本日精选:基于单片机的稳压电源设计之电路制作

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楼主 2020-10-24 08:59:19
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昨天我们为大家分享了一种基于单片机的数控直流稳压电源设计思路,并就这一设计方案中的硬件设计部分,进行了详细介绍和简要的原理分析。在今天的文章中,我们将会继续就这一直流稳压电源设计的电路制作和软件流程图设计情况,展开进一步的分析和介绍,希望能够通过本文的分享,对各位工程师的研发设计工作有所帮助。

D/A转换的计算

在完成了D/A模块的设计后,接下来我们需要完成D/A转换器(DAC)的设计和计算工作。由于D/A转换器输入的是数字量,而经其转换输出的是模拟量,所以需要最大限度的保障其输出精度。目前DAC的技术指标很多,如分辨率、满刻度误差、线性度、绝对精度、相对精度、建立时间、输入/输出特性等。


DAC的分辨率反映了它的输出模拟电压的最小变化量。其定义为输出满刻度电压与2的n次方的比值,其中n为DAC的位数。如8位DAC的满刻度输出电压为5V,那么其分辨率通过公式可计算为51.2(V),而10位DAC的分辨率通过公式计算后则可得出为204.8(V)。

通过对上述公式的推导和计算可以得出一个结论,那就是DAC的位数越高,分辨率越小。而DAC的建立时间所描述的,是D/A转换器的转换速度快慢的参数。其定义为从输入数字量变化到输出达到终值误差正负1/2LSB(最低有效位)所需的时间。高速DAC的建立时间可达1us。在DAC输入/输出特性之一。包括输入数字量的形式,十六进制式BCD,输入是否带有锁存器等。

在本方案中,我们所选用的转换器型号为DAC0832的8位转换器,并同时采用单电源供电方式,期电源输出范围为+5V~+15V,基准电压范围为±10V。电流的建立时间为1us。CMOS工艺功耗20mw。输入设有两级缓冲锁存器。设计要求数控电压步进为0.1V,因此要准确选择D/A的参考电压VREF,如上图用一个精密电阻进行调节,计算方法如下:

在上述公式中,我们所选取的数字量为0~256,参数n取16,VREF取0.8V,即数字量每步进16,模拟量0.003125V,要达到步进0.1V,必须放大2倍,用运放即可。该运算放大器的原理如下图图1所示。


图1 运算放大电路

自D/A转换器所输出的电压V,再从Vi输入,经过电容C10滤波再输入,则有公式为:

通过上文中的公式进行计算,我们可以比较清晰的看出,此时输出的Vo值的大小为输入Vi的(-R3/R4)倍,只需调节可调电阻R3的阻值达到所需的电压放大倍数即可,输出的电压Vo通过电压跟随,再用于控制LM317T的输出。

直流电源设计

在本方案中,我们所设计的这一数控直流稳压电源系统,其本身许多的电源电压都是由+5V的电源供电,且D/A模块中要用到+12V、-12V的电源,所以这要制作这些不同值的电源,涉及到的各类芯片有7805、7812、7912三类。首先我们需要制作电路中的+12V,-12V的电源,这要用到三端固定稳压芯片,一个整流,滤波过程。完成后的电路如下图图2所示。


图2 +12V和-12V电源的制作图

在本方案中,我们所设计的+5V的电源其制作过程和上文中提及的+12的电源制作的原理和电路图一样,只需将电路的7812换成7805即可。+5V的电源输出的原理图和上面的恒定电源的制作原理基本一样,所设计的电路图如下图图3所示。


图3 输出电源电路图

在图3所展示的这一+5V的输出电源电路图中,我们可以看到,在该系统启动后220V市电经变压器变压(降压),二极管桥式整流,电容滤波后送入LM317第三脚(输入端),第二脚输出稳压的直流电压。第一脚为调整端,调整端电压Ui与输出端电压Uo之间为1.25的基准电压。输出的基本公式为:U0=1.25+Ui。


软件框图设计

在完成了这一数控直流稳压电源设计的硬件系统设计之后,接下来我们需要依据设计需要,进行软件部分的研发工作。在该系统中,我们所设计的软件程序框图如下图图4所示。


图4 数控直流电源设计之软件程序框图

实验调试

在完成了对该方案的硬件设计和软件程序框图设计后,通过软件仿真,我们所设计的这一数控直流稳压电源已经在输出的精度和稳定性基本达到要求,样机输出的电压范围为2—20v,步进为0.1v,又预设两个定值电压+12v和+5v。实验结果经统计后在表1中进行展示。


表1 仿真数据结果

由上表所展示的电压实测值与显示值对比值可以看出,在这一数控直流稳压电源设计和制作的过程中,我们所研发的该电源方案相对误差小于1%,按下“+”、“-”键时,单步变化0.1V的精度也基本符合要求。


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