简易数控直流电源的制作原理

简易数控直流电源的制作报告

内容摘要

本设计根据任务要求可分为变压整流模块、放大稳压输出模块、限流模块、人机模块、DA及比较模块、AD电压电流采集以及单片机控制部分。本设计以稳压输出模块采用的大功率三极管MJE3055为核心，供电模块由变压器、整流桥组成，外围采用键盘输入数据经DA转换后的电压与输出电压进行比较后控制三极管的基极电流的大小达到稳压输出的作用，具有可调的限流输出，电压电流的幅值测量采用放大器采集电阻上的分压经AD转换后输入单片机进行数据处理后输出到12864显示。该系统操作简单，输出电压稳定，限流可靠，实用性强。

关键词：stc12c5a32ad 线性稳压 限流

设计任务

设计出有一定输出电压范围和功能的数控电源。其原理示意图如下：

设计要求

1．基本要求

（1）输出电压：范围0～＋9.9V，步进0.1V，纹波不大于10mV； （2）输出电流：500mA； （3）输出电压值由数码管显示；

（4）由“＋”、“－”两键分别控制输出电压步进增减；

（5）为实现上述几部件工作，自制一稳压直流电源，输出±15V，＋5V。

2．发挥部分

（1）输出电压可预置在0～9.9V之间的任意一个值；

（2）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）； （3）扩展输出电压种类（比如三角波等）。

一、系统方案选择与论证

1.1 总体方案论证

方案一：采用单片机作为主控制器控制产生PWM波经电容滤波后得到等效输出电压经运放放大后与输出进行比较后控制稳压部分进行电压调节达到控制输出电压的目的。此方案电路结构简单，但430输出最大电压3.3V，输出电压不够精确。

方案二：采用单片机来实现系统的控制，其中电压的控制部分用外围DA将输入的数据进行转化与输出电压进行比较，进而达到输出电压跟随输入数据的目的， 因此系统控制灵活，数据输入加专业DA 转换，使输出更加稳定、精确。

因此，本次设计采用方案二。

1.2 数控稳压电源原理与设计

数控线性电压源原理：

Uo?R1?R2UDACR2实质：单片机控制DAC以改变基准

1.3 单片机控制模块

方案一：采用stc12c5a32ad，这种单片机有32kB Flash，其中部分可以作为EEPROM使用；有1280Bytes RAM，其中256Bytes 是基本RAM，其他是扩展RAM，需要采用外部RAM方式访问；有2路10位ADC，可以简化外部硬件；多组PWM输出，可以免除外部DAC；有上电复位电路和看门狗，可以大大降低最简系统成本和体积；有多种封装，可以便于选用。

1.4 DA转换模块

采用DAC7821芯片，通过单片机将键盘输入的电压值转换成相应的数字量送到DAC7821，再通过芯片与外围电路将这一数字量转换为对应的电压。该方案的优点在于原理简单，精确度比较好。

根据题目要求，DA转换模块的主要作用是根据键盘输入的电压产生合适的电压送给比较器，与输出端反馈来的电压进行比较，达到稳压的目的。

1.5人机模块

键盘输入的主要目的是实现数字控制输入电压，能够将设定电压手动的输入到单片机。 仅仅使用5个按键，分别实现+1V，-1V，+0.1V，-0.1V和清0的功能，该方案的优点在于，不需要定时扫描，节约资源。

显示模块的主要作用是将设定的初始电压以及实际输出的电压和电流显示出来。使用1602液晶显示。液晶显示屏耗电量低，显示稳定不闪烁，而且可视面积大，换面效果好，可以显示汉字等各种符号，简单直观友好。

1.6放大稳压输出模块

采用大功率三极管MJE3055等分立原件，利用DA与输出比较后提供基极电压，这一方案可以实现数控，控制起来更加方便，三极管的供电电源可以根据输出进行动态选择。

1.7 过流保护模块

该模块的主要作用是防止输出电流过大，保护时使电流稳定在限流值而输出电压降低。

方案一：软件保护方式。将输出电流经过AD采样后反馈到单片机，一旦电流值过大，则单片机动作切断电路或更改继电器的通断，这样可以简化电路，但是实时性比较差，不能实现过流后的横流输出。

方案二：硬件保护方式。在原有电路的基础上加上一个由晶体管构成的过流保护电路，一旦电流超过限流值则该电路导通，使电流稳定在限流值。

本系统考虑保护模块由软件方式设计会使程序进一步复杂化，而硬件电路比较简单而且易行，因此决定采用硬件为主，软件为辅的方式。

二、系统原理及设计论证

2.1 系统总体结构

根据题目的具体要求，系统要求实现直流稳压电源，研究总体方案，将硬件系统主要划分为单片机控制模块，DA转换模块，电压比较模块，电压电流采样模块，限流保护模块，键盘输入和液晶显示模块等六个模块。图1-1是系统总体结构框图。

图1-1 系统总体结构图

交流输变压器变整流滤波 液晶显示 调整电路 按键输入 8051控DA输出 电压输入与输出反限流保护 AD电流采集 输出

为实现上述系统模块的功能，下面对各个功能模块的具体实现方案进行进一步论证。

2.2单片机最小系统及按键显示部分

单片机的电路图如下：

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