数控直流可调稳压电源
2010-07-17王立红
李 曼,王立红
(1.西安外事学院工学院自动化系,陕西西安 710077;2.西安外事学院工学院计算机系,陕西西安710077)
0 引言
电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性很强的工程技术,服务于各行各业。当今电源技术融合了电气、电子、系统集成、控制理论、材料等诸多学科领域[1]。随着计算机和通讯技术发展而来的现代信息技术革命,给电源提出了更高的要求。数字化控制和智能化控制技术是电源技术发展的重要方向。设计一个高精度、精确跟踪输出、高稳定性、良好的人机界面的简易数控电源,能够减少生产过程中的不确定因素和人为参与的环节数,有效地解决电源模块中诸如可靠性,智能化和产品一致性等工程问题,极大地提高生产效率和产品的可维护性。电源采用数字化控制,具有以下明显优点:
(1)控制灵活,系统升级方便,甚至可以在线修改控制算法,而不必改动硬件线路;
(2)控制系统的可靠性提高,易于标准化,可以针对不同的系统(或不同型号的产品),采用统一的控制板,而只是对控制软件做一些调整即可;
(3)系统维护方便,一旦出现故障,可以方便地通过RS232接口或RS485接口或USB接口进行调试、故障查询、历史记录查询、故障诊断、软件修复或控制参数的在线修改、调试;
(4)系统的一致性好,成本低,生产制造方便;
(5)易组成高可靠性的多模块逆变电源并联运行系统。
1 硬件组成
本设计由控制模块、键盘输入模块、电压输出与稳压模块、精确跟踪模块、显示模块、ROM存储器模块、通信模块组成。
1.1 工作原理
控制模块采用STC89C52单片机实现;键盘输入模块由k1、k2、k3、k4四个按键组成;显示模块由3位LED数码管组成,键盘预设电压值时显示键盘输入的电压值,系统正常工作时,显示当前的电压实际输出值;电压输出与稳压模块由数模转换器ADC0832、运算放大器OP07及稳压器LM350构成,将单片机输出的数字电压值经8位的数模转换器ADC0832转换为模拟电压值后,经OP07放大后由LM350输出所需的电压值;精确跟踪模块由模数转换器ADC0809构成,将ADC0832输出的模拟电压反馈给单片机,通过软件微调实现精确输出;EEPROM存储器模块由串行存储器AT24C02构成,用来保存最后一次设定的电压值,使得电压在间断工作时不必每次都设置电压值;通信模块由RS-232C,用来实现电源系统的在线维护。系统原理框图如图1所示。
图1 系统原理框图
当电源打开的时候,单片机系统复位,寄存器清零。接着单片机读取EEPROM AT24C02中保存的电压预设值(上次关机前的电压值),把该数据送到ADC0832,同时转换成BCD码送到数码显示部分。然后程序循环检测是否有按键信号,如果K1按下,当前电压数据加0.1。如果K2按下,当前电压数据减0.1,K3按下保存设置电压数据,K4按下恢复为AT24C02中读取的电压值。
1.2 电路设计
采用带有串行接口的译码驱动芯片74HC595来实现3位LED的接口。显示模块电路连接如图2所示[2]。
图2 显示模块连接电路
键盘输入电路如图3所示。
图3 键盘输入电路
AT24C02与单片机的连接方式,可以采用图4所示的标准电路。
图4 AT24C02与单片机的连接电路
ADC0809的连接电路如图5所示。
图5 ADC0809的连接电路
ADC0832的电路连接图如图6所示。
图6 ADC0832的电路连接图
通过调节可调电阻调节[3]LM350的输出电压为5.12 V,所以在DAC的8脚输出电压的分辨率为5.12 V/256=0.02 V,也就是说DAC输入数据端每增加1,电压增加0.02 V。
DAC的电压输出端接放大器OP07[4]的输入端,放大器的放大倍数为1+Rf/R1=1+4K/1K=5,输出到电压模块LM350的电压分辨率则为0.02 V×5=0.1 V。所以,当MCU输出数据增加1的时候,最终输出电压增加0.1 V,当调节电压的时候,可以以每次0.1 V的梯度增加或者降低电压。通过按键可以实现步进0.1 V的输出电压预置,输出电压范围0~14.9 V,电流可以达到2 A。
2 软件设计
软件设计包括键盘输入程序设计、显示部分程序设计、EEPROM数据存储与读取程序设计、数模转换程序设计与模数转换程序设计等部分。系统主流程图如图8所示。
图7 功率放大器OP07
图8 主流程图
对软件流程做以下说明:当电源打开的时候,MCU进行复位,寄存器清零。接着电源应该显示和输出上次关机前的电压值。这时候MCU先读取EEPROM中保存的电压编号,根据电压编号读出对应电压,把该数据送到DAC,再转换成BCD码送到显示部分。这时候程序循环检测是否有按键信号,如果K1按下,当前电压数据加0.1,如果K2按下,当前电压数据减0.1,K3按下保存设置电压数据,K4按下恢复为EEPROM读取的电压值。软件的设计主要完成三方面的功能。
图9 软件流程图
3 结束语
该数控电压源采用STC89C52单片机为控制单元,4X4键盘输入电压预设值,数模转换器ADC0832输出参考电压,参考电压经 LM350放大后输出,同时又经模数转换器ADC0809提供给单片机,以便通过软件微调输出电压值;通过串行存储器AT24C02保存电源间断工作时的电压设置值。经过实际使用说明,具有精度高,输出电压设置方便,硬件电路简单等特点。该数控电压源硬件电路设计简单,便于推广,使用方便。
[1]陆坤,奚大顺.电子设计技术[M].北京:电子科技大学出版社,1997.5.
[2]马忠梅,籍顺心,张凯,等.单片机的C语言应用程序设计[M].北京:北京航空航天大学出版社,2001.
[3]李刚,林凌.新概念单片机教程[M].天津:天津大学出版社,2007.6.
[4]华东师范大学物理系编著.电子线路基础[M].北京:高等教育出版社,1985.10.