數(shù)控穩(wěn)壓電源的設(shè)計

屈原 李波

摘 要：本文提出了將Arduino工程的可視化設(shè)計應(yīng)用在設(shè)計數(shù)控穩(wěn)壓電源上，提出了數(shù)控穩(wěn)壓電源的設(shè)計任務(wù)，分析了數(shù)控穩(wěn)壓電源系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)，然后實(shí)現(xiàn)數(shù)控穩(wěn)壓電源的軟件和硬件，通過仿真論證了設(shè)計的正確性和可行性。

關(guān)鍵詞：Arduino；可視化設(shè)計；數(shù)控穩(wěn)壓電源

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.09.132

1 數(shù)控穩(wěn)壓電源的設(shè)計任務(wù)

設(shè)計一種基于Arduino的數(shù)控穩(wěn)壓電源，實(shí)現(xiàn)輸出電壓在4.5～30.0V之間步進(jìn)可調(diào)，初始化顯示電壓為常用電壓10V，通過按鍵調(diào)整電壓，每按一次ADD鍵，電壓增加0.1V，每按一次DEC鍵，電壓減少0.1V。

2 數(shù)控穩(wěn)壓電源系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)分析

數(shù)控穩(wěn)壓電源系統(tǒng)包括七個部分，控制核心電路Arduino Uno，控制LCD顯示、LCD顯示電路、DA轉(zhuǎn)換電路、反相放大電路、電壓調(diào)整電路和運(yùn)算電路、輸出穩(wěn)壓電路。

3 數(shù)控穩(wěn)壓電源系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)實(shí)現(xiàn)

傳統(tǒng)的單片機(jī)設(shè)計，往往是硬件設(shè)計和軟件設(shè)計分開教學(xué)的，使學(xué)生最終不能很好地結(jié)合起來兩部分的功能[1-2]。本文應(yīng)用可視化設(shè)計的理念，將硬件系統(tǒng)和軟件設(shè)計結(jié)合起來進(jìn)行設(shè)計。

3.1 硬件設(shè)計

主控芯片選擇Atmeg328型單片機(jī)，它是Arduino Uno處理器的核心。本文以主控芯片及其可視化編程設(shè)計為例來說明可視化設(shè)計的方法和步驟，系統(tǒng)的其他模塊不詳細(xì)說明了。在主控芯片的硬件電路中，IO1～I(xiàn)O2啟動DAC0832進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，IO4～I(xiàn)O8，IO11～I(xiàn)O13連接DAC0832的數(shù)字量輸入端，IO2，IO3用于連接按鍵輸入產(chǎn)生外部中斷，AD4，AD5用于連接LCD外設(shè)接口，如圖1所示。

3.2 主控芯片的可視化編程

主控芯片的流程圖程序就是要完成任務(wù)要求的功能，如圖2所示。

3.3 仿真結(jié)果

按照主控芯片及其可視化編程設(shè)計方法，完成系統(tǒng)其他6個模塊的軟件和硬件設(shè)計后，可得到如下仿真圖。初始化數(shù)字顯示10.0V，通過仿真和測量電路終端輸出均為10.0V，按一次ADD鍵時，由仿真圖可知，電路終端輸出也為10.1V，如圖3所示，用電壓表測得的電路終端均為10.1V。按一次DEC鍵時，由仿真圖可知，電路終端輸出也為9.9V，用電壓表測得的電路終端均為9.93V，有0.03V誤差，誤差在允許的范圍內(nèi)，分析誤差原因是步進(jìn)值設(shè)定電阻的誤差以及穩(wěn)壓輸出電路中1.001倍的跟隨誤差，如圖4所示。

4 結(jié)論

本文主要介紹的數(shù)控穩(wěn)壓電源在可視化設(shè)計平臺上的實(shí)現(xiàn)方法，從軟件和硬件的實(shí)現(xiàn)，仿真結(jié)果的直觀性可知， Arduino工程的可視化設(shè)計軟件簡單、直觀、交互性強(qiáng)，從設(shè)計任務(wù)、任務(wù)分析以任務(wù)實(shí)現(xiàn)上都可以得出可視化設(shè)計非常實(shí)用，準(zhǔn)確性很高。

參考文獻(xiàn)：

[1]R.Barber，M.Horra，J.Crespo.Control Practices using Simulink with Arduino as Low Cost Hardware[J].IFAC Proceedings Volumes，2013：4617.

[2]M.Fatehnia，S.Paran，S.Kish，K.Tawfiq.Automating double ring infiltrometer with an Arduino microcontroller[J]. Geoderma，2016：2621.

基金項(xiàng)目：內(nèi)蒙古自治區(qū)教育科學(xué)研究“十三五”規(guī)劃課題（課題批準(zhǔn)號：NZJGH2018139），鄂爾多斯職業(yè)學(xué)院科研基金項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：EJY1702）

作者簡介：屈原（1987-），男，內(nèi)蒙古鄂爾多斯人，工程碩士，講師，工程師，主要從事電氣、自動化和機(jī)電一體化研究。

*為通訊作者