基于51单片机的数控可调直流稳压电源设计docx

  摘 要 本次设计就是针对一种基于51单片机的数控可调直流稳压电源的设计，相对于传统的可调电源，能做到接线简单、响应速度快、运行稳定、工作效率高等特点。 可调电源的设计一般是利用电力电子技术或者单片机技术来完成的，我在这次电源设计的控制电路选用了 AT89C51单片机，控制主电路采取串联调整稳压技术。原理是接受外部电压后通过单片机传送到D/A转换器，在结果运放放大后与反馈电阻电压比较输送到负载电阻，电压的大小是通过长按不同的按键实现递进和递减。 能用数字来控制电源输出电压的大小的电源就是数控直流稳压电源，并且能使输出的直流电压能保持稳定、精确的直流电压源。本文介绍了利用D/A转换电路、辅助电源电路、整流电路等组成的数控稳压电源，详细的介绍了数控电源的基本电路接线和操控方法。它与其他的稳压电源相比，具有用起来更方便，电压的稳定度更高的特点，它的构造简单、制作起来方便、元器件价格低，输出电压能够在5-15V之间随意调换，其输出电压大小以0.1V递进和递减，输出电压的大小调节是通过“+”、“－”两个按键操作的，还能够根据实际要求组成具有不同的输出电压值的稳压源电路。 关键词： 稳压电源、单片机微型机、数控直流、D/A转换； 基于51单片机的数控可调直流稳压电源设计 引言 数控直流稳压电源是一种常用的电子仪器，大范围的应用于电子电路、教学实验和科研领域。但是，目前使用的直流稳压电源大多数都是线性电源，在很大程度上利用分立器件来组成，其不仅体积非常庞大，效率还很低，可靠性也不够好，操作起来很不方便，自我保护能力不够，所以发生故障的概率高，但现在电子技术发展速度快，各种电子、电气设备的稳压电源的性能要求都增高，稳压电源的体积不断变得更小，效率慢慢的升高、制造成本降低、安全性越来越可靠、模块化、逐渐向智能方向靠近和以单片机系统为核心，因此设计和制造新一代的稳压电源电路不仅是要求简单，结构也得紧凑，价格不能太高，性能还得优秀，因为单片机的计算和控制的能力都很强，所以使用它来执行各种计算和抽样数据，由此减少甚至消除了由干扰信号和模拟电路引起的误差，大幅度的提升了稳定电源的输出电压和控制电流的精度，降低了对模拟电路的要求。该智能稳压电源可通过单片机来保护和监控系统，确保电源能可靠运行。输出电压用LED数字显示，由键盘来进行输入。电源外观漂亮，动手操作起来方便，使用价值很高。 采用单片机作为控制中心的数字可调稳压电源，价格将会更低。用一些在平常普遍的使用的一些元件就可实现其功能，数字显示清晰直观。以前的模拟可调稳压电源没显示数字这一模块，在读取电压大小的过程中极其不方便，并且用长了时间可能会造成输出电压变得不稳定。为此次设计的数字可调稳压电源将这一缺陷解决了，它使用了先进的数字显示技术，因此这样测量的结果一下子就已能在网上看到，只要机器在做测量的这样一个时间段 led 不会再发生跳数的情况，测量的结果将永远是独一无二的，符合了人们的阅读习惯，人们在网上阅读和记录资料的时间也就能够获得很好地减少。再次，现在的各种模拟式可调稳压电源大多数都是通过自动调节电位器的输入电阻的大小进而达到自动改变输出的直流电压，但是这些电位器尤其容易被人弄得很磨坏，在使用了很长一段时间以后，有可能还会出现接触不好，因此导致输出的电压也变得更不稳定。但是，数字式的可调稳压电源主要是通过按下一个键盘上的按钮以步进的方式去自动选不一样的输入和电机工作状态，同时采用了一个 led 来自动显示各种输出和电机的运行工作状态,工作很稳定。采用单片机为控制管理系统的数字可调电源。它的输出电压变化将更容易，价格低，led 显示的电压大小简单直观，测量和数值精度高等优点。 本篇文章非常仔细的介绍了一种基于51单片机的数字可调电压源，说明了单片机在数据的处理中会涉及到的应用，LED显示数据的原理也会在文章中涉及。因此使我学习、了解单片机在各方面涉及到的一些相关说明应用。该系统是由AT89C51型号的单片机、D/A转换、LED等模块共同组成，可完全实现5-15V的电压递进递减。 绪论 1.1 数控电压源产生的背景 数控电源技术是一项在生活中很有用的工程技术，它出现在各行各业中。当今的数控电源技术综合了电气、电子、系统集成、控制理论、材料等许多学科。直流稳压电源是在电子技术中常常使用的仪器设施之一，它在教学、科研等领域得到普遍的应用，是电路开发部门、电子实验人员和电子设计人员在进行研究工作和操作实验时不能少的电子仪器。在电子电路中，一般都是稳压直流电源输入电压。整个稳压过程基本都是由稳压、电力变压器、整流器、滤波器这四部分形成。然而，现在的这些直流稳压电源都一定会出现不可靠、容易扰、实现的功能简单、动手操作困难、设计的过于复杂、输出电压准确度低等缺点。现在市场上的直流稳压电源有许多种，但大多数都有两个问题:输出电压由粗调和细调来调节。因此，当需要准确的去输出所需要的输出电压时，或需要在一个小范围内改变输出电压时，难度更大。另外，随着使用时间的变长，开关不可避免地会出现接触不良，从而会对输出产生不好的影响。稳压器使用了串联稳压电路，使得限流、过载停流保护。电路结构过与复杂，稳压准确度不够高。在家用电器和其他电子设备的使用中，通常都需要稳压直流电源提供电压。但在真实的生活中，它完全是让一个 220V的交流电网作为电源。这就需要一个由稳压电路、滤波器、整流器、可变电压组成的系统将交流电变成稳定的直流电。过滤器用来过滤整流器输出电压纹波,传统电路组成部分一般是电容器和扼流圈,如果将过滤器来取代这些, 将能够大大减少直流电源的体积和重量取代后将不需要用直流稳压器去改变电源即可去成为家用电器的电源，这样既能缩小了家用电器的体积，也降低它的成本 ,使得家用电器变得实惠了。现在一般是采用频带开关和电位器来使得传统的直流稳压电源进行电压调节，电压值由电压表表示。因此，电压的读数不够直观，电位器也容易被磨损，调节的准确度不高。但用单片机作为控制核心的直流稳压电源能够尽可能的防止传统稳压电源的一系列缺点。 数控稳压电源是电子行业发展过程中的不可或缺的产物。这几年电子技术发展速度加快，可调节的电压电源的应用也慢慢变得多。现在，由各种单片机作为控制核心的数字稳压电源产品逐渐众多，已经在工业电器、军工电器、家用电器等领域大范围的应用，展示了它强大的生命力。同时，它的扩展能力也很强，功能慢慢的变完善，在我们正常的生活应用慢慢的变广泛。 电力技术，特别是数控电力技术是一种实用的工程技术，在众多行业都有涉及，电力电子技术是电力能源技术的最佳应用之一。如今的电力技术广泛结合了控制理论、系统集成、电子、电气和材料等许多学科。随着通信技术和计算机的持续不断的发展，电力电子技术的发展由于现代信息技术也有了更广阔的前景，因此对电源的要求也变得更高了。数控电源是从八十年代才慢慢发展的，在以后的时间里，数控电源技术会发展的越来越迅速。但其产品存 在分辨率低、NC度低、不可靠、功率密度低等缺点。因此，数控电源是在不断解决以上缺点的过程中发展的。电压转换模块和单片机技术的问世为精密数控电源的发展提供了很好的条件。 1.2 系统开发的意义 通过学习《模拟电子学》、《数字电子学》、《电力电子技术》、《单片机原理与应用》等教材，为了将所学知识付诸实践，从而开始对本课题的学习，检验了学习结果，锻炼了实践能力。单片机是本系统的设计的实际控制。所以这个设计的主要意义是通过毕业设计了解单片机技术在现在和未来,在实际工业控制中的应用,在什么样的情况下,如何明智的选择模型所使用的设备等等，这些工作将是我们未来的实际在做的工作中需要仔细考虑的问题。 为了让数控电源在实际生活和工作中，使得它常规使用的寿命加长，操作起来更方便，研究出一种新型的数控电源是现在的主要目标。综合市场上的数控电源，结合所学的知识，利用单片机来设计数控电源是一个很好的方案，这样不仅解决了以上的那一些问题，同时，也使得造价变得更低，调节电压的精确度也进一步的提高，切合了市场的发展。系统电路绝大多数都是由集成电路组成，这就使得调试电源变得简单，将故障的概率降到了最低，进一步改良了它的性能。获得了一个与以前数控电源完全不同的新型电源，使其发展向前前进了一大步。 1.3 国内外研究现状国内现状： 自20世纪90年代末以来，数据通信设施和电信的技术持续不断的发展，推动了电力行业高压电变为低压电的电源变换器向着智能化和更方便的方向持续不断的发展，对系统的工作效率和运行功耗提出了更高的要求。随着八十年代第一代分布式电源系统开始向二十世纪末较为先进的中间总线结构和第四代分布式电源结构过渡，怎样将数字控制和嵌入式电力智能系统融合到已经存在的系统中，是高压电变为低压电的电源行业如今要面临的新挑战。 早在二十世纪九十年代中期，一些半导体制造商就已经开发了数控电源管理技术，由于与当时使用更多的模拟控制解决方案比较，它的成本与收益并没有更多的优势，因此在当时它的选择更为靠后。 随后因为车载电源管理的应用变得广泛以及人们对运营优化和节能逐渐加大关注，半导体制造商和电力行业开始一起研究一种名为“数控电源”的新产品。 当今随着直流电源技术的飞跃发展，整流系统从以前的分立元件和集成电路控制发 展为微机控制，使直流电源更加智能化，具有远程通信、远程控制、远程测试三大远程功能，大概实现了直流电源运行时不需要看守。 国外现状： 伴随着电子技术的持续不断的发展，对如何减轻电源的重量，减少电源体积，使电源对电网更加适应，加大电力转换效率进入了深入的研究。开关电源在这样的一种情况下出现了。70年代，它被应用于电视机的接收，如今已在录像机、气象、医疗设施、通信设施、计算机、彩电等行业大范围的应用。开关稳压器开关效率高是它的主要优点。开关电源还拥有着工作效率高、运行功耗低的优点。在激励信号的激励下，晶体管在通断开关状态下不断交替工作，转换的速度很快，频率一般维持在50KHz。开关晶体管运行功耗很小，供电效率可以有很大的提高，还可以达到80%以上。重量轻、体积小，开关稳压电源没使用体积巨大的低频变压器。当调节管运行时的耗散功率大幅度减少时，就可以成功消除一个体积较大的散热片，且稳压的范围变大。 概述 该设计有效数据有：最大输出电流为：2A 输出电压：5V-15V 步进电压：0.1V 纹波电压≤5mVrms 稳压系数≤0.1%+5mV 电压调整率≤0.05%+5mV 2.1 系统概述 电子设备最重要的部分是数控稳压电源，对电子设备的可靠性直接影响的因素就是电源质量的好坏，并且电子设备发生故障的原因大部分是因为电源，这也是电源这么受人们的重视的原因。电源的输出电流或输出电压稳定是电子设

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