数字控制直流稳压电源

电子系统设计
专业：电子信息科学与技术班级： 0312412 学号： 031341221 题目：数字控制直流稳压电源
学生姓名：黄勇
指导教师：谭建军
数字控制直流稳压电源
摘要
本设计采用数字电位器MCP41010和功率放大电路LM324构成输出电压在0.1-9. 9V的直流稳压电源，整个电路由D/A转换模块、电压放大模块、精密电压源模块和过流保护模块组成。

数字控制部分采用+／一按键来调整预设电压值，调整步进0. IV，当按下+／一按键超过1秒时进入快速调整状态，每秒步进为0. 4V。

最后再将放大后的输出电压值和输出电流值，经过PIC16F877A的内部A/D转换并在数码管上实时显示。

关键词：数字电位器、 D/A转换、电压源。

Abstract
Our design makes full use of the Digital Resistance 41010 and Power Amplifiers LM324 to constitute the steady current source whose output voltages range from O.IVt0 9.9V. The whole circuit consists of digital and analog signal conversion part,voltage amplification part, accurate voltage source part and current limitation part.The output will add or minus O.IV if we press the key every time, what 's more, whichwill change 0.4V if we press the button more than one second. Lastly, samples are sent to PIC and after whose processing the figures tubes will display the result value.
Key words: Digital Resistance; D/A Convert; V oltage Source; Current Limitation
1系统设计
1.1设计要求
1.1.1设计任务
设计出有一定输出电压范围和功能的数控电源。

1.1.2、设计要求
(1)输出电压：范围0～+9. 9V，步进0.IV，纹波不大于lOmV。

(2)输出电流：500mA。

(3)输出电压值由数码管显示。

(4)由“+”、“-”两键分别控制输出电压步进增减。

(5)为实现上述几部件工作，自制一稳压直流电源，输出+15V，+5V。

1.1.3、发挥部分
1.输出电压可预置在0V-9.9V之间的任意一值。

2.用自动扫描代替人工按键，实现输出电压变化（步进0.1V不变）。

3.扩展输出电压种类（比如三角波等）。

1.2方案论证与比较
1.2.1稳压模块
方案一：如下图所示，电路接成串联型电压负反馈，我们把输入电压加到运放的同相端，与6脚的取样电压构成差动放大器，把他们之间的电压差进行放大，放大后的电压再接到调整管的基级，通过调整管的调整作用，来达到稳定输出电压的效果。

方案二：如图，电压经过差分放大后由功率三极管放大电流组成电压负反馈电路。

再经过电容滤波，电路即可输出稳定的直流电压。

综合以上分析，方案二较好。

1.2.2电压采样模块
方案一：在输出口串上两个大电阻和一个电位器，从电位器的中间抽头进行采样，这样不但可以得到完全采样，而且可调．因为实际的电阻值与所标的电阻值会有一些误差，电位器的精密度等都会增加电压采样误差．电路图如下：
方案二：由于产生的稳定直流电压源的电压值高达9. 9V，不能直接送给PIC的1/0采样，则需将其线性降压，而此降压电路模块不会影响电压源的各性能。

因此利用电压跟随器的输入电阻无穷大的特性，得出采样电压。

1.2.4最终方案
单片机PIC16F877A主要用于预设输出电压值并通过按键来实现输出电压的步进控制，系统将电路中实时采样的电压值和电流值送数码管显。

(1)单片机控制模块：采用PIC16F877A单片机为核心。

(2)稳压电压模块：采用数字电位器MCP41010进行D/A转换输出基准电压。

(3)控制调整模块：采用达林顿管TIP122进行控制调整输出电压。

(4)输出取样模块：采用电阻臂进行电压取样，小功率电阻进行电流取样。

(5)显示模块：采用数码管显示。

1.2.5系统框图
2．单元电路分析
2.1.1工作原理
如图所示，利用PIC16F877A及数字电位器MCP41010进行D/A转换，从而得到步进电压。

SCK用于接入PIC的C2口输出的时钟信号。

SI为MCP41010的数据输入引脚，用于接收从PIC的C3口输出的数据信号，即步进电压信号。

当CS =0时，SCK的上升沿到来时，数据从SI引脚输入数字电位器，从而得到步进电压。

2.1.2参数选择
电解电容C，、瓷片电容C,是为了对+2.5V参考电压进行滤波，故可选取电解电容C,为I00uF、瓷片电容C1为104。

2.2电压放大模块
2.2.1工作原理
如图所示，由于MCP41010是8位电流型串行数字电位器，可产生256个步进。

当参考电压为+2. 5V时，PWO输出的步进值约为0.OIV。

所以要想得到步进值为0.1V，需放大5倍，并且电位器每次步进2阶同时自动调整。

通过对输出D/A的输出电压进行同相放大，该电路的放大倍数大约为5倍，并通过电位器来改变它的放大倍数，
2.2.2参数选择
(1)电路负反馈放大倍数：A=5
(2)集成运放选取LM324。

2.3稳定电压源及电压采样模块
2.3.1工作原理
如图所示，集成运放的5、6、7引脚构成差分放大电路，与功率三极管TIP122组成闭环负反馈电路，使得5和6引脚的电压保持相等。

其中功率三极管还起到放大电流的作用，各电容起到稳压滤波作用。

由于输出电压范围为0-9.9V，不能直接将其作为电压采样值送给PIC的I/O口，所以需要将其线性降压。

根据电压跟随器的输入电阻无穷大的特性，组成如图采样电路，并且不影响直流电压源的各参数性质。

2.3.2参数选择
(1)由于设计要求电压源输出的电压高达9.9V，所以用大于9.9V的电源给电路供电。

三极管是电流控制电流型器件，考虑到流经其上的电流要高达0.5A，因此所选三极管的功率要承受：
P= V/—10矿术0.5彳=SW
所以需要选择散热性好的功率三极管TIP122，并且加上散热片帮助其尽快散热。

(2)稳压滤波电容
(3)电压采样电阻
3.电路原理图
4.软件流程图
4.1部分程序源码
#include "includes.h"
#define TIME0H 0x3C
#define TIME0L 0xB0
unsigned char uc_Clock=0;
bit b_DATransform=0;
void vShowV oltage(unsigned int uiNumber)
{
unsigned char ucaNumber[3],ucCount;
if(uiNumber>999)
uiNumber=999;
ucaNumber[0]=uiNumber/100;
ucaNumber[1]=(uiNumber-100*(int)ucaNumber[0])/10;
ucaNumber[2]=uiNumber-100*(int)ucaNumber[0]-10*uc aNumber[1]
for(ucCount=0;ucCount<3;ucCount++)
{
vShowOneChar(ucaNumber[ucCount]+48);
if(ucCount==0)
vShowOneChar('.');
}
}
void main()
{
TMOD=0x01;
TH0=TIME0H;
TL0=TIME0L;
TR0=1;
ET0=1;
EA=1;
vdInitialize();
vWriteCMD(0x84);
vShowChar("V oltage:");
vWriteCMD(0xC9);
vShowChar("(V)");
while(1)
{
if(b_DATransform==1)
{
b_DATransform=0;
vWriteCMD(0xC4);
vShowV oltage(uiADTransform());
}
}
}
5．系统测试
5.1测试步骤：
①第一步：检查电路没有问题，上电。

②第二步：预设置电压值，并用数字万用表检测输出电压，及功率电阻两端的电压。

③第三步：用示波器测输出电压的纹波。