW RO P 0 7+23 1 5 VV z 14 . 7 k? 1 5 VI C 2A+ 1 5V6 ?6 . 8 kR 1?1 0 kR 2?9 . 1 kR 3R p 1?1 0 k?3 3 0 kR 4?3 3 0 kR 5?3 kR 6 ?3 kR 7V 1V 2V T 1V T 2T I P 1 2 2T I P 1 2 7+ 1 5 V 1 5 VR 8D A C 0 8 3 2+ 1 5 V+ 1 5 V235 vU 1 圖 7 穩(wěn)壓輸出電路 原理圖 主要器件功能 8 位 D/A 轉(zhuǎn)換器芯片 DA0832 DAC0832 是一個(gè) 8 位 D/A 轉(zhuǎn)換器芯片，單電源供電，從 +5V~+15V 均可正常工作，基準(zhǔn)電壓的范圍為 177。 8 CS1WRA G N Dd 3d 2d 1d 0V e d fR fD G N DV D DI LW RX F E Rd 4d 5d 6d 7I o u t 2I o u t 1D A C 0 8 3 2 圖 8 DAC0832 引腳圖 該 D/A 轉(zhuǎn)換器 為 20 引腳雙列直插式封裝，各引腳含義如下： （ 1） D7～ D0轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸入 ； （ 2） /CS—片選信號(hào)（輸入），低電平有效 ； （ 3） ILE—數(shù)據(jù)鎖存允許信號(hào)（輸入），高電平有效 ； （ 3） /WR1—第一信號(hào)（輸入），低電平有效。 即 運(yùn)算放大器的反饋電阻，電阻（ 15kΩ）已固化在芯片中。 其引腳圖如圖 9 所示。當(dāng) DAC0832 采用 5V 基準(zhǔn)電壓時(shí)， D/A 轉(zhuǎn)換電路的滿幅輸出為 （電壓控制字為 255 時(shí)）。于是輸出電壓 Uo 與輸入電壓 Ui 的關(guān)系式為： U0=(1+23p1RRR? )Ui （ 公 式 11） 10 將 Ui 代入得： U0=(1+23p1RRR? ) 128REF U ???70i iiD2 （ 公 式 12） 當(dāng) Ｕ i=， R2=10 kΩ， R3=9． 1 kΩ， Uo=10V，由上式可求得 Rp1=10 kΩ。 單片機(jī)控制電路 單片機(jī)控制電路主要由鍵盤 部分、 AT51 單片機(jī)部分、 顯示部分和 AD 轉(zhuǎn)換部分組成， 鍵盤部分主要設(shè)置控制字的輸入，由單片機(jī) 作為整機(jī)的控制單元 ， 通過改變鍵盤的輸入數(shù)字量來改變輸出電壓值（ 由 AD 轉(zhuǎn)換 后的電壓值），再由 LED 顯示部分顯示 ，如圖 10 所示 。 GND：接地。在 FLASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FLASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0外部必須被拉高。 P2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，片口緩沖器可接受，輸出 4 個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2口被寫 “1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。在給出地址 “1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流這是由于上拉的緣故。 13 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。如果微 處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置為無效。 /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。（ 3239 腳）被定義為 N1 功能控制端口，分別于 N1 的相應(yīng)功能管腳相連接， 13 腳定義為 IR輸入端， 10 腳和 11 腳定義為 12C 總線控制端口，分別連接 N1 的SDAS（ 18 腳）和 SCLS(19 腳 )端口， 12 腳、 27 腳及 28 腳定義為握手信號(hào)功能端口，連接主板 CPU的相應(yīng)功能端，用于當(dāng)前制式的檢測(cè)及會(huì)聚調(diào)整狀態(tài)進(jìn)入的控制功能。 電路如圖 12 所示。 A B C D E F G D P1 2 3 41234567891 01 11 21 31 41 51 65 VP 2 . 0P 2 . 1P 2 . 2Q 1Q 2 Q 3N P NN P NN P NP N 12 0 0P 0 . 0P 0 . 1P 0 . 2P 0 . 3P 0 . 4P 0 . 5P 0 . 6P 0 . 7 圖 13 顯示電路圖 A/D轉(zhuǎn)換 電路 這里 AD 轉(zhuǎn)換器采用 ADC0832， 為 8 位分辨率 、雙通道 A/D 轉(zhuǎn)換芯片 ，其最高分辨可達(dá) 256級(jí)，可以適應(yīng)一般的 模擬量轉(zhuǎn)換要求。通過 DI 數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇。C to +85176。 （ 4） GND 芯片參考 0 電位（地）。 （ 8） Vcc/REF 電源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用）。當(dāng)要進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換時(shí)，須先將 CS 使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。其時(shí)序圖如 圖14 所示 ： 16 圖 14 ADC0832 時(shí)序表 由 圖 11 可知 ，當(dāng)此 2 位數(shù)據(jù)為 “1”、 “0”時(shí)，只對(duì) CH0 進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。到第 3 個(gè)脈沖的下沉之后 DI 端的輸入電平就失去輸入作用，此后 DO/DI 端則開始利用數(shù)據(jù)輸出 DO 進(jìn)行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。隨后輸出 8 位數(shù)據(jù)，到第 19 個(gè)脈沖時(shí)數(shù)據(jù)輸出完成，也標(biāo)志著一次 A/D 轉(zhuǎn)換的結(jié)束。然后掃描獲取鍵值，執(zhí)行相應(yīng)的功能子程序。功放電路 的輸入為DAC0832 和 OP07 的輸出電壓，這里用電壓源 V1 來代替。 圖 18 功率放大仿真 電路圖 表 1 輸出電壓測(cè)試數(shù)據(jù)表 數(shù)字量