数控直流电源设计

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摘 要：本文介绍了以8051单片机为控制单元，以数模转换器DAC0832输出参考电压控制电压转换模块LM317输出电压大小的数控直流电源设计。该电源具有设计简单，应用广泛，精度较高等特点。
关键词：单片机（AT89C51）；数模转换器（D/A）
目前所使用的直流可调电源中，几乎都为旋钮开关调节电压，调节精度不高，而且经常跳变，使用麻烦。利用数控直流电源，可以达到每步0.04 V的精度，输出电压范围0-10V。
本文介绍了以8051单片机为控制单元，以数模转换器DAC0832输出参考电压控制电压转换模块LM317输出电压大小的数控直流电源设计。该电源具有设计简单，应用广泛，精度较高等特点。
1 设计原理与总体方案
鉴于目前数控直流电源一般采取运放构成的电流-电压转换电路与单片机结合，设计方案大多为开环系统，主控制器仅用于数字给定及显示，没有对输出电流进行检测和控制。本文在传统电路设计的基础上，利用控制系统中反馈与控制的原理，引入电流负反馈，在采样电阻上获取和电流成正比的采样电压，并接人运算放大器的反向输入端，实现负反馈，形成恒流输出的闭环控制系统；软件方面，将具有全局寻优能力但收敛速度慢的遗传算法和具有收敛速度快且局部寻优能力强的直接搜索法结合在一起，同时结合PID算法，形成软件闭环，实现对输出电流的精确控制。
2 硬件设计
系统工作原理如下图所示：由键盘预置电压值，输入到单片机；采样电阻采集的电压信号经D/A转换器送入单片机，当两值之差绝对值为零或不大于设定值时，不作任何调整；当两值之差大于设定值时，运用PID算法进行调整，送人D/A转换，调整输出电压，直到差值在允许的范围内。单片机控制液晶显示电流的设定值、实际输出值和电压步进值。
2.1 DAC电路
一个8位D/A转换器有8个输入端（其中每个输入端是8位二进制数的一位），有一个模拟输出端。输入可有256个不同的二进制组态，输出为256个电压之一，即输出电压不是整个电压范围内任意值，而只能是256个可能值。
2.2 AGC控制电路
可以分为增益受控放大电路和控制电压形成电路。增益受控放大电路位于正向放大通路，其增益随控制电压而改变。控制电压形成电路的基本部件是AGC整流器和低通平滑滤波器，有时也包含门电路和直流放大器等部件。
2.3 键盘
在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式 ，矩阵式结构的键盘显然比直接法要复杂一些。当按键没有按下时，所有的输出端都是高电平，代表无键按下；一旦有键按下，则输入线就会被拉低，这样通过读入输入线的状态就可得知是否有键按下了。
2.4 液晶显示
液晶1602A各个管脚的介绍：
2.5 稳压输出
LM317的输入最高电压为30余伏，输出电压1.5----32V，电流1.5A，不过在用的时候要注意功耗问题，注意散热。LM317有三个引脚：一个输入，一个输出，一个电压调节。输入引脚输入正电压，输出引脚接负载，电压调节引脚一个接电阻（200左右）在输出引脚，另一个接可调电阻（几K）接于地。输入和输出引脚对地要接滤波电容。
3 软件设计
流程图如下：
4 结果分析
测得的数据和从键盘输入的数据比对：
1.数据分析
从上面表中的数据来看，输入数据越大，误差越大；输入数据越小，误差越小。
2.误差分析
（1）由于所用电源为四个：+12V、-12V、+5V、-5V，电源不够稳定
（2）电路中元器件发热产生误差
（3）LM317输出电压不够稳定
（4）外界对输出电压的干扰，导致输出有误差
（5）运放未调零
参考文献
[1]徐新民.单片机原理与应用.浙江大学出版社，2006.8
[2]李永敏等.检测仪器电子电路.西北工业大学出版社，1994
[3]方勇.数字信号处理——原理与实践.清华大学出版社，2006
[4]王丽.模拟电子电路.人民邮电出版社，2010.10