数控电压源的设计与制作

赵勇超 王小山 王佩赛

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201714174

摘要：本作品电压部分的主要控制器件是LM2576ADJ，并且通过调节相应的电阻来调节输出电压大小；控制部分利用AD0832将模拟量转换为数字量向单片机提供信息供其处理。本系统由整流滤波模块、电压输出模块、AD转换模块、单片机系统、数码管显示模块、测温模块组成，各模块相互作用进而搭建成一个稳定的数控电压源。该作品具有输出电压稳定、功耗低、自带降温系统等优点！

关键词：LM2576；输出电压；单片机；数码管

随着信息化时代的到来，科學技术飞速发展，当然电源技术在其中也起到了至关重要的作用。数控电源技术的实践性很强，存在于我们生活中的方方面面。数控电源在电子设备中使用广泛，然而普通电源工作时产生的误差，不足以满足某些方面的工业要求，因此数字控制的电源受到了人们的青睐，比如数控直流稳压电源，它的精确度更高，又方便可调，满足工业方面要求，从数字电子技术着手，一切向数字化，智能化方向发展，将会使现代人的工作、科研、生活、变得更好更方便。

在教育教学中，无论是高校还是中小学，一个稳定可调的数控电源在实验室中是必不可少的。然而传统的电源是通过调节粗条波段和细条电位器来调节输出电压的大小，并且由电压表指针指示输出电压值。这种直流稳压电源不仅电位器易磨损、稳压精度不高、不易调节，并且读数不直观、设备体积大，使用极不方便，而基于单片机控制的数控电压源却较好地解决了上述问题。

本设计开发的数控稳压电源，采用单片机和其它元器件以及外围电路的相互配合，使其能够精确的输出并显示稳定的电压值。

一、系统工作原理

本作品电压部分的主要控制器件是LM2576ADJ，并且通过调节相应的电阻来调节输出电压大小；控制部分利用AD0832将模拟量转换为数字量向单片机提供信息供其处理。本系统由整流滤波模块、电压输出模块、AD转换模块、单片机系统、数码管显示模块、测温模块组成，各模块相互作用进而搭建成一个稳定的数控电压源。该作品具有输出电压稳定、功耗低、自带降温系统等优点。系统框图如图所示。

二、硬件电路的设计

（一）整流滤波电路

整流滤波电路主要是将220V的交流电进行整流滤波，得到输出稳定的直流电压。桥式整流滤波电路的结构简单，易于实现，故此电路中选用桥式整流滤波电路。其中输出电压Uo=1.2Ui，接入的二极管的反向承受电压应是输入电压的2倍。

（二）输出电压控制电路的设计

输出电压控制电路以LM2576及其外围电路组成，通过调节滑动变阻器从而调节输出电压的大小。外围电路中的电容C3一般应大于或等于100μF，焊接时要尽量靠近LM2576的输入引脚，且其耐压值应与它的最大输入电压值相匹配；输出电容C4的值应依此式计算选取（单位μF）： C≥13300 Vin/ Vout×L 。式中，Vin为LM2576的最大输入电压、Vout为LM2576的输出电压、L是经计算后查表选取的电感L1的值，其单位是μH。电容C耐压值应大于额定输出电压的1.5～2倍。二极管D1的额定电流值应大于最大负载电流的1.2倍，考虑到负载短路的情况，二极管的额定电流值应大于LM2576的最大电流限制。二极管的反向电压应大于最大输入电压的1.25倍。这里我们推荐使用肖特基二极管。因为在系统设计中我们要给单片机及其他器件供电，所以我们将220V的交流电经变压器降压在经过整流滤波后，得到25V左右的稳定直流电压，然后在经过稳压管L 7812和L 7805进行两次稳压，分别获得12V和5V的稳定电压，5V用于单片机的工作电压。

（三）AD转换电路

在AD转换部分，本设计采用美国国家半导体公司生产的双通道、8位分辨率的ADC0832芯片。在此电路中因我们要输出的电压最大可达25V，而ADC0832的最大输入电压为5V，所以我们给其串联图中的103电位器分压，保持其正常工作。因其体积小，兼容性强，性价比高的特点深受电子设计制作者及企业欢迎。

（四）单片机控制系统

本设计不需要很高的处理速度，从经济和方便使用角度考虑，单片机选用美国STC公司推出的一种新型51内核的单片机STC89C51。它具有 8K 在系统可编程Flash 存储器，控制灵活，功耗低，且能满足本设计的要求，综合考虑性价比更高。本设计的控制部分使单片机结合AD0832、18b20、继电器、数码管等器件共同完成模拟量到数字量的转换以及具体功能的实现。

（五）显示电路

采取扫描显示的方法，同时控制多个七段数码管工作。在实际电路焊接中将每个7段LED数码管的a、b、c、d、e、f、g都连在一起，再通过单片机控制晶体管分别驱动每个7段LED数码管的共同引脚。显示方式是将第一个7段LED数码管所要显示的数据送到a、b、c、d、e、f、g总线上，然后将扫描信号送到公共端。根据89C51的输出信息来判断驱动哪一个数码管，即哪一个数码管亮，并且A～H连接89C51单片机的P0.0～P0.7管脚，根据89C51的输出的数字信息来控制数码管的那一段亮，从而显示实际输出的电压值。

三、系统软件设计

主函数流程图

四、系统的调试与测试结果

（一）系统的软件调试

用万用表测量的实际输出值与数码管显示的电压值对比，若误差超出允许范围，则需要对其采样部分和A/D转换之间的程序做主要修改，反复修改调试，最终使数控电源的实际输出值与数码管显示的数值相符。

（二）系统的硬件调试

若输出电压不稳定或者输出电压与实际测量值之间相差很大，则需查看采样电路的电阻阻值选取是否正确，各单元供电是否正常，检测所用器件是否完好无损，逐项排查调试，最终使数控电源满足设计要求。

五、结语

这次设计的题目是以单片机为基础实现数字式可调稳压电源，经过查阅很多参考资料，增加了一些功能（比如：自带降温系统）。数控电压源所牵涉的范围是很大的，它不仅仅只可具备准确的电压输出、显示功能，自动降温系统，我们还可以尝试更多的扩展。

参考文献：

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[5]张越，张炎，赵延军.基于DS18B20温度传感器的数字温控器，2011.

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[7]邹于丰.基于AT89C2051单片机的温控器系列[J].电子世界，2011年，第5期，P39.

项目：咸阳师范学院校级大学生创新训练计划资助项目（项目编号2013045）

作者简介：赵勇超（1994），男，陕西咸阳人，本科，咸阳师范学院物理与电子工程学院学生，专业：电气工程及其自动化；王小山（1994），男，陕西西安人，本科，咸阳师范学院物理与电子工程学院学生，专业：电气工程及其自动化；王佩赛（1996），女，陕西西安人，本科，咸阳师范学院物理与电子工程学院学生，专业：电气工程及其自动化。