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直流稳压电源
直流稳压电源
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2010年6月20日
直流稳压电源
论文摘要：
直流稳压源是以AT89S52单片机作控制，通过设置键盘来控制直流电源的输出电压的幅值，输出电压范围为0—10V，，由LCD显示输出电压值。
系统内部设有保护电路，当输出电流保护电路发挥作用，而且有LED指示灯提示。
本系统由AT89S52单片机控制输出数字信号，经过D/A转换器（AD0832）输出模拟量，再经过运算放大器放大，控制输出功率管的基极，随着功率管基极电压的变化而输出不同的电压。
关键词：
直流稳压电源 单片机 控制
2.目录：
摘要-----------------------------------------------------2
目录-----------------------------------------------------2
引言-----------------------------------------------------3
正文-----------------------------------------------------3
结论----------------------------------------------------14
参考文献------------------------------------------------15
附录-----------------------------------------------------16
3.引言
几乎所有的电子设备都需要稳定的直流电源，因此直流稳压电源的应用非常的广泛。
直流稳压电源的电路形式有很多种,有串联型、开关型、集成电路、稳压管直流稳压电源等等。
在电子设备中，直流稳压电源的故障率是最高的（长期工作在大电流和大电压下,电子元器件很容易损坏）但在直流稳压电源中，通过整流、滤波电路所获得的直流电源的电压往往是不稳定的。
输出电压在电网电压波动或负载电流变化时也会随之有所改变。
电子设备电源电压的不稳定,将会引起很多问题。
设计出质量优良的直流稳压电源，才能满足各种电子线路的要求。
因此,直流稳压电源的研究就颇为重要。
目前产生直流稳压电源的方法大致分为两种:
一种是模拟方法，另一种是数字方法。
前者的电路均采用模拟电路控制，而后者则是通过数字电路进行自动控制。
直流稳压电源朝着数字化方向发展。
因此对于数控恒压源的研究是必要的。
随着科学技术飞速发展,对电源可靠性、输出精度和稳定性要求越来越高,利用D/A转换器的高分辨率和单片机的自动检测技术设计程控电源就显示出其优越性。
程控电源既能方便输入和选择预设电压值又具有较高精度和稳定性，而且可以任意设定输出电压或电流，所有功能由面板上的键盘控制单片机实现，给电路实验带来极大的方便,提高了工作效率。
4.设计方案和比较
方案一：
采用各类数字电路来组成键盘控制系统，进行信号处理，如选用CPLD等可编程逻辑器件。
本方案电路复杂，灵活性不高，效率低，不利于系统的扩展，对信号处理比较困难。
方案二：
采用AT89S52单片机作为整机的控制单元，通过改变DAC0832的输入数字量来改变输出电压值，从而使输出功率管的基极电压发生变化，间接地改变输出电压的大小。
为了能够使系统具备检测实际输出电压值的大小，可以将输出电压经过ADC0832进行模数转换，间接用单片机实时对电压进行采样，然后进行数据处理及显示。
此系统比较灵活，采用软件方法来解决数据的预置以及电压的步进控制，使系统硬件更加简洁，各类功能易于实现，能很好地满足题目的要求。
比较以上两种方案的优缺点，方案二简洁、灵活、可扩展性好，能达到题目的设计要求，因此采用方案二来实现。
总体方案框图
系统总体方案框图如图1所示:
图1 系统原理框图
4.1稳压输出部分
4.1.1稳压输出原理与电路
这部分将数控部分送来的电压控制字转换成稳定电压输出。
D/A转换部分的输出电压作为稳压输出电路的参考电压。
稳压输出电路的输出与参考电压成比例。
稳压输出电路采用的是串联式反馈稳压电路（如图2），在电路中，Q1—TIP122为调整管，U6A—LM358为比较放大器，R19、R22组成反馈网络。
D/A转换电路的输出电压DAOUT接到U6A的同向端，稳压电源的输出经R19、R22组成的取样电路分压后送到运放U6A的反向端，经运放比较放大后，驱动调整管Q1。
路平衡时，D/A电路的输出电压
与取样后的电压
相等。
稳压输出部分的过流保护电路由R21和Q2组成。
设
为保护动作电流，则当电源输出电流I增加到
时，R21上的压降
*R21使得Q2管导通，分掉了Q1上的基极电流，使输出I不再增加，起到了过流保护作用。
图2 稳压输出部分
4.1.2稳压输出部分仿真图
图3 稳压电路仿真图
一般的直流稳压电源是用可变电阻来实现输出电压的调节，那么要在直流稳压电源的基础上实现数字控制的话，实际上很简单，我们只要将可变电阻换成数字控制部分来代替，就能实现数控恒压源这一课题。
所以，首先要做的，就是选择合适的稳压输出电路并对其可行性进行了仿真。
如图9，很容易就验证了此稳压输出电路的可靠。
4.2数字控制部分
4.2.1单片机部分
图4 单片机控制部分
控制部分是系统整机协调工作和智能化管理的核心部分，采用AT89S52单片机实现控制功能是其关键，采用单片机不但方便监控，并且大大减少硬件设计。
4.2.2D/A转换部分
系统设置D/A转换接口，采用8位模数转换器DAC0832。
其电路如图5.
图5 D/A转换部分
D/A转换部分的输出电压作为稳压输出电路的参考电压。
稳压输出电路的输出与参考电压成比例。
8位字长的D/A转换器具有256种状态。
当电压控制字从0，1，2，……到256时，电源输出电压为0.0，0.06，……15.0。
其时序图如图6：
图6 DAC0832数模转换时序图
Clk为时钟端，Data为输入数据，LOAD为输入控制信号。
每路电压输出值的计算：
REF为参考电压，data为输入8位的比特数据；
我们这里用的REF=5v；
4.2.3A/D转换部分
A/D转换部分我们采用美国国家半导体公司生产的一种8位分辨率、双通道A/D转换芯片ADC0832。
其电路图如图7所示：
图7 A/D转换部分
ADC0832是美国国家半导体公司生产的一种8位分辨率、双通道A/D转换芯片。
由于它体积小，兼容性，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，其目前已经有很高的普及率。
学习并使用ADC0832可是使我们了解A/D转换器的原理，有助于我们单片机技术水平的提高。
4.2.3.1ADC0832具有以下特点：
·8位分辨率；
·双通道A/D转换；
·输入输出电平与TTL/CMOS相兼容；
·5V电源供电时输入电压在0~5V之间；
·工作频率为250KHZ，转换时间为32μS；
·一般功耗仅为15mW；
·8P、14P—DIP（双列直插）、PICC多种封装；
·商用级芯片温宽为0°Cto+70°C，工业级芯片温宽为−40°Cto+85°C；
4.2.3.2芯片接口说明：
·CS_片选使能，低电平芯片使能。
·CH0模拟输入通道0，或作为IN+/-使用。
·CH1模拟输入通道1，或作为IN+/-使用。
·GND芯片参考0电位（地）。
·DI数据信号输入，选择通道控制。
·DO数据信号输出，转换数据输出。
·CLK芯片时钟输入。
·Vcc/REF电源输入及参考电压输入（复用）。
ADC0832为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。
其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在0~5V之间。
芯片转换时间仅为32μS，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。
独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。
通过DI数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。
4.2.3.3 单片机对ADC0832的控制原理：
正常情况下ADC0832与单片机的接口应为4条数据线，分别是CS、CLK、DO、DI。
但由于DO端与DI端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计时可以将DO和DI并联在一根数据线上使用。
当ADC0832未工作时其CS输入端应为高电平，此时芯片禁用，CLK和DO/DI的电平可任意。
当要进行A/D转换时，须先将CS使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。
此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端CLK输入时钟脉冲，DO/DI端则使用DI端输入通道功能选择的数据信号。
在第1个时钟脉冲的下沉之前DI端必须是高电平，表示启始信号。
在第2、3个脉冲下沉之前DI端应输入2位数据用于选择通道功能。
其时序图如图8.
图8 ADC0832时序表
如图所示，当此2位数据为“1”、“0”时，只对CH0进行单通道转换。
当2位数据为“1”、“1”时，只对CH1进行单通道转换。
当2位数据为“0”、“0”时，将CH0作为正输入端IN+，CH1作为负输入端IN-进行输入。
当2位数据为“0”、“1”时，将CH0作为负输入端IN-，CH1作为正输入端IN+进行输入。
到第3个脉冲的下沉之后DI端的输入电平就失去输入作用，此后DO/DI端则开始利用数据输出DO进行转换数据的读取。
从第4个脉冲下沉开始由DO端输出转换数据最高位DATA7，随后每一个脉冲下沉DO端输出下一位数据。
直到第11个脉冲时发出最低位数据DATA0，一个字节的数据输出完成。
也正是从此位开始输出下一个相反字节的数据，即从第11个字节的下沉输出DATD0。
随后输出8位数据，到第19个脉冲时数据输出完成，也标志着一次A/D转换的结束。
最后将CS置高电平禁用芯片，直接将转换后的数据进行处理就可以了。
4.2.4键盘部分
由于要实现人机对话，要显示0—9.9V的电压值，我们自制3*4按键的键盘来完成整个系统控制。
电路原理如图9所示。
图9 键盘与显示电路图
按键的具体意义如下：
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
*
ENTER
4.2.5显示部分
本方案采用YM12864型lcd，可直接显示4*8个汉字，界面友好，支持串并行两种连接方式，其电路连接如图10所示：
图10 LCD12864与单片机连接图
YM12864是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为128×64,内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。
可以显示8×4行16×16点阵的汉字。
也可完成图形显示。
4.2.5.1串行接口
*注释1：
如在实际应用中仅使用串口通讯模式，可将PSB接固定低电平，也可以将模块上的J8和“GND”用焊锡短接。
*注释2：
模块内部接有上电复位电路，因此在不需要经常复位的场合可将该端悬空。
*注释3：
如背光和模块共用一个电源，可以将模块上的JA、JK用焊锡短接。
4.2.5.2并行接口
管脚号
管脚名称
电平
管脚功能描述
1
VSS
0V
电源地
2
VCC
3.0+5V
电源正
3
V0
-
对比度（亮度）调整
4
RS（CS）
H/L
RS=“H”,表示DB7——DB0为显示数据
RS=“L”,表示DB7——DB0为显示指令数据
5
R/W（SID）
H/L
R/W=“H”,E=“H”,数据被读到DB7——DB0
R/W=“L”,E=“H→L”,DB7——DB0的数据被写到IR或DR
6
E（SCLK）
H/L
使能信号
7
DB0
H/L
三态数据线
8
DB1
H/L
三态数据线
9
DB2
H/L
三态数据线
10
DB3
H/L
三态数据线
11
DB4
H/L
三态数据线
12
DB5
H/L
三态数据线
13
DB6
H/L
三态数据线
14
DB7
H/L
三态数据线
15
PSB
H/L
H：
8位或4位并口方式，L：
串口方式（见注释1）
16
NC
-
空脚
17
/RESET
H/L
复位端，低电平有效（见注释2）
18
VOUT
-
LCD驱动电压输出端
19
A
VDD
背光源正端（+5V）（见注释3）
20
K
VSS
背光源负端（见注释3）
*注释1：
如在实际应用中仅使用并口通讯模式，可将PSB接固定高电平，也可以将模块上的J8和“VCC”用焊锡短接。
*注释2：
模块内部接有上电复位电路，因此在不需要经常复位的场合可将该端悬空。
*注释3：
如背光和模块共用一个电源，可以将模块上的JA、JK用焊锡短接。
5结论
图10总流程图
电源测试结果
电压测试
预置电压（V）
显示电压（V）
测量电压（V）
1
1.05
1.05
1.2
1.10
1.17
1.4
1.35
1.38
1.6
1.55
1.61
1.8
1.75
1.78
2
1.95
2.00
2.6
2.55
2.60
3
3.00
3.03
3.7
3.70
3.68
5
5.00
5.01
7
7.00
6.97
8
8.10
8.06
9
8.75
8.75
9.7
9.65
9.63
性能测试
性能指标
测量条件
测量结果
测量仪表
全程输出电压
0-9.9V
DM-311型数字万用表
负载电流
=5V,
=25
206mA
过流保护
330mA
用单片机控制电源时，输出直流0-9.9V，液晶屏显示清晰正确，误差较小，完美的实现了数控恒压源这一课题。
但在功能上还不够强大,没有显示预置电压等等，还可以进一步得到提高。
6.参考文献
1串联型直流稳压电源的仿真分析 广西师范学院学报
2用单片机制作的直流稳压可调电源 电子世界
3刘华毅，李霞，徐景德 电力电子技术
7.附录
系统总体电路图
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