重庆工商大学数控直流稳压电源论文.docx

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重庆工商大学数控直流稳压电源论文

数控直流稳压电源设计（硬件）

重庆工商大学电子信息工程2012级通信罗挺

指导老师谈学

中文摘要：

随着当代电子科技的飞速发展，数控直流稳压电源在当今的电路应用中非常广泛，在生活学习各个地方都用它的应用。

性能优越的直流稳压电源能够满足很多不同电路的要求。

它的基本原理就是能用键盘来控制电源在输出端电压的大小，同时保证电路输出的直流电源稳定，与设定值误差小的特点。

本文主要介绍了直流稳压电源的设计，电路主要由STC单片机、采样电路、控制电路组成。

并详细介绍了电路的基本结构以及STC单片机。

该电路结构简单，电压稳定以及成本低，输出电压在0~10V之间，可以通过加减键盘实现0.1V电压大小的步进，电路由于选用的STC单片机采用串联方式调整稳压，因此具有线路简单、功耗小、效率高等特点。

关键词：

直流稳压电源;STC单片机;数模转换;

Abstract:

NCDCpowersupplyisveryextensiveintheapplicationintheDCpowersupplycircuit,superiorperformancetovariouscircuitrequirements.Itsbasicprincipleistousethekeyboardtocontrolthepowerattheoutputvoltage,whileensuringastableDCpowersupplyoutputcircuit,thesmallesterrorwiththesetvalue.ThispapermainlyintroducesthedesignofDCregulatedpowersupply,thecircuitismainlycomposedofSTCmicrocontroller,samplingcircuitandcontrolcircuit.ThebasicstructureofthecircuitandtheSTCMCUareintroducedindetail.Thecircuithastheadvantagesofsimplestructure,stablevoltageandlowcost,outputvoltagebetween0~10Vcanbymodifiedkeyboardrealize0.1VvoltageofthesizeofthesteppercircuitduetotheselectionofSTCmicrocontrollerserialvoltageregulate.Therefore,ithashastheadvantagesofsimplecircuit,lowpowerconsumption,highefficiencyandsoon.

Keywords:

Cocurrentvoltage-stabilizedsource;STCMonolithicintegratedcircuit;Digitaltoanalogconversion;

目录

一、绪论1

1.课题背景1

2.课题意义1

3.系统主要实现的功能1

4.系统设计中的主要问题2

二、系统总体方案的设计2

1.系统整体概述2

2.系统方案与论证3

（1）数字电路控制部分3

（2）按键部分4

（3）显示部分4

（4）控制部分5

（5）电源部分6

三、系统硬件设计7

1.系统硬件的基本组成7

（1）单片机控制电路7

（2）D/A和A/D转换电路8

（3）电压采样电路10

（4）滤波电路11

（5）稳压电路12

（6）电源电路13

2.系统外围电路15

（1）显示电路15

（2）按键电路15

（3）时钟电路16

（4）复位电路16

四、系统软件设计17

1.软件设计思路17

2.程序流程图17

五、系统测试18

1.系统测试要求18

2.测量结果19

3.误差分析20

结束语20

致谢21

参考文献21

附录22

一、绪论

数控直流稳压电源在当今社会使用广泛，以往使用的直流稳压电源都是体积大、效率低，而且在操作方面很复杂，在实际应用中发生故障的情况多。

随着现代社会高速发展，生活中各种电器设备对稳压电源的的性能要求日益增高，因而高效率，低功耗，小型化的直流稳压电路才能适应当今社会的需求。

随着单片机技术的成熟，许多电路都逐渐的让单片机作为电路的核心，所以这样的电路就会显得结构很简单，价格便宜等优点。

所以真正实现当今社会的电路需求。

而且单片机自身还会对数据做计算处理，减少了由于电路干扰以及模拟信号电路所引起的误差，大大的提高了电路的精准度和电源电压输出的稳定性。

1.课题背景

在现代的电子电路中，电源是最重要的一部分之一，它是整个电路的源泉与动力，是各种电路及电子设备能够正常运行的必要条件，因此电源的性能好坏决定着电路乃至整个系统的正常运行和可靠性。

生活用电普遍是220伏，但是很多电器等原件不能直接使用这种电压，因此直流稳压电源就起到了至关重要的作用。

随着电子技术的飞速发展，电路的电源逐渐变得更加的简单，在操作方面更加的方便以及很高的安全性，无论是哪个地方，国内外的制造商都在力求做出更加符合生活生产需求的电路电源，到了20世纪60年代的时候，计算机软件的发展十分迅速，很快的将传统的电源取代，随之而来的是单片机加入的电路变得更加的智能化，使得人为方面的因素逐渐减少。

目前市场上的电源产品种类繁多，根据主要功能可以分为两类，一类是可调的，一类是固定的，但是两者都普遍存在一些缺陷，比如效率低，结构复杂，输出不稳定以及电路的功耗高等缺点。

基于单片机设计的直流稳压电路正好解决了以上在生活应用中出现的问题。

现代社会飞速发展，不管是教育、生产，还是科研等方面，都会应用到直流稳压电源，电子设备中经常用到直流稳压电源。

在生产生活中很多电路以及电子设备都需要一个有稳定电压的电源来供电。

日常生活中的电压是220V的交流电压，直流稳压电源在工作时是由变压器将交流电压降压，然后整流、滤波、稳压得到想要范围内的电压值，但是这种传统的直流稳压电源功能单一，出现的误差大，功耗大，并且不能实现控制。

加入单片机的直流稳压电源，在实现的功能上就具备了智能化的特点，

正如上面的描述，直流稳压电源的性能强大，在当今社会上发展迅速，它是现代社会的必然产物，数控电源的技术在社会上的发展还有很远的路要走，数控电源在性能上也会得到不断优化。

2.课题意义

本文将详细介绍一种由STC单片机控制的数控直流稳压电源，该电源由直流电路、控制电路、采样、数模转换电路等部分组成。

具体说明采用STC单片机作为整机的控制单元，在经过各种性能的比较之后，这次我们设计的电源在操作方面很方便，而且测量的误差小，设计出来的电路在稳定性方面也会特别高。

这次电路的大致工作流程是：

在电路的输出端采样电压值，与设定的电压值进行比较，同时也可以通过调整加减键盘来改变输入数字量来改变输出端电压值，最后经过放大电路输出，从而间接地改变输出端电压的大小。

3.系统主要实现的功能

（1）电路输出的直流电压范围在0-10V，电流最大不超过5A；

（2）能够通过键盘控制输出直流电压，能对电压值实现步进调节，步进值为0.1V；

（3）键盘有3个控制键，包括具有增加减少功能的键，还有一个确定键，它的主要作用就是在改变输入值后确认电路的得到修改的值；

（4）可以通过电路显示部分查看电路输出端的电压值。

4.系统设计中的主要问题

在调节电压值的时候会出现误操作的情况，所以需要防抖电路的加入，电路在功耗方面需要做实现的方案确定，在三端稳压器的位置从20伏降低5伏，稳压器的功耗有点高，所以需要尽量减少电路的功耗高的问题，电路在输出的电压值存在误差，主要在AD、DA转换的位置存在转换器的精度问题，所以会有一定的误差，通过误差分析尽量减少误差，提供电路的精确度。

二、系统总体方案的设计

1.系统整体概述

本次设计的电路在实现功能方面能够很稳定，主要的流程是：

电路的直流部分会给电路输入一个稳定得电流进来，然后在电路输出部分进行采样，采样数据由STC单片机实现与事先设定的电压值做比较，如果发现与设定的电压值不相等，单片机就会自己改变电压值与设定的值接近，最后电路得到稳压的效果。

下图2.1是整体图。

电路各个部分的作用：

●变压器：

在电路中仅仅将交流电压220V降压。

●整流滤波：

让电路输入得到的交流电，经过整流滤波后得到直流电。

●稳压电路：

保证进过变压整流后的电压输出稳定。

●输出电路：

整个系统的输出端，会在输出电路采样电压值。

●采样电路：

对电压值进行采样，然后送到A/D转换器。

●A/D转换：

对电路得到的模拟电压变成数字电压。

●D/A转换：

将数字电压变成模拟电压。

●按键：

调整电压值。

●显示电路：

把事先设定好的电压值在显示屏上显示。

●控制电路：

在电路的控制部分。

第一步是先要将电源端的220v交流电压用降压器改变成20v的低电压，然后再通过整流桥把交流电改变成直流电，再由大容量的滤波电容接到稳压管的输入端，同时稳压管的输出位置还要加一定电阻值的电阻的电位器，并且以串联的方式接入，主要的作用就是为了后面能够方便的使输出电压可调。

这个部分是系统的直流部分，主要是为电路输入一个直流电压。

数控直流稳压电源的最重要部分是控制部分，本次设计主要是通过加减键盘的方式来改变电压值，其中还有一个确认键，是在堆电压值做改变的时候，确认要输入到系统的电压值，同时加减两个键还加入一个新功能，就是在按住键不放的时候电压值会自主的逐步跳边，这样做就增加了键盘使用寿命。

控制的主要器件是ＳＴＣ单片机，通过它对电压采样，比较，输出，从而到达控制改变电压的作用。

显示部分采用液晶显示屏，方便读取数据。

这样做的系统电路整体电路结构简单，仿干扰能力强。

在采样方面自主的形成一个闭合循环的工作。

2.系统方案与论证

（1）数字电路控制部分

　　　数字电路控制部分电路外接显示电路，数字部分是本次设计的核心，主要构成就是单片机，由单片得到D/A转换器得到的电压值，这个电压值在经过运算放大器放大之后传到D/A转换器中。

经查阅大量资料，总结出３中可行方案。

第一种方案：

采用模拟电路的方式设计

采用模拟电路的方式，它的可调稳压电路部分采用的方式就是利用一个具有多档开关的装置来控制输出的电压值,而整个电路的显示系统仅仅只是在多档开关的每个档的位置旁边注明该处的电压值。

这种设计方案的电路在功能，操作方面已经远远不能满足要求，其中最大的弊端就是电路不耐用，而且电路在使用过程中会出现很大的误差，所以这种设计方案在这次的设计中不适用。

第二种方案：

采用纯数字电路的方式设计

采用纯数字电路设计的稳压电源最大的有点就是避免了硬件之间的长时间磨损，从而使得电路的使用寿命大大的提高，而且还有一个优点就是电路的输出电压也不会因为时间而产生误差。

这样就使得系统的精确度更高。

但是这种纯数字电路的电路方面较为复杂，制作时很困难，制作工序繁琐，使得制作周期延长，不利于真正投入大量的生产，并且由于电路的复杂还会产生的其他问题，比如电路稳定性不好，容易受到外界的干扰，还有就是功耗特别高，使用时间不长就会损坏，故这种方案不适用这次设计。

第三种方案：

采用单片机的方式设计

单片机现在普遍应用在各个电路系统中，所以采用单片机设计的数字稳压电