数控直流电源的设计（论文） .doc

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1、 V 毕业设计（论文）题目名称：数控直流电源的设计年 级： 本科 专科学生学号： 学生姓名： 指导教师： 学生单位： 技术职称： 学生专业：通信工程 教师单位： 数控直流电源的设计 摘要：随着时代的发展，数字电子技术已经普及到我们生活中的各个领域，本文将介绍一种数控直流稳压电源，本电源由模拟电源、显示电路、控制电路、数模转换电路、放大电路五部分组成。准确说就是模拟电源提供各个芯片电源、数码管、放大器所需电压；显示电路用于显示电源输出电压的大小。数控直流电流源能够很好地降低因元器件老化等原因造成的输出误差，最大输出电流2A，最高输出电压30V，电流、电压都具有步进为0.1。硬件电路ATmega8

2、为控制核心，利用闭环控制原理，加上反馈电路，使整个电路构成一个闭环，在软件方面主要利用PID算法来实现对输出电流的精确控制。该系统可靠性高、体积小、操作简单方便、人机界面友好。关键词：数控；直流电源；ATmega8The Design of Numerical Control DirectCurrent PowerAbstract: With the development of the times, digital electronic technology has been popular in all of our lives, work, research, and all field

3、s. This paper introduces a NC DC power supply, the power consists of analogue power supply, display circuit, control circuit, digital-to-analog converter and circuit amplifier. Accurately, analog power supplies voltage for chip power, the digital tube and amplifier; display circuit displays the outp

4、ut voltage. NC DC current source can reduce output error that caused by components aging, with functions of the maximum output current is up to 2A, the maximum output voltage is 30 V, current and voltage are stepping to 0.1 adjustment, output current signal can be shown directly. ATmega8 hardware ci

5、rcuit is the core of control, taking advantage of the closed-loop control principle and feedback circuit, so that the whole constitute a closed-loop circuit. In terms of software it mainly uses the PID algorithm to achieve the precise control of output current. The system has good features of high r

6、eliability, small size, simple operation and friendly man-machine interface.Key word: Numerical Control，Direct Current，ATmega8目 录第1章绪 论11.1研究背景及意义11.2国内外研究现状11.3课题研究方法2第2章方案与元件的选择及设计基础知识32.1方案设计与论证32.2单片机的选择52.2.1Mega8-8L简介52.2.2引脚说明62.3液晶显示屏（1602）显示的选择及串口实现原理72.3.1液晶显示屏（1602）简要说明72.4电流驱动管的选择82.5运算器

7、的选择92.5.1LM358M简介92.5.2NE5532AP简介92.6设计基础知识102.6.1相位修正PWM模式102.6.2模数转换器122.6.3ADC 输入通道142.6.4ADC 基准电压源142.6.5模拟输入电路15第3章电路原理和硬件实现163.1电路原理框图163.2 各部分电路图实现分析163.2.1 MCU173.2.2 MCU电源模板183.2.3 显示模板193.2.4 电源输出模板20第4章程序设计224.1主流程框图224.2 主程序框图234.3 程序运行原理234.3.1上电MCU初始化234.3.2液晶显示屏（1602）的运行244.3.3主程序264.

8、3.4按键扫描264.3.5AD转换26第5章 系统调试275.1软件测试275.2系统整体调试275.2.1电压测试275.2.2电流测试285.3ADC 精度分析29结论30参考文献33致谢34附录 设计全程序35 第1章绪 论 1.1研究背景及意义直流稳压电源是电子技术常用的设备之一，广泛的应用于教学、科研等领域。传统的多功能直流稳压电源功能简单、难控制、可靠性低、干扰大、精度低且体积大、复杂度高。普通直流稳压电源品种很多, 但均存在以下二个问题: 1、输出电压是通过粗调(波段开关) 及细调(电位器)来调节。这样, 当输出电压需要精确输出，或需要在一个小范围内改变时(如1. 05 1.

9、07V ) ,困难就较大。另外, 随着使用时间的增加，波段开关及电位器难免接触不良，对输出会有影响。2、稳压方式均是采用串联型稳压电路，对过载进行限流或截流型保护，电路构成复杂，稳压精度也不高。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

10、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。随着科学技术的不断发展，特别是计算机技术的突飞猛进，现代工业应用的工控产品均需要有低纹波、宽调整范围的高压电源，而在一些高能物理领域，更是急需电脑或单片机控制的低纹波、宽调整范围的电源。1.2国内外研究现状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。在80年代

11、的第一代分布式供电系统开始转向到20世纪末更为先进的第四代分布式供电结构以及中间母线结构，直流/直流电源行业正面临着新的挑战，即如何在现有系统加入嵌入式电源智能系统和数字控制。早在90年代中，半导体生产商们就开发出了数控电源管理技术，而在当时，这种方案的性价比与当时广泛使用的模拟控制方案相比处与劣势，因而无法被广泛采用。由于板载电源管理的更广泛应用和行业能源节约和运行最优化的关注，电源行业和半导体生产商们便开始共同开发这种名为“数控电源”的新产品。现今随着直流电源技术的飞跃发展，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，具有遥测、遥信、遥控的三遥功能，基本实现

12、了直流电源的无人值守。1.3课题研究方法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。针对以上问题，我们设计了一套以单片机为核心的智能化直流电源。该电源可以键控，可对输出电压从0.1V到20V(步进0.1V)，输出电流从0.1A到2A(步进0.1A)，输出由单片机输出PWM波 ，经过滤波后，成为稳定的直流电压控制到场效管。同时稳压方法采用单片机闭环控制，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，假如越限，那么单片机PWM值减小直到电压输出与设定值相同，假如不到，那么单片机PWM值增加直到电压输出与设定值相同。工作过程中，稳压电源的工作状态(输出电压、

13、电流等各种工作状态) 均由单片机输出驱动液晶显示屏（1602）显示。第2章方案与元件的选择及设计基础知识2.1方案设计与论证根据设计的要求： 1、最大输出电流2A，最高输出电压30V。 2、电压步进0.1V，电流步进0.1A。3、纹波系数尽可能小，输出稳定。4、有限按键操作方便，LCD显示界面。5、闭环控制理论的嵌入式软件实现。特色及基本技术路线：1、低成本解决方案。2、直观的实验效果。3、经典理论验证平台先硬件后软件，先局部后整体。我设计出以下几个方案：方案一：设计开关电源。在前期方案设计中采用PWM脉宽调制。它的功耗小，效率高，稳压范围宽，电路形式灵活多样，功耗小，效率高。在制作过程中发现

14、，PWM占空比的线性变化使相应的电流呈非线性变化，经分析发现滤波电容的存在对占空比很小的PWM波积分效果明显，导致电流的非线性变化更显著，特别是PWM占空比很小时(希望得到输出的电流很小)输出有几十毫伏的电流，PWM脉宽调制会产生高次谐波导致输出电流的纹波电流比较大，加大滤波电容后电流纹波相对减小，但积分作用更加明显。 方案二：用D/A和运算放大器做电流源，即采用D/A输出调节晶体管的偏值电流（电压）。采用此方案能有效的缩短调节时间，并能提高输出精度。但8位D/A芯片的精度达不到题目所需要的精度（步进10mA）。经计算需要采用12位的D/A芯片，但是12位D/A芯片的价格过于昂贵，并且在短时间内很难到货。因此，可以采用双D/A芯片来解决此问题。采用两片DAC8032，一路DAC8032作为粗调，另一路DAC8032作为精调，并通过运算放大器对两路D/A转换电压做加法运算，再经过一级运算放大器后推动后级电流驱动电路，通过电流采样电阻两断的电压给单片机，单片机再控制D/A的输出，形成闭环负反馈调节回路。粗调当中DAC8032的基准电压ref=5V，则一个LSB对应的电压调节