基于MUC的稳压数控设计_毕业设计论文.doc

基于MUC的稳压数控设计 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，C8051F020 1 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±5 V、±12 V、±15 V并能可调输出0～30 V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=100 kΩ ，R2=10 kΩ ，R3=10 kΩ 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