简易稳压电源设计.doc

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1、大连理工大学网络教育学院毕业论文（设计）模板 网络教育学院专 科 生 毕 业 大 作 业 题 目： 12V简易稳压电源设计 学习中心： 层 次： 高中起点专科 专 业： 电气工程及自动化 年 级： 年 春/秋 季 学 号： 200802029162 学 生： 指导教师： 完成日期： 2011 年 1 月 2日 II12V简易直流稳压电源的设计内容摘要该电源系统以ATMEL89S52单片机为核心控制芯片，实现数控直流稳压电源功能的方案。设计采用8位精度的DA转换器DAC0832、精密基准源LM336-5.0、7805和两个CA3140运算放大器构成稳压源，实现了输出电压范围为12V+12V，电压

2、步进0.1V的数控稳压电源，另外该方案只采用了3按键实现输出电压的方便设定，显示部分我们采用了LCD1602来显示输出电压值。通过集成直流稳压电源的设计、安装和调试，可以使大家学会如何选择变压器、整流二极管、滤波电容及集成稳压器来设计直流稳压电源和掌握直流稳压电路的调试及主要技术指标的测试方法。关键词： 数控直流稳压源 DAC0832 运算放大器CA3140 51单片机Atmel89s52 技术指标目 录内容摘要I引 言11.系统方案选择和论证311 基本目标312 系统基本方案3121 方案选择和论证32.主要单元电路设计92.1 电源电路单元92.2 精密基准源123.系统的软件设计133

3、1 程序流程图134.结论15参考文献16引 言电源是各种电子、电器设备工作的动力，是自动化不可或缺的组成部分，直流稳压电源是应用极为广泛的一种电源。自六十年代起，第一台开关电源问世以来，开关电源在世界各国迅速发展，直流稳压电源也顺势而生，但在初期价格较高，直到八十年代，随着元件工艺的成熟，直流稳压电源的价格也日益下降，应用也变的日益广泛。近几年随着科技的发展，直流稳压电源的工作频率有原来的几十千赫发展到现在的几百千赫，甚至更高。现在智能化的直流稳压电源也被广泛应用于生产领域，对此的研究开始向高频方面发展。以美国为首的几个发达国家在这方面的研究已经转向高频下电源的拓扑理论、工作原理、建模分析方

4、法和高频大功率开关器件，高性能集成控制器和功率模块的开发研制方面发展。我国在此方面的起步较晚，1973年才开始这方面的研究工作，现在主要在小功率单端变换器方面发展较为迅速。在功率半导体器件及控制集成化方面，与国外同类产品有这很大的差距。因此，直流稳压电源的研制及应用在此方面与之也从在很大的差距。近年来，随着微机，中小型计算机的普及和航空航天数据通信，交通邮电等事业的讯速发展，以及为了各种自动化仪器、仪表和设备配套的需要，当代对电源的需要不仅日益增大，而且对电源的性能、效率、重量、尺寸和可靠性以及诸如程序控制、电源通/断、远距离操作和信息保护等功能提出了更高的要求。本课题做了一个简易的稳压直流电

5、源。该电源系统以ATMEL89S52单片机为核心控制芯片，实现数控直流稳压电源功能的方案。设计采用8位精度的DA转换器DAC0832、精密基准源LM336-5.0、7805和两个CA3140运算放大器构成稳压源，实现了输出电压范围为12V+12V，电压步进0.1V的数控稳压电源，另外该方案只采用了3按键实现输出电压的方便设定，显示部分我们采用了LCD1602来显示输出电压值。1系统方案选择和论证11 基本目标1) 输出电压：范围12V12V，步进0.1V。2) 输出电压可预置在12V12V之间的任意一个值。3) 数字显示输出电压值。4) 为实现上述几部件工作，自制稳压直流电源，输出15V，5V

6、。12 系统基本方案根据题目要求，系统可以划分为输出部分，人机接口部分和直流稳压电源。其中输出部分是由D/A转换后再放大得到的，人机接口包括4个按键和液晶显示部分，直流稳压电源包括两组电源1。121 方案选择和论证方案一: 三端稳压电源 采用可调三端稳压电源构成直流可调电源的电路如图1.1所示。怎样实现数控呢？我们把图1.1中的可变电阻RP用数字电位器来代替，就能实现数控了。但由于三端稳压芯片LM317和LM337的输出电压不能从0V起调，输出公式：Vout=1.25(1+R2/R1) (1.1)所以，可以采用在输出的地方加两个二级管，利用PN节的固有电压来实现从0V起调，如图1.2所示。图1

7、1 图1.2优点：该方案结构简单，使用方便，干扰和噪音小缺点：数字电位器误差较大，控制精度不够高，误差电压较大。同时更重要的是几乎所有的数字电位器能够容忍的电流都在20mA以下。所以，这种方案就被否决了。方案二：采用A/D和D/A采用A/D和D/A构成直流电源的电路如图1.3和图1.4所示。采用单片机构成直流电源的电路如图1.3所示，利用AVR单片机自带的D/A口DAC0输出02.5V的电压，然后经一级反相放大器和跟随器，此时可以输出0到5V电压。但是因为A/D变换器只能采集0到+2.56V的电压，所以再在跟随器后面加一级反相放大器器然后送回到A/D采样，MCU比较发现DAC0输出为正确电压时

8、，则从跟随器后直接输出电压，这样就可以输出0到-5V的电压了。当需要正相电压时从DAC1口输出电压，这时就不需要反相，其它原理与DAC0相似。2图1.3优点：精确度高，纹波小，效率和密度比较高，可靠性也不错。缺点：电路相对复杂，AVR单片机的IO口不能容忍负电压，否则会被损坏。所以，这种方案也行不通。方案三：采用数字电位器与运放到组合如图1.4所示，在该方案中我们用两个数字电位器代替了MCU中的D/A，这样可以降低成本，同时简化电路，从两个串连的数字电位器可以直接输出-5V到+5V的电压同上面方案一样，当输出反相电压时在送电压回A/D采样时要先经过一次反相。但同样存在上面的问题图1.4优点：电

9、路结构更简单，降低了成本缺点：因为数字电位器电阻误差大，且单片机的A/D口容易损坏。方案四：采用7805构成直流电源采用7805构成直流电源的电路如图1.5所示，改变RP阻值使7805的公共端的电压在0到10V之间可调，则7805的输出端电压就可实现-5V+5V之间可调了。这种方案是利用了7805的输出端与公共端的电压固定为+5的特性来设计的。但同样存在不好数控的问题。图1.5方案五 方案三与方案四结合，然后再以+5V为参考输出图1.6如上图所示，采用数模转换器输出电流，经电压转换和反向放大之后得到-10V0V的电压，把这个电压送到三端稳压器件7805的公共端，然后，再以+5V作为参考则输出的

10、电压就能实现在-5V+5V任意可调。采样时，是对地采样的，就省去了负电压不好采样的麻烦，这也是我们的创新之处。2.主要单元电路设计 2.1 电源电路单元图1.7该电路用了7805、7815和7905、7915制成了两组稳压直流电源电路分别得到15V和5V的电源。为了防止恒流源电路中的较大电流对控制部分产生干扰，将控制部分的电源和恒流源电路电源分成独立的两部分，分别由两组变压器供电。 图1.8用单片机的P3口来控制DAC0832输出电压。图1.9用单片机的P3口来控制DAC0832输出电压。30832输出电路：图1.10DAC0832输出的电压通过两个CA3140的两级放大，从Vout1 和Vo

11、ut2两路输出实现输出正负5V的电源。图1.112.2 精密基准源用LM334和一个10K的可调变阻构成了一个精密5V基准电压，提高系统的精密度。主控电路保护二极管：图1.12二极管用以防止电流倒灌，防止烧坏电源。3.系统的软件设计31 程序流程图开 始 +键按下还是-键按下？Flag标志位置1Flag标志位清0扫描键盘，从键盘输入两位数，作为输出电压值。对应的值在050之间启动键是否按下？-键按下+键按下N显示设定的电压值，并将起转换为相对应数字量，送到DA，进行数模转换Y判断键是否按下判断键是否按下判断flag标志位为1还是0YN判断电压值是否等于5V?电压值设为5V不变电压绝对值增加0.

12、1的步进量电压绝对值减少0.1的步进量10YN图1.13N4.结论本设计制作完成了题目要求的基本部分的和发挥部分要求，达到了预期目标。本系统以51单片机ATMEL89S52芯片和8位精度的DA转换器DAC0832为核心部件，利用常用的三端稳压器件7805的公共端与输出端固定的5伏电压特性，最终实现了数字显示输出电压值和电流值可实时控制并显示的数控电源 。参考文献：1全国大学生电子设计竞赛训练教程 （黄智伟主编 王彦 陈文光 朱卫华 编著）2单片微型计算机与接口技术（第2版）（李群芳 张士军 黄建 编著）351单片机原理及应用 （张毅刚 主编） 附录1：程序清单#include#include#

13、include lcd1602#define weizhi 0x7d void lcd_init();void main(void) uchar key,num_flag=0,gb_b=40,flag=0,dac_dat=0;char theta=0;short mid=0,midd=0,m_v=0; OSCCAL=osccal; port_init();LCD_init(); LCD_clear(); LCD_write_chinese_string(0,4,16,5,0,0,1);LCD_write_chinese_string(0,0,12,3,0,0,0);LCD_write_Stri

14、ng(40,0,0 00);LCD_draw_map(47,0,point,7,14);LCD_draw_map(73,0,voltge,12,12);LCD_write_chinese_string(0,2,12,3,0,0,2); LCD_write_String(46,2,123);LCD_draw_map(68,2,current,16,12);dac_wr_0;PORTD=0x7f;while(1) key=PINB&0x02; if(key=0x00) delay_nms(85);key=PINB&0x02;if(key=0x00) LCD_draw_map(30,0,plus,8

15、,12);num_flag=0;flag=1;key=PINB&0x80; if(key=0x00) delay_nms(85);key=PINB&0x80;if(key=0x00) LCD_draw_map(30,0,reduce,8,12);num_flag=1;flag=1;key=PINB&0x40; if(key=0x00) delay_nms(85);key=PINB&0x40;if(key=0x00) if(flag=1) flag=0; break;else while(1) volt_disp();delay_nms(80); key=PINB&0x02; if(key=0x

16、00) delay_nms(85);key=PINB&0x02;if(key=0x00) dis_numnum_bit+; if(dis_numnum_bit-0)=9) dis_numnum_bit=9+0; key=PINB&0x80; if(key=0x00) delay_nms(85);key=PINB&0x80; if(key=0x00) dis_numnum_bit-;if(dis_numnum_bit-0)=255) dis_numnum_bit=0+0; key=PINB&0x40; if(key=0x00) delay_nms(85);key=PINB&0x40;if(key

17、=0x00) num_bit+;if(num_bit=4) mid=(short)(100*(dis_num0-0)+10*(dis_num2-0)+(dis_num3-0);if(mid=500) dis_num0=5;dis_num2=dis_num3=0;if(num_flag=0) else mid=-mid;dac_dat=(uchar)(0.25*mid+128);PORTD=dac_dat;volt_disp();break;else if(num_bit=1) num_bit+;while(1) key=PINB&0x02; if(key=0x00) delay_nms(85)

18、; key=PINB&0x02; if(key=0x00) if(mid=490) mid=500;elsemid+=10; key=PINB&0x80; if(key=0x00) delay_nms(85); key=PINB&0x80; if(key=0x00) if(mid=0) LCD_draw_map(30,0,plus,8,12); else LCD_draw_map(30,0,reduce,8,12); dac_dat=(uchar)(0.238*mid+128)+theta; PORTD=dac_dat;midd=mid;if(middmid) theta-;else thet

19、a+;、/1602.hvoid lcd_init() lcden=0; write_com(0x38); write_com(0x38); write_com(0x0c); write_com(0x06); write_com(0x80); /*写命令函数开始*void write_com(uchar com) lcdrw=0;lcdrs=0; P0=com; delay(3); lcden=1; delay(5); lcden=0; /*写数据函数开始*void write_data(uchar dat) lcdrw=0;lcdrs=1; P0=dat; delay(3); lcden=1; delay(5); lcden=0; 附录2：系统使用说明1、 系统上电；2、 设置所需电压的正负号；3、 设置5.0V5.0V之间的任意电压值，先设置个位，按确认键后，在设置十分位，再按确认键，最后同样的设置百分位；4、 按确认键，从输出端口输出的电压即为所需电压；此时可以按+-来微调电压，按着不放，它会不断的按0.1V的步进增减或减少。本文是通过网络收集的资料，如有侵权请告知，我会第一时间处理。5、25