数控稳压电源的设计

屈原 李波

摘 要：本文提出了将Arduino工程的可视化设计应用在设计数控稳压电源上，提出了数控稳压电源的设计任务，分析了数控稳压电源系统设计任务，然后实现数控稳压电源的软件和硬件，通过仿真论证了设计的正确性和可行性。

关键词：Arduino；可视化设计；数控稳压电源

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.09.132

1 数控稳压电源的设计任务

设计一种基于Arduino的数控稳压电源，实现输出电压在4.5～30.0V之间步进可调，初始化显示电压为常用电压10V，通过按键调整电压，每按一次ADD键，电压增加0.1V，每按一次DEC键，电压减少0.1V。

2 数控稳压电源系统设计任务分析

数控稳压电源系统包括七个部分，控制核心电路Arduino Uno，控制LCD显示、LCD显示电路、DA转换电路、反相放大电路、电压调整电路和运算电路、输出稳压电路。

3 数控稳压电源系统设计任务实现

传统的单片机设计，往往是硬件设计和软件设计分开教学的，使学生最终不能很好地结合起来两部分的功能[1-2]。本文应用可视化设计的理念，将硬件系统和软件设计结合起来进行设计。

3.1 硬件设计

主控芯片选择Atmeg328型单片机，它是Arduino Uno处理器的核心。本文以主控芯片及其可视化编程设计为例来说明可视化设计的方法和步骤，系统的其他模块不详细说明了。在主控芯片的硬件电路中，IO1～IO2启动DAC0832进行数模转换，IO4～IO8，IO11～IO13连接DAC0832的数字量输入端，IO2，IO3用于连接按键输入产生外部中断，AD4，AD5用于连接LCD外设接口，如图1所示。

3.2 主控芯片的可视化编程

主控芯片的流程图程序就是要完成任务要求的功能，如图2所示。

3.3 仿真结果

按照主控芯片及其可视化编程设计方法，完成系统其他6个模块的软件和硬件设计后，可得到如下仿真图。初始化数字显示10.0V，通过仿真和测量电路终端输出均为10.0V，按一次ADD键时，由仿真图可知，电路终端输出也为10.1V，如图3所示，用电压表测得的电路终端均为10.1V。按一次DEC键时，由仿真图可知，电路终端输出也为9.9V，用电压表测得的电路终端均为9.93V，有0.03V误差，误差在允许的范围内，分析误差原因是步进值设定电阻的误差以及稳压输出电路中1.001倍的跟随误差，如图4所示。

4 结论

本文主要介紹的数控稳压电源在可视化设计平台上的实现方法，从软件和硬件的实现，仿真结果的直观性可知， Arduino工程的可视化设计软件简单、直观、交互性强，从设计任务、任务分析以任务实现上都可以得出可视化设计非常实用，准确性很高。

参考文献：

[1]R.Barber，M.Horra，J.Crespo.Control Practices using Simulink with Arduino as Low Cost Hardware[J].IFAC Proceedings Volumes，2013：4617.

[2]M.Fatehnia，S.Paran，S.Kish，K.Tawfiq.Automating double ring infiltrometer with an Arduino microcontroller[J]. Geoderma，2016：2621.

基金项目：内蒙古自治区教育科学研究“十三五”规划课题（课题批准号：NZJGH2018139），鄂尔多斯职业学院科研基金项目（项目编号：EJY1702）

作者简介：屈原（1987-），男，内蒙古鄂尔多斯人，工程硕士，讲师，工程师，主要从事电气、自动化和机电一体化研究。

*为通讯作者