數(shù)控電壓源的設(shè)計(jì)與制作

趙勇超 王小山 王佩賽

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201714174

摘要：本作品電壓部分的主要控制器件是LM2576ADJ，并且通過(guò)調(diào)節(jié)相應(yīng)的電阻來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓大?。豢刂撇糠掷肁D0832將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量向單片機(jī)提供信息供其處理。本系統(tǒng)由整流濾波模塊、電壓輸出模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、單片機(jī)系統(tǒng)、數(shù)碼管顯示模塊、測(cè)溫模塊組成，各模塊相互作用進(jìn)而搭建成一個(gè)穩(wěn)定的數(shù)控電壓源。該作品具有輸出電壓穩(wěn)定、功耗低、自帶降溫系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)！

關(guān)鍵詞：LM2576；輸出電壓；單片機(jī)；數(shù)碼管

隨著信息化時(shí)代的到來(lái)，科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，當(dāng)然電源技術(shù)在其中也起到了至關(guān)重要的作用。數(shù)控電源技術(shù)的實(shí)踐性很強(qiáng)，存在于我們生活中的方方面面。數(shù)控電源在電子設(shè)備中使用廣泛，然而普通電源工作時(shí)產(chǎn)生的誤差，不足以滿(mǎn)足某些方面的工業(yè)要求，因此數(shù)字控制的電源受到了人們的青睞，比如數(shù)控直流穩(wěn)壓電源，它的精確度更高，又方便可調(diào)，滿(mǎn)足工業(yè)方面要求，從數(shù)字電子技術(shù)著手，一切向數(shù)字化，智能化方向發(fā)展，將會(huì)使現(xiàn)代人的工作、科研、生活、變得更好更方便。

在教育教學(xué)中，無(wú)論是高校還是中小學(xué)，一個(gè)穩(wěn)定可調(diào)的數(shù)控電源在實(shí)驗(yàn)室中是必不可少的。然而傳統(tǒng)的電源是通過(guò)調(diào)節(jié)粗條波段和細(xì)條電位器來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓的大小，并且由電壓表指針指示輸出電壓值。這種直流穩(wěn)壓電源不僅電位器易磨損、穩(wěn)壓精度不高、不易調(diào)節(jié)，并且讀數(shù)不直觀、設(shè)備體積大，使用極不方便，而基于單片機(jī)控制的數(shù)控電壓源卻較好地解決了上述問(wèn)題。

本設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的數(shù)控穩(wěn)壓電源，采用單片機(jī)和其它元器件以及外圍電路的相互配合，使其能夠精確的輸出并顯示穩(wěn)定的電壓值。

一、系統(tǒng)工作原理

本作品電壓部分的主要控制器件是LM2576ADJ，并且通過(guò)調(diào)節(jié)相應(yīng)的電阻來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓大?。豢刂撇糠掷肁D0832將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量向單片機(jī)提供信息供其處理。本系統(tǒng)由整流濾波模塊、電壓輸出模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、單片機(jī)系統(tǒng)、數(shù)碼管顯示模塊、測(cè)溫模塊組成，各模塊相互作用進(jìn)而搭建成一個(gè)穩(wěn)定的數(shù)控電壓源。該作品具有輸出電壓穩(wěn)定、功耗低、自帶降溫系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)框圖如圖所示。

二、硬件電路的設(shè)計(jì)

（一）整流濾波電路

整流濾波電路主要是將220V的交流電進(jìn)行整流濾波，得到輸出穩(wěn)定的直流電壓。橋式整流濾波電路的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，故此電路中選用橋式整流濾波電路。其中輸出電壓Uo=1.2Ui，接入的二極管的反向承受電壓應(yīng)是輸入電壓的2倍。

（二）輸出電壓控制電路的設(shè)計(jì)

輸出電壓控制電路以LM2576及其外圍電路組成，通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器從而調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。外圍電路中的電容C3一般應(yīng)大于或等于100μF，焊接時(shí)要盡量靠近LM2576的輸入引腳，且其耐壓值應(yīng)與它的最大輸入電壓值相匹配；輸出電容C4的值應(yīng)依此式計(jì)算選?。▎挝沪蘁）： C≥13300 Vin/ Vout×L 。式中，Vin為L(zhǎng)M2576的最大輸入電壓、Vout為L(zhǎng)M2576的輸出電壓、L是經(jīng)計(jì)算后查表選取的電感L1的值，其單位是μH。電容C耐壓值應(yīng)大于額定輸出電壓的1.5～2倍。二極管D1的額定電流值應(yīng)大于最大負(fù)載電流的1.2倍，考慮到負(fù)載短路的情況，二極管的額定電流值應(yīng)大于LM2576的最大電流限制。二極管的反向電壓應(yīng)大于最大輸入電壓的1.25倍。這里我們推薦使用肖特基二極管。因?yàn)樵谙到y(tǒng)設(shè)計(jì)中我們要給單片機(jī)及其他器件供電，所以我們將220V的交流電經(jīng)變壓器降壓在經(jīng)過(guò)整流濾波后，得到25V左右的穩(wěn)定直流電壓，然后在經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓管L 7812和L 7805進(jìn)行兩次穩(wěn)壓，分別獲得12V和5V的穩(wěn)定電壓，5V用于單片機(jī)的工作電壓。

（三）AD轉(zhuǎn)換電路

在AD轉(zhuǎn)換部分，本設(shè)計(jì)采用美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的雙通道、8位分辨率的ADC0832芯片。在此電路中因我們要輸出的電壓最大可達(dá)25V，而ADC0832的最大輸入電壓為5V，所以我們給其串聯(lián)圖中的103電位器分壓，保持其正常工作。因其體積小，兼容性強(qiáng)，性?xún)r(jià)比高的特點(diǎn)深受電子設(shè)計(jì)制作者及企業(yè)歡迎。

（四）單片機(jī)控制系統(tǒng)

本設(shè)計(jì)不需要很高的處理速度，從經(jīng)濟(jì)和方便使用角度考慮，單片機(jī)選用美國(guó)STC公司推出的一種新型51內(nèi)核的單片機(jī)STC89C51。它具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器，控制靈活，功耗低，且能滿(mǎn)足本設(shè)計(jì)的要求，綜合考慮性?xún)r(jià)比更高。本設(shè)計(jì)的控制部分使單片機(jī)結(jié)合AD0832、18b20、繼電器、數(shù)碼管等器件共同完成模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換以及具體功能的實(shí)現(xiàn)。

（五）顯示電路

采取掃描顯示的方法，同時(shí)控制多個(gè)七段數(shù)碼管工作。在實(shí)際電路焊接中將每個(gè)7段LED數(shù)碼管的a、b、c、d、e、f、g都連在一起，再通過(guò)單片機(jī)控制晶體管分別驅(qū)動(dòng)每個(gè)7段LED數(shù)碼管的共同引腳。顯示方式是將第一個(gè)7段LED數(shù)碼管所要顯示的數(shù)據(jù)送到a、b、c、d、e、f、g總線(xiàn)上，然后將掃描信號(hào)送到公共端。根據(jù)89C51的輸出信息來(lái)判斷驅(qū)動(dòng)哪一個(gè)數(shù)碼管，即哪一個(gè)數(shù)碼管亮，并且A～H連接89C51單片機(jī)的P0.0～P0.7管腳，根據(jù)89C51的輸出的數(shù)字信息來(lái)控制數(shù)碼管的那一段亮，從而顯示實(shí)際輸出的電壓值。

三、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

主函數(shù)流程圖

四、系統(tǒng)的調(diào)試與測(cè)試結(jié)果

（一）系統(tǒng)的軟件調(diào)試

用萬(wàn)用表測(cè)量的實(shí)際輸出值與數(shù)碼管顯示的電壓值對(duì)比，若誤差超出允許范圍，則需要對(duì)其采樣部分和A/D轉(zhuǎn)換之間的程序做主要修改，反復(fù)修改調(diào)試，最終使數(shù)控電源的實(shí)際輸出值與數(shù)碼管顯示的數(shù)值相符。

（二）系統(tǒng)的硬件調(diào)試

若輸出電壓不穩(wěn)定或者輸出電壓與實(shí)際測(cè)量值之間相差很大，則需查看采樣電路的電阻阻值選取是否正確，各單元供電是否正常，檢測(cè)所用器件是否完好無(wú)損，逐項(xiàng)排查調(diào)試，最終使數(shù)控電源滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

五、結(jié)語(yǔ)

這次設(shè)計(jì)的題目是以單片機(jī)為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)數(shù)字式可調(diào)穩(wěn)壓電源，經(jīng)過(guò)查閱很多參考資料，增加了一些功能（比如：自帶降溫系統(tǒng)）。數(shù)控電壓源所牽涉的范圍是很大的，它不僅僅只可具備準(zhǔn)確的電壓輸出、顯示功能，自動(dòng)降溫系統(tǒng)，我們還可以嘗試更多的擴(kuò)展。

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項(xiàng)目：咸陽(yáng)師范學(xué)院校級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃資助項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)2013045）

作者簡(jiǎn)介：趙勇超（1994），男，陜西咸陽(yáng)人，本科，咸陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子工程學(xué)院學(xué)生，專(zhuān)業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化；王小山（1994），男，陜西西安人，本科，咸陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子工程學(xué)院學(xué)生，專(zhuān)業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化；王佩賽（1996），女，陜西西安人，本科，咸陽(yáng)師范學(xué)院物理與電子工程學(xué)院學(xué)生，專(zhuān)業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化。