D-可编程数控直流稳压电源

.PAGE.....题号：DXX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__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8４程序设计9４.１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10５.４仿真图示11５.５结果分析12６.０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0~30V直流电压,0~3A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:AT89C52microcontrollerasthecontrollingcore,canachievetheoutput0~30VDCVoltage,0~3ADCcurrent;withthepresetvoltageandvoltagestepfunction,voltage0.1Vstepfine-tuning,1Vstepcoarse;outputShortcircuitprotection;programmableCNCDCPowerSupplywithman-machineinterfacedisplay,real-timedisplayoutputvoltageandcurrent,andcalculatetheloadpower,voltagedisplayprecision0.001V,currentdisplayprecisionof0.001A.

Keywords:microcontrollerDCvoltagesource1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。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/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ＡＤＣ08328位数据转换,精度满足要求ＬＳＢ＝１／２５６＝0.00390625Ｖ＜＜０．１Ｖ。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4040V220V数控稳压电路AT89C521602液晶显示4*4键盘输入短路保护输出0~30V/0~3APWM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=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P3^5口,P3^5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４＊４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5ADC0802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AD转换后输入P0口。；；将采样得到的电压缩小十倍以供ＡＤ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。４程序设计４.１程序流程图 单片机控制流程图如图所示：开始开始初始化中断液晶初始化定时器初始化键盘初始化Ｉ／Ｏ初始化键盘中断Ａ／Ｄ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ＰＷＭ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２AD测试结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>0.0020.0100.0200.030５.４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５.５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,ＡＤ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。６.０总结本系统以AT89