【文章內容簡介】 全部 功能 都可以通過 面板上的 按鍵來 2 控制單片機 來達到 ，給 實驗工作者 帶來極大的 便捷， 工作效率 從而得到大大地提高 。 研究現(xiàn)狀 直流電源是電子實驗中不可或缺的設備。傳統(tǒng)的直流穩(wěn)壓電源 ,一般由變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路構成。如圖 1 所示，雖然說如此形式的串聯(lián)穩(wěn)壓電源具備較寬的輸出電壓的調節(jié)限度，而且還可以經(jīng)過選擇合理的元器件從而獲得更高的性能?？墒且驗樾实拖?,普通的直流穩(wěn)壓電源很難精確地調整輸出的電壓。而且還要在電路中增加保護電路來保護電源不會由于過流而損壞，這些都決定了該電路很難得到完美實現(xiàn)。 圖 1 傳統(tǒng)的直流穩(wěn)壓電源 當前 ,直流穩(wěn)壓電源正向著多功能與數(shù)字化的目標穩(wěn)步發(fā)展 ,經(jīng)過數(shù)字控制模式來進行穩(wěn)壓可以顯著增加穩(wěn)壓精度 。而利用 A/D 轉換，同時利用數(shù)碼管顯示電壓，則增加了穩(wěn)壓的直觀顯示功能，徹徹底底的體現(xiàn)了數(shù)字控制穩(wěn)壓這種方式的優(yōu)越性。 課題研究的目的與意義 當今社會越發(fā)地看中設備的數(shù)字和智能化 ,以往的直流電源中調節(jié)電壓的方式不僅繁雜同時還對電路的機能有著一定的影響。 本文我們把單片機做為核心，結合了所掌握的數(shù)字控制技術，研發(fā)出一個輸出電壓范圍在 0~ 之間并且是以 電壓為步進值電壓電 壓并能精確調節(jié)的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源電路，通過使用 D/A 和 A/D 轉換芯片 ,顯著提高了穩(wěn)壓可靠性。 生產(chǎn)需求狀況分析 傳統(tǒng)的直流穩(wěn)壓電源 功能簡單 、 卻 難 以精確 控制、可靠性 能又 低、 紋波 干擾大、精度低 并且體積 大、復雜 程度 高 不易制作 。 一般的 直流穩(wěn)壓電源 種類有 很多 , 但 都有著下面的如下的 問題 : 調節(jié) 波段開關 和 電位器 來改變輸出電壓 。 可是 當輸出 的 電壓需要 一定的精確度時 , 或者是 要在小范圍內 變化 時 (如 ～ ) ,困難就較大。 并且 ,隨著長時間的使用 , 波段開關 和 電位器 必不可少會出現(xiàn)老化從而接觸不良 , 于是對電 壓的 輸出 產(chǎn)生不可避免的 影響。 穩(wěn)壓方式 主要用于 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路 , 其中要設置過流保護 , 從而造成 電路構成復雜 , 3 精度不高。不能滿足 高精度場合 的要求。 輸出不夠穩(wěn)定，紋波電流過大。 一般采用調壓電路控制 ，輸出電壓 不夠 穩(wěn)定， 電力供應業(yè) 不 夠 穩(wěn)定。 第 2 章 數(shù)控直流電源的設計原理 選用 AT89C51 單片機作為 設備 的控制 核心 ， 經(jīng)過變化 ADC0832 的輸入數(shù)字來改變 4 輸出 的 電壓值 大小 ， 可以讓 輸出功率管基極 產(chǎn)生的 電壓發(fā)生 改變 ， 可以 間接地改變輸出電壓 數(shù)值 。 為了 讓設備 具 有自檢當前 輸 出電壓大小 的能力 ， 我們要讓 輸出 的 電壓 信號 經(jīng)過ADC0832 進行 模擬信號向數(shù)字信號 轉換， 從而 間接 地實現(xiàn)用 單片機對電壓 實時 采樣， 繼而 進行數(shù)據(jù) 的 處理 和電壓的 顯示。 該 系統(tǒng) 是 比較靈活 的 ， 通過 軟件 控制 方法來解決數(shù)據(jù) 設置和控制步進電壓 ， 從而讓系統(tǒng)硬件更 簡單 ， 各種 功能 都能輕松實現(xiàn) 。 總體方案框圖設計原理 系統(tǒng)總體方案框圖如圖 21 所示 : 圖 21 系統(tǒng)原理框圖 總體電路圖設計原理 本系統(tǒng)是以直流電壓源為核心，以 AT89C51 單片機為主控制器，通過按鍵來設置直流電源的輸出電壓，步進電壓等級可達 ，輸出電壓為 0— 之間，最大電流能達到 330mA，并可由液晶顯示屏輸出實際電壓值 。 本系統(tǒng)是由單片機來控制輸出數(shù)字信號，經(jīng)過 D/A 轉換器（ AD0832）輸出模擬信號量，再由運算放大器隔離放大，控制輸出功率管的基極，以功率管電壓輸出的不同來變化電壓。 D/ A 轉換器的高分辨率和單片機的自檢 特性研發(fā)出來的 程控電源就 顯現(xiàn) 出其 強大的優(yōu)勢 。程控電源 不僅 能 夠便于 輸入和 選取 5 預設 的 電壓值 同時 又 具備 較 高精度和 高 穩(wěn)定性，而且 還能夠隨意地設置 輸出電壓， 它的全部 功能 都可以通過 面板上的 按鍵來 控制單片機 來達到。 系統(tǒng)總體 電路 圖如圖 22 所示 : 圖 22 系統(tǒng)總體電路圖 第 3 章 硬件電路 設計 穩(wěn)壓輸出部分 該 部分 的作用是 數(shù)控 端傳送過來 的電壓控制字轉換成穩(wěn)定 的 電壓輸出。 D/A 轉換部分的輸 6 出電壓 可以作為設備輸出的參考電壓 。穩(wěn)壓輸出電路的輸出與參考電壓成比例。穩(wěn)壓輸出 部分選用 的是串聯(lián) 型 反饋穩(wěn)壓電路（如圖 31），在 如下的 電路中， Q1 為調整管， U6A 為比較放大器， R19 和 R22 它們共同 組成 了 反饋網(wǎng) 絡。 電路中的 輸出電壓 DAOUT 同向 接到 U6A 的， 輸出的信號 經(jīng) 過 R19 和 R22 組成的取樣電路分壓 到運算放大器 U6A 的反向端，經(jīng) 過 運 算放大器比較放大后， 啟動 調整管 Q1。 當其兩端平衡時 ， D/A 電路 中所 輸出 的 電壓 值 DAOUTV 和 取樣 得到的 電壓 值 REFV 基本相同 。 圖 31 穩(wěn)壓輸出部分 普通 的直流穩(wěn)壓電源 要實現(xiàn)可調節(jié)的輸出電壓必須要有可變電阻 ， 所以想要 直流穩(wěn)壓電源上實現(xiàn)數(shù)字控制方式其實是很簡單的 ，我們只 需要把 可變電阻 部分替換成 數(shù)字控制部分， 通過這一點就能實現(xiàn) 數(shù)控的電源 。 因此 ， 我們首要的任務 就是選擇 適合 的穩(wěn)壓輸出電路 ，同時對其進行仿真。如 上 圖 32， 我們 很 輕松的能發(fā)現(xiàn) 了 該 穩(wěn)壓輸出電路的 可行性 。 數(shù)字控制部分 單片機部分 單片機控制部分原理圖如下圖 33： 7 圖 33 單片機控制部分 該 系統(tǒng)整機協(xié)調和智能 管理 的核心部分 就是控制部分 ， 選用 AT89C51 單片機 來達到控制 作用 是其 成功的 關鍵， 選用 單片機 不僅 能夠 方便監(jiān)控 性能 ， 還能夠 大大 縮減 硬件 部分的 設計。 D/A 轉換部分 系統(tǒng) 中的 D/A 轉換接口， 選用 8 位 D/A 轉換器 DAC0832。其電路 圖 如圖 34： 8 圖 34 D/A 轉換部分 D/A 轉換的輸出電壓 值可以作為設備輸出的參考電壓 。 其中 穩(wěn)壓電路的輸出與參考電壓 值大小 成比例。 8 位的 D/A 轉換器 具有 256 個不同 狀態(tài)。當 數(shù)字 從 0， 1， 2， …… 變化 到 256 時，電源 的 輸出電壓 大小分別 為 ， ， …… 。 其時序圖如圖 35： 圖 35 DAC0832 數(shù)模轉換時序圖 CLK 是 時鐘端， Data 是 輸入數(shù)據(jù)， LOAD 是 控制信號。 各 路電壓輸出 大小 的計算： REF 作為 參考電壓 值 ， DATA 是 輸入 的 8 位數(shù)據(jù)； 我們這里用的 REF=5v； 9 A/D 轉換部分 A/D 轉換部分我們 選用的 美國 的 國家半導體公司 所出產(chǎn) 的一種 具有 8 位分辨率 和 雙通道A/D 轉換芯片 ADC0832