数控步进直流稳压电源设计毕业论文
数控直流稳压电源设计
数控步进直流稳压电源设计毕业论文
目录
1绪论 (1)
2系统的硬件电路设计 (1)
2.1 系统框图及工作原理概述 (1)
2.2 电源部分 (2)
3信号处理部分 (6)
3.1 信号采集调理电路 (6)
3.2 D/A转换电路 (7)
3.3 功能芯片 (8)
4键盘及显示电路 (10)
4.1 键盘电路 (10)
4.2 液晶显示电路 (10)
5输出部分 (11)
5.1 稳压输出电路 (11)
5.2 过流保护电路 (12)
6系统的软件设计 (12)
6.1 系统的软件框图 (12)
6.2 主控程序流程图 (13)
6.3 中断程序流程图 (14)
6.4 按键扫描程序流程图 (14)
7系统调试及数据分析 (15)
8结论 (15)
参考文献： (17)
Abstract (18)
致谢 (19)
数控步进直流稳压电源设计
附录A 程序清单 (20)
附录B 实物图 (27)
共29页共 8773 字
物理与电子信息学院毕业论文
数控步进直流稳压电源设计
1绪论
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。数控电源是从80年代才真正的发展起来的，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。
本文重点介绍了一台输出电压可调节的数控步进直流稳压电源。它采用STC12C5A60S2单片机为核心控制器件来实现对输出电路的调节控制。电压调节范围为0—12V步进幅度为0.1V，输出电压和电流值通过液晶来显示显示精度分别为0.1V和0.01A。它主要由STC12C5A60S2核心控制模块，液晶显示模块，人机交互模块，稳压电源输出模块，电压、电流采集、放大、比较模块，电压、电流的调节模块，声光报警模块和为系统供电的电源模块等组成。通过输出信号采集调理电路对输出的电压、电流进行实时采样，然后把采样的值送给内部自带AD转换的STC12C5A60S2进行处理，之后控制液晶来同时显示当前输出的的电压和电流值。本产品控制灵活、可靠性高、系统维护方便是一款智能化程度更高，性能更完美的稳压直流电源。
2系统的硬件电路设计
2.1系统框图及工作原理概述
数控步进直流稳压电源设计
图2.1系统图
工作原理概述：由51系列单片机STC12C5A60S2控制按键电路、显示电路、DAC 数模转换、输出调整、过流保护电路等各部分电路的工作，按键电路现用独立按键实现电路电压变化；显示电路由液晶实现0-～12V 显示；模数转换由DAC0832及高精度运放OP07构成，后接TIP122又组成射极跟随器，跟随0832的电流变化；输出调整用运放LM324构成电压跟随器及输出电压量反馈，使电压稳定；电流保护，输出电流过大达到设定值时，发光二极管导通点亮，TLP521开始工作，进而使三极管9013导通驱动蜂鸣器发出声音,报警电路实现声光报警。
2.2电源部分
2.2.1稳压电源的组成
稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路组成，如图2.2所示
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U101
LM7912
图2.2 稳压电源模块
整流电路：整流电路由四个整流管组成其作用是将交流电压U2变换成脉动电压U3。
滤波电路:滤波电路一般由电容组成，其作用是将脉动电压U3中的大部分纹波加以滤除，以得到较平滑的直流电压U4。本题对纹波要求非常高，对于本系统，造成纹波的主要因素是工频干扰、负载波动和数字调节的过冲噪声。其中数字调节的过冲噪声是数字控制系统必然存在的。因此，主要从抑制工频干扰和提高负载容量上来抑制纹波。本系统在电源端即进行滤波。因为系统的工频干扰主要由电源变压器引入，因此在电源端进行滤波对抑制工频干扰是十分必要和十分有效的。并且三个电源都在输出端用电容进行滤波，进一步抑制纹波的影响。
稳压电路：由于得到的输出电压受负载、输入电压和温度的影响不稳定，为了得到更为稳定电压添加了稳压电路，从而得到稳定的电压U0。
2.2.2稳压电源的工作原理
如图3.1所示，变压器将～220V电压变换成～15V电压，经过保险管后被整流二极管D101、D102、D103、D104整流过后，由电容C101、C102对其进行滤波，然后经过稳压块7812、7912稳压在输出端又经过电容C103、C104、C105、C106输出+12V和-12V 供电，+12V又经过7805稳压在输出端经电容C107/C108滤波输出5v供电。经整流、滤波、稳压固定输出+12V、-12V、+5V，为保证及时散热稳压块可附上散热片，且7812输出可供7805输入，输出端接发光二极管作为电压指示，为防止稳压块输出接的电容放电烧毁集成块，在稳压块输出到输入端正向接二极管。
电源电压的稳定性取决于供电系统本身，当供电系统受到某种因素的影响时，供电电压的变化就有可能超出电子设备能够承受的允许范围。故要求稳压电源的输出必须稳
机的P3.5连接。第6脚SCL为串行时钟输入线，在AT89C51试验开发板上和单片机的P3.6连接。SDA和SCL都需要和正电源间各接一个4.7K的电阻上拉。第7脚需要接地。24C02中带有片内地址寄存器。每写入或读出一个数据字节后，该地址寄存器自动间加1，以实现对下一个存储单元的读写。所有字节均以单一操作方式读取。为降低总的写入时，一次操作可写入多达8个字节的数据。
2.2.4STC12C5A60S2核心控制电路
如图2.4所示,在此模块中我们采用了STC12C5A60S2，它是单时钟/机器周期（1T）的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路10位A/D 转换（250K/S），针对电机控制，强干扰场合。凭借自身的优点来完成一下几项工作：
⑴它接收电压电流采集、放大、比较模块采集的信号，经自身A/D转后并进行数据处理；
⑵把上一步处理好的数据送给液晶显示模块来显示当前输出的电压和电流值，当电流超
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降压后同时送给STC12C5A60S29的AD0通道和1的导通和关断，影响A点的电位变化，从而使调整管工作，使输出电压变化，同时比较器U301C，比较器的基准电压是12V电压经过10K电阻限流然后经过D302稳压管稳压和一个10k的电位器并联调节得
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到的，比较器的结果控制二极管D30也起到保护电路的作用。
由图4.1可知C点的采样值是采样电阻R203、R204和电位器RP201分压得到的，采样值首先送给由U302A构成的电压跟随器，实现电流的放大，然后送给由电阻R308、R309和U302B构成的1:1的反比例放大器，然后经过电阻R310后送给STC12C5A60S2的AD1通道进行转换。
3.2D/A转换电路
3.2.1D/A转换电路的组成
D/A转换电路主要有八位数模转换芯片DAC0832和高精度运算放大器OP07组成。因为电源输出电压范围是0-12V，步长0.1V,共有120个状态，8位的D/A转换芯片DAC0832共有256个状态，显然能满足电路要求，因此采用DAC0832做为D/A。运放OP07构成反相比例运算，Uo=-(Rf/R1)*Ui，当Rf=R1时，Uo=-Ui输出电压等于负的输入电压，DAC0832由倒T型网络构成，其由稳压电源的+12V通过一个电位器作为基准电压端Uref，基准电压为正电压，由上面的公式得出0832的输出电压为负,0832内部有一个反馈电阻,所以运放输出不必加反馈电阻，运放的其它的使能端可接高低电平实现对DAC的控制。
3.2.2D/A转换电路的工作原理
如图3.2所示，按键的键值通过单片机传输到DA转换器0832中进行数字量和模拟量的转化，由于DAC0832内部不含运算放大器，所以在外部接一个运算放大器OP07构成完整的DA转换器，运放输出接0832的反馈电阻端Rf，从而与晶体管构成射极输出器，跟随DAC0832输出电流的变化，DAC0832输出的模拟电流量经过高精度运放OP07转化为模拟电压量，然后送至U301A的反向输入端从图中可以看出采样电压UC 与参考电压比较来使A点的点位变化，A点电位变化使调整管TIP122动作，从而使输出电压改变，输出电压变化进而使输出采样电压变化，这样就够成了一个闭环的自动调节电路，只需改变DA数值便可以改变输出电压值。
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3.2 D/A转换电路
3.3功能芯片
3.3.1DAC0832芯片
图3.3 DAC0832芯片
(1) DI7～DI0：8位的数据输入端，DI7为最高位。
(2) I OUT1：模拟电流输出端1，当DAC寄存器中数据全为1时，输出电流最大，当DAC寄存器中数据全为0时，输出电流为0。
(3) I OUT2：模拟电流输出端2，I OUT2与I OUT1的和为一个常数，即I OUT1＋I OUT2＝常数。
(4) R FB：反馈电阻引出端，DAC0832内部已经有反馈电阻，所以R FB端可以直接接到外部运算放大器的输出端，这样相当于将一个反馈电阻接在运算放大器的输出端和输入端之间。