數(shù)控直流穩(wěn)壓源的課程設計

1、<p>　　數(shù)控直流穩(wěn)壓源的設計</p><p>　　1 系統(tǒng)描述即設計要求</p><p>　　數(shù)控直流穩(wěn)壓電源是將家用電220V的交流電轉(zhuǎn)換成直流電壓，然后通過微控</p><p>　　制器將直流電壓分成不同的范圍進行輸出，即實現(xiàn)多范圍直流電壓輸出。本次試驗將220V的家用交流電轉(zhuǎn)換成5V直流電壓，再通過微控制器將5V的直流電壓分成不同的范圍輸出，如

2、：1V，2V，3V，4V，5V。</p><p>　　1．1 數(shù)控直流穩(wěn)壓電壓的作用</p><p>　　現(xiàn)在社會電子器件使用的電源基本上都是直流電源，范圍一般在0——12V左右，例如小孩的玩具車，開發(fā)板的供電電壓等等。然而我們生活中用電為220V的交流電，絕對不能作為電子器件的電源。因此，這就需要我們備有直流電源，但是直流電源的型號很多，有時只需一種無法滿足我們的需要，為了克服這個問題

3、，數(shù)控直流電源就孕育而生。它基本上能夠滿足絕大多數(shù)電子器件的供電要求。因此學會制作數(shù)控穩(wěn)壓直流電源對生活的用處很大。</p><p>　　1.1.1 實現(xiàn)目標</p><p>　　數(shù)控直流穩(wěn)壓電源主要有穩(wěn)壓電路和控制電路兩部分組成。穩(wěn)壓電路主要完成的任務是將220V的交流電壓穩(wěn)定的輸出為5V的直流電壓；控制電路的主要任務是將5V的直流電壓通過控制器分別輸出0.5V，1.0V，1.5V，2

4、.0V，2.5V，3.0V，3.5V，4.0V，4.5V，5V的直流電壓。</p><p><b>　　2 方案論證</b></p><p>　　實現(xiàn)數(shù)控直流穩(wěn)壓電源的方法有很多，根據(jù)要求的精度來分大致可以分為簡易數(shù)控直流穩(wěn)壓電源和高精度數(shù)控直流穩(wěn)壓電源。我所設計的為簡易數(shù)控直流穩(wěn)壓電源，其精度不很高。開始為制定的大致方案分為兩類：開環(huán)式數(shù)控直流穩(wěn)壓電源和閉環(huán)式數(shù)控

5、直流穩(wěn)壓電源。</p><p>　　2.1 開環(huán)式數(shù)控直流穩(wěn)壓電源和閉環(huán)式數(shù)控直流穩(wěn)壓電源</p><p>　　開環(huán)式數(shù)控直流穩(wěn)壓電源，顧名思義，就是整個系統(tǒng)沒有形成一個環(huán)路，是開放的。它通過微控制器控制一個數(shù)模轉(zhuǎn)換器件（DAC）將5V的直流電壓轉(zhuǎn)換成不等范圍的直流電壓直接輸出，而沒有再通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）反饋到微控制器去控制數(shù)碼管的輸出，此時數(shù)碼管的輸出主要有測量好電壓的程序控制。

6、此方案簡單容易操作，成本比較低，然而數(shù)碼管顯示的電壓與實際輸出的電壓有誤差。閉環(huán)式數(shù)控直流穩(wěn)壓電源不僅用到數(shù)模轉(zhuǎn)換器件輸出電壓，而且輸出的電壓還要經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器反饋到為控制器中去控制數(shù)碼管的顯示。這樣數(shù)碼管顯示電壓與實際數(shù)模轉(zhuǎn)換器件輸出的電壓相符合，其精度高，誤差小，但是由于另加了模數(shù)轉(zhuǎn)換器使其成本增加。模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器易受到外界的影響，加上手工焊接工藝，受到外界的影響更大，出現(xiàn)不穩(wěn)定。考慮到制作成本和對精度的要求以及整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性，

7、我選用開環(huán)式數(shù)控直流穩(wěn)壓電源的設計方案。</p><p><b>　　3 硬件設計</b></p><p>　　開環(huán)式數(shù)控直流穩(wěn)壓電源主要穩(wěn)壓電路和控制電路兩部分組成。穩(wěn)壓電路主要有變壓器、整流橋、穩(wěn)壓器件（7805）組成來實現(xiàn)交流變直流的功能；穩(wěn)壓電路主要有單片機（89C51）、數(shù)模轉(zhuǎn)換器（ADC0832）、數(shù)碼管組成來實現(xiàn)直流電壓的步進輸出。 </p>

8、;<p>　　3.1 系統(tǒng)的原理方框圖</p><p>　　開環(huán)式數(shù)控直流穩(wěn)壓電源框圖</p><p>　　穩(wěn)壓電路各部的波形如下：</p><p>　　220V交流電 降壓后的波形</p><p>　　整流后波形 濾

9、波后的波形</p><p>　　從上面的波形的變化可以看出：220V的交流電經(jīng)過降壓器降低幅度（U1=Ui/N），然后經(jīng)過整流橋變成變化的直流電（U2=0.9*U1），在經(jīng)過濾波電路形成變換緩慢的直流電（U3=1.2*U1），最后經(jīng)過穩(wěn)壓器件輸出穩(wěn)定的5V直流電壓。</p><p>　　微控制器通過程序控制DAC0832的輸出，從而實現(xiàn)步進電壓的輸出，然后通過數(shù)碼管顯示。</p>

10、;<p>　　3.2 元器件選型</p><p>　　按照實驗的要求，穩(wěn)壓電路輸出的為5V的直流電壓，因此穩(wěn)壓管選用7805。穩(wěn)壓器件（7805）輸出的為5V直流電壓，其輸入電壓一般為9-15V之間。假設降壓器的輸出為U1，濾波電容的耐壓值應大于，而濾波后的平均電壓為1.2*U1，通過計算U1的值大約在7.5~9.5之間，及降壓器的匝數(shù)比N=220/(7.5~9.5)。一般取穩(wěn)壓器件的輸入電壓為1

11、1V左右，因而選用降壓器的匝數(shù)比為24。濾波電容的耐壓值至少為15V，因此我選擇的濾波電容為100uf,耐壓值為25V。而整流橋選用的是用4個1n4001二極管組成的整流橋。</p><p>　　控制電路的微控制器選用的為單片機89C51，數(shù)模轉(zhuǎn)換器件使用的為DAC0832。DAC0832是8分辨率的D/A轉(zhuǎn)換集成芯片，與微處理器完全兼容。此DA芯片以其價格低廉、接口簡單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點，在單片機應用系統(tǒng)中得

12、到廣泛的應用。D/A轉(zhuǎn)換器由8位輸入鎖存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路構成。 由于DAC0832輸出的是電流，而要求輸出的為電壓，因此需要外接運算放大器或電阻將電流輸出轉(zhuǎn)換成電壓輸出，而采用外接電阻是，輸出的電壓很難控制，因為不好找到一種對應的線性關系。為了量測方便我選用合適的外接運算放大器。由于顯示電壓精確到小數(shù)點后一位，因為我選用2個共陰極的數(shù)碼管來顯示輸出電壓。在整個電路中，穩(wěn)壓管7805輸出的電壓要與D

13、AC0832的參考電壓VREF引腳相連。其DAC的輸出值為，其中D為D0—D7對應的十進制數(shù)。</p><p>　　DAC0832 </p><p>　　7805的部分參數(shù)：</p><p>　　DAC0832的主要參數(shù)：</p><p><b>　　分辨率為8位；</b></p&

14、gt;<p>　　1.電流穩(wěn)定時間1us；2.可單緩沖、雙緩沖或直接數(shù)字輸入；</p><p>　　3.只需在滿量程下調(diào)整其線性度；4.單一電源供電（+5V～+15V）；</p><p>　　5. 低功耗，20mW。</p><p>　　3.3 硬件主電路</p><p>　　數(shù)控直流穩(wěn)壓電源由穩(wěn)壓電路和控制電路兩部分組成。&

15、lt;/p><p>　　穩(wěn)壓電路電路圖如下圖所示：</p><p>　　控制電路電路圖如下如所示：</p><p>　　注：將穩(wěn)壓電路中7805的輸出引腳與控制電路中DAC0832的VREF引腳相連即可組成完整的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源電路。</p><p><b>　　4 軟件設計</b></p><p>

16、;　　實現(xiàn)直流電壓的步進輸出主要靠軟件完成。DAC0832輸出的電壓為</p><p>　　其中D為D0—D7對應的十進制數(shù)。因此D0—D7的值控制著DAC0832的輸出，而0832又由單片機89C51控制，控制D0—D7引腳的程序直接控制著08532的輸出。</p><p>　　4.1 軟件設計思想及主流程</p><p>　　程序直接控制著0832的D0—D7

17、的引腳，因此引腳驅(qū)動程序不同，0832的輸出就不一同。因此只要編寫的程序控制著不同引腳輸出就可以達到步進輸出的目的。由于本實驗的步進0.5，及把5V的電壓成9個不同的輸出。然而D0—D7共有256種組合，只要在這256種組合中挑選合適的9種組合即可。首先經(jīng)過編程測試找出符合要求的9種組合，然后通過按鈕式輸出不同的組合，從而控制0832的輸出，并用數(shù)碼管進行顯示。</p><p>　　4.2 流程框圖及關鍵代碼&

18、lt;/p><p>　　DAC0832數(shù)/模轉(zhuǎn)換程序流程圖</p><p><b>　　程序代碼：</b></p><p>　　#include<reg52.h></p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　int flag,m,n;&l

19、t;/p><p>　　sbit key1=P1^0;</p><p>　　uchar code table[]={</p><p>　　0xbf,0x86,0xdb,0xcf,</p><p>　　0xe6,0xed,0xfd,0x87,</p><p>　　0xff,0xef};</p><p>

20、　　uchar code table1[]={</p><p>　　0x3f,0x06,0x5b,0x4f,</p><p>　　0x66,0x6d,0x7d,0x07,</p><p>　　0x7f,0x6f};</p><p>　　void delay(uchar z);</p><p>　　void displa

21、y(uchar num);</p><p>　　void main()</p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　P0=0x00;</b></p><p><b>　　P2=0x00;</b></p><p><b&

22、gt;　　P3=0xff;</b></p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(key1==0)</p><p><b>　　{</b></p><p><b&

23、gt;　　delay(5);</b></p><p>　　if(key1==0)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　flag++;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　whil

24、e(!key1);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(flag==1)</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　P0=0x19;//0.5V</p><p>　　display(5);</p><p

25、><b>　　}</b></p><p>　　if(flag==2)</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　P0=0x33;//1V</p><p>　　display(10);</p><p><b>　　}</b>&

26、lt;/p><p>　　if(flag==3)</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　P0=0x4d;//1.5V</p><p>　　display(15);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(

27、flag==4)</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　P0=0x67;//2V</p><p>　　display(20);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(flag==5)</p><p&g

28、t;<b>　　{ </b></p><p>　　P0=0x81;//2.5V</p><p>　　display(25);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(flag==6)</p><p><b>　　{ </b&g

29、t;</p><p>　　P0=0x9a;//3V</p><p>　　display(30);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(flag==7)</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　P0

30、=0xb4;//3.5V</p><p>　　display(35);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(flag==8)</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　P0=0xcd;//4V</p><

31、;p>　　display(40);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(flag==9)</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　P0=0xe7;//4.5V</p><p>　　display(45);</

32、p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(flag==10)</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　P0=0xff;//5V</p><p>　　display(50);</p><p><b>　

33、　}</b></p><p>　　if(flag==11)</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　P0=0x00;//0V</p><p><b>　　flag=0;</b></p><p><b>　　P3=0xff;<

34、;/b></p><p><b>　　P2=0x00;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void delay(

35、uchar z) //延遲程序</p><p><b>　　{</b></p><p>　　uchar x,y;</p><p>　　for(x=z;x--;x>0)</p><p>　　for(y=110;y--;y>0);</p><p><b>　　}</b>

36、;</p><p>　　void display(uchar num) //數(shù)碼管顯示程序</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　n=num/10;</b></p><p><b>　　m=num%10;</b></p><p&

37、gt;<b>　　P3=0xfe;</b></p><p>　　P2=table[n];</p><p><b>　　delay(5);</b></p><p><b>　　P3=0xfd;</b></p><p>　　P2=table1[m];</p><

38、p><b>　　delay(5);</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　程序主要有DAC0832的驅(qū)動程序、數(shù)碼管的顯示程序和按鍵的掃描程序構成。</p><p><b>　　5 系統(tǒng)調(diào)試</b></p><p>　　電子設計中最要的一個

39、環(huán)節(jié)就是仿真。而仙現(xiàn)在實現(xiàn)電子電路仿真的軟件非常多，我用的仿真軟件是Proteus。剛開始我把設計的原理圖手工畫在作業(yè)紙上，可是無法判斷其是否正確，因此這就需要在Proteus進行仿真。由于這個軟件用的不太熟練，在軟件中找到正確的元器件對于我來說就有點困難。只好在圖書館借相關的書籍進行查詢。找到正確的元器件后，就需要我們手動設計元件的參數(shù)，如交流電壓的幅度：220*1.414，降壓器的匝數(shù)比，濾波電容的參數(shù)等等。等把所有的后續(xù)工作完成后

40、，我開始布線進行仿真階段?？墒欠抡娴慕Y果卻讓我失望，穩(wěn)壓管（7805）輸出的電壓不是5V，而是非常低的一個值。根據(jù)這個問題我開始軟件中自帶的電壓表對7805的輸入端進行測量，發(fā)現(xiàn)其輸入的電壓值遠遠低于規(guī)定值。于是我初步判斷應該是變壓器的參數(shù)設置的不太合理。我打開變壓的屬性框，發(fā)現(xiàn)有些地方的參數(shù)設置的不對。修改后再次測試7805的輸出為穩(wěn)定的5V。為了直觀判斷穩(wěn)壓管是否有電壓輸出，我在其輸出的兩側(cè)接了一個指示燈和限流電阻，用來提示穩(wěn)壓管是

41、否正常工作。</p><p>　　穩(wěn)壓電路仿真成功后，接下來做的是控制電路的仿真?？刂齐娐分饕蓡纹瑱C和DAC0832以及兩個共陰極的數(shù)碼管組成。待把控制電路布線好之后，不能進行仿真，這是由于單片機中還沒有下載驅(qū)動程序。接下來就是寫驅(qū)動程序，程序中主要有兩個模塊組成，一個是DAC0832的驅(qū)動程序，另一個是數(shù)碼管現(xiàn)實的驅(qū)動程序。由于使用的數(shù)/模轉(zhuǎn)換為并行口，因此其程序比較簡單。數(shù)碼管驅(qū)動用的是動態(tài)掃描程序，這樣可

42、以節(jié)省單片機的I/O端口。剛開始使用的是若干開關去控制DAC0832的輸出，可是這樣開關比較多，掃描程序教復雜且成本增加。于是我更改為一個開關的復用，通過對一個開關的操作，就可以是實現(xiàn)直流電壓的步進輸出。待把程序?qū)懞弥?，便可把其下載到單片機中，同時測試程序與電路的正確性。通過開關的控制逐次每次的輸出是否符合要求。發(fā)現(xiàn)部分顯示不正常，那是程序的問題，通過不斷地修改和完善程序，最終使數(shù)碼管的顯示和DAC0832的輸出相符合。即控制電路完成

43、。值得注意的是，在仿真電路中，單片機可以沒有時鐘電路和復位電路，可是在實際的電路中必須含有單片機的時鐘電路和復位電路。最后把7805的輸出端接到0832的VREF端，整個電路就完</p><p><b>　　設計心得</b></p><p>　　數(shù)控直流穩(wěn)壓電源在我們生活中的用處非常多，諸如小孩的玩具、生活小的家用電器、我們學習用的開發(fā)板……當把簡易的數(shù)控直流穩(wěn)壓電流

44、設計出來時，內(nèi)心</p><p>　　有成就感，感覺到自己所學的知識運用到實際的生活中去，感覺到知識的力量。它需要我們留心觀察和細心思索，努力探索生活中實物的本質(zhì)，并結合我們所學得知識分析它到達改善和創(chuàng)新的目的。</p><p>　　電子的制作盡可能做仿真，這樣能保障我們設計的原理正確，按照仿真圖去焊接實物。當我們的電路出現(xiàn)問題時，不要心慌，而是靜下心來慢慢思索。根據(jù)電路的原理和出錯的現(xiàn)象

45、估計出錯的模塊電路，如果不容易找到，一般采用萬用表逐點測量，知道查找到錯誤的地方為止。在寫控制電路的驅(qū)動程序時，要注意分層，這樣易于理解和修改。而且我們要有耐心，因為我們要在256中組合中找出合適的9種組合，這就需要我們不斷地測試和修改。整個程序?qū)懞弥?，還要對程序進行優(yōu)化，使程序盡可能的簡練。總之一句話，在制作電子器件的過程中要細心和耐心。</p><p>　　我所設計的數(shù)控穩(wěn)壓直流電源比較完善。基本上能滿足小

46、型電子器件的供電要求，精度可以達到小數(shù)點后一位，步進為0.5。而且數(shù)碼管的顯示和數(shù)/模轉(zhuǎn)換實際的輸出符合一致。但是面對較大型號的電子器件它不能滿足電源要求，需要進一步改進變化范圍，而且整個電路輸出的電壓為負值，在我們外接電路時要時刻注意，不能接錯引腳，這就給人們的正常思維帶來不便。</p><p>　　這個簡易的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源雖然能滿足小電子器件的要求，但總體來說不能精確，輸出范圍不能大，數(shù)碼管和實際的輸出有誤

47、差。因此如果想要得到理想的輸出效果，需要我們進一步的改進。</p><p>　　生活中我們要勤動手與勤思考，把我們所學的知識盡可能的運用到實踐中去。</p><p><b>　　參 考 文 獻</b></p><p>　　[1] 童詩白，華成英.模擬電子技術基礎（第四版）.清華大學電子學教研組，高等教育出版，2006</p>&

48、lt;p>　　[2] 閻石.數(shù)字電子技術基礎(第五版). 清華大學電子學教研組，高等教育出版，2005</p><p>　　[3] 肖看，李群芳.單片機原理、接口及應用, 北京：清華大學出版社，2010</p><p>　　[4] 陳中平.基于Proteus的51系列單片機設計與仿真（第2版）,北京：電子工業(yè)出版社，2012</p><p><b&