數(shù)控直流穩(wěn)壓源的課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　數(shù)控直流穩(wěn)壓源的設(shè)計(jì)</p><p>　　1 系統(tǒng)描述即設(shè)計(jì)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(guò)微控</p><p>　　制器將直流電壓分成不同的范圍進(jìn)行輸出，即實(shí)現(xiàn)多范圍直流電壓輸出。本次試驗(yàn)將220V的家用交流電轉(zhuǎn)換成5V直流電壓，再通過(guò)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(huì)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(chē)，開(kāi)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(duì)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(hào)很多，有時(shí)只需一種無(wú)法滿足我們的需要，為了克服這個(gè)問(wèn)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(xué)會(huì)制作數(shù)控穩(wěn)壓直流電源對(duì)生活的用處很大。</p><p>　　1.1.1 實(shí)現(xiàn)目標(biāo)</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(wù)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(wù)是將5V的直流電壓通過(guò)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(shí)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(lái)分大致可以分為簡(jiǎn)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(shè)計(jì)的為簡(jiǎn)易數(shù)控直流穩(wěn)壓電源，其精度不很高。開(kāi)始為制定的大致方案分為兩類(lèi)：開(kāi)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(kāi)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(kāi)環(huán)式數(shù)控直流穩(wěn)壓電源，顧名思義，就是整個(gè)系統(tǒng)沒(méi)有形成一個(gè)環(huán)路，是開(kāi)放的。它通過(guò)微控制器控制一個(gè)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(méi)有再通過(guò)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(shí)數(shù)碼管的輸出主要有測(cè)量好電壓的程序控制。

6、此方案簡(jiǎn)單容易操作，成本比較低，然而數(shù)碼管顯示的電壓與實(shí)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(guò)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(shí)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?？紤]到制作成本和對(duì)精度的要求以及整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，

7、我選用開(kāi)環(huán)式數(shù)控直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)方案。</p><p><b>　　3 硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　開(kāi)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(lái)實(shí)現(xiàn)交流變直流的功能；穩(wěn)壓電路主要有單片機(jī)（89C51）、數(shù)模轉(zhuǎn)換器（ADC0832）、數(shù)碼管組成來(lái)實(shí)現(xiàn)直流電壓的步進(jìn)輸出。 </p>

8、;<p>　　3.1 系統(tǒng)的原理方框圖</p><p>　　開(kāi)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(guò)降壓器降低幅度（U1=Ui/N），然后經(jīng)過(guò)整流橋變成變化的直流電（U2=0.9*U1），在經(jīng)過(guò)濾波電路形成變換緩慢的直流電（U3=1.2*U1），最后經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓器件輸出穩(wěn)定的5V直流電壓。</p><p>　　微控制器通過(guò)程序控制DAC0832的輸出，從而實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電壓的輸出，然后通過(guò)數(shù)碼管顯示。</p>

10、;<p>　　3.2 元器件選型</p><p>　　按照實(shí)驗(yàn)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(shè)降壓器的輸出為U1，濾波電容的耐壓值應(yīng)大于，而濾波后的平均電壓為1.2*U1，通過(guò)計(jì)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(gè)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(jī)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(jià)格低廉、接口簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點(diǎn)，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得

12、到廣泛的應(yīng)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(gòu)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(yùn)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?yàn)椴缓谜业揭环N對(duì)應(yīng)的線性關(guān)系。為了量測(cè)方便我選用合適的外接運(yùn)算放大器。由于顯示電壓精確到小數(shù)點(diǎn)后一位，因?yàn)槲疫x用2個(gè)共陰極的數(shù)碼管來(lái)顯示輸出電壓。在整個(gè)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(duì)應(yīng)的十進(jìn)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(shí)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(shè)計(jì)</b></p><p>

16、;　　實(shí)現(xiàn)直流電壓的步進(jìn)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(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)。因此D0—D7的值控制著DAC0832的輸出，而0832又由單片機(jī)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(shè)計(jì)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(dòng)程序不同，0832的輸出就不一同。因此只要編寫(xiě)的程序控制著不同引腳輸出就可以達(dá)到步進(jìn)輸出的目的。由于本實(shí)驗(yàn)的步進(jìn)0.5，及把5V的電壓成9個(gè)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(guò)編程測(cè)試找出符合要求的9種組合，然后通過(guò)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(jìn)行顯示。</p><p>　　4.2 流程框圖及關(guān)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(dòng)程序、數(shù)碼管的顯示程序和按鍵的掃描程序構(gòu)成。</p><p><b>　　5 系統(tǒng)調(diào)試</b></p><p>　　電子設(shè)計(jì)中最要的一個(gè)

39、環(huán)節(jié)就是仿真。而仙現(xiàn)在實(shí)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(kāi)始我把設(shè)計(jì)的原理圖手工畫(huà)在作業(yè)紙上，可是無(wú)法判斷其是否正確，因此這就需要在Proteus進(jìn)行仿真。由于這個(gè)軟件用的不太熟練，在軟件中找到正確的元器件對(duì)于我來(lái)說(shuō)就有點(diǎn)困難。只好在圖書(shū)館借相關(guān)的書(shū)籍進(jìn)行查詢。找到正確的元器件后，就需要我們手動(dòng)設(shè)計(jì)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(kāi)始布線進(jìn)行仿真階段。可是仿真的結(jié)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(gè)值。根據(jù)這個(gè)問(wèn)題我開(kāi)始軟件中自帶的電壓表對(duì)7805的輸入端進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)其輸入的電壓值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于規(guī)定值。于是我初步判斷應(yīng)該是變壓器的參數(shù)設(shè)置的不太合理。我打開(kāi)變壓的屬性框，發(fā)現(xiàn)有些地方的參數(shù)設(shè)置的不對(duì)。修改后再次測(cè)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(gè)指示燈和限流電阻，用來(lái)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(lái)做的是控制電路的仿真?？刂齐娐分饕蓡纹瑱C(jī)和DAC0832以及兩個(gè)共陰極的數(shù)碼管組成。待把控制電路布線好之后，不能進(jìn)行仿真，這是由于單片機(jī)中還沒(méi)有下載驅(qū)動(dòng)程序。接下來(lái)就是寫(xiě)驅(qū)動(dòng)程序，程序中主要有兩個(gè)模塊組成，一個(gè)是DAC0832的驅(qū)動(dòng)程序，另一個(gè)是數(shù)碼管現(xiàn)實(shí)的驅(qū)動(dòng)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(jiǎn)單。數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)用的是動(dòng)態(tài)掃描程序，這樣可

42、以節(jié)省單片機(jī)的I/O端口。剛開(kāi)始使用的是若干開(kāi)關(guān)去控制DAC0832的輸出，可是這樣開(kāi)關(guān)比較多，掃描程序教復(fù)雜且成本增加。于是我更改為一個(gè)開(kāi)關(guān)的復(fù)用，通過(guò)對(duì)一個(gè)開(kāi)關(guān)的操作，就可以是實(shí)現(xiàn)直流電壓的步進(jìn)輸出。待把程序?qū)懞弥螅憧砂哑湎螺d到單片機(jī)中，同時(shí)測(cè)試程序與電路的正確性。通過(guò)開(kāi)關(guān)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(wèn)題，通過(guò)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(jī)可以沒(méi)有時(shí)鐘電路和復(fù)位電路，可是在實(shí)際的電路中必須含有單片機(jī)的時(shí)鐘電路和復(fù)位電路。最后把7805的輸出端接到0832的VREF端，整個(gè)電路就完</p><p><b>　　設(shè)計(jì)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(xué)習(xí)用的開(kāi)發(fā)板……當(dāng)把簡(jiǎn)易的數(shù)控直流穩(wěn)壓電流

44、設(shè)計(jì)出來(lái)時(shí)，內(nèi)心</p><p>　　有成就感，感覺(jué)到自己所學(xué)的知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際的生活中去，感覺(jué)到知識(shí)的力量。它需要我們留心觀察和細(xì)心思索，努力探索生活中實(shí)物的本質(zhì)，并結(jié)合我們所學(xué)得知識(shí)分析它到達(dá)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?cè)O(shè)計(jì)的原理正確，按照仿真圖去焊接實(shí)物。當(dāng)我們的電路出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，不要心慌，而是靜下心來(lái)慢慢思索。根據(jù)電路的原理和出錯(cuò)的現(xiàn)象

45、估計(jì)出錯(cuò)的模塊電路，如果不容易找到，一般采用萬(wàn)用表逐點(diǎn)測(cè)量，知道查找到錯(cuò)誤的地方為止。在寫(xiě)控制電路的驅(qū)動(dòng)程序時(shí)，要注意分層，這樣易于理解和修改。而且我們要有耐心，因?yàn)槲覀円?56中組合中找出合適的9種組合，這就需要我們不斷地測(cè)試和修改。整個(gè)程序?qū)懞弥螅€要對(duì)程序進(jìn)行優(yōu)化，使程序盡可能的簡(jiǎn)練?？傊痪湓挘谥谱麟娮悠骷倪^(guò)程中要細(xì)心和耐心。</p><p>　　我所設(shè)計(jì)的數(shù)控穩(wěn)壓直流電源比較完善?；旧夏軡M足小

46、型電子器件的供電要求，精度可以達(dá)到小數(shù)點(diǎn)后一位，步進(jìn)為0.5。而且數(shù)碼管的顯示和數(shù)/模轉(zhuǎn)換實(shí)際的輸出符合一致。但是面對(duì)較大型號(hào)的電子器件它不能滿足電源要求，需要進(jìn)一步改進(jìn)變化范圍，而且整個(gè)電路輸出的電壓為負(fù)值，在我們外接電路時(shí)要時(shí)刻注意，不能接錯(cuò)引腳，這就給人們的正常思維帶來(lái)不便。</p><p>　　這個(gè)簡(jiǎn)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(lái)說(shuō)不能精確，輸出范圍不能大，數(shù)碼管和實(shí)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(jìn)一步的改進(jìn)。</p><p>　　生活中我們要勤動(dòng)手與勤思考，把我們所學(xué)的知識(shí)盡可能的運(yùn)用到實(shí)踐中去。</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 童詩(shī)白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）.清華大學(xué)電子學(xué)教研組，高等教育出版，2006</p>&

48、lt;p>　　[2] 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)(第五版). 清華大學(xué)電子學(xué)教研組，高等教育出版，2005</p><p>　　[3] 肖看，李群芳.單片機(jī)原理、接口及應(yīng)用, 北京：清華大學(xué)出版社，2010</p><p>　　[4] 陳中平.基于Proteus的51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)與仿真（第2版）,北京：電子工業(yè)出版社，2012</p><p><b&