简易数控直流稳压电源的设计

邱富军

摘 要：文章主要介绍了一款基于单片机控制的简易数控直流电源的设计与实现。论文详细介绍了数控直流电源设计原理及设计过程，完成了软硬件设计，并通过了调试，设计结果满足设计要求。

关键词：单片机；数控直流电源；设计

中图分类号：TP342+.3 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）14-0010-02

1 概 述

随着技术的进步与科技的发展，数控直流稳压电源设备也成为诸多电子设备不可或缺的部分。国内市场上，数控直流稳压的种类也较多，但这些电源普遍存在如输出精度不高、输出不稳定、抗干扰能力差、驱动能力弱等问题。

针对以上问题，笔者设计了一款数控直流稳压电源。该电源采用单片机作为控制单元，可通过键盘输入设置波形输出种类、电压的输出范围和步进系数等。该电源设计满足以下设计要求：输出电压范围0～+9.9 V，步进0.1 V，纹波不大于 10 mV；输出电流：500 mA；由按键分别控制输出电压的增减；输出电压可预置在0～9.9 V之间的任意值；数字显示输出 0～9.9 V的值。

2 总体方案设计

根据简易数控直流稳压电源的设计要求 ，简易数控直流稳压电源的设计框图，如图1所示。其中，数控部分以单片机AT89C51作为系统主控CPU，采用软件编程的方式设置波形产生的方式，通过DAC0832芯片，将其转化为模拟信号，再经功率放大电路对信号进行有效地放大输出。

3 主要电路的设计

3.1 电源电路

电源电路主要由整流二极管构成的全波桥式整流，电容滤波电路和三端集成稳压芯片构成的稳压电路构成。电路使用 7 805、7 815和7915制成了两组±15 V和+5 V的稳压直流电源。滤波电容C=2 200 μF/30 V。在选择滤波电容时，主要考虑了以下因素：

①整流二极管的压降；

②三端集成稳压芯片的最小允许压降Ud；

③电网电压波动范围值10%。

3.2 数控电路

在设计数控电路时，主要考虑以下功能：可预置输出电压值，且具备“步进”和“扫描”两种改变方式；数控部分的输出应直接控制数码电阻网络开关。

根据设计要求，数控电路由微控制处理器MCU作为系统核心，输出电压预置值分别由两位拨盘开关提供。系统上电后，MCU先读入预置电压值，再由MCU串口将输出电压值送LED显示。同时将预置电压值输出至数模转换芯片DAC0832，由DAC转换转换成相应的模拟输出电压。电路在工作中，系统不断检测电压预置键是否被按下。如果检测到有按键动作，将使显示值和输出电压增减0.1 V。如果检测到按键时间超过0.5 s，则认为按键处于 “扫描”方式，预置值需要连续增减。

3.3 功率放大电路

功率放大电路采用由集成运放构成的闭环推挽输出电路。该功率放大电路的电压增益AVf=2。

①电阻的选择为了保证电路放大倍数AVf=2，要求R2及反馈电阻有足够高的精度，因此，在电阻的选择中，选取R1= 5.1 kΩ±5%，R3=9.1 kΩ±5%，VR1=5 k 。同时引入微调器 VRl，使得放大倍数能在2±10%内可调。

②为满足输出500 mA的设计要求，推挽输出级采用达林顿管TIP122与TIPl27，其参数为：

TIP122：Ic=5 A，Vce=100 V，Pc=65 W；TIP127：Ic=5 A，Vce=-100 V，Pc=65 W。

4 系统主程序设计

电路的主程序设计流程，如图2所示。按下“复位”按键，置入预置值。电路上电程序启动，系统完成初始化工作后，从BCD拨盘开关读取预置输出电压值，经数制转换处理后存入寄存器。再将预置值送LED显示单元显示。同时将输出电压预置值送DAC进行数模转换，得到对应的模拟输出电压。

系统完成这一系列动作后，程序将开展键盘扫描，检测按键状态，直到检测到有按键动作为止。

检测到有按键动作后，将按键信号作延时去抖处理后，再判断具体按键是“+”还是“-”键。若按键为“+”键，则调用电压增加0.1V的子程序，完成增加预置值的动作。若按键为“-”键，则调用电压减少0.1V的子程序，完成减小预置值的动作。然后再返回到按键状态检测，继续重复上述按键检测动作。只要检测到“+”、“-”键的单次按键时间小于0.5 s，则采用步进的方式对电压源进行电压值的增减。若检测到单次按键时间超过 0.5 s，则采用 “扫描”工作方式完成电压源预置电压的增减。

5 系统测试与功能小结

5.1 系统关键点电压测试

系统关键点电压测试，见表1。

由关键点电压测试结果分析可知，本次设计的基于单片机控制的数控直流稳压电源的输出电压可在0～9.9 V范围内根据预置值而变化，电路输出电压精度高，误差较小，数显结果显示清晰、正确。

5.2 系统功能总结

本电压源的功能是通过单片机AT89C51控制有效实现电压的数字控制。电压源的各项参数均满足设计要求。

信号由键盘“+”或“-”按键将模拟信号通过AT89C51单片机处理控制输出2进制量由P0.0到P0.7口送给DAC0832完成A/D转换。由于所设计的电路输出为电压信号，而经DAC0832转换后的输出是电流分量，所以还需将其输出经运算放大电路处理才能得到设计所需的0～9.9 V变化的电压，在本设计中选用了双电源低噪声高速优质运放NE5534，将输出的电流分量有效地转换为模拟电压分量。

6 结 语

本设计以单片机为主控核心，设计的一种智能稳压电源。可由面板上的功能按键，结合单片机控制，可实现设计要求范围内的任意输出电压，电路简单，结构紧凑，控制方便，电路稳压精度高，性能稳定，可广泛用作科研实验电源或对直流电压要求较高的设备上。

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