数控直流电压源设计.doc
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1、编号: 智能电子综合设计 与制作实训 (论文) 明书题 目: 数控直流电压源设计 院 (系): 信息与通信学院 专 业: 电子信息工程 学生姓名: 学 号: 指导教师: 20011年 12月 22 日摘要本设计是以AT89C52单片机为核心控制芯片,实现数控直流电源功能的方案。设计采用8位精度的DA转换器DAC0832和UA741运算放大器构成稳压源,实现了输出电压范围为0+10V,电压步进0.1V的数控稳压电源,具有较高的精度与稳定性。另外该方案采用了两个按键实现输出电压的方便设定,具有微调整功能,显示部分我们采用了LED数码管来动态显示输出电压值。我们自行设计了15V和5V电源为系统供电。
2、该电路的原理是通过MCU控制DA的输出电压大小,通过放大器放大,放大后的电压作为TIP41C的参考电压,真正的电压还是由射极跟随器输出。利用两个按钮调整电压、并且通过共阴极数码管D显示输出的电压值。设计使用3个一位数码管,可以显示三位数,一个小数位,比如可以显示5.9V,采用动态扫描驱动方式。与传统的稳压电源相比具有操作方便,电源稳定性高以及其输出电压大小采用数码显示的特点。关键词:数控;步进;动态显示;射极跟随器AbstractThe design is with the MCU AT89C52 for the core control chip, which carry out the p
3、roject that the function of the number controls the direct current power supply. Designed with the precision of eight DA converter DAC0832 and UA741 Operational Amplifiers constitute Regulators source, the output voltage range of 0 V +10 V, 0.1V voltage step NC Regulators Power, it has with high pre
4、cision and stability. Meanwhile, the program used only two keys to achieve the convenience of the output voltage setting, with setting value adjustments. It has functions which can carry out micro-adjustment (Stepping volume 0.1). The show part we have adopted a three-dimensional digital pipe to sho
5、w the output voltage value. And we designed the 15V and 5V power supply system for electricity. The principle of that electric circuit was that the output voltage size which passes the MCU to control DA, passing the amplifier amplification, and the voltage is the reference voltage of the TIP41C. And
6、 the real voltage is still the emitter follower outputs are from the voltage mold piece. Making use of two buttons to adjustment voltages, and pass the Common anode tubes display to display the outputs voltage .In this design I used 3 piece code tubes, which can show three position numbers, one of t
7、hem is a fraction position. For example, it can show a 5.9 Vs. In this design I adopt the scan to drive way is dynamic state sweep. With comparison of traditional steady press power, it has an operation convenience. The power supply stability high characteristics, its exportation electric voltage si
8、ze adoption figures show.Key word: Numerical Control;Stepping;Dynamic display;emitter follower 目录引言11数控直流电压源的现状和研究21.1数控直流电压源的现状21.2数控直流电压源的研究22设计方案32.1原理介绍32.2设计方案优势43芯片的功能及原理43.1单片机AT89C52芯片43.2数模转换器DAC083253.3集成运放UA74164硬件电路的设计64.1D/A转换电路64.2电压调整电路74.3电压预置复位电路84.4键盘电路84.5显示电路94.6电源电路95软件系统的设计105.
9、1软件设计原理105.2显示子程序流程图115.3键扫子程序流程图126调试136.1数控部分136.2D/A部分146.3遇到的问题及解决方法147结论15谢辞16参考文献17附录18引言稳压电源按输出电压的类型分为直流稳压电源和交流稳压电源。其中直流稳压电源是电子技术常用的设备之一,直流稳压电源有许多基本功能和要求,例如输出电压值能够在额定输出电压值以下任意设定和正常工作;对输出的电压值要求精确的显示和识别。而普通的直流稳压电源或多或少存在这样或那样的问题,它们的电压输出是通过波段开关和电位器来控制的,当输出电压需要精确输出,或者在一个小范围内微调时,困难相对来说就很大;而且,随着使用时间
10、的增加,模拟电路元器件在使用过程中难免发生磨损,波段开关与电位器均会或多或少产生接触不良现象,这会造成电压输出的误差。另外,传统的串联型稳压电路构成较为复杂,稳压精度不高。总体来说,传统稳压电源实现方式亟待改进。现当代社会是信息技术不断发展的社会,模拟技术逐渐被更为优越方便的数字技术取代,大规模的社会化生产也要求更高的技术和效率。众多家用电器以及各类电子电气设备均需要直流稳压电源对其进行供电。而我们生活中用电均为220v的交流供电,这就需要通过变压、整流、滤波、稳压电路将交流电转换成稳定的直流电。滤波器用于滤除整流输出电压中的纹波,一般传统电路由滤波扼流圈和电容器组成,若由晶体管滤波器来替代,
11、则可缩小直流电源的体积,减轻其重量,且晶体管滤波直流电源不需直流稳压器就能用作家用电器的电源,这既降低了家用电器的成本,又缩小了其体积,使家用电器小型化。基于单片机控制的数控直流电压源可以克服模拟稳压电源构成复杂,元器件磨损严重,稳压精度不高,读数不方便等缺点,更稳定更直观的完成模拟稳压电源的任务。而且成本小,经济实惠,便于在大规模的社会生产中采用。所以,对于数控直流电压源的研究与设计步进是技术上的革新,而且有实际的经济性,可以提高生产效率,是现代工业生产应用中的不二选择。数控直流电压源是与普通直流电压源相比,具有输出电压不连续变化的特点并且能由数码管显示,可以由“”、“”两键分别控制输出电压
12、步进增减输出电压。本例设计的电压源输出电压的范围:010V,步进0.1V,纹波不大于10mV,除具有以上显示控制功能外还能实现输出电压可预置在010V之间的任意一个值;用自动扫描代替人工按键,实现输出电压变化(步进0.1V不变),以及通过接入单稳态电路,可以克服按键抖动引起的误动作,运用计数器的反馈清零接法,起到防止误操作的作用。1数控直流电压源的现状和研究1.1数控直流电压源的现状在我国,以电力电子学为核心技术的电源产业,从二十世纪60年代中期开始形成,到了90年代以来,电源产业进入快速发展时期。一方面, 电源产业规模的发展在加快;另一方面,在国家自然科学基金的资助下或创新意识指导下,我国电
13、力电子技术的研究从吸收消化和一般跟踪发展到前沿跟踪和基础创新,电源产业界涌现了一些技术难度较大,具有国际先进水平的产品,而且还产生了一大批具有代表性的研究成果和产品;目前国内还开展了跟踪国际多方面前沿性课题的研究或基础创新研究。但是我国电源产业与发达国家相比,存在着很大的差距和不足:在电源产品的质量、可靠性、开发投入、生产规模、工艺水平、先进检测设备、智能化、网络化、持续创新能力等方面的差距为10-15年,尤其在实现直流稳压电源的智能化、网络化方面的研究不是很多。目前国内在这两方面研究比较多的是成都电子科技大学和广州华南理工大学,主要是利用单片机和可编程系统器件(PSD)来控制开关直流稳压电源
14、或数制化电压单元达到数控的目的,但和国外的比较起来,效果不是很理想,还有很大的差距。国内厂家生产的直流稳压电源虽然也在向数字化方向发展,但多限于对输出显示实现数码显示,或实现多组数值预置。总体说来,国内直流稳压电源技术在实现智能化等方面相对落后,面对激烈的国际竞争,是个严重的挑战。电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性很强的工程技术,服务于各行各业。电力电子技术是电能的最佳应用技术之一。当今电源技术融合了电气、电子、系统集成、控制理论、材料等诸多学科领域。随着计算机和通讯技术发展而来的现代信息技术革命,给电力电子技术提供了广阔的发展前景,同时也给电源提出了更高的要求。随着数控电源在电子装置中的
15、普遍使用,普通电源在工作时产生误差,会影响整个系统的精确度。电源在使用时会造成很多不良后果,世界各国纷纷对电源产品提出了不同要求并制定了一系列的产品精度标准。只有满足产品标准,才能够进入市场。随着人们生活水平的不断提高,数字化控制无疑是人们追求的目标之一,它所给人带来的方便也是不可否定的,其中数控制直流稳压电源就是一个很好的典型例子。但人们对它的要求也越来越高,要为现代人工作、科研、生活提供更好更方便的设施,就需要从数字电子技术入手,一切向数字化和智能化方向发展。1.2数控直流电压源的研究随着时代的发展,数字电子技术已经普及到我们生活、工作、科研等各个领域,本文将设计一种数控直流电源,本电源由
16、电源电路、显示电路、控制电路、数模转换电路,电压调整电路五部分组成,含有单片机系统、键盘、数码管显示器、D/A转换电路、电压反相放大电路,稳压电路等几部分。单片机系统选用AT89C51型号单片机,独立式键盘,采用DAC0832输出模拟量,UA741作反相放大器件,由TIP41C组成的射极跟随器作稳压器件。电源电路负责提供各个芯片电源、数码管、放大器所需电压;显示电路用于显示电源输出电压的大小,并直观的显示按键电路对电压的调整;控制电路在本设计中居于中心大脑地位,负责数据的处理与传送,将数字信号传递给数模转换电路,将键盘电路的调整输出给数模转换电路和显示电路;数模转换电路负责将数字信号转变为模拟
17、电压信号并输出给电压调整电路;电压调整电路负责将数模转换电路输出的电压信号倒相放大传送给稳压电路;整个系统的最后一步稳压电路,负责把最后形成的直流电压信号输出。该数控直流稳压电源与传统的稳压电源相比具有直观,操作方便,电源稳定性高以及输出电压大小可精细调节等特点。本数控直流电压源,可以达到每步电压调整0.1V的精度,输出电压范围0V至10V,电流可以达到3A。针对以上问题,本课题设计了一种以单片机为核心的数控式高精度简易直流电源的设计,该电源采用数字调节、闭环实时监控、输出精度高,特别适用于各种有较高精度要求的场合。其设计方法是由单片机通过D/A,控制驱动模块输出一个稳定电压,同时稳压方法采用
18、TIP41C组成的射极跟随器进行调整,输出电压通过电阻反馈给运放,与设定值进行比较,若有偏差则调整输出。工作过程中,单片机输出驱动数码管显示,通过键盘可设置和调整电压值。该电路具有设计简单,应用广泛,精度较高等特点。2设计方案2.1原理介绍本设计采用AT89C52芯片作为单片机的控制单元,以常用的DAC0832作为D/A转换单元,AT89C52芯片的P0口和DAC0832的数据口直接相连,DA的,接地,让DA工作在直通方式下。DA的8脚接参考电压,DA的参考电压接5V电源,所以在DAC的8脚输出电压的分辨率为5V/256约等于0.02V,也就是说DA输入数据端每增加1,电压增加0.02V。通过
19、运放UA741将DA的输出电流转化为电压,再通过运放UA741将电压反相并放大。最后经射极跟随器(功率放大,减小输出内阻提高带负载的能力)输出数控可调电压。其具体硬件框图如图2.1所示: 输出89C51单片机电源电路电压预置键盘电路电压调整D/A转换显示电路图2.1 数控直流电压源硬件框图2.2设计方案优势89C52单片机作为一个整体,完成整个数控部分的功能。89C52作为一个智能化的可编程器件,便于系统功能的扩展。方案中使用运算放大器放大电压,由于运算放大器具有很大的电源电压抑制化,可以大大减少输出端的纹波电压,避免了线性调压电源整流滤波后的纹波对输出的影响。该方案中采用三位数码管直接对电压
20、值进行显示,可以直观明了的反映电压值以及其对按键所作出的电压变化。根据上述数控直流电压源硬件框图2.1,我们选用以下芯片来实现该数控直流电压源的硬件电路接线:AT89C52单片机,DAC0832数模转换器,集成运放UA741,TIP41C组成的射极跟随器等。3芯片的功能及原理3.1单片机AT89C52芯片本课题设计的直流稳压电源的核心控制器件选用AT89C51。AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压,高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机。该器件采用ATME
21、L高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器,AT8920C51是他的精简版,为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案,引脚图如图3.1。图3.1 AT89C51引脚图3.2数模转换器DAC0832DAC0832是8分辨率的D/A转换集成芯片。与微处理器完全兼容。它的特点有,分辨率为8位,电流稳定时间1us,可单缓冲、双缓冲或直接数字输入,需要+5V+15V的电源供电。DAC0832是一种典型的8位转换器,内部为双缓冲寄存器即输入寄存器和DAC寄存器,
22、、分别为该寄存器的写信号输出端,ILE为输入锁存使能端,高电平有效,为片选端,为传输控制端,它和共同控制DAC寄存器的工作状态。 DAC0832有两个接地端,一般情况下,这两个地端均并联接地。DAC0832的D/A转换电路为倒T型R-2R电阻网络,故有Iout1和Iout2两个电流输出端,根据不同的电路组成,该芯片可以有两种输出模式,一种为电流输出模式,这种模式基准电压加在VREF端,由Iout1,Iout2输出的电流经运算放大器相加后输出;另一种为电压输出模式,这种模式基准电压加在Iout1和Iout2之间,模拟电压加从VREF端输出。本设计采用电流输出模式,再使输出电流通过一个高输入阻抗的
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- 数控 直流 电压 设计
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