数控直流稳压电源设计本科论文

数控直流稳压电源

摘要:

本系统以实现直流稳压电源的模拟、数字双线控制为目的,用AT89S52单片机作为主控制芯片,以ICL7107作为数显转换核心，实现对电源输出电压的数字控制及数字显示。

关键词：直流稳压，数字电位器，数控

一、作品介绍

本系统电路主要包括五大部分:

●整流滤波保护电路

●+5V稳压电路

●可调稳压电路

●数控电位器

●单片机系统

●数字显示电路

本系统主要特点：

●采用负反馈截流式过流保护方案，电源使用更安全。

●输出电压范围大，可输出1.25-22V

●采用分立元件搭建分压电阻网络，由单片机控制

●基于ICL7107的独立数字显示电路，显示精度高达0.01V

二、系统方框图

三、各模块的设计

1、整流滤波保护电路

整流电路采用最常用的全桥整流方案。保护电路的设计原理如下：

场强效应管RFP25n06的特性是g极高电平时导通，低电平是截止。要使电路能在过流有效地截断，就必须使Q2导通，使电平下拉，此时25n06截止。要使Q2导通，则要使其Vbe大于或等于0.7V（但此电路实际导通电压只要0.2V，原因未查出）。由于Vbe=Vr8+Vr4-Vr6,故要调节R8、R6，使得R8的电压略小于R6的电压，此时使Q2能有效的截止，25n6导通，电路正常工作；当电路过流时，R4压降增大，使得Vbe达到导通要求，故能使得Q2能导通，25n06截止，起到保护电路的作用。S4起到复位功能，在过流保护后，连通三极管的b、e两端，使其重新截止，使Q1重新导通，从而连通电路，

其余部分（C4、D1、R2、R3、R5、R7、DS1、R？、C3的作用）：

1.在电路正常工作时，可以点亮DS1，起指示作用；

2.D1起减压作用；

3.R2.R3.R5.R7起分压作用保护元件，R3还起到是Q1的G、S极电平差的作用；

4.C3的作用：由于之后的的滤波电路存在一个470uF的电容，会导致在电路接通瞬间产生大电流从而激发过流保护电路使电路断路，导致电路无法正常工作，而设置一个C3，可在电路接通瞬间起到一个分流作用——电路接通时，电容充电，在大电流流过电路稳定之后，通过R3放电，从而解决了瞬间大电流的问题。

调试：

不断地改变R6与R8的值，使其正常工作时能保证Q2截止，而且也能保证电流大于700mA时Q2导通，最终调试后的Vr6=5V，Vr8=4.5V,电路可起到保护作用

存在的问题：

虽然电路可能正常的保护，但在场强效应管截止时，其输出端输出的电压不为零，而是几伏，原因在于R6电阻的存在，使得输入与输出构成一个回路，但总的来说影响不大。

图中绿色方框部分为滤波电路，对于简单电路，可通过大中小三种电容基本上滤去大部分纹波，比如本图中之前的1000uF、10uF、104分别滤去高频中频低频三种纹波，但是由于之后的470uF会使电路在接通瞬间启动过流保护功能，须作调整，解决方法上面已给出，此处不再赘述。

2、+5V稳压电路

电路通过LM7805稳出一路+5V的恒压输出，同时为单片机系统和数字显示电路供电。

3、可调稳压电路

这部分采用最常用的三段集成稳压芯片LM317,调压部分有两种方法，

可直接通过电位器调节，也可利用单片机进行数字控制。在输出可以发现，有两个电阻对输出电压进行分压，这是采样电压的1%提供给数字显示模块。

LM317输出端1脚和2脚的基准电压是1.25V，我们这里选用的基准电阻是120欧，调节电阻选的是2k欧的电位器，故在模拟控制情况下的电压输出范围是（2000+120）*1.25/120=2V

4、电压数控电路

数控电路的实质是一个以单片机为核心的数字电位器，通过按键可以快速准确地调节输出电压，步进是1V。单片机系统如下：

单片机接收到按键信号后，通过指令运算，控制对应一个I/O口输出高电平，其他一分压电阻网络相连的I/O口述出低电平，其输出高电平的I/O 口使对应的三级管导通，相应的分压电阻接入调压电路，实现输出电压的调

节。分压电阻网络的原理图如下：

5、数字显示电路

数字显示电路有两个方案，一是直接由单片机控制译码芯片4511驱动数

码管显示相应电压数值，这样做的好处是使系统设计更简单，输出电压显示值稳定，缺点是无法精确的显示输出电压实际值。考虑到北系统的电压调节有模拟和数字调节两种方法，故放弃此方案，改用基于ICL7107集成芯片的数字电压表方案，其显示精度能够达到0.01V，最大输出值是19.99V。由于7107的信号输入最大是200mV，因此将输出电压通过分压电阻进行电压采样，取其1%接入显示电路。

四、软件设计

1、系统流程图

2、程序源代码

#include

sbit KEY1=P1^0; //KEY1----步进按键，每次增加1V

sbit KEY2=P1^4; //KEY2----步进按键，每次减小1V #define uchar unsigned char

void delay_ms(unsigned int time) //ms延时子程序

{

uchar tres;

for(;time>0;time--)

{

tres=150;

while(tres--);

}

}

void main()

{

bit off=1; //标记以防干扰

int res_in=4; //res-in---输入电阻

P1=0xff;

while(1)

{

if(!KEY1&&off)

{

delay_ms(10); //去抖

if(!KEY1)

{

res_in++;

off=0;

}

}

if(!KEY2&&off)

{

delay_ms(10);

if(!KEY2)

{

res_in--;

off=0;

}

}

switch (res_in)

{

case 1:P0=0x01;P2=0x00;P3=0x00;break;

case 2:P0=0x02;P2=0x00;P3=0x00;break;

case 3:P0=0x04;P2=0x00;P3=0x00;break;

case 4:P0=0x08;P2=0x00;P3=0x00;break;

case 5:P0=0x10;P2=0x00;P3=0x00;break;

case 6:P0=0x20;P2=0x00;P3=0x00;break;

case 7:P0=0x40;P2=0x00;P3=0x00;break;

case 8:P0=0x80;P2=0x00;P3=0x00;break;

case 9:P0=0x00;P2=0x01;P3=0x00;break;

case 10:P0=0x00;P2=0x02;P3=0x00;break;

case 11:P0=0x00;P2=0x04;P3=0x00;break;

case 12:P0=0x00;P2=0x08;P3=0x00;break;

case 13:P0=0x00;P2=0x10;P3=0x00;break;

case 14:P0=0x00;P2=0x20;P3=0x00;break;

case 15:P0=0x00;P2=0x40;P3=0x00;break;

case 16:P0=0x00;P2=0x80;P3=0x00;break;

case 17:P0=0x00;P2=0x00;P3=0x01;break;

case 18:P0=0x00;P2=0x00;P3=0x02;break;

case 19:P0=0x00;P2=0x00;P3=0x04;break;

default: break;

}

if(res_in<1)

{

P0=0x01;P2=0x00;P3=0x00;

res_in=1;

}

if(res_in>19)

{

P0=0x00;P2=0x00;P3=0x04;

res_in=19;

}

if(KEY1&&KEY2)off=1;

}

}

五、系统调试

1、数控输出电压测试

P0.0 ： 1.32V

P0.1 ： 2.27

P0.2 ： 3.28

p0.3 ： 4.31

p0.4 ： 5.59

p0.5 ： 6.51

p0.6 ： 7.50

p0.7 ： 8.24

p2.0 ： 9.93

p2.1 ： 10.48

p2.2 ： 11.50

p2.3 ： 12.45