【正文】 .......................................................19 結(jié)論（心得體會） ......................................................................................21 參考文獻 .....................................................................................................22 附錄一 .........................................................................................................23 附錄二 .........................................................................................................24 1 第 1 章 緒論 課題 的背景及意義 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。在電子電路中，通常都需要電壓穩(wěn)定的直流電源來供電。然而這種傳統(tǒng)的直流穩(wěn)壓電源功能簡單、不好控制、可靠性低、干擾大、精度低且體積大、復(fù)雜度高。這樣，當(dāng)輸出電壓需要精確輸出，或需要在一個小范 圍內(nèi)改變時，困難就較大。穩(wěn)壓方式均是采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，對過載進行限流或截流型保護，電路構(gòu)成復(fù)雜，穩(wěn)壓精度也不高。但在實際生活中，都是 由 220V 的交流電網(wǎng)供電。濾波器用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般傳統(tǒng)電路由濾波扼流圈和電容器組成，若由晶體管濾波器來替代，則可縮小直流電源的體積，減輕其重量，且晶體管濾波直 流電源不需直流穩(wěn)壓器就能用作家用電器的電源，這既降低 了家用電器的成本， 又 縮小了其體積，使家用電器小型化。因此，電壓的調(diào)整精度不高，讀數(shù)欠直觀，電位器也易磨損。 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是計算機技術(shù)的突飛猛進，現(xiàn)代工業(yè)應(yīng)用的工控產(chǎn)品均需要有低紋波、寬調(diào)整范圍的高壓電源，而在一些高能物理領(lǐng)域，更是急需電腦或單片機控制的低紋波、寬調(diào)整范圍的電源。 該系統(tǒng)原理是以 STC89C52單片機為控制單元，以數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片 DAC0832輸出參考 電流 控制電壓調(diào)整模塊 NE5534輸出電壓大小，同時輸出穩(wěn)壓采用模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 TLC1543將采樣電壓模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再通過單片機實現(xiàn)閉環(huán)控制。在前期方案設(shè)計中采用 PWM 脈寬調(diào)制。在制作過程中發(fā)現(xiàn)， PWM 占空比的線性變化使相應(yīng)的電流呈非線性變化，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)濾波電容的存在對占空比很小的 PWM 波積分效果明顯，導(dǎo)致電壓的非線性變化更顯著，特別是 PWM 占空比很小時 (希望得到輸出的電壓很小 )，利用單片開關(guān)電源的 PWM 技術(shù)控制開關(guān)的占空比來調(diào)整輸出電壓的，以達到穩(wěn)定輸出的目的。 方案二：用 D/A 和運算放大器做電流 源，即采用 D/A 輸出調(diào)節(jié)晶體管的偏值電流（電壓）。設(shè)計方案，包括了微控制器模塊、 D/A 轉(zhuǎn)換模塊、 穩(wěn)壓控制模塊、顯示模塊、鍵盤模塊、電源模塊 五 部分構(gòu)成 ,形成開環(huán)控制。所以，當(dāng) MCU 輸出數(shù)據(jù)增加 1 的時候，最終輸出電壓增加，當(dāng)調(diào)節(jié)電壓的時候，可以以每次 依 的梯度增加或者降低電壓。本主電路的原理是通過 MCU 控制 DA的輸出 電流 大小，通過 兩級 放大器 轉(zhuǎn)換成電壓值并放大，經(jīng)過 電壓 調(diào)整模塊調(diào)整作為最終輸出的電壓。采用此方案是對方 案二的改進，能有效的縮短調(diào)節(jié)時間，進一步提高輸出精度。液晶屏顯示電路，該系統(tǒng)使用 LCD1602 液晶顯示屏，可以清晰地顯示分別組成顯示電路的十4 位、個位、小數(shù)點位，同時還能顯示英文名稱和電壓 /電流單位。 系統(tǒng)總框圖 采用雙 220V/18V 變壓器，將 220V 市電經(jīng)橋式整流，濾波后得 +21V和 21V 電壓 值，再經(jīng)過三端穩(wěn)壓 芯片得到需要的 +15V,15V 和 +5V，為系統(tǒng)提供電源支持。 系統(tǒng)總框圖如圖 21 所示。 控制器部分 方案一 應(yīng)用 mega16 作為控制器。 方案二 采用 STC89C52 作為控制器。 因為本系統(tǒng)對單片機的速度要求不是很高，而且連接擴展 EEPROM 也不復(fù)雜，經(jīng)過比較，選用方案二。優(yōu)點：可視角度寬，介格便宜；缺點： 顯示的內(nèi)容少，介面呆板，而且占用較多的 IO 口資源。優(yōu)點：界面美觀，可顯示文字及數(shù)字；缺點：價格較貴。 鍵盤部分 方案一 利用 I/O 口直接連接的獨立式鍵盤 ,每鍵都有相應(yīng)的 I/O 口對應(yīng) ,編程容易控制，實現(xiàn)方便； 方案二 利用 P3 口接成 4*2 鍵盤。 通過比較，結(jié)合本設(shè)計不需要太多 IO 口， 方案一為最佳方案。優(yōu)點：集 AD， DA 于一身；缺點：價格昂貴，且操作不熟悉。 優(yōu)點：兩芯片均為常用芯片，操作簡單，軟件編程簡單；缺點：占用比較多的 IO 口，為 PCB 布線帶來困難。 掉電記憶部分 我選用應(yīng)用最廣泛的 ST24C02 芯片。 硬件電路設(shè)計 本系統(tǒng)由電 源模塊 ， 調(diào)壓模塊， DA 轉(zhuǎn)換模塊，鍵盤模塊， EEPROM 拓展模塊與顯示模塊組成。其中 +21V 電壓經(jīng)過 7815 轉(zhuǎn)換得到穩(wěn)定 +15V 電壓，再經(jīng) 7805 轉(zhuǎn)換得到穩(wěn)定 +5V 電壓； 21V 電壓經(jīng)過 mc7915轉(zhuǎn)換得到穩(wěn)定的 15V 電壓。 8 圖 321 電源模塊原理圖 DA 轉(zhuǎn)換模塊 DA 轉(zhuǎn)換模塊由 DAC0832，兩級運放 UA741 組成。本設(shè)計中 DAC 工作于直通工作方式。要是需要相應(yīng)的模擬電壓 信號，可通過一個高輸入阻抗的線性運算放大器實現(xiàn)這個供功能。 圖 322 DAC0832 引腳圖和內(nèi)部結(jié)構(gòu)電路圖 9 UA741 為常用運放，由美國 fairchild 公司生產(chǎn)，具有低漂移，穩(wěn) 定等優(yōu)點，可外置調(diào)零電路以抑制零點漂移。經(jīng)過兩級運放 放大后， DAC0832 的轉(zhuǎn)換分辨率為 10/(2^81)=。滑動變阻器 R22 的作用為調(diào)零電路以抑制零點漂移。 Q1， Q2 組成復(fù)合管 ，以實現(xiàn)大電流輸出。Q3 管 9013 和電阻 R1 為限流保護部分。發(fā)光二極管起過流提醒作用。 NE5534 生產(chǎn)于美國德州半導(dǎo)體公司，具有共模抑制比高，響應(yīng)速度快和壓擺率高 等優(yōu)點，常用于音響，耳機等設(shè)備。由于 NE5534 Q1 Q2 及取樣電路構(gòu)成負(fù)反饋，由運放的“虛短”特點， NE5534 的反向輸入端的電壓 U2 為正10 向輸入端的電壓大小 U1。 即 U2 每改變 ， U0 改變 。因此，該設(shè)計最小步進電壓為 。 圖 324 電壓調(diào)整模塊原理圖 鍵盤模塊 系統(tǒng)共設(shè)置了 9 個獨立按鍵，實現(xiàn)了常用電壓設(shè)定，電壓“ +”“ — ”設(shè)定及正常關(guān)機辨別的功能。 09 為關(guān)機設(shè)定。 24C02B 是 ATMEL 公司生產(chǎn)的一款 256 byte 的串行 EEPROM，能重復(fù)擦寫 1,000,000 次，記錄的信息能保存 100 年以上，而且與單片機的連接只要 2 根線。 圖 326 EEPROM 拓展模塊原理圖 12 顯示模塊 顯示模塊主要由 TLC1543 及 LCD 液晶顯示屏組成。 LCD 液晶屏幕采用 1602，能夠顯示 16X2 個字符。通過處理，單片機將模擬量值通過1602 液晶顯示出來。 圖 327 顯示模塊原理圖 13 第 4 章 軟件設(shè)計 主程序流程 系統(tǒng)的核心部分是對輸出精度的閉環(huán)控制。系統(tǒng)主程序流程圖如圖 411 和圖 412 所示。鍵盤掃描子程序流程圖如 圖 421 所示，按鍵功能子程序流程圖如 圖 422 所示。 圖 431 24C02B 寫入程序流程圖 讀取數(shù)據(jù) 退出 發(fā)送地址 開始 開始 寫入數(shù)據(jù) 退出 發(fā)送地址 開始 有按鍵按下 執(zhí)行相應(yīng)功能 退出 16 圖 432 24C02B 讀取程序流程圖 DAC0832 程序流程 DAC0832 的程序流程圖如 圖 44 所示。通過上述簡單的測試，證明此次設(shè)計的程序基本上正確無誤。 硬件測試 電源部分提供整個電路所需各種電壓 ，由電源變壓器和整流濾波電路及 三 個輔助穩(wěn)壓 芯片 輸出構(gòu)成，電源變壓器的功率由需要輸出的電流大小決定，確保有充足的功率余量。也可使用廢舊萬用表上拆下來的電阻線。找一塊數(shù)字表將其并聯(lián)在輸出電路上，按 S1 或 S2 設(shè)定一個電壓，此時 LCD1602 第一行顯示的電壓可能會有誤差，適當(dāng)微調(diào)反饋電路的 VR2，使其與數(shù)字表讀數(shù)一致，再將數(shù)字表 串聯(lián)在電源的輸出電路上，選擇適當(dāng)?shù)碾娏鳈n，接上一定的負(fù)載。 系統(tǒng)整體測試 測試工具 19 雙蹤示波器 數(shù)字萬用表 測試結(jié)果 測試結(jié)果如表 51 所示。 精度分析 絕對誤差： ΔU=(++?...++)/12= 相對誤差： γ A=ΔU/U=(++? ++)/12=% 線性度： γL=ΔLmax/YFS= 靈敏度： K= 誤差分析 從電路的原理框圖可以看出，系統(tǒng)的誤差來源于四個方面： 20 DAC0832 的量化誤差。 三端穩(wěn)壓器的電路引起的誤差。 21 結(jié)論（心得體會） 經(jīng)過 兩個周 的艱苦奮戰(zhàn)，我最終完成了 課程 設(shè)計 。采用此方案能有效地縮短調(diào)節(jié)時間，并能提高輸出精度，經(jīng)計算需要采用 8 位的 D/A 芯片。改變電壓的大小，當(dāng)單片機通過閉環(huán)負(fù)反饋調(diào)節(jié)回路的 A/D 轉(zhuǎn)換檢測到電壓達到設(shè)定值時，將再次對輸出電壓進行調(diào)制，直到輸出電壓達到設(shè)定值；電壓值理論上是象形變化的，不會產(chǎn)生高次諧波，基本實現(xiàn) 了 各項要求和目標(biāo)，達到了此次 課程 設(shè)計的預(yù)期目的。本設(shè)計輸出的電壓穩(wěn)壓精度高，可以用在對直流電壓要求較高的設(shè)備上，或在實驗室中當(dāng)作實驗電源使用。同時，通過本次 課程 設(shè)計，鞏固了我們學(xué)習(xí)過的專業(yè)知識，也使我們把理論與實踐從真正意義上相結(jié)合了起來；考驗了我們借助 互聯(lián)網(wǎng)搜集、查閱相關(guān)文獻資料，和組織材料的綜合能力；從中可以自我測驗，認(rèn)識到自己哪方面有欠缺、不足，以便于在日后的學(xué)習(xí)中得到改進、提高。 typedef unsigned int WORD。 BYTE code dis1[] = {Power Supply}。 BYTE code dis3[] = {Please wait...}。 BYTE code dis5[] = {Output: }。//LCD 輸出字符數(shù)組 float n,setvalue。//轉(zhuǎn)換傳遞參數(shù) uchar ctu,outv,inv。//TLC 占用 IO 口 25 sbit TLCCL=P1^2。 sbit TLCOUT=P1^4。 sbit scl=P2^0。 sbit DACS=P1^6。 sbit rs = P2^2。 sbit ep = P2^4。 while(ms) { for(i = 0。 i++) { _nop_()。 _nop_()。 } } } /*************************************************** ***************** LCD 顯示