数控直流稳压电源系统设计

目录

一、前言 (4)

二、系统功能 (5)

三、方案论证 (6)

3．1 稳压电源的分类 (6)

3．2 稳压电源部分方案 (6)

3.3 三端集成稳压芯片 (8)

3.4 数字显示部分 (9)

四、系统硬件设计 (9)

1、电路原理 (9)

2、硬件模块分析 (10)

2.1 ATmage16单片机模块 (9)

2.2 L6203驱动模块 (12)

2.3 5V系统电源模块 (14)

2.4 1602液晶显示模块 (14)

2.5输出电压采集反馈电路模块 (15)

五、系统的软件设计 (15)

1 程序设计 (15)

2.程序流程图 (16)

六．结束语 (16)

七．参考文献 (17)

附录1(电路原理图) (18)

附录2（电子万年历程序） (19)

摘要

将单片机数字控制技术，有机地融入直流稳压电源的设计中，设计出一

款数字化通用直流稳压电源。该电源具有液晶显示、数字输入调压、电压调

节精度高的特点。通过软件编程，易于实现功能的扩展。

AVR 系列的单片机不仅具有良好的集成性能, 而且都具备在线编程接口, 其

中的Mega 系列还具备JTAG 仿真和下载功能; 含有片看门狗电路、片程序Flash、同步串行接口SPI; 多数AVR 单片机还嵌了A/D 转换器、EEPROM

、模拟比较器、PWM 定时计数器等多种功能; AVR 单片机的I/O 接口具有很

强的驱动能力, 灌入电流可直接驱动继电器、LCD 等元件, 从而省去驱动电路, 节约系统成本。

关键词：直流稳压电源；AVR单片机；液晶显示

一、前言

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。电力电子技术是电能的最佳应用技术之一。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。随着计算机

和通讯技术发展而来的现代信息技术革命，给电力电子技术提供了广阔的

发展前景，同时也给电源提出了更高的要求。随着数控电源在电子装置中

的普遍使用，普通电源在工作时产生的误差，会影响整个系统的精确度。

电源在使用时会造成很多不良后果，世界各国纷纷对电源产品提出了不同

要求并制定了一系列的产品精度标准。只有满足产品标准，才能够进入市

场。随着经济全球化的发展，满足国际标准的产品才能获得进出的通行证。

数控电源是从80年代才真正的发展起来的，期间系统的电力电子理论开始建立。这些理论为其后来的发展提供了一个良好的基础。在以后的一段时间里，数控电源技术有了长足的发展。但其产品存在数控程度达不到要求、分辨率不高、功率密度比较低、可靠性较差的缺点。因此数控电源主要的发展方向，是针对上述缺点不断加以改善。单片机技术及电压转换模块的出现为精确数控电源的发展提供了有利的条件。新的变换技术和控制理论的不断发展，各种类型专用集成电路、数字信号处理器件的研制应用，到90年代，己出现了数控精度达到0.05V的数控电源，功率密度达到每立方英寸50W的数控电源。从组成上，数控电源可分成器件、主电路与控制等三部分。目前在电力电子器件方面，几乎都为旋纽开关调节电压，调节精度不高，而且经常跳变，使用麻烦。数字化智能电源是针对传统电源的不足设计的，数字化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，极提高生产效率和产品的可维护性。

在家用电器和其他各类电子设备中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。但在实际生活中，都是由220V 的交流电网供电。这就需要通过变压、整流、滤波、稳压电路将交流电转换成稳定的直流电。滤波器用于滤去整流输出电压中的纹波，一般传统电路由滤波扼流圈和电容器组成，若由晶体管滤波器来替代，则可缩小直流电源的体积，减轻其重量，且晶体管滤波直流电源不需直流稳压器就能用作家用电器的电源，这既降低了家用电器的成本，又缩小了其体积，使家用电器小型化。传统的直流稳压电源通常采用电位器和波段开关来实现电压的调节,并由电压表指示电压值的大小. 因此,电压的调整精度不高,读数欠直观,电位器也易磨损.而基于单片机控制的直流稳压电源能较好地解决以上传统稳压电源的不足。

从上世纪九十年代末起，随着对系统更高效率和更低功耗的需求，电信与数据通讯设备的技术更新推动电源行业中直流/直流电源转换器向更高灵活性和智能化方向发展。整流系统由以前的分立元件和集成电路控制发展为微机控制, 从而使直流电源智能化, 基本实现了直流电源的无人值守。直流稳压电源是最常用的仪器设备, 在科研及实验中都是必不可少的。数控电源采用按键盘，可对输出电压进行设置, 输出由单片机通过D/A,控制驱动模块输出一个稳定电压。同时稳压方法采用单片机控制, 单片机通过A/D 采样输出电压, 与设定值进行比较, 若有偏差则调整输出, 越限则输出报警信号并截流。工作过程中, 稳压电源的工作状态(输出电压、电

流等各种工作状态) 均由单片机输出驱动LCD显示, 由键盘控制进行动态

逻辑切换。以单片机为核心的智能化高精度简易直流电源的设计,电源采用

数字调节、输出精度高, 特别适用于各种有较高精度要求的场合。

电源采用数字控制，具有以下明显优点:

1)易于采用先进的控制方法和智能控制策略，使电源模块的智能化程

度更高，性能更完美。

2)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。

3)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。二、系统功能

系统电压调节围为0～12V，最大输出电流1A，具有过载和短路保护功能。输出电压可用1602LCD液晶显示。键盘设有6个键，复位键，步进增减1V两个键，步进增减0.1V两个键以及确认键。复位键用于启动参数设定状态（5V），步进增减键用于设定参数数值，确认键用于确认输出设定值.

电源开机设定电压输出默认值为5V。通过步进增减按键功能选择可在不同的设定参数之间切换，再按确认键进入设定电压输出状态。若按复位键，则电压输出恢复5V。系统设有自动识别功能，将不接受超出使用围（0～12V）的设定值。

三、方案论证

3．1 稳压电源的分类

稳压电源的分类方法繁多，按输出电源的类型分有直流稳压电源和交

流稳压电源；按稳压电路与负载的连接方式分有串联稳压电源和并联稳压

电源；按调整管的工作状态分有线性稳压电源和开关稳压电源；按电路类

型分有简单稳压电源和反馈型稳压电源，等等。如此繁多的分类方式会让

我们摸不着头脑，不知道从哪里入手。我们必须弄清楚各个类别的特点，

才能从中选出最佳方案。

3．2 稳压电源设计方案

方案：输出可调的开关电源

开关电源的功能元件工作在开关状态，因而效率高，输出功率大；且容易实现短路保护与过流保护，只是电路在低输出电压时开关频率低，纹波大，稳定度差。

综合考虑效率，输出功率，输入输出电压，负载调整率, 本设计选用方案三，要求较低，较易实现.对于效率和纹波的要求可以通过仔细调整磁性元件的参数(L，Q，M等)使其工作在最佳状态。我们在选择方案的时候考虑到电路要简单，元件要容易找，所以我们选择了上述的方案中的第三个方案。

稳压电路部分可以采用三极管等分立元件来实现，也可以采用集成三

端集成稳压芯片。从性价比来说，采用三端集成稳压芯片来实现要好很多，现在的稳压芯片功能强大，且价格低廉，很适合我们此次的设计。

3.3 三端集成稳压芯片

方案:采用LM317可调式三端稳压器电源

LM317可调式三端稳压器电源能够连续输出可调的直流电压.

不过它只能连续调正电压，稳压器部含有过流，过热保护电路;由一个电阻(R)和一个可变电位器(RP)组成电压输出调节电路，输出电压为:Vo=1.25(1+RP/R).

3.4 数字显示部分

方案：用Atmage16实现模数转换

利用单片机的软硬件资源实现高精度高速A/D转换，转换精度和转换速度还可以通过软件来改变，价格也低廉。不过对软件部分要求较高。

四、系统硬件设计

1、电路原理

电路系统结构如图1所示，系统选用Atmage16单片机为控制核心，外部扩展1602驱动芯片用以实现电压输出功能，同时1602液晶显示相应的输出电压值。单片机计算设定值与A／D转换采样反馈值的偏差以及偏差的变化率，得出相应的输出值，由D／A转换变换为模拟量去驱动电压输出控制电路，从而使电压稳定在设定值。