【正文】 數(shù)控電源的測(cè)試 ..........................................................................................................24 數(shù)控電源的使用 ..................................................................................................................267 技術(shù)改進(jìn) ....................................................................................................................................27結(jié) 論 ........................................................................................................................................29參考文獻(xiàn) ........................................................................................................................................30致 謝 ........................................................................................................................................31聲 明 ........................................................................................................................................32附 件 ........................................................................................................................................33第 1 頁 共 40 頁1 引言 課題背景及意義電源技術(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)。除此之外，系統(tǒng)還設(shè)計(jì)了短路和過流保護(hù)電路及報(bào)警電路，使得該電源適用于各種有較高精度要求的場(chǎng)合。為實(shí)現(xiàn)電源的數(shù)字化調(diào)節(jié)性能，設(shè)計(jì)中引入了單片機(jī)數(shù)字控制技術(shù)，利用STC89C52單片機(jī)對(duì)直流穩(wěn)壓電源進(jìn)行數(shù)字調(diào)節(jié)控制。分類號(hào)：TN86 U D C：D10621408(2022)14520密 級(jí)：公 開 編 號(hào)：2022072064簡(jiǎn)易數(shù)控線性直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)論文作者姓名： 安俊潔申請(qǐng)學(xué)位專業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化申請(qǐng)學(xué)位類別： 工學(xué)學(xué)士指 導(dǎo) 教 師 姓 名 (職 稱 )： 伍瑾斐 (講師)論文提交日期： 2022 年 06 月 09 日簡(jiǎn)易數(shù)控線性直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘 要本設(shè)計(jì)完成了一款數(shù)字化線性直流穩(wěn)壓電源的制作，該電源可以將220V、50HZ的交流轉(zhuǎn)換成5V~15V 可調(diào)節(jié)的直流。同時(shí)利用D/A、A/D芯片實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路與模擬電路的連接。同時(shí)基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)支持在軟件設(shè)計(jì)上進(jìn)行功能擴(kuò)展，而并不需要增加額外的硬件開銷，從而提高電源的性價(jià)比。電力電子技術(shù)是電能的最佳應(yīng)用技術(shù)之一 [1]。電源在使用時(shí)會(huì)造成很多不良后果，世界各國(guó)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。數(shù)字化智能電源模塊是針對(duì)傳統(tǒng)智能電源模塊的不足提出的，數(shù)字化能夠減少生產(chǎn)過程中的不確定因素和人為參與的環(huán)節(jié)數(shù)，有效地解決電源模塊中諸如可靠性、智能化和產(chǎn)品一致性等工程問題，極大地提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的可維護(hù)性 [2]。（2）單片機(jī)通過 A/D 芯片讀取當(dāng)前輸出電壓值，通過顯示程序，顯示在數(shù)碼管上?，F(xiàn)代電器中常用的穩(wěn)壓電源有兩類：線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)型穩(wěn)壓電源。變壓器 整流器 濾波器器穩(wěn)壓器 負(fù)載電網(wǎng)電壓圖 21 直流穩(wěn)壓電源組成框圖電網(wǎng)電壓經(jīng)過變壓器將大電壓變成小電壓；經(jīng)過橋式整流將交流電轉(zhuǎn)換成直流脈動(dòng)電壓；經(jīng)過濾波器使脈動(dòng)電壓變得平滑；經(jīng)過穩(wěn)壓器使輸出電壓穩(wěn)定在希望的值上。該過程可以簡(jiǎn)明描述如下：如果負(fù)載電壓上升時(shí)： ???????CE1B1C222B2OLI IIURU）（ ?由此可以看出，線性穩(wěn)壓電路是電壓串聯(lián)反饋電路，由于電壓負(fù)反饋本身具有穩(wěn)定性，所以穩(wěn)壓過程實(shí)際上是利用負(fù)反饋使輸出電壓維持恒定的過程。3 方案研究與主要芯片選擇 系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用 51 系列單片機(jī)作為整機(jī)的控制單元，利用晶體管的電流放大作用，增加負(fù)載電流，在電路中引入深度電壓負(fù)反饋使輸出電壓穩(wěn)定，通過按鍵改變輸入的數(shù)字量改變 D/A 輸出的基準(zhǔn)電壓值，基準(zhǔn)電壓與負(fù)載電壓變化趨勢(shì)經(jīng)過運(yùn)算放大器比較放大反饋到功率管的基極，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。單片機(jī)系統(tǒng)還兼顧對(duì)輸出電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，輸出電壓通過 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，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)定的電壓源。系統(tǒng)需要基本的+15V、5V 、15V電源，所以需要三端輸出的變壓器，輸出電壓 15V 即可。該器件采用 ATMEL 搞密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容 [5]。電路利用 CMOS 電流開關(guān)和控制邏輯來取得最少的電能損耗和最小的輸出泄露電流誤差。如圖 33 所示DAC0832 引腳分布圖。第 7 頁 共 40 頁WR2：寫選通信號(hào) 2（低電平有效）。IOUT1：DAC 電流輸出 1 端。RFB：反饋電阻。這種輸入將外部精密電壓源與內(nèi)部 R2R 階梯電阻連接起來。是整個(gè)部分的電源供應(yīng)引腳。 ADC0804 簡(jiǎn)介ADC0804 是常用的 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，容易與單片機(jī)接口，輸入方式為單通道，ADC0804 轉(zhuǎn)換速度適中，價(jià)格低，應(yīng)用廣泛 [7]。/WR：用來啟動(dòng)轉(zhuǎn)換的控制輸入，相當(dāng)于 ADC 的轉(zhuǎn)換開始（/CS=0 時(shí)），當(dāng)/WR 由 HI 變?yōu)?LO 時(shí)，轉(zhuǎn)換器被清除：當(dāng) /WR 回到 HI 時(shí)，轉(zhuǎn)換正式開始。AGND,DGND：模擬信號(hào)以及數(shù)字信號(hào)的接地。 OP07 簡(jiǎn)介OP07 芯片是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性運(yùn)算放大器集成電路。如圖 35 所示 OP07 引腳分布圖。 復(fù)位電路設(shè)計(jì)單片機(jī)在啟動(dòng)的時(shí)候都需要復(fù)位，使單片機(jī)系統(tǒng)處于初始狀態(tài)，然后開始工作。電路圖如圖 41 所示。51 單片機(jī)內(nèi)部都有一個(gè)高增益反向放大器，用于構(gòu)成振蕩器，但是構(gòu)成時(shí)鐘，外部還需要加一些附加電路。1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 20May 2022 Sheet of File: d:\業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)\業(yè)業(yè)\業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)\業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)\業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)\My By:1P261P271P241P25K1K2K3K4圖 43 按鍵電路四個(gè)按鍵依次為電壓+1V、+ 、1V、與單片機(jī)的 P2 口連接。本次設(shè)計(jì)采用 LED 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描顯示，電路圖如下圖 44 所示。第 12 頁 共 40 頁1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 20May2022 Sheet of File: d:\業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)\業(yè)業(yè)\業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)\業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)\業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)\ By:1RXD1TXD1INT0EA/VP31X119 X218RESET9RD17 WR16INT012 INT113T014 T115P101 P112P123 P134P145 P156P167 P178P00 39P01 38P02 37P03 36P04 35P05 34P06 33P07 32P20 21P21 22P22 23P23 24P24 25P25 26P26 27P27 28PSEN 29ALE/P30TXD 11RXD 10VCC 40GND 20DPJ1AT89C521P101P111P121P131P141P151P161P171T01T11INT11P001P011P021P031P041P051P061P071P201P211P221P23+5V1X11X11EA1RES1RD1WR 1ALE1PSEN1P241P251P261P27CS1 WR12AGND3 D34D25 D16D07 Vref8Rfb9 DGND10 Iout1 11Iout2 12D713D6 14D5 15D416XFER 17WR2 18ILE74VCC 75DADAC08321P101P111P121P131P171P161P151P141RD1WR+5VAR?LM358AR?LM358 R?10KR? R?10KOUT圖 45 DAC0832 與單片機(jī)接口電路 單片機(jī)與 AD 接口電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)為數(shù)控電源，需要采集電源輸出電壓加以顯示，所以本設(shè)計(jì)選用了ADC0804 采集直流電源電壓，輸入到單片機(jī)進(jìn)行顯示。本次設(shè)計(jì)采用單相橋式整流電路，電路圖如下 47 所示。1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 20May2022 Sheet of File: d:\業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)\業(yè)業(yè)\業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)\業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)\業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)\ By:TZG1TIP41C R231KR25 500AR21OP07R24102+20V15VC22104+C212000uFTZG2TIP41C R211K DAAD+ C1ZL 5V15V圖 48 電壓調(diào)整電路單相橋式整流電路出來的電源，經(jīng)過兩個(gè)電容濾波后送給復(fù)合調(diào)整管，復(fù)合調(diào)整管接受運(yùn)放反饋信號(hào)經(jīng)過放大調(diào)整輸出穩(wěn)定的電壓。1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 20May2022 Sheet of File: d:\業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)\業(yè)業(yè)\業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)\業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)\業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)\ By:TZG1TIP41C R231KR25 500AR21OP07R24102+20V15VC22104+C212000uFR22TZG2TIP41C BH19013R211K DAADJC+ C1ZL 5V15V圖 49 短路和過流保護(hù)電路此電路中 9013 三極管與 R22 電阻組成了過短路和流保護(hù)電路，當(dāng)負(fù)載電流小于 1A 時(shí)，R22 電阻上的電壓小于 ，小于發(fā)射結(jié)導(dǎo)通電壓,9013 三極管截止，負(fù)載電流工作在安全范圍內(nèi)：當(dāng)負(fù)載電流大于 1A 時(shí)，R22 電阻上的第 15 頁 共 40 頁電壓大于 ，大于發(fā)射結(jié)導(dǎo)通電壓,9013 三極管導(dǎo)通，其集電極電流為調(diào)整管的基極電流分流，使調(diào)整管基極電流、集電極電流及輸出電流相應(yīng)減小，從而起到限制作用。當(dāng)檢測(cè)端口電壓為 5V 至 17V 時(shí)，經(jīng)比較器比較，輸出 2INT1 端口為低電平，這時(shí)單片機(jī)檢測(cè)并使 2T0 端口為低電平，三極管截止，LED 燈不亮和蜂鳴器不響；當(dāng)檢測(cè)端口電壓為 3V 左右（既負(fù)載已經(jīng)短路或者過流），經(jīng)比較器比較，輸出 2INT1 端口為高電平。+15V 主要是為 DA 轉(zhuǎn)換芯片外圍電路中運(yùn)放供電，電流較小。由于+5V 需要的電流較大，所以在前段濾波電路中的電容應(yīng)該盡量的大。5 軟件設(shè)計(jì) 概述該系統(tǒng)是數(shù)控電源，而且在設(shè)計(jì)中使用了單片機(jī)，所以需要軟件的編寫。其中 DA 模塊和按鍵處理模塊是在單片機(jī) 1 中完成，A/D 模塊、數(shù)碼管顯示模塊、短路或過流檢測(cè)模塊是在單片機(jī) 2 中完成 [13]。由于是 D/A 芯片提供基準(zhǔn)電壓，所以只需將 D/A 輸入的二進(jìn)制數(shù)相應(yīng)的+ +1 即可，程序流程圖如下圖 52 所示。 else { while(key4 == 0)。 } } else { while(