【正文】 uit, Regulator output circuit， keyboard circuit and display circuit. Software ponents include: main program, operational control procedures, and each program results show that this system application in need of high stability of small power constantvoltage source fields. Key words： DC voltage source SCM D/A Converter Operational control西昌學(xué)院畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 1 1 緒論 數(shù)控直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)概述 隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展 ,直流電源應(yīng)用非常廣泛 ,其好壞直接影響著電氣設(shè)備或控制系統(tǒng)的工作性能。 本系統(tǒng) 將單片機控制系統(tǒng)應(yīng)用于直流穩(wěn)壓電源的方法和原理 ,實現(xiàn)了穩(wěn)壓電源的數(shù)控調(diào)節(jié) ,在寬輸出電壓下實現(xiàn)了 步進調(diào)節(jié) ,并分析了穩(wěn)壓工作原理和電壓調(diào)節(jié)方法。 課題的提出 電源技術(shù)尤其是數(shù)控電源技術(shù)是一門實踐性很強的工程技術(shù) ，服務(wù)于各行各業(yè)。當(dāng)今電源技術(shù)融合了電氣、電子、系統(tǒng)集成、控制理論、材料等諸多學(xué)科領(lǐng)域。隨著數(shù)控電源在電子裝置中的普遍使用，普通電源在工作時產(chǎn)生的誤差，會影響整個系統(tǒng)的精確度。只有滿足產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，才能夠進入市場。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。在以后的一段時間里，數(shù)控電源技術(shù)有了長足的發(fā)展。因此數(shù)控電源主要的發(fā)展方向，是針對上述缺點不斷加以改善。新的變換技術(shù)和控制理論的不斷發(fā)展，各種類型專用集成電路、數(shù)字信號處理器件的研制應(yīng)用，到 90 年代，己出現(xiàn)了數(shù)控精度達到 的數(shù)控電源 ，功率密度達到每立方英寸 50W 的數(shù)控電源。目前在電力電子器件方面， 幾乎都為旋紐開關(guān)調(diào)節(jié)電壓，調(diào)節(jié)精度不高，而且經(jīng)常跳變，使用麻煩 數(shù)字化智能電源模塊是針對傳統(tǒng)智能電源模塊的不足提出的，數(shù)字化能夠減少生產(chǎn)西昌學(xué)院畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 2 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)品的可維護性。 控 制靈活，系統(tǒng)升級方便，甚至可以在線修改控制算法，而不必改動硬件線路。 系統(tǒng)維護方便，一旦出現(xiàn)故障，可以很方便地通過 RS232接口或 RS485接口或 USB接口進行調(diào)試，故障查詢，歷史記錄查詢，故障診斷，軟件修復(fù)，甚至控制參數(shù)的在線修改、調(diào)試 。 系統(tǒng)的一致性好，成本低，生產(chǎn)制造方便。由于采用軟件控制， 控制板的體積將大大減小，生產(chǎn)成本下降。為了得到高性能的并聯(lián)運行逆變電源系統(tǒng)，每個并聯(lián)運行的逆變電源單元模塊都采用全數(shù)字化控制，易于在模塊之間更好地進行均流控制和通訊或者在模塊中實現(xiàn)復(fù)雜的均流控制算法 (不需要通訊 )，從而實現(xiàn)高可靠性、高冗余度的逆變電源并聯(lián)運行系統(tǒng)。 直流穩(wěn)壓電源的電路形式有很多種 ,有串聯(lián)型、開關(guān)型、集成電路、穩(wěn)壓管直流穩(wěn)壓電源等等。輸出電壓在電網(wǎng)電壓波動或負(fù)載電流變化時也會隨之有所改變。設(shè)計出質(zhì)量優(yōu)良的直流穩(wěn)壓電源，才能滿足各種電子線路的要求。目前產(chǎn)生西昌學(xué)院畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 3 直流穩(wěn)壓電源的方法大致分為 兩種 :一種是模擬方法，另一種是數(shù)字方法。直流穩(wěn)壓電源朝著數(shù)字化方向 發(fā)展 。隨著 科學(xué) 技術(shù)飛速發(fā)展 ,對電源可靠性、輸出精度和穩(wěn)定性要求越來越高 ,利用 D/ A 轉(zhuǎn)換器的高分辨率和單片機的自動檢測技術(shù)設(shè)計程控電源就顯示出其優(yōu)越性。 設(shè)計內(nèi)容 本次設(shè)計的電源用 S52系列單片機作為整機的控制單元，通過改變輸入數(shù)字量來改變輸出電壓值，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。利用單片機程控輸出數(shù)字信號，經(jīng)過 D/A 轉(zhuǎn)換器（ DAC0832）輸出模擬量，再經(jīng)過運算放大器隔離放大，控制輸出功率管的基極，隨著功率管基極電電流的變化而輸出不同的電壓。簡單介紹了本課題的背景知識、課題的提出以及研究內(nèi)容和研究意義。從總體上給出了該系統(tǒng)的設(shè)計原則、設(shè)計思想、總體設(shè)計方案以及該系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)，然后簡單介紹了本系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境，最后西昌學(xué)院畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 4 給出了完成系統(tǒng)所需要的元器件并對主要元器件的功能和用法進行了詳細介紹。分塊對硬件電路進行了詳細介紹并給出了相應(yīng)的電路圖。詳細介紹了電路板的制作流程，附加 PCB 板圖。詳細分析系統(tǒng)主程序和各個子程序的設(shè)計思路，并給出了流程圖。分別從硬件和軟件兩方面介紹了系統(tǒng)調(diào)試的步驟，并簡單對系統(tǒng)性能進行了分析。對本文所做的工作進行了總結(jié)。 2 系統(tǒng)總體設(shè)計及元器件選型 系統(tǒng)工作原理 系統(tǒng) 通過鍵盤設(shè)置步進值，送入主控單片機 AT89S52。輸出的模擬信號 經(jīng)過放大處理后，控制輸出電壓信號。從而達到對輸出電壓的數(shù)字恒壓控制。 西昌學(xué)院畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 5 圖 1 系統(tǒng)總體框圖 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境 本系統(tǒng)的硬件電路圖及 PCB板布線制作均在 Aitium Designer 中完成，軟件的編寫及調(diào)試過程在 Keil C 中完成，最后通過編程器 SP200S 將編譯好的程序燒錄到單片機中。 Aitium Designer Aitium Designer 拓展了 Protel 軟件的原設(shè)計領(lǐng)域， Aitium Designer 功能更加完備、風(fēng)格更加成熟，并且界 面更加靈活，尤其在仿真和 PLD 電路設(shè)計方面有了重大改進，Protel Dxp 具有的功能它都有。 Keil C 本系統(tǒng)所有程序均在 Keil uVision3 下完成。之后將編譯生成的 HEX 文件通過 SP200S 編程器燒錄到單片機中完成整西昌學(xué)院畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 6 個程序的編寫?？梢灾С?ATMEL/WINBOND/SST 公司常用的 MCS51 系列單片機，支持 ATMEL/MICROCHIP/ST 等公司 2 93 系列串行存儲器。 SP200S 編程器不但可以滿足單片機愛好者和開發(fā)人員學(xué)習(xí)和開發(fā) 5AVR單片機使用需求，也非常適合家電維修人員燒寫 93 系列、 24 系列 EEPROM 的需求。 假設(shè) D D D D0全為 1，則 BS BS BS BS0 全部與 “ 1” 端相連。因此，可以得到通式： 考慮到放大器反相端為虛地，故： 選取 Rfb = R ，可以得到： 對于 n 位 D/A 轉(zhuǎn)換器，它的輸出電壓 VOUT 與輸入二進制數(shù) B( Dn1~ D0) 的關(guān)系式可寫成： D/A 轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo) D/A 轉(zhuǎn)換器性能指標(biāo)是衡量芯片質(zhì)量的重要參數(shù)，也是選用 D/A 芯片型號的依據(jù)。其分辨率與二進制位數(shù) n呈下列關(guān)系： 分辨率 = 滿刻度值 /（ 2n1） =VREF / 2n ? 轉(zhuǎn)換精度 轉(zhuǎn)換精度 是指轉(zhuǎn)換后所得的實際值和理論值的接近程度。例如，滿量程時的理論輸出值為 10V，實際輸出值是在 ~ 之間，其轉(zhuǎn)換精度為177。對于分辨率很高的 D/A 轉(zhuǎn)換器并不一定具有很高的精度。此誤差可通過 D/A00112233OU T IDIDIDIDI ????????RVDDDDI 4R E F00112233O U T 2)2222( ?????????O UTRfb II ??4R E F00112233RFO U T 2)2222( VDDDDRIV f ????????????nnnnn VDDDDV 2)2222( R E F00112211O U T ?????????????? ????西昌學(xué)院畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 8 轉(zhuǎn)換器的外接 VREF 和電位器加以調(diào)整。顯然，穩(wěn)定時間越大，轉(zhuǎn)換速度越低。 DAC0832 工作原理 DAC0832 的原理框圖及引腳如圖 3 所示。 將反相比例運算電路中的輸入端和接地端互換，就得到同相比例運算電路，如 圖所示。根據(jù)“虛短”和“虛斷”的概念，集成運放的凈輸入電壓為零。凈輸入電流為零（即 ），因而 ，即 西昌學(xué)院畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 9 表明 與 同相且大于 。 元器件選型 按照本課題的研究內(nèi)容和系統(tǒng)的功能要求，在精心計算下，特選擇表 2 中的元件完成此系統(tǒng) 。 AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash存儲器。片上 Flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。 AT89S52 的主要性能特點如下： ● 與 MCS51單片機產(chǎn)品兼容。 ● 256 字節(jié)內(nèi)部 RAM。 圖 4 AT89S52 引腳圖 ● 全靜態(tài)操作： 0Hz～ 33Hz。 ● 32 個可編程 I/O 口。 ● 八個中斷源。 ● 看門狗定時器。 因上、下位單片機間的串行通信在本系統(tǒng)中舉足輕重，故在此對 AT89S52 的串行口進行詳細介紹。 串行口的組成結(jié)構(gòu)如圖 5所示，它主要由兩個在物理上獨立的（但使用一個地址）串行數(shù)據(jù)緩沖器 SBUF，波特率發(fā)生器（用定時器 T1 實現(xiàn)），并通過累加器 ACC 實現(xiàn)。 圖 5 串行口結(jié)構(gòu)圖 由圖可見， SBUF 有兩個獨立的發(fā)送緩沖器和接受緩沖器。它們只占用片內(nèi) RAM區(qū) SFR 的一個公用地址 99H（名稱 SBUF），是靠 CPU 所用指令決 定對哪一個緩沖器進行操作。 西昌學(xué)院畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 12 使用串行口以后，串行通信的收發(fā)工作主要由串行接口完成。與此同時，另一臺單片機的串行口接受端也可以一位一位地接受數(shù)據(jù)，直到把一個字符數(shù)據(jù)接受完后，通知 CPU，在用另一條指令把接收緩沖器的內(nèi)容讀入到累加器 ACC 中。 ▲ 串行通信接口的工作控制 AT89S52 串行口的工作主要由兩個 SFR 來控制。