数控直流稳压电源的设计的开题报

电子信息工程学院

毕业设计开题报告数控直流稳压电源的设计

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一选题的依据和意义

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。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。直流稳压电源是电子技术常用的仪表设备之一，是电子实验员、电子设计人员及电路开发部门进行试验操作和科学研究不可缺少的电子仪器。在电子电路中，通常都需要电压稳定的直流电源来供电。而整个稳压过程是由电源变压器、整流、滤波、稳压等四部分组成。然而这种传统的直流稳压电源功能简单、不好控制、可靠性低、干扰大、精度低、复杂度高。普通的直流稳压电源品种有很多，但均存在以下两个问题：输出电压是通过粗调（波段开关）及细调（电位器）来调节。这样，当输出电压需要精确输出，或需要在一个小范围内改变时，困难就较大。另外，随着使用时间的增加，波段开关及电位器难免接触不良，对输出会有影响。稳压方式均是采用串联型稳压电路，对过载进行限流和截流保护，电路构成复杂，稳压精度也不高。在家用电器和其他各类电子设备中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。但在实际生活中，都是由220V的交流电网供电。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。滤波器用于滤去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代替，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要直流稳压器就能用作家用电器的电源，就既降低了家用电器的成本，由缩小了其体积，使家用电器小型化。传统的直流稳压电源通常采用电位器和波段开关来实现电压的调节，并由电压表指示电压值的大小。因此，电压的调节精度不高，读数欠直观，电位器也易磨损。而基于单片机控制的直流稳压电源就较好地解决以上传统稳压电源的不足。

数控稳压电源是电子行业发展的必然产物。近年来，随着电子技术的发展可调稳压电源应用的越来越广泛。目前，由各种单片机构成的数字稳压电源产品越来越多，已被广泛用于家庭电器、工业电器、军事电器等领域，显示出强大的生命力。

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、控制理论和材料等诸多学科领域。数控电源是从80年代才真正的发展起来的，在以后的一段时间里，数控电源技术有了长期的发展。但其产品存在数控程度达不到要求、分辨率不高、功率密度较低、可靠性较差的缺点。因此数控电源主要的发展方向，是针对上述缺点不断加以改善。单片机技术及电压转换模块的出现为精确数控电源的发展提供了有利的条件。本课题对恒流源进行研究，设计出所需要的符合标准的数控直流电流源。

二选题研究的基本内容

1.数控直流电流源设计的具体参数要求：

（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）输出电压主值由数码管显示；

（4）由“+”、“-”两键分别控制输出电压步进增减；

（5）为实现上述几部工作，自制一稳压直流电源，输出±15V，+5V。

2.数控直流电流源设计的关键点有：

（1）输出电路要保证输出电流达到500mA以上，纹波小于10mV，并且稳压特性要优良；输出电压的误差要尽量小；

（2）数控电路，应当有点动和自动扫描两种工作方式，能有效控制输出电压。

（3）要求用单片机控制数字电路输出。

三研究方法及措施

方案论证

方案一:采用传统的数字电路方案，此方案共有六部分，输出电压的调节是通过“+，-”两键操作，步进电压精确到 0.1V 控制可逆计数器分别作加，减计数，可逆计数器的二进制数字输出分两路运行：一路用于驱动数字显示电路，精确显示当前输出电压值；另一路进入数模转换电路（D/A 转换电路），数模转换电路将数字量按比例，转换成模拟电压，然后经过射极跟随器控制,调整输出级，输出稳定直流电压。此方案原理方框图如图 1 所示。

图1 方案一系统原理图

方案二：采用AT89C51单片机作为这个系统的控制单元，可以通过DAC0832的数据采样和集成运放的电压调整可以改变系统输出电压的大小。为了能够使系统具备检测实际输出电压值的大小，可以将输出电压经过DAC0832进行模数转换，间接用单片机实时对电压进行采样，然后进行数据处理及送数码管显示。显示的电压值便是输出的电压大小。此系统比较灵活，采用软件方法来解决数据的预置以及电压的大小控制，使系统硬件更加简洁，各类功能易于实现，能很好地满足题目的要求。其原理方框图如图 2 所示。

图2 方案二系统原理图

比较以上两种方案的优缺点，方案一采用中、小规模器件实现系统的数控部分，使用的芯片很多，造成控制电路内部接口信号繁琐，中间相互关联多，抗干扰能力差。方案二比较灵活，采用 51 系列单片机作为整机的控制单元，利用软件方法来解决数据的预置以及电压的步进控制，使系统硬件更加简洁，各类功能易于实现，能很好地满足题目的要求。故最终选择方案二作为本课设的方案。

方案实施

采用 51系列单片机作为整机的控制单元，利用晶体管的电流放大作用，增加负载电流，在电路中引入电压串联负反馈电路使输出电压稳定，通过按键改变输入的数字量改变D/A输出的基准电压值，基准电压与负载电压变化趋势经过运算放大器比较放大反馈到功率管的基极，从而使输出功率管的基极电压发生变化，间接地改变输出电压的大小。采用软件方法来解决电压的步进控制，使系统硬件更加简洁，各类功能易于实现本系统以直流电源为核心，利用51系列单片机为主控制器，通过按键来设置直流电源的输出电压，设置步进为 0.1V，并可由数码管显示实际输出电压值和电压设定值。利用单片机程控输出数字信号，经过 D/A 转换器（DAC0832）输出模拟量，再经过运算放大器隔离放大，控制输出功率管的基极，随着功率管基

极电电流的变化而输出不同的电压。

1、硬件部分：

本设计硬件部分分为6个模块。

（1）单片机最小系统模块，采用经典配置。

（2）人机界面的数码管显示和按键部分。

（3）单片机输出控制部分：DA转换、信号放大，闭环推挽输出电路。

（4）反馈回路中：取样电阻、电压串联负反馈电路。

（5）为了加强电路的安全加入了过流短路电路保护电路。

（6）供电电路中的整流电路、滤波电路、稳压调整电路。

2、软件部分

软件控制程序由主程序和过流保护程序两部分，其主要实现步进加减、D／A转换、键盘扫描、LED显示，过流报警等功能。

2.1主程序

首先初始化系统，即AT89C5l单片机系统的初始化，再对系统时间进行设置，调用按键处理子程序，判断是否有按键按下，若有就调用显示处理程序，显示处理程序在数码管上显示预置电压，通过检测电路判断是否短路，若短路则启动中断保护。否则，实现稳压输出。主流程图如图3所示。

图3 主程序模块流程图

2.2过流保护程序

从数模转换电路转换出的信号，一路经过流检测电路，把检测到的信号，送入单片机最小系统进行处理，若过流，则产生中断。过流保护程序流程图如图4所示。

图4 过流检测模块流程图

四毕业设计进度及步骤

第1～2周查阅资料，进行方案设计。

第2～4周学习单片机编程，进行软件的初步编程。

第5～6周进行输出电路设计，调试。

第7～8周进行数控电路设计、调试。

第9～10周进行单片机编程、调试。

第11～12周进行输出电压扩展，按毕设要求应产生多种波形的输出。

第13～14周进行稳压电源的设计、制作。

第15～16周进行总体电路联调，软、硬件电路联调。

第17～19周进行论文撰写，准备答辩。

五参考文献

[1] 清华大学电子教研组编阎石主编：《数字电子技术基础》（第四版），高等教

育出版社，1998年12月

[2] 张毅刚等编：《新编MCS-51单片机应用设计》，哈尔滨工业大学出版社，2003

年7月

[3] 陆坤等编：《电子设计技术[M》，电子科技大学出版社，1997年

[4] 吴慎主编：《电子线路设计与实践》，电子工业出版社，2005年9月

[5] 朱一纶等编：《智能仪器基础》，电子工业出版社，2007年5月

[6] 华成英、童诗白等编：《模拟电子技术基础》，高等教育出版社，2006年5月