D可编程数控直流稳压电源.docx
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D可编程数控直流稳压电源
摘要：
2
Abstract:
3
1系统方案选择和比较4
1.1方案一：
4
1.2方案二4
2理论分析4
3电路设计5
3.1系统框图5
3.2电压转换模块6
3.3数控稳压模块6
3.4单片机及外围模块7
3.5采样电路8
４程序设计9
４.１程序流程图9
5仿真测试10
5.1仿真仪器10
5.2测试方案10
5.3测试结果10
５.４仿真图示11
５.５结果分析12
６.０总结12
参考文献13
附录1系统总体电路图14
可编程数控直流稳压电源（D题）
摘要：
采用AT89C52单片机作为系统的控制核心，满足可以输出0~30V直流电压，0~3A直流电流；具有电压预置与电压步进功能，电压0.1V步进微调，1V步进粗调；输出具有短路保护功能；可编程数控直流稳压电源具有人机界面显示功能，实时显示输出的电压电流，并计算负载功率，电压显示精度0.001V，电流显示精度0.001A。
关键词：
单片机数控直流电压源
Abstract:
AT89C52microcontrollerasthecontrollingcore,canachievetheoutput0~30VDCVoltage,0~3ADCcurrent;withthepresetvoltageandvoltagestepfunction,voltage0.1Vstepfine-tuning,1Vstepcoarse;outputShortcircuitprotection;programmableCNCDCPowerSupplywithman-machineinterfacedisplay,real-timedisplayoutputvoltageandcurrent,andcalculatetheloadpower,voltagedisplayprecision0.001V,currentdisplayprecisionof0.001A.
Keywords:
microcontrollerDCvoltagesource
1系统方案选择和比较
1.1方案一：
线性稳压电源：
线性稳压电源原理简单，制作方便。
选择好适当的变压器，经变压滤波稳压后便可输出稳定的电压。
但由于可调稳压芯片CW××系列输出电流最大1.5A，非可调系列稳压芯片，如78××，79××输出最大电流达不到电流输出要求。
另外，线性稳压电源效率利用率低，不易实现步进控制等功能。
1.2方案二
基于开关电源的方案：
开关电源的主要控制方式是由PWM脉冲控制，由单片机直接产生PWM脉冲波，对开关电源的主电路进行控制，电路简单，控制方便，输出功率大，可以满足题目的要求。
另外，开关电源具备效率高，小型化等优点。
故采用基于开关电源的方案。
2理论分析
本电路由开关电源主电路和单片机控制电路。
主电路主要是电压转换的功能，控制电路主要实现数控的功能。
单片机定时器位于SM2工作模式时，T1定时器高8为用于波特率发生器，用作PWM脉冲波，往T1中赋予不同的初值，则产生的脉冲占空比不同，以此来控制开关电源的输出电压大小。
对开关电源输出进行A/D采样，将采样信号送往单片机，和预设的电压值进行比较以调整占空比大小，；从而调整输出，达到稳压的目的。
此处A/D采用ＡＤＣ08328位数据转换，精度满足要求 ＬＳＢ＝１／２５６＝0.00390625Ｖ＜＜０．１Ｖ。
显示和输入部分则由单片机控制1602液晶显示器和4*4组成的矩阵键盘来实现。
3电路设计
3.1系统框图
图1系统框图
电压转换电路模块：
将220V交流电压转换为40V直流电压。
数控稳压模块：
采用DC-DC转换器输出稳定电压。
单片机控制模块：
是整个控制系统的核心，采用AT89C52系列单片机。
AD转换模块：
AD转换模块采用ADC0832芯片完成电压量到数字量的转换。
显示模块：
显示模块采用1602液晶显示，由单片机控制送入显示，液晶显示具有直观、功耗低、方便等特点。
按键控制模块：
完成测量功能的转换以及标称值的输入，实现人机对话。
3.2电压转换模块
图2电压转换原理图
由TR1将220V交流电压转换为28V交流电压，根据U1/U2=N1/N2，选择合适的变压器，
∵N1/N2=220/28=8；
所以变压器原边与复边札数之比为8.，变压器功率选90W。
经变压后复边电压为28V，再由整流电路BR1对交流电压整流，得到脉动的直流电，再通过滤波电路使之成为纹波较小的直流电压，经电容滤波后U=
U2=40V。
滤波电容C1并联一个0.1uf的瓷片电容是为了滤除高频信号的干扰。
整流桥允许通过最大大流为3A，所以整流桥中二极管选用TS758，耐压值位800V，允许通过最大电流为6A，满足要求。
3.3数控稳压模块
图3稳压模块原理图
D1选用TS758，输出端所接电容C3起改善瞬态响应特性和减小高频输出阻抗的作用,一般取1uF;TRANS1起隔离作用；R1另一端连接单片机P3^5口，P3^5为定时器T1的输出口，在MOD2方式下位波特率输出端。
Q1为开关管，调节其输入（R1另一端）占空比，输出电压随之改变，Uo=Ui*D;Uo为输出电压，Ui为输入电压，D为占空比大小。
Q1选用LM13007开关三极管，各项参数为：
Vbr=400V，If=8A，fmax=4MHz。
原理：
Q1截止期间，Q1相当于断路，输入电压对电容C2充电，D1反相截止，同时有电压输出；在Q1导通期间，Q1相当于短路，电容C2放电，给输出端提供电压。
保证了稳定的直流输出。
3.4单片机及外围模块
P0口味数据输入输出端，连接液晶与AD的数据端，P2为键盘输入端。
CRYStal为12MHZ晶振。
外围电路连接好后，有软件编程实现步进，预置及显示等功能。
键盘为４＊４矩阵键盘，由中断方式下降沿触发。
图4单片机及其外围电路图
3.5采样电路
图5ADC0802采样电路图
运算放大器构成比例放大器，将采样得到的电压经过运算输入AD，由AD转换后输入P0口。
；
；
将采样得到的电压缩小十倍以供ＡＤ转换。
当AD采样溢出，申请中断，等待单片机回应。
单片机读取AD采样值，即
=0；将数据读至单片机内，进行运算处理得到电压值大小，与键盘设定值进行比较，若在0.001V范围内，显示电压大小。
若超出此范围，则调整波特率大小，改变占空比，调整输出大小，从而稳定输出。
４程序设计
４.１程序流程图
单片机控制流程图如图所示：
图6单片机控制流程图
5仿真测试
5.1仿真仪器
直流电压表，示波器，直流电流表。
5.2测试方案
在输出端加一负载（仿真以电阻代替），电压表与输出并联；开始仿真，观察电压表数值大小，并同液晶显示值相比较，结果是否相同，相同则正确；不相同，则分级测试。
首先，不加数字电路模块，给ＰＷＭ控制端加一序列方波，给定幅值大小（大于开关管导通的电压），调节占空比的大小，单独测量输出电压值大小是否与预计的相近。
相近则说明电源模块正确，在调节其它模块；否则，改正电源模块。
其次，测量数字电路模块，AD的输入加一电压，观察AD转换值大小（由液晶显示），若不相符，观察电路是否有问题，若无误，观察程序是否正确。
若上述无误，则步进调节设定电压的值，观察电压表数值是否随之变化。
以确定步进调节功能是否正常。
电流测试时，将电流表串入输出端，观察最大电流值是否与液晶显示相符。
5.3测试结果
单独测量模拟电路部分，输出端接入一个100
电阻，给定方波幅值为3V，改变占空比大小，观察输出电压大小。
占空比D（%）
10
40
50
90
输出电压值（V）
3.002
11.500
14.700
26.200
输出电流（A）
0.030
0.113
0.145
0.260
表1测试电源电压输出
数字电路测试，AD输入端接不同的电压值（AD允许输入范围内），观察显示电压电流大小。
AD输入电压（V）
1
2
3
4
显示电压（V）
1.000
2.000
3.000
4.000
显示电流（A）
0.100
0.200
0.300
0.400
表２AD测试结果
电压输出与数字电路级联测试。
按键设定电压（V）
5
10
20
30
电压表显示（V）
5.001
10.000
20.001
30.001
电流表显示（A）
0.005
0.010
0.020
0.030
液晶电压显示（V）
5.000
10.000
20.000
30.000
液晶电流显示（A）
0.002
0.010
0.020
0.030
５.４仿真图示
以预置10V电压为例。
图6液晶实时显示图
图7电源电压输出图
５.５结果分析
由仿真结果可以得知，电压输出部分仿真正常，可以稳定输出，ＡＤ转换和液晶显示程序也工作正常。
精度和范围达到题目的要求。
６.０总结
本系统以AT89S52为控制核心，AD实现采样并进行转换；以开关电源为电压实现部分，以液晶1602输出显示，实现了对电压源输出电压的预置和步进可调的功能。
电源输出符合要求，可以在0-30V内调节。
参考文献
[2]谭浩强著.C语言程序设计（第三版）.清华大学出版社,2005.
[3]胡大可著.MSP430系列超低功耗16位单片机原理与应用（第三版）.北京航空航天出版社,2006.
[4]孙传友等.测控电路及装置.北京航空航天大学出版社,2002.
[5]李朝青著.单片机原理及接口技术.北京航空航天大学出版社,2005.
附录1系统总体电路图
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