数控恒压电源.docx
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数控恒压电源
“第六届”电子设计竞赛
设计报告
作品名称:
数控恒压电源
姓名:
杨柳吴阳陈然
年级专业:
07级自动化07级信息工程07级信息工程
指导教师:
李涛余建华
完成时间:
2010年4月1日
电气信息学院
数控恒压电源
摘要：
为满足电源小型化、智能化的要求，设计了以Atmenga16单片机为核心智能数控恒压直流电源。
采用软件仿真和硬件电路调试相结合的方法，对模拟电路部分的主要功能进行了详细说明，该电源分为电源供电模块、稳压调节模块、DC/DC转换模块、显示模块、单片机PWM控制模块，重点介绍PWM控制部分和稳压调节模块。
电源稳压芯片采用LT1084,其输出电压可以0V到37V可调，最大输出电流为5A；LT1084是凌利尔特公司生产的大功率线性三端稳压集成电路。
该电源实现输出电压可调是通过单片机产生PWM在经过二阶滤波输入到稳压调节端，从而实现对输出电压的调节。
该电路具有数字控制，集成度高、人机界面友好、自动过流过压保护等优点。
关键词：
智能数控；输出保护；Atmenga16；过流保护。
Abstract:
Betosatisfypowersourceminaturized,intellectualizedcallfor,thedirect-currentpowersourcehavingdesignedtheintelligencenumericalcontrolcenteringonAtmenga16monolithicmachineconstantvoltage.Adoptmethodofintegrationofsoftwareemulationwithhardwarecircuitdebugging,correctdummyloadpartthemainfunctionhascarriedoutdetaileddescription,beapowersource'sturntobethatthepowersourcecurrentsupplymodule,stabilivoltadjustamodule,DC/DCchangesthemodule,displaymodule,monolithicmachinePWMunderthecontrolofmodule,priorityintroducesthatPWMcontrolsectionandstabilivoltadjustamodulemark.ThepowersourcestabilivoltchipadoptLT1084,whoseoutputvoltageisnotbad0Varriveat37Vadjustable,maximaloutputelectriccurrentis5As;LT1084isthehigh-powerlinearitythattheexceptionalcompanyofLingLiErproducesthreeholdstabilivoltIC.ThevoltagethatpowersourcerealizationisexportedisadjustablebeinadjustingendbythatsecondorderwavefilteringenteringarrivesatstabilivoltbythefactthatthemonolithicmachineproducesPWM,realizetheadjustmenttotheoutputvoltagethereby.Oweacircuitmeritsuchashavingdigitalcontrol,integrationlevelheight,man-machineinterfacefriendship,livingwithvoluntarilyflowingpastpressureprotection.
Keywords:
Intelligencenumericalcontrol;Outputisprotected;Atmenga16;
Protectfaultthestream.
1方案论证与比较
1.1核心控制芯片的选择
方案一：
选择价格（5元/片）较低、由宏晶公司生产的STC89C52,。
由于本次系统设计将着重涉及到AD采样和高精度的PWM输出，但该单片机内部不自带AD和PWM输出，适不是最佳核心控制芯片。
方案二：
选择价格（12元/片）较贵、由ATMEL公司生产的的Atmega16，该芯片自带4路PWM波输出，其中2路快速PWM十分适合于DAC应用。
8路10位高精度ADC转换通道，已经能满足系统需要。
经过对方案一、二的对比，最终决定选择方案二。
因为选择方案势必还要另外添置AD芯片，增加硬件和经费负担。
即使选择STC增强型STC12系列，其8位的普通PWM也不能满足该设计需要。
1.2核心电源芯片选择
方案一：
选择由TI公司生产的LM317，该电源芯片能够提供最大电流为1.5A、输出电压最高为37V。
方案二：
选择LINER公司的LT1084，该三端电源芯片能够提供最大电流为5A、输出电压最高为37V。
经过对方案一、二的对比，最终决定选择方案二。
1.3变压器的选择
方案一：
U型变压器。
但作为大功率变压器使用时，有两个问题，一是需要到卖家提前预定，由买家专门绕着，势必增加成本；二是大功率将是该内变压器体积最大。
方案二：
环形变压器。
该变压器易于购买，且100W的容量价钱便宜。
经过对方案一、二的对比，最终决定选择方案二。
2理论分析与计算
2.1运放正30V电压设计及计算
30V电压采用DC-DC芯片MC34063，将12V交流整流后的直接加到芯片输入级，根据公司Vout=1.25（1+R1/R2）,即R1/R2=23，为排除电阻精度问题，采用4.7K的电阻和105的电位器作为调节电阻。
试验结果效果很好。
2.2PWM与输出电压关系调节算法
采用精度较高的数字PID调节算法—增量式PID，所谓增量式PID是指数字控制器的输出只是控制量的增量ku∆。
当执行机构需要的控制量是增量，而不是位置量的绝对数值时，可以使用增量式PID控制算法进行控制。
PID算法共分为比例、积分和微分环节，其中比例环节可以加快调节速度，积分环节能消除稳态误差，微分环节能改善系统的动态性能。
三个环节参数设置恰当能很好达到预设值。
3系统设计
3.1系统电源
系统由LM7805和LM7905提供±5V电源，由DC-DC转换芯片MC34063提供+30电压。
3.2系统受控电路
该模块以LT1084为受控核心，TL084为双运放，分别构成放大器，对PWM输出滤波后的等效电压放大和对电流采样电阻采样电压放大。
3.2系统控制电路
该模块是Atmega16最小系统，其中包含SIP下载接口和LCD12864显示接口，以及各个IO口的外接口
4软件设计
4.1
整个系统软件设计采用了模块化的程序设计思想，将每个具体的功能分别集成在独立的子程序模块内，这样可以使程序结构清晰，功能调用简单方便。
编程语言选择结构清晰、可读性强、移植性高的C语言。
利用单片机本身的ISP下载接口和GCC编译环境，提高了软件开发效率。
整个系统软件包括键盘扫描模块、液晶显示模块、脉宽调制控制模块、A/D转换模块、稳压调节模块和过压过流保护模块等。
4.2
下面我们将PWM控制模块和稳压调节模块流程图进行例举，PWM通过改变OCR1B的值从而改变输出的占空比，实现对输出电压的调节。
稳压调节实现设定值和计算值相比较从而使得输出电压等于设定电压。
5系统测试
5.1、测试仪器
序号
类型
型号
序号
类型
型号
1
多功能万用表
DT-9205N
4
示波器
DS1602C
2
可调式直流稳压稳流电源
CX-SYS
5
大功率滑动变阻器
BX7-14
3
信号发生器
33220A
5.2、测试方法
对该电源的初步数据测量分电压测量和电流测量。
当工作为恒压源时首先对输出电压进行测量，由于输出电压受单片机输出PWM占空比的影响。
因此我们可以通过标准信号源输出不同占空比的方波，测量空载时的输出电压。
在实际测量中我还发现频率对输出电压也有一定的影响，因此我们通过测量输出频率为2K和10K在相同占空比时的输出电压，计算并记录公差。
通过比较选定公差较小的作为单片机PWM的输出频率。
一个电源是否能够正常工作不仅仅是在空载时能稳定输出，在整体调试过程中我们利用单片机产生的PWM测量不同占空比时的空载电压。
测量空载输出后我们还将测量低载、重载时的输出电压。
并对不同负载时的输出误差、纹波系数进行记录。
在测量完成恒压输出模式后我们让电源工作在恒源模式下，利用PWM占空比的变化使输出电流稳定在设定值，并对空载，轻载，重载时的输出电流进行测量并记录测量误差。
在对基本的参数进行测量完成后我们还将对测量该电源是否具有输出过压，过流保护。
5.3、测试数据
占空比（%）
输出电压（频率10K）
公差
20
1.75
25
3.74
0.4
30
5.75
0.4
35
7.76
0.4
40
9.77
0.41
45
11.78
0.41
50
13.79
0.4
55
15.79
0.4
60
17.8
0.4
65
19.8
0.4
70
21.8
0.4
75
23.8
0.4
80
25.8
0.4
85
27.4
90
28.9
通过以上测量数据我们可以看出：
占空比每增加1%输出电压上升0.04V。
调节电压和输出电压成线性关系。
说明我们的设计方法正确。
从具体的测量数据来看，该作品的特性指标满足设计的要求。
但质量指标还存在一些不准确的地方如对输出电流的采样不准确，在输出电压过大的时候输出电压和占空比不成线性关系。
6结论
通过对实际测量参数的比较，该作品满足了设计的基本功能。
通过这次设计使我们的动手能力和设计能力得到了提高，也使得我们对本专业的学习更有热情。
但设计业存在部分缺陷：
如实际误差比起理论误差偏大，在最后的电流采样过程中采样数据不准确。
主要是由于将电流转化为电压进行测量的时候，电压值太小而运放的调零误差太大。
在以后的设计中我们将进一步完善理论，将理论与实际相结合，使得设计更加的完善。
在整个设计过程中我都得到余老师和李老师的细心指导，在他们的指导和帮助过程中我们学到了许多书本上难以找到的知识。
附录一、相关设计图
系统硬件总图
附录二、相关设计程序
主函数：
intmain（void）
{
chari=0;
System_Init（）;
while
（1）
{
while（level==1）//欢迎界面
{
LCM12864_BIMDISP（（uint8_t*）welcome）;
i=0;
Key_Scan（）;
}
while（level==2）
{
LCM12864_BIMDISP（（uint8_t*）Choice_mode）;
i=0;
Key_Scan（）;
}
while（level==30）
{
if（i==0）Work_Place（）;i=40;
Show_data_updata（）;
delay_n_ms（1000）;
Key_Scan（）;
}
while（level==31）
{
if（i==0）Work_Place（）;i=40;
Show_data_updata（）;//显示数据刷新
delay_n_ms（500）;
Key_Scan（）;//按键扫描
if（adjust==1）//输出调节
{
for（;i>20;i--）
{
Out_adjust（AD_read_data
（1））;
}
}
i=40;
}
while（level==help）
{
LCM12864_BIMDISP（（uint8_t*）help1）;
delay_n_ms（5000）;
LCM12864_BIMDISP（（uint8_t*）help2）;
delay_n_ms（5000）;
level=relevel;//返回工作界面
}
}
}
PID算法：
typedefstructPID
{
//全部采用int类型加快速度
intSetPoint;//设定值
floatProportion;//Proportion比例系数
floatIntegral;//Integral积分系数
floatDerivative;//Derivative微分系数
signedintLastError;//Error[-1]前一拍误差
signedintPreError;//Error[-2]前两拍误差
}PID;
voidIncPIDInit（PID*sptr）//PID参数初始化
{
sptr->SetPoint=0;//设定值
sptr->Proportion=3;//Proportion比例系数
sptr->Integral=0.2;//Integral积分系数
sptr->Derivative=0;//Derivative微分系数
sptr->LastError=0;//Error[-1]前一拍误差
sptr->PreError=0;//Error[-2]前两拍误差
}
signedintIncPIDCalc（PID*sptr,signedintThisError）
{
//增量式PID算法（需要控制的不是控制量的绝对值，而是控制量的增量）
signedintpError,dError,iError;
signedlongtempl;
iError=ThisError;//积分项的产生的增量
templ=sptr->Proportion*iError+sptr->Integral*sptr->LastError+sptr->Derivative*sptr->PreError;//总体增量
sptr->PreError=sptr->LastError;//存储误差用于下次运算
sptr->LastError=ThisError;
return（templ）;//还回增量
}
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