一种智能化高精度数控直流电源的设计与实现

技术创新中文核心期刊《微计算机信息》(嵌入式与SOC2007年第23卷第11-2期360元/年邮局订阅号:82-946《现场总线技术应用200例》单片机开发与应用一种智能化高精度数控直流电源的设计与实现DesignandDevelopmentofonekindofintellectualizationhighaccuracydigitaladjustmendirectsource(吉林工程技术师范学院许艳惠XUYANHUI摘要:本论文研究一种以单片机为核心的智能化高精度直流电源。该电源采用数字调节、闭环实时监控、输出精度高,且兼备双重过载保护及报警功能,特别适用于各种有较高精度要求的场合。利用单片机对直流稳压电源进行控制,改善了电源的性能,使用方便灵活,且成本较低,同时控制系统在软件上还可进一步改进,以扩展其功能,而并不需要增加硬件开销,从而提高电源的性能价格比。关键词:智能化;高精度;单片机;直流电源中图分类号:TM394文献标识码:AAbstract:Thispowersourceusesthedigitaladjustment,theclosedloopreal-timemonitoring,theoutputprecisionishigh.Italsohasboththedualover-loadprotectionandalarm,whichissuitableespeciallyineachkindsituationofthehighaccuracyrequest.Thisdesignintellectualizationdirect-currentpowersupplyusestheself-restraintkeyboardentry.Thesingle-chipmicrocomputerre-ceivesvoltagevalueinformationofkeyboardinput,andcarriesonprocessing.Keywords:Intellectualization,Highaccuracy,Single-chipmicrocomputer,Directsource文章编号:1008-0570(200711-2-0136-031引言直流稳压电源是电子技术常用的设备之一,广泛的应用于教学、科研等领域。传统的多功能直流稳压电源功能简单、难控制、可靠性低、干扰大、精度低且体积大、复杂度高。普通直流稳压电源品种很多,但均存在以下问题: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(如1.05~1.07V,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。常常通过硬件对过载进行限流或截流型保护,电路构成复杂,稳压精度也不高。本文设计了一种以单片机为核心的智能化高精度简易直流电源,克服了传统直流电压源的缺点,具有很高的应用价值。2系统的硬件设计2.1系统总体结构以单片机89C51为核心,包括四个功能模块:处理键盘数据,控制D/A,A/D输入输出,LED显示,系统总体结构框图如图1所示。由键盘输入控制数据;单片机与DAC0832相连,实现将CPU运算预置数字大小转换成对应的控制电压;控制电压输出到稳压电路,使基准电压发生变化,经过稳压管调整后输出;ADC0809采样电阻信号,将模拟信号转换为数字信号,经单片机处理后,输出到LED,显示当前电压并与键盘输入的控制数据进行比较,做出相应反应。2.2电源部分采用通常的桥式全波整流、单电容滤波、三端固定输出的集成稳压器件。输出电路由+15V稳压供给,从而大大提高了电压调整率和负载调整率等指标。所有的集成稳压器根据功耗均安装有充分裕量的散热片。电路原理如图2。图1系统框图图2电源电路2.3数/模转换模块采用廉价的8位DA转换芯片。DAC0832是电流输出型8位数模转换器,采用倒T型电阻网络,片中没有运算放大器,输出是Io1,Io2,在使用时需要外接运算放大器。电源电压可以从+5V到+15V,有模拟地AGND和数字地DGND,基准电压VREF,电流输出端Iout1、Iout2,反馈电阻端Rfb,字节控制端ILE,片选端CS,写入脉冲输入端WR1、WR2,传输控制端XFER。DAC0832可以和89C51直接相接。连接方式如图3所示。1#DAC0832因CS和P2.5相连接口地址为0DFFFH,而2#DAC0832为0BFFFH。2.4模/数转换模块许艳惠:理学硕士副教授136--邮局订阅号:82-946360元/年技术创新单片机开发与应用《PLC技术应用200例》您的论文得到两院院士关注用8位AD转换ADC0809芯片完成数据采集功能,做成闭环回路。ADC0809内部带有输出锁存器,它可以与AT89C51单片机直接相连。初始化时,使ST和OE信号全为低电平。送要转换的哪一通道的地址到A,B,C端口上。在ST端给出一个至少有100ns宽的正脉冲信号。是否转换完毕,我们根据EOC信号来判断。当EOC变为高电平时,这时给OE为高电平,转换的数据就输出给单片机了。如图4所示。ADC0809片选端与89C51的P2.7口相连,我使用IN0通道,故接口地址为7FF8H。图3DAC0832与单片机的接口电路图4ADC0809与单片机的接口电路2.5键盘与显示模块键盘采用4个键的独立式键盘,这样编程容易,硬件也简化了许多。显示电路通过对单片机串口的编程,实现了单片机与LED的串行接口,外接硬件只需再接一片74LS07和74LS164即可完成。(其中74LS07的作用是正相驱动电流。74LS164作为8位LED的段码输出口通过该接口与6个7段LED管相接,其原理图如图5所示。图5LED显示电路图6稳压输出电路2.6稳压输出与过流保护模块采用串联稳压电路。使用了三端集成稳压芯片,采用LM317和LM337系列三端可调稳压管,LM317是美国国家半导体公司的三端可调正稳压器集成电路。我国和世界各大集成电路生产商均有同类产品可供选用,是使用极为广泛的一类串连集成稳压器。LM317的输出电压范围是1.2V至37V,负载电流最大为1.5A。它的使用非常简单,仅需两个外接电阻来设置输出电压。此外它的线性调整率和负载调整率也比标准的固定稳压器好。LM317内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。稳压输出电路见图6。4系统软件设计4.1主程序流程本系统软件采用结构化程序设计方法,功能模块各自独立。主控程序首先进行系统初始化,等待键盘输入。然后根据键盘的输入,读入预置值,输出相应的电压控制字,进入相应的应用子程序。主程序流程如图7所示。图7主程序流程图4.2显示模块显示采用串行口静态显示,显示位数为6位,其中设定值缓冲区为30H-35H;AD采集实测值缓冲区为40H-45H,采用共阳极段码,显示程序流程如图8所示。5负载特性测试输出电压恒定设置为9.9V,负载电流从0.1-0.9A之间变化时的稳压电源负载特性。测量仪器:输出电压测量采用DT9208数字万用表,负载电137--技术创新中文核心期刊《微计算机信息》(嵌入式与SOC2007年第23卷第11-2期360元/年邮局订阅号:82-946《现场总线技术应用200例》单片机开发与应用流用VC890C数字万用表监测。图8显示程序流程图表负载特性测试根据上述测量结果用图解法计算电源动态内阻RD,如图9所示图9负载特性测试曲线6结束语本文作者创新点:以单片机为核心设计一种智能稳压电源,不但电路简单,结构紧凑,价格低廉,性能卓越。所研制的智能稳压电源可利用单片机设置周密的保护监测系统,确保电源运行可靠。输出电压采用数字显示,输入采用键盘方式,电源的外表美观,操作使用方便,具有较高的使用价值。参考文献[1]吴振纲,陈虎.PLC的人机接口与编程[J].微计算机信息,2005,8-1:21-23[2]韩志军单片机应用系统设计———入门向导与设计实例机械工业出版社2005[4]阎石数字电子技术基础高等教育出版社2001[5]张毅刚MCS-51单片机应用设计机械工业出版社2002年[6]杨宁单片机与控制技术北京航空航天大学出版社2005作者简介:许艳惠(1965-,女(汉族,吉林省长春市,吉林工程技术师范学院信息工程学院副教授,理学硕士,主要从事信号处理研究。Biography:Xuyanhui(1965-,female,Changchun,JiLinProvince,JilinTeachers’InstituteEngineeringandTechnologyCollegeofInformationEngineering,Associateprofessor,MasterofScience,signalprocessareaofresearch.(130052吉林长春吉林工程技术师范学院信息工程学院许艳惠(JilinTeachers’InstituteEngineeringandTechnologychangchun130052XuYanhui通讯地址:(130052吉林长春吉林工程技术师范学院信息工程学院许艳惠(上接第104页[7]MaximIntegratedProducts,Inc.DS18B20ProgrammableReso-lution1-WireDigitalThermometer[Z].2001[8]AnalogDevices,Inc.LC2MOS12-BitDACPORTsAD7245A/AD7248A.[Z]2001.[9]Burr-BrownCorporation.High-Voltage,High-CurrentOperationalAmplifierOPA548[Z].1997作者简介:李晓伟(1982-,男,汉族,河南安阳人。中科院安徽光机所硕士研究生,主要研究方向:光电信号检测、光辐射定标;郑小兵(1969-,男,汉族,博士,中国科学院安徽光机所研究员。主要研究方向:光辐射测量的先进方法与仪器、卫星光学传感器的高精度定标等。Biography:LiXiaowei(1982-,male,TheHan,HenanProvince.GraduatestudentofAnhuiInstituteofOpticsandFineMechanics,TheChineseAcademyofSciences.Mainresearcharea:photoelectricsignaldetectingandprocessing.(230031合肥中国科学院安徽光机所遥感研究室李晓伟郑小兵周磊李建军通讯地址:(230031合肥合肥市1125信箱安徽光机所9室李晓伟(上接第124页作者简介:刘月峰,男,1977.12