D—可编程数控直流稳压电源

1、题号： D 武汉理工大学第三届电工电子创新设计大赛设计报告题目：可编程数控直流稳压电源（D题）参赛者：孔景良学院班级：信息工程学院电子科学与技术0802班评分标准：项目满分得分基本要求论文结构完整性10理论分析与计算20硬件电路设计与器件选择20仿真建模方法与结果30分析及软件算法10创新特色10总分100摘要：2Abstract:31系统方案选择和比较41.1方案一：41.2方案二42理论分析43电路设计53.1系统框图53.2电压转换模块63.3数控稳压模块63.4 单片机及外围模块73.5采样电路8程序设计9.程序流程图95仿真测试105.1仿真仪器105.2测试方案105.3测试结果1

2、0.仿真图示11.结果分析12.总结12参考文献13附录1 系统总体电路图14可编程数控直流稳压电源（D题）摘要： 采用AT89C52单片机作为系统的控制核心，满足可以输出030V直流电压，03A直流电流；具有电压预置与电压步进功能，电压0.1V步进微调，1V步进粗调；输出具有短路保护功能；可编程数控直流稳压电源具有人机界面显示功能，实时显示输出的电压电流，并计算负载功率，电压显示精度0.001V，电流显示精度0.001A。 关键词： 单片机 数控 直流电压源Abstract: AT89C52 microcontroller as the controlling core, can achie

3、ve the output 0 30V DC Voltage, 0 3A DC current; with the preset voltage and voltage step function, voltage 0.1V step fine-tuning, 1V step coarse; output Short circuit protection; programmable CNC DC Power Supply with man-machine interface display, real-time display output voltage and current, and c

4、alculate the load power, voltage display precision 0.001V, current display precision of 0.001A.Key words: microcontroller DC voltage source1系统方案选择和比较1.1方案一：线性稳压电源： 线性稳压电源原理简单，制作方便。选择好适当的变压器，经变压滤波稳压后便可输出稳定的电压。但由于可调稳压芯片CW××系列输出电流最大1.5A，非可调系列稳压芯片，如78××，79××输出最大电流达不到电流输出要求。

5、另外，线性稳压电源效率利用率低，不易实现步进控制等功能。1.2方案二基于开关电源的方案：开关电源的主要控制方式是由PWM脉冲控制，由单片机直接产生PWM脉冲波，对开关电源的主电路进行控制，电路简单，控制方便，输出功率大，可以满足题目的要求。另外，开关电源具备效率高，小型化等优点。故采用基于开关电源的方案。2理论分析本电路由开关电源主电路和单片机控制电路。主电路主要是电压转换的功能，控制电路主要实现数控的功能。单片机定时器位于SM2工作模式时，T1定时器高8为用于波特率发生器，用作PWM脉冲波，往T1中赋予不同的初值，则产生的脉冲占空比不同，以此来控制开关电源的输出电压大小。对开关电源输出进行A

6、/D采样，将采样信号送往单片机，和预设的电压值进行比较以调整占空比大小，；从而调整输出，达到稳压的目的。此处A/D采用0832 8位数据转换，精度满足要求0.00390625。显示和输入部分则由单片机控制1602液晶显示器和4*4组成的矩阵键盘来实现。3电路设计3.1系统框图40V220V数控稳压电路AT89C521602液晶显示4*4键 盘输入短路保护输出030V/03APWM脉冲电源变换电路A/D采样反馈电路图1 系统框图电压转换电路模块：将220V交流电压转换为40V直流电压。数控稳压模块：采用DC-DC转换器输出稳定电压。单片机控制模块：是整个控制系统的核心，采用AT89C52系列单片

7、机。AD转换模块：AD转换模块采用ADC0832芯片完成电压量到数字量的转换。显示模块：显示模块采用1602液晶显示，由单片机控制送入显示，液晶显示具有直观、功耗低、方便等特点。按键控制模块：完成测量功能的转换以及标称值的输入，实现人机对话。3.2电压转换模块图2 电压转换原理图由TR1将220V交流电压转换为28V交流电压，根据U1/U2=N1/N2，选择合适的变压器，N1/N2=220/28=8 ；所以变压器原边与复边札数之比为8.，变压器功率选90W。经变压后复边电压为28V，再由整流电路BR1对交流电压整流，得到脉动的直流电，再通过滤波电路使之成为纹波较小的直流电压，经电容滤波后U=

8、U2=40V。滤波电容C1并联一个0.1uf的瓷片电容是为了滤除高频信号的干扰。整流桥允许通过最大大流为3A，所以整流桥中二极管选用TS758，耐压值位800V，允许通过最大电流为6A，满足要求。3.3数控稳压模块图3 稳压模块原理图D1选用TS758，输出端所接电容C3起改善瞬态响应特性和减小高频输出阻抗的作用, 一般取1uF; TRANS1起隔离作用；R1另一端连接单片机P35口，P35为定时器T1的输出口，在MOD2方式下位波特率输出端。Q1为开关管，调节其输入（R1另一端）占空比，输出电压随之改变，Uo=Ui*D;Uo为输出电压，Ui为输入电压，D为占空比大小。Q1选用LM13007开

9、关三极管，各项参数为：Vbr=400V，If=8A，fmax= 4MHz。原理：Q1截止期间，Q1相当于断路，输入电压对电容C2充电，D1反相截止，同时有电压输出；在Q1导通期间，Q1相当于短路，电容C2放电，给输出端提供电压。保证了稳定的直流输出。3.4 单片机及外围模块 P0口味数据输入输出端，连接液晶与AD的数据端，P2为键盘输入端。CRYStal为12MHZ晶振。外围电路连接好后，有软件编程实现步进，预置及显示等功能。键盘为矩阵键盘，由中断方式下降沿触发。图4 单片机及其外围电路图3.5采样电路图5 ADC0802采样电路图运算放大器构成比例放大器，将采样得到的电压经过运算输入AD，由

10、AD转换后输入P0口。；将采样得到的电压缩小十倍以供转换。当AD采样溢出，申请中断，等待单片机回应。单片机读取AD采样值，即=0；将数据读至单片机内，进行运算处理得到电压值大小，与键盘设定值进行比较，若在0.001V范围内，显示电压大小。若超出此范围，则调整波特率大小，改变占空比，调整输出大小，从而稳定输出。程序设计.程序流程图单片机控制流程图如图所示：开始初始化中断液晶初始化定时器初始化键盘初始化初始化键盘 中断设置键值计算开中断关中断中断返回结束波特率输出调节电压显示AD中断关中断关显示读取AD计算电压大小开中断开显示中断返回禁止读AD值图6 单片机控制流程图5仿真测试5.1仿真仪器直流电

11、压表，示波器，直流电流表。5.2测试方案在输出端加一负载（仿真以电阻代替），电压表与输出并联；开始仿真，观察电压表数值大小，并同液晶显示值相比较，结果是否相同，相同则正确；不相同，则分级测试。首先，不加数字电路模块，给控制端加一序列方波，给定幅值大小（大于开关管导通的电压），调节占空比的大小，单独测量输出电压值大小是否与预计的相近。相近则说明电源模块正确，在调节其它模块；否则，改正电源模块。其次，测量数字电路模块，AD的输入加一电压，观察AD转换值大小（由液晶显示），若不相符，观察电路是否有问题，若无误，观察程序是否正确。若上述无误，则步进调节设定电压的值，观察电压表数值是否随之变化。以确定步

12、进调节功能是否正常。电流测试时，将电流表串入输出端，观察最大电流值是否与液晶显示相符。5.3测试结果单独测量模拟电路部分，输出端接入一个100电阻，给定方波幅值为3V，改变占空比大小，观察输出电压大小。占空比D(%)10405090输出电压值(V)3.00211.50014.70026.200输出电流(A)0.0300.1130.1450.260表1 测试电源电压输出数字电路测试，AD输入端接不同的电压值（AD允许输入范围内），观察显示电压电流大小。AD输入电压(V)1234显示电压(V)1.0002.0003.0004.000显示电流(A)0.1000.2000.3000.400表AD测试结

13、果电压输出与数字电路级联测试。按键设定电压(V)5102030电压表显示(V)5.00110.00020.00130.001电流表显示(A)0.0050.0100.0200.030液晶电压显示(V)5.00010.00020.00030.000液晶电流显示(A)0.0020.0100.0200.030.仿真图示以预置10V电压为例。图6 液晶实时显示图图7 电源电压输出图.结果分析由仿真结果可以得知，电压输出部分仿真正常，可以稳定输出，转换和液晶显示程序也工作正常。精度和范围达到题目的要求。.总结本系统以AT89S52为控制核心，AD实现采样并进行转换；以开关电源为电压实现部分，以液晶1602输出显示，实现了对电压源输出电压的