数控直流稳压电源论

1、数控直流稳压电源论谢亮堂马学强苏向阳论文关键词：直流稳压电源单片机数字控制论文摘要：本系统以直流电压源为核心，at89s52单片机为主控制器，通过键盘来设置直流电源的输出电压，设置步进等级可达0.1v，输出电压范围为09.9v，最大电流为330a，并可由液晶屏显示实际输出电压值。系统有过流保护电路，当输出电流过大时功率管自动截至，而且有红色指示灯发出警报。本系统由单片机程控输出数字信号，经过d/a转换器ad0832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，随着功率管基极电压的变化而输出不同的电压。实际测试结果说明，本系统实际应用于需要高稳定度小功率恒压源的领域。keyrds：

2、regulatedpersupplyfdireturrent;single2hipirputer,digitalntrlabstrat：thissystetdvltagesureasthere,ainlyat89s52s,thrughthekeybardntrllertinstalldpersupplyutputvltage,settingsteppinglassanreah.01vutputvltage,therangef0-9.9v,theaxiuurrent330afr,andanshtheatualpipebydigitalutputvltagevalues.thissystensis

3、tsfirntrllerprgrautputdigitalsignal,thrughd/anverter(ad0832)utputanalgaplifier,thrughislatingaplifierutputper,ntrlfbase,iththeperthangethepassivetubevltageutputfdifferentvltage.testresultsshthatthissysteappliatininneedfhighstabilityfsallpernstant-vltagesurefields.1引言几乎所有的电子设备都需要稳定的直流电源，因此直流稳压电源的应用非常

4、的广泛。直流稳压电源的电路形式有很多种,有串联型、开关型、集成电路、稳压管直流稳压电源等等。在电子设备中，直流稳压电源的故障率是最高的长期工作在大电流和大电压下,电子元器件很容易损坏但在直流稳压电源中，通过整流、滤波电路所获得的直流电源的电压往往是不稳定的。输出电压在电网电压波动或负载电流变化时也会随之有所改变。电子设备电源电压的不稳定,将会引起很多问题。设计出质量优良的直流稳压电源，才能满足各种电子线路的要求。因此,直流稳压电源的研究就颇为重要。目前产生直流稳压电源的方法大致分为两种:一种是模拟方法，另一种是数字方法。前者的电路均采用模拟电路控制，而后者那么是通过数字电路进展自动控制。直流稳

5、压电源朝着数字化方向开展。因此对于数控恒压源的研究是必要的。随着科学技术飞速开展,对电源可靠性、输出精度和稳定性要求越来越高,利用d/a转换器的高分辨率和单片机的自动检测技术设计程控电源就显示出其优越性。程控电源既能方便输入和选择预设电压值又具有较高精度和稳定性，而且可以任意设定输出电压或电流，所有功能由面板上的键盘控制单片机实现，给电路实验带来极大的方便,进步了工作效率。2系统方案论证与比拟方案一：采用各类数字电路来组成键盘控制系统，进展信号处理，如选用pld等可编程逻辑器件。本方案电路复杂，灵敏性不高，效率低，不利于系统的扩展，对信号处理比拟困难。方案二：采用at89s52单片机作为整机的

6、控制单元，通过改变da0832的输入数字量来改变输出电压值，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校为了可以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ad0832进展模数转换，间接用单片机实时对电压进展采样，然后进展数据处理及显示。此系统比拟灵敏，采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。比拟以上两种方案的优缺点，方案二简洁、灵敏、可扩展性好，能到达题目的设计要求，因此采用方案二来实现。3总体方案框图系统总体方案框图如图1所示:图1系统原理框图4系统局部功能设计4.1稳压输出局部4.1.1稳压输

7、出原理与电路这局部将数控局部送来的电压控制字转换成稳定电压输出。d/a转换局部的输出电压作为稳压输出电路的参考电压。稳压输出电路的输出与参考电压成比例。稳压输出电路采用的是串联式反应稳压电路如图2，在电路中，q1tip122为调整管，u6al358为比拟放大器，r19、r22组成反应网络。d/a转换电路的输出电压daut接到u6a的同向端，稳压电源的输出经r19、r22组成的取样电路分压后送到运放u6a的反向端，经运放比拟放大后，驱动调整管q1。路平衡时，d/a电路的输出电压与取样后的电压相等。稳压输出局部的过流保护电路由r21和q2组成。设为保护动作电流，那么当电源输出电流i增加到时，r21

8、上的压降*r21使得q2管导通，分掉了q1上的基极电流，使输出i不再增加，起到了过流保护作用。图2稳压输出局部4.1.2稳压输出局部仿真图图3稳压电路仿真图一般的直流稳压电源是用可变电阻来实现输出电压的调节，那么要在直流稳压电源的根底上实现数字控制的话，实际上很简单，我们只要将可变电阻换成数字控制局部来代替，就能实现数控恒压源这一课题。所以，首先要做的，就是选择适宜的稳压输出电路并对其可行性进展了仿真。如图9，很容易就验证了此稳压输出电路的可靠。4.2数字控制局部4.2.1单片机局部图4单片机控制局部控制局部是系统整机协调工作和智能化管理的核心局部，采用at89s52单片机实现控制功能是其关键

9、，采用单片机不但方便监控，并且大大减少硬件设计。4.2.2d/a转换局部系统设置d/a转换接口，采用8位模数转换器da0832。其电路如图5.图5d/a转换局部d/a转换局部的输出电压作为稳压输出电路的参考电压。稳压输出电路的输出与参考电压成比例。8位字长的d/a转换器具有256种状态。当电压控制字从0，1，2，到256时，电源输出电压为0.0，0.06，15.0。其时序图如图6：图6da0832数模转换时序图lk为时钟端，data为输入数据，lad为输入控制信号。每路电压输出值的计算：ref为参考电压，data为输入8位的比特数据；我们这里用的ref=5v；4.2.3a/d转换局部a/d转换

10、局部我们采用美国国家半导体公司消费的一种8位分辨率、双通道a/d转换芯片ad0832。其电路图如图7所示：图7a/d转换局部ad0832是美国国家半导体公司消费的一种8位分辨率、双通道a/d转换芯片。由于它体积小，兼容性，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢送，其目前已经有很高的普及率。学习并使用ad0832可是使我们理解a/d转换器的原理，有助于我们单片机技术程度的进步。4.2.3.1ad0832具有以下特点：8位分辨率；双通道a/d转换；输入输出电平与ttl/s相兼容；5v电源供电时输入电压在05v之间；工作频率为250khz，转换时间为32s；一般功耗仅为15；8p、14pdip双列直插、

11、pi多种封装；商用级芯片温宽为0t+70，工业级芯片温宽为40t+85；4.2.3.2芯片接口说明：s_片选使能，低电平芯片使能。h0模拟输入通道0，或作为in+/-使用。h1模拟输入通道1，或作为in+/-使用。gnd芯片参考0电位地。di数据信号输入，选择通道控制。d数据信号输出，转换数据输出。lk芯片时钟输入。v/ref电源输入及参考电压输入复用。ad0832为8位分辨率a/d转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在05v之间。芯片转换时间仅为32s，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且

12、稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。通过di数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。4.2.3.3单片机对ad0832的控制原理：正常情况下ad0832与单片机的接口应为4条数据线，分别是s、lk、d、di。但由于d端与di端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计时可以将d和di并联在一根数据线上使用。当ad0832未工作时其s输入端应为高电平，此时芯片禁用，lk和d/di的电平可任意。当要进展a/d转换时，须先将s使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全完毕。此时芯片开场转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端lk输入时钟脉冲，d/di

13、端那么使用di端输入通道功能选择的数据信号。在第1个时钟脉冲的下沉之前di端必须是高电平，表示启始信号。在第2、3个脉冲下沉之前di端应输入2位数据用于选择通道功能。其时序图如图8.图8ad0832时序表如下图，当此2位数据为“1、“0时，只对h0进展单通道转换。当2位数据为“1、“1时，只对h1进展单通道转换。当2位数据为“0、“0时，将h0作为正输入端in+，h1作为负输入端in-进展输入。当2位数据为“0、“1时，将h0作为负输入端in-，h1作为正输入端in+进展输入。到第3个脉冲的下沉之后di端的输入电平就失去输入作用，此后d/di端那么开场利用数据输出d进展转换数据的读龋从第4个脉

14、冲下沉开场由d端输出转换数据最高位data7，随后每一个脉冲下沉d端输出下一位数据。直到第11个脉冲时发出最低位数据data0，一个字节的数据输出完成。也正是从此位开场输出下一个相反字节的数据，即从第11个字节的下沉输出datd0。随后输出8位数据，到第19个脉冲时数据输出完成，也标志着一次a/d转换的完毕。最后将s置高电平禁用芯片，直接将转换后的数据进展处理就可以了。4.2.4键盘局部由于要实现人机对话，要显示09.9v的电压值，我们自制3*4按键的键盘来完成整个系统控制。电路原理如图9所示。图9键盘与显示电路图按键的详细意义如下：123456789*enter4.2.5显示局部本方案采用y

15、12864型ld，可直接显示4*8个汉字，界面友好，支持串并行两种连接方式，其电路连接如图10所示：图10ld12864与单片机连接图y12864是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为12864,内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点asii字符集.利用该模块灵敏的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示84行1616点阵的汉字。也可完成图形显示。4.2.5.1串行接口*注释1：如在实际应用中仅使用串口通讯形式，可将psb接固定低电平，也可以将模块上的j8和“gn

16、d用焊锡短接。*注释2：模块内部接有上电复位电路，因此在不需要经常复位的场合可将该端悬空。*注释3：如背光和模块共用一个电源，可以将模块上的ja、jk用焊锡短接。4.2.5.2并行接口管脚号管脚名称电平管脚功能描绘1vss0v电源地2v3.0+5v电源正3v0-比照度亮度调整4rs(sh/lrs=“h,表示db7db0为显示数据rs=“l,表示db7db0为显示指令数据5r/(sid)h/lr/=“h,e=“h,数据被读到db7db0r/=“l,e=“hl,db7db0的数据被写到ir或dr6e(slk)h/l使能信号7db0h/l三态数据线8db1h/l三态数据线9db2h/l三态数据线10

17、db3h/l三态数据线11db4h/l三态数据线12db5h/l三态数据线13db6h/l三态数据线14db7h/l三态数据线15psbh/lh：8位或4位并口方式，l：串口方式见注释116n-空脚17/reseth/l复位端，低电平有效见注释218vut-ld驱动电压输出端19avdd背光源正端+5v见注释320kvss背光源负端见注释3*注释1：如在实际应用中仅使用并口通讯形式，可将psb接固定高电平，也可以将模块上的j8和“v用焊锡短接。*注释2：模块内部接有上电复位电路，因此在不需要经常复位的场合可将该端悬空。*注释3：如背光和模块共用一个电源，可以将模块上的ja、jk用焊锡短接。5总

18、电路软件实现流程图图10总流程图程序见后面附录。6电源测试结果6.1电压测试预置电压v显示电压v测量电压v11.051.051.21.101.171.41.351.381.61.551.611.81.751.7821.952.002.62.552.6033.003.033.73.703.6855.005.0177.006.9788.108.0698.758.759.79.659.636.2性能测试性能指标测量条件测量结果测量仪表全程输出电压0-9.9vd-311型数字万用表负载电流=5v,=25206a过流保护330a用单片机控制电源时，输出直流0-9.9v，液晶屏显示明晰正确，误差较小，完美

19、的实现了数控恒压源这一课题。但在功能上还不够强大,没有显示预置电压等等，还可以进一步得到进步。参考文献1康华光电子技术根底高等教育出版社2串联型直流稳压电源的仿真分析广西师范学院学报第21卷第2期3用单片机制作的直流稳压可调电源电子世界2022年第11期4刘华毅，李霞，徐景德电力电子技术第35卷第六期2001年12月5陈小忠、黄宁、赵小侠单片机接口技术实用子程序人民邮电出版社附录附录1：系统总体电路图附录2:系统总程序;*;工程名称：数控恒压源;设计者：谢亮堂，马学强，苏向阳;本程序是设计的一个数控恒压源，先用一个3*4的键盘输入;所用的电压，再通过da0832输出电压。再采用一个ad08;3

20、2将电压读回单片机，单片机再采用一片ld串口显示出来。;*;以下接口定义根据硬件连线更改adsbitp2.5;使能接口adlkbitp2.4;时钟接口addbitp2.3;数据输出接口复用addibitp2.3;数据输入接口sbitp3.0;h=data,l=sidbitp3.1;h=read,l=riteslkbitp3.6;keybufequ30hequ41h;控制字暂存单元datequ42h;显示数据暂存单元derequ43h;字符代码暂存单元addrequ44h;地址暂存单元rg0ljpstartrg3ljpkeysanrg30hstart:vsp,#90hlalldel_40slal

21、liniv70h,#00hv71h,#00hv34h,#02;装入通道功能选择数据值setbit0setbex0vp1,#0fh;将p1口低4位设为输入，高4位清零setbeavkeybuf,#00h;起初输出0v电压vr2,#01h;置送数时送数空间不同的标志位。lrav24h,a;清零24h，25h，31h，32h，33h。v25h,av31h,av32h,#05hv33h,#00hvaddr,#80hvdptr,#el_1v40h,#16lall_linevaddr,#90hvdptr,#el_2v40h,#9lall_linevaddr,#95hvdptr,#el_3lall_line

22、1vaddr,#88hvdptr,#el_4v40h,#16lall_linevaddr,#98hvdptr,#el_5v40h,#16lall_linelalldel_1500slp:lalllight;调显读数与示子程序sjplp;*;键盘扫描程序;键码存在keybuf单元，格式为数字0-9和.号，还有enter键;*keysan:pushpspushapushdphpushdpllrrs1setbrs0;选择1区工作存放器lalldelayva,p1plaanla,#0fhjzfinishvdptr,#tab1vp1,#0efh;扫描第一行lalldelayvp1,#0efhva,p1p

23、laanla,#0fhjzk1;第一行没键按下，那么扫描第二行sjpkendk1:vp1,#0dfh;扫描第二行lalldelayvp1,#0dfhva,p1plaanla,#0fhjzk2;第二行没键按下，那么扫描第三行adda,#5sjpkendk2:vp1,#0bfh;扫描第三行lalldelayvp1,#0bfhva,p1plaanla,#0fhjzk3;第三行没键按下，那么扫描第四行adda,#10sjpkendk3:vp1,#7fh;扫描第四行lalldelayvp1,#7fhva,p1plaanla,#0fhjzfinish;第四行没键按下，那么返回adda,#15kend:va

24、,a+dptrvkeybuf,a;v33h,#01h;置有中断标志sjpfinishfinish:vp1,#0fh;为下一次扫描作准备ppdplppdphppapppsretitab1:db00h,01h,02h,00h,03h;,00h,00h,00h,33hdb00h,04h,05h,00h,06h;,00h,00h,00h,00hdb00h,07h,08h,00h,09h;,00h,00h,00h,0ahdb00h,0ah,00h,00h,0bh;,00h,00h,00h,46h;*;ld的初始化子程序;*ini:v,#30h;功能设定,根本指令lallv,#30h;根本指令,8-bit

25、形式,根本指令lallv,#0h;显示开,游标关,反白关lallv,#01h;去除显示lallv,#06h;进入设定点,游标7右移,画面不挪动lallret_line:v,addrlallvr4,40h;连续写入n/2个中文或者n个西文字符_l1:va,#00hva,a+dptrvder,alalldeindptrdjnzr4,_l1ret_line1:v,addrlall_l11:va,70hanla,#0fhva,a+dptrvder,alalldeva,#0bhva,a+dptrvder,alalldeva,71hsapaanla,#0fhva,a+dptrvder,alalldeva,

26、71hanla,#0fhva,a+dptrvder,alalldeva,#0ahva,a+dptrvder,alallde;djnzr4,_l1ret:lallstva,lall4_d;送入高四位指令lall4_0;连续送入四个0lall4_d;送入高四位指令lall4_0;连续送入四个0lrslalldel_2sretde:lallstdva,derlall4_dlall4_0lall4_dlall4_0lrslalldel_2sretst:setbssetbsidvr3,#5;连续送入5个1,起始st1:setbslklrslkdjnzr3,st1lrsidvr3,#3st2:setbsl

27、k;r=0,rs=0,第八位0lrslkdjnzr3,st2retstd:setbssetbsidvr3,#5;连续送入5个1,起始std1:setbslklrslkdjnzr3,std1lrsid;r=0setbslklrslksetbsid;rs=1setbslklrslklrsid;第八位0setbslklrslkret4_d:vr3,#44_d1:rlavsid,setbslklrslkdjnzr3,4_d1ret4_0:vr3,#44_01:lrsidsetbslklrslkdjnzr3,4_01ret;*;2s延时;*del_2s:vr0,#2d1:vr1,#200d2:npnpn

28、pdjnzr1,d2djnzr0,d1ret;*;40s延时;*del_40s:vr5,#20d3:lalldel_2sdjnzr5,d3ret;*;200s延时;*del_200s:vr5,#100d4:lalldel_2sdjnzr5,d4ret;*;500s延时;*del_500s:vr5,#250d5:lalldel_2sdjnzr5,d5ret;*;1500s延时;*del_1500s:lalldel_500slalldel_500slalldel_500sret;*;用ad0832读数并送数给显示的子程序，;并将键盘的按键数送给da0832让其输出。;*;=ad0832读数据子程序

29、=light:setbaddi;初始化通道选择npnplrads;拉低/s端npnpsetbadlk;拉高lk端npnplradlk;拉低lk端,形成下降沿va,34hv,a.1;确定取值通道选择vaddi,npnpsetbadlk;拉高lk端npnplradlk;拉低lk端,形成下降沿2va,34hv,a.0;确定取值通道选择vaddi,npnpsetbadlk;拉高lk端npnplradlk;拉低lk端,形成下降沿3setbaddinpnpvr7,#8;准备送下后8个时钟脉冲ad_1:v,add;接收数据va.0,rla;左移一次setbadlknpnplradlk;形成一次时钟脉冲npn

30、pdjnzr7,ad_1;循环8次v,add;接收数据va.0,vb,avr7,#8ad_13:v,add;接收数据va.0,rra;右移一次setbadlknpnplradlk;形成一次时钟脉冲npnpdjnzr7,ad_13;循环8次vr7,#8jnea,b,light;数据校验va,bvdptr,#tab5;va,a+dptr;v72h,a;将高位送72h单元va,bvdptr,#tab6;va,a+dptr;v73h,a;降低为送73h单元setbads;拉高/s端lradlk;拉低lk端setbadd;拉高数据端,回到初始状态;=送数给显示子程序段=v70h,72hv71h,73hv

31、addr,#95hvdptr,#el_3lall_line1;=送数给ad0832的子程序=va,33h;判断有没有中断，jzl7;没有中断就转。v33h,#00h;清中断标志l2:va,30h;jnea,#0ah,l3;判断是否为点号，不为点号就转。jpl7;为点好就保持原来送数。l3:jnea,#0bh,l4;判断是否为enter键，不为就转。v32h,24hv31h,25h;l9:v24h,#00h;v25h,#00h;vr2,#01h;置送数时送数空间不同的标志位。l7:va,32h;将键盘的两数相与，查表，然后送数。sapa;rla,31h;vdptr,#tab4;va,a+dptr

32、;lrp2.0vp0,aljpl6;l4:jner2,#01h,l5;将键盘的第一位数送给24hva,30h;v24h,a;der2;清零送数时送数空间不同的标志位。jpl7;l5:va,30h;将键盘的第二位数送给25hv25h,a;vr2,#01h;置送数时送数空间不同的标志位。jpl7;l6:ret;十六进制数转换成为2进制bd码的码表。;0123456789tab5:db00h,00h,00h,00h,00h,00h,00h,00h,00h,00h;0db00h,00h,00h,00h,00h,00h,00h,00h,00h,00hdb01h,01h,01h,01h,01h,01h,0

33、1h,01h,01h,01h;1db01h,01h,01h,01h,01h,01h,01h,01h,01h,01hdb02h,02h,02h,02h,02h,02h,02h,02h,02h,02h;2db02h,02h,02h,02h,02h,02h,02h,02h,02h,02hdb03h,03h,03h,03h,03h,03h,03h,03h,03h,03h;3db03h,03h,03h,03h,03h,03h,03h,03h,03h,03hdb04h,04h,04h,04h,04h,04h,04h,04h,04h,04h;4db04h,04h,04h,04h,04h,04h,04h,04

34、h,04h,04hdb05h,05h,05h,05h,05h,05h,05h,05h,05h,05h;5db05h,05h,05h,05h,05h,05h,05h,05h,05h,05hdb06h,06h,06h,06h,06h,06h,06h,06h,06h,06h;6db06h,06h,06h,06h,06h,06h,06h,06h,06h,06hdb07h,07h,07h,07h,07h,07h,07h,07h,07h,07h;7db07h,07h,07h,07h,07h,07h,07h,07h,07h,07hdb08h,08h,08h,08h,08h,08h,08h,08h,08h,0

35、8h;8db08h,08h,08h,08h,08h,08h,08h,08h,08h,08hdb09h,09h,09h,09h,09h,09h,09h,09h,09h,09h;9db09h,09h,09h,09h,09h,09h,09h,09h,09h,09hdb10h,10h,10h,10h,10h,10h,10h,10h,10h,10h;10db10h,10h,10h,10h,10h,10h,10h,10h,10h,10hdb11h,11h,11h,11h,11h,11h,11h,11h,11h,11h;11db11h,11h,11h,11h,11h,11h,11h,11h,11h,11hd

36、b12h,12h,12h,12h,12h,12h,12h,12h,12h,12h;12db12h,12h,12h,12h,12h,12h,12h,12h,12h,12htab6:db00h,05h,10h,15h,20h,25h,30h,35h,40h,45h;0db50h,55h,60h,65h,70h,75h,80h,85h,90h,95hdb00h,05h,10h,15h,20h,25h,30h,35h,40h,45h;1db50h,55h,60h,65h,70h,75h,80h,85h,90h,95hdb00h,05h,10h,15h,20h,25h,30h,35h,40h,45h;2

37、db50h,55h,60h,65h,70h,75h,80h,85h,90h,95hdb00h,05h,10h,15h,20h,25h,30h,35h,40h,45h;3db50h,55h,60h,65h,70h,75h,80h,85h,90h,95hdb00h,05h,10h,15h,20h,25h,30h,35h,40h,45h;4db50h,55h,60h,65h,70h,75h,80h,85h,90h,95hdb00h,05h,10h,15h,20h,25h,30h,35h,40h,45h;5db50h,55h,60h,65h,70h,75h,80h,85h,90h,95hdb00h,0

38、5h,10h,15h,20h,25h,30h,35h,40h,45h;6db50h,55h,60h,65h,70h,75h,80h,85h,90h,95hdb00h,05h,10h,15h,20h,25h,30h,35h,40h,45h;7db50h,55h,60h,65h,70h,75h,80h,85h,90h,95hdb00h,05h,10h,15h,20h,25h,30h,35h,40h,45h;8db50h,55h,60h,65h,70h,75h,80h,85h,90h,95hdb00h,05h,10h,15h,20h,25h,30h,35h,40h,45h;9db50h,55h,60h,65h,70h,75h,80h,85h,90h,95hdb00h,05h,10h