电子设计大赛论文数控稳压电源Word文档下载推荐.docx
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（1）方案一
本方案以晶闸管通断控制为核心，以STC89C52单片机为主控制器和PWM信号发生器。
PWM信号在交流电压过零时刻导通或关断晶闸管，使负载电路与交流电源接通几个周波，然后断开几个周波，改变导通周波数与关断周波数的比值，调节交流电压有效值。
接着单片机根据反馈信号对PWM信号做出调整，准确地控制输出的交流电压。
原理框图如下图1所示：
输出电路
图1方案一框图
（2）方案二
本方案主要由单片机控制D/A转换输出一个可调直流电压，可调的输出电压改变压控放大器对输入交流信号的放大增益，继而用功率放大器提升功率，进行变压器的升压得到输出交流电压。
图2方案二框图
方案比较与选择
方案一由单片机产生PWM信号，通过通断对输入波形进行斩波，这就使得输出的波形发生改变而不是标准的正弦波，在0~180V调压的范围内不能很精确的控制每次按键后增加或减少0.5。
方案二由一个DA转换和两个放大电路构成，能满足题目要求，通过降压然后升压控制输出的电压变化，算法简单，性能好，抗干扰能力强。
综上所述，本设计采用方案二。
（二）各单元模块方案选择
1、单片机最小系统模块
设计一具有矩阵按键控制模块、液晶显示模块的单片机最小系统。
电路图如附录所示。
2、D/A转换模块
本题输出电压范围为0~180V，且步进变化为0.5V，有相应的360个数的改变，则要求D/A转换器的转换位数通常应至少为9位.。
方案一：
max536它片内集成4路独立可同步控制的l2位高精度双缓冲数模转换器，具有3线和4线串行接口。
方案二：
采用DAC0832级联连接。
方案比较：
max536作为高精度数模转换器符合题目要求，但并没有0832常用。
0832只有8位数模转换，必须采用两片级联的方式实现，能够达到512位数据变化，显然符合题目要求。
而且该题目使0832的性能得到最大的发挥，它的使用大大的降低了模块的成本。
为了减少单片机I/O口的使用，采用锁存器控制的方式共用P2接口。
由于0832的输出量为模拟电流，本模块需要得到渐变的电压量，故使用集成运放输出，将电流转换为电压。
其中
D为单片机I/O对应值。
级联后输出总电流
因此，理论上可以按照图6所示的方式连接。
前级运放为电流采样电路，将输入的电流转换为电压。
后级运放为反向放大器，其放大倍数
Rx为滑动变阻器。
3、正弦交流小信号产生原理模块
方案一：
直接从220V的交流电源通过分压电路得到一个正弦交流小信号。
通过单片机控制DA0832进行D/A转换生成一个正弦交流小信号。
方案比较论证与选择
方案一的电路虽然简单易行，但所输入的信号混有大量的杂波，信号放大后的波形会产生较大的纹波，使输出交流电不能稳定和产生误差。
方案二电路虽然复杂了点，但输出稳定，纹波少，且方案二的输入可由单片机直接控制，既灵活又安全。
所以选择方案二。
原理附录图所示。
4、压控增益放大模块
采用LM101组成的压控电路，电路原理如附录示其中：
Vs为压控信号，Vo为输入正弦信号，Out为输出正弦波信号。
在该方案中用到的LM101并不是完全和压控电压成线性关系，则电路中容易产生非线性失真，同时电路性能也不是很稳定。
选用乘法器AD835搭建压控电路，将本振信号Vg和输入信号Vin相乘得到二者频率的和差信号，达到间接的压控效果，且对噪声可形成较强的抑制能力，信噪比较高。
方案三：
选用AD603构成压控电路，AD603由无源输入衰减器、增益控制界面和固定增益放大器三部分组成。
从第3脚Pin脚输入的信号经衰减后，由固定增益放大器输出，衰减量是由加在增益控制接口的电压决定。
增益的调整与其自身电压值无关，而仅与其差值Vg（1脚和2脚的电压差）有关，由于控制电压1脚和2脚的输入电阻高达50MΩ，因而输入电流很小，致使片内控制电路对提供增益控制电压的外电路影响减小。
选择方案三，选用AD603有利于精度和信噪比的提高，且AD603的输入阻抗较小
4、功率放大模块
功率放大是采用芯片AMP1100傻瓜运放来实现。
由AMP1100构成的功率放大电路具有较宽的不失真工作电压范围，以适应以下不同工作环境，而当工作电压超出极限值时，她又会采用自身保护，自动停止输出，工作杜绝因超压而引起损坏电路。
当电压正常时，能自动恢复工作。
所以选用AMP1100来实现功率放大。
电路图如附录示。
5、稳压模块
采用稳压芯片构成稳压电路，将输入较大的直流电压分别稳成5V,-5V，12V，-12V，3.3V电压。
再根据所得的电压对电路、单片机进行供电。
利用开关电源稳压原理可设计得到稳定的5V电压。
他的原理是利用电子开关器件（如晶体管、场效应管、可控硅闸流管等），通过控制电路使电子开关器件不停地“接通”和“关断”，让电子开关器件对输入电压进行脉冲调制，从而实现DC/AC、DC/DC电压变换，以及输出电压可调和自动稳压。
直接采用78系类和79系类的稳压芯片构成5V等的稳定电压源。
本方案利用稳压芯片的稳压特性进而搭建稳压电路对输入电压进行稳压获得稳压源。
虽然方案一的开关电源具有功耗小，效率高且有较大的输出电流的优点，但相对于方案二来说方案一电路略显复杂，且在本题也不需要太大的输出电流，78和79系类的稳压模块就能满足供电要求且电路简单易行。
另外一方面开关电源存在较为严重的开关干扰。
所以我们选择了第二个方案。
原理图如附录示。
6、软件流程图
三、设计实现
在本方案的实现过程中出现了诸多问题和不确定因素:
1、由于对芯片缺乏广泛的涉猎，常常不知道芯片的性能与用途，无法熟练的使用各种芯片之间替代。
所以，在比赛过程中不得不花费比较多的时间去了解和学会使用各种所需芯片。
2、实验方设计中，我们最初拟定的压控放大模块是基于LM307的压控放大电路。
由于缺乏相应的芯片，时间又紧，我们不得不换一种方案。
于是我们采用基于AD835的乘法电路来替代压控模块虽然两者原理有所区别，带所要达到的目的一样，都
是通过一个直流电压的步进变化来使另一个交流电压也随之变化。
3、在实验过程中忽视了芯片的一些极限参数，导致一些芯片烧毁和电路崩溃。
在比赛的第三天，由于我们的一个疏忽，乘法器模块的芯片AD835被烧毁了。
本已接近成功的我们顿时感到穷途末路，但偶然间我们发现前些日子所买的芯片AD603也是一个压控运放，于是我们把乘法器电路又换成AD603压控放大电路。
确定了最终方案。
四、系统测试及分析
（一）、测试方法及其所使用的仪器
测试方法：
通过ＴFG2030DDS函数信号发生器输送输入电压，用GOS-6031示波器和UT61B万用表来分别测量输出电压的波形和电压有效值。
测试仪器：
TFG2030DDS函数信号发生器（30MHZ）、
GOS-6031示波器、UT61B万用表。
（二）、测试数据
1、DAC0832模块直流输出步进电压测试数据
按键按下次数
40
80
120
160
200
240
280
320
360
输出压值/mV
65
130
195
261
328
395
471
520
591
2、压控放大器受控增益测试数据
输入信号：
50Hz,Vp-p=110mV的正弦波。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
压控信号/mV
输出电压（峰峰值）/V
0.12
0.16
0.21
0.30
0.38
0.53
0.70
0.97
1.18
1.24
3、AMP1100功率放大特性测试数据
输入（峰峰值/V）
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
输出（有效值/V）
3.041
4.76
5.51
7.04
7.33
7.76
6.94
7.18
7.48
由上数据可得ＡＭＰ１１００功率放大器在输入为０～０.４Ｖ之间的输入值与输出值大致呈线性关系，其增益大致不变。
4、整体性能测试数据
理论电压/V
20
60
100
140
180
实际压值/V
19
26
34
45
59
77
99
116
150
166
（三）、测试结果与分析
四、结论
经过紧张的四天三夜的奋力拼搏，与小组成员通力协作，团结互助，终于基本完成了实验项目。
本系统由单片机控制和显示模块、D/A转化模块，压控放大电路、功率放大电路及稳压源模块组成。
首先由单片机控制和D/A转换生成一个压控放大所需要的一个压控信号，再由单片机与D/A构成一个正弦函数信号发生器，取其正弦信号作为压控放大的输入。
再经过AMP1100功放进行功率放大，升压器升压后得到一个正弦交流电输出。
再由单片机控制输出电压的步进变化。
本电路结构简单，功能齐全，除个别指标外均达到题目要求，但由于时间紧张，任务繁重，本电路尚有不足之处，如：
压控放大电路中压控信号与输出电压并不成真正的线性关系，所以步进控制时会产生步进误差，多次步进时的累积误差都会影响输出的测量。
另外压控放大调控的输出电压的调节始终调不到0V这一压值，只能无限接近于0V，达不到精准的调压范围要求。
最后，我代表我们小组成员感谢主持本次竞赛的主委会和全体评审老师以及我们的辅导老师，谢谢你们给了我们提高自己和展现自己的舞台，让我们在以后的人生中更加自信和坚定。
六、附录
1、原理图附录
单片机最小系统电路
D/A转换模块原理图
LM101压控放大电路
AD835乘法器放大电路
AD603压控放大电路
AMP1100功率运放
稳压电路模块
正弦交流小信号产生电路
2、程序控制代码
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