电子设计竞赛论文-简易稳压电源的设计

电子设计大赛论文

简易数控直流稳压电源设计

2013年5月2日

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题目 名称 学院 设计要求： 简易数控直流稳压电源设计 专业 指导教师 （1）输出电压：范围 0～＋9.9V，步进 0.1V，纹波不大于 10mV； （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±10V，＋5V。 提高要求： （1）输出电压可预置在 0～9.9V 之间的任意一个值； （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）。 比赛工作计划： （1）查阅资料，设计硬件电路；（4.17-4.20） （2）硬件电路焊接； （4.21-4.23） （3）整机调试，编写设计报告（4.24-4.29） 参考书籍： [1]《单片微机原理及应用》，第二版，机械工业出版社，2004年2月。 [2]《C8051F系列单片机原理与应用》，张培仁，孙力，清华大学出版社，2013年1月第一版。 [3]C程序设计，谭浩强，第三版，清华大学出版社，2005年7月第二版。 参考文献： [1]何希才，张明莉。新趔稳压电源及应用实例[M]。北京：电子工业出版社．2004． [2]王小明，卢志强。基于STC89C52数控直流电源设计。微计算机信息，2009，12。 [3]何香玲，邓刚。数控式步进可调稳压源[J]。现代电子技术，2007。 [4]刘兰波。数控直流电源的研究[J]。河北北方学院学报：自然科学版，2009。 姓 名 项 目 组 成 员 ii

学 号 专业/班级 所在学院 项目中的分工 摘 要

数控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。本课题以单片机为控制核心，进行算法控制和集成运放线性负反馈，并通过7219驱动四位显示器进行精确显示，设计并实现了一台高精度、低噪声的数控直流电流源。

该稳压电源由供电电源、数控系统、模拟输出三个部分组成。供电电源采用MC7815和MC7915稳压器，通过桥式整流电路，为整机提供了稳定的直流供电；控制系统以单片机C8051F020为核心，其内部的12位DAC转换器产生控制输出，实现了输出电流的实时数控和精确检测。模拟部分利用集成运放继电器等模块实现不同波形的输出；系统还设置了串口通讯、遥控功能。

经测试，输出电压范围达0—9.9V，输出纹波及噪声小于10mV，均达到题目指标。

论文阐明了软硬件设计依据，给出了系统功能和性能测试结果，并附录了详细的设计资料。

关键词: 恒压源 集成运放 7219驱动器

单片机 实时数控

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目 录

第 1 章 方案论证与原理设计 ..................................................................... 1

1.1 1.2 1.3 1.4

模拟输出方案 .................................................................................................. 1 供电电源方案 .................................................................................................. 1 控制系统方案 .................................................................................................. 2 整机方案框图 .................................................................................................. 2

第 2 章 电路设计与参数论证 ..................................................................... 3

2.1 2.2 2.3 2.4 2.5

供电电源(15V) ................................................................................................. 3 5V供电电源 .................................................................................................... 5 数控电路 .......................................................................................................... 5 模拟输出电路及A/D校准 ............................................................................. 7 驱动数码管显示电路 .................................................................................... 10

第 3 章 系统功能与软件设计 ................................................................... 11

3.1 3.2

系统功能分析 ................................................................................................ 11 软件设计结构 ................................................................................................ 12

第 4 章 功能及性能测试 ........................................................................... 16

4.1 4.2 4.3 4.4

测试条件 ........................................................................................................ 16 整机调试 ........................................................................................................ 16 系统性能测试 ................................................................................................ 16 性能参数测试 ................................................................................................ 17

第 5 章 设计总结及技术展望 ................................................................... 21 参考资料 ......................................................................................................... 23 附录 ................................................................................................................. 23

附录一 测试仪器清单 ................................................................................................ 23 附录二 原理电路图 .................................................................................................... 23 附录三 元器件清单 .................................................................................................... 24 附录四 单片机程序 .................................................................................................... 25

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数控直流稳压电源是输出为稳定直流电压、并可用数控方式调节和稳定输出电压的电源设备，在对工作电压稳定度、纹波电压大小等有较高要求的领域具有广泛的应用，如：电镀、精密加工、激光器等。

为此我们选择了简易数控直流稳压电源设计作为此次竞赛的课题。

第 1 章 方案论证与原理设计

1.1 模拟输出方案

模拟输出部分是数控直流稳压电源的重要组成部分，是决定各项设计指标的关键性因素。

1.1.1 方案选择 模拟部分，通过

给功放供电，功放构成反相器、反相相加器、反相发大器，积分

器分别实现反相、反相相加、放大、积分等功能，结合继电器的控制，分别输出方波、三角波和直流，并反馈给单片机，用A/D采样并校准。同时，利用OP547输出稳定的500mA直流电流。

1.1.2 参数优化设计

由于本题要求的输出电压精度高，纹波小。因此我们必须考虑保证这些质量参数的优化方案。

纹波与噪声控制

最大纹波电压是在设定的直流电压的情况下，使电压的纹波(包过噪声)的绝对值大小，通常以峰－峰值或有效值表示。所以在设计时充分考虑这些因素，在电路中必要部分加入多种降噪滤波措施。

安全保护功能

安全保护主要用于输出电流较大而负载阻值较小时。因此在设计电路时考虑了系统的过热、过流、过压和反压保护。

1.2 供电电源方案

供电电源一般有开关电源、线性电源两种方案。 开关电源

这种电源主要提供可靠稳定的电压类似开关式恒流源，功率损耗小，效率高，比较经济，但电压波纹大，难以滤除，会对后续电路造成影响。

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