基于muc的稳压数控设计

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1、摘要：设计并制作有一定输出电压调节范围和功能的数控直流稳压电源。利用C8051F020单片机作为整机的控制单元，通过改变输入数字量来改变输出电压值，从而使输出功率管的基极电压发生变化，间接地改变输出电压的大小。检测实际输出电压值的大小可通过单片机内部12位ADC进行模数转换，从而实时对电压进行采样，然后进行数据处理及显示。通过键盘来设置直流电源的输出电压，并可由数码管显示实际输出电压值和电压设定值。单片机系统还兼顾对恒压源进行实时监控，输出电压经过电流/电压转变后，通过A/D转换，实时把模拟量转化为数据量，经单片机分析处理，通过数据形式的

2、反馈环节，使电压更加稳定，构成稳定的压控电压源。关键字：数控直流稳压，A/D转换，D/A转换，C8051F0201设计任务与要求1.1设计任务设计并制作有一定输出电压调节范围和功能的数控直流稳压电源1.2基本要求（1）输出直流电压调节范围6~12V，纹波小于20mV。（2）输出电流0~500mA。（3）按键设定输出电压值，分辨率为0.1V。（4）用数码管显示稳压电源输出电压值，当输出电压为12.1V时，数码管显示“12.1”。（5）实时采样并显示输出电流，显示分辨率为1mA。2系统设计中方案比较与论证方案一：采用模拟的分立元件，利用纯硬件

3、来实现功能，通过电源变压器、整流滤波电路以及稳压电路，实现稳压电源稳定输出±5V、±12V、±15V并能可调输出0～30V电压，见图1所示。但由于模拟分立元件的分散性较大，各电阻电容之间的影响较大，因此所设计的指标不高、不符合设计要求、且使用的器件较多、连接复杂、灵活性差、功耗也大，同时焊点和线路较多，使成品的稳定性和精度受到影响。图1方案一电路原理图方案二：此方案采用传统的串联型稳压电路，其原理图如图2所示。数控基准电压源的电压大小可以通过可逆计数器进行数据设置，计数器的内容对应于稳压电源的输出电压，同时该计数器值经过译码显示电路，显示

4、出当前稳压电源的输出电压。计数器的输出送至D/A转换器，转换成相应的电压，此电压去控制稳压电源的输出，使稳压电源的输出以1V的步进值增或减。数控基准电压源框图如图3所示图2串联型稳压电路原理图图3数控基准电压源框图方案三：此方案也采用传统的串联型稳压电路，但数控基准电压源采用C8051F020单片机作为整机的控制单元，通过改变输入数字量来改变输出电压值，从而使输出功率管的基极电压发生变化，间接地改变输出电压的大小。检测实际输出电压值的大小可通过单片机内部12位ADC进行模数转换，从而实时对电压进行采样，然后进行数据处理及显示，通过键盘来设

5、置直流电源的输出电压，并可由数码管显示实际输出电压值和电压设定值。总结：方案一由于分立元件的分散性较大，各电阻电容之间的影响较大，稳定性和精度不高。方案二由于采用计数器实现，因此灵活性不够。方案三可控性和灵活性均优于方案一和方案二，且单片机系统可对恒压源进行实时监控，输出电压经单片机分析处理，通过数据形式的反馈环节，使电压更加稳定，因此采用方案三。3系统总体设计滤波后的电压源作为稳压电路的输入，通过键盘由控制器为稳压电路提供基准电压然后输出稳定电压，同时控制器对输出电压电流进行采样并实时显示。其原理框图如图4所示。图4数控直流稳压电压源原

6、理框图4系统硬件电路分析与设计4.1系统硬件总体设计一个直流稳压电源通常是由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四个部分构成，前三部分电路的作用及工作原理较为简单，在此不作赘述。稳压电路较常用的串联型线性稳压电路具有结构简单、调节方便、输出电压稳定性强、纹波电压小等优点，其原理图如图5所示。输入电压为整流滤波电路的输出电压。稳压电路的输出电压为：（1）图5串联型稳压电路原理图取R1=100kΩ，R2=10kΩ，R3=10kΩ则（2）4.2单元电路设计4.2.1调整管部分串联型稳压电路参见图2，其中调整管是核心元件，它的安全工作是电路正

7、常工作的保证，它的选用主要考虑其极限参数ICM，U（BR）CEO和PCM。调整管极限参数的确定，必须考虑到输入电压UI由于电网电压波动而产生的变化，以及输出电压的调节和负载电流的变化所产生的影响。由图可知，调整管的发射极电流IE等于采样电阻R1中电流和负载电流IL之和，即IE=IR1+IL，调整管的管压降UCE等于输入电压UI与输出电压UO之差，即UCE=UI-UO。显然，当负载电流最大时，流过调整管发射极的电流最大，即IEmax=IR1+Ilmax。通常，R1电阻上电流可以忽略，且IEmax≈ICmax，所以调整管集电极最大电流为：IC

8、max≈IEmax（3）当电网电压最高，即输入电压最高同时输出电压最低时，调整管承受的管压降最大，即UCEmax=UImax-UOmin（4）当晶体管的集电极电流最大，且调整管承受的管压降最大