简易数控电源 Simple NC power supply
简易数 控电源
Simple NC power supply
摘要：
随着时代的发展，数字电子技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，本文将介绍一种数控直流稳压电源，本电源由模拟电源、显示电路、控制电路、数模转换电路、放大电路四部分组成.准确说就是模拟电源提供各个芯片电源、数码管、放大器所需电压;显示电路用于显示电源输出电压的大小。同时分析了数字技术和模拟技术相互转换的概念。与传统的稳压电源相比具有操作方便，电源稳定性高以及其输出电压大小采用数码显示的特点。
Abstract：
Along with the development of the ages, the numerical electronics technique has already make widely available to our life, work, research, each realm, this text will introduce a kind of number to control direct current steady press power supply, this power supply from imitate power supply, show electric circuit, control electric circuit, few molds conversion electric circuit and enlarge electric circuit to constitute for four-part cent. Accurate say be imitate power supply to provide each electric voltage that chip power supply, the figures tube, enlarger need; the manifestation electric circuit used for showing the power supply outputs electric voltage of size. Analyzed a numerical technique and imitates the concept that the technique converts mutually in the meantime. With traditional steady press power supply to compare to have an operation convenience, the power supply stability high characteristics, its exportation electric voltage size adoption figures show.
目录
1 系统设计
1.1设计任务
1.2 设计要求
1.2.1 基本要求
1.2.2 发挥部分
1.3 总体设计方案
1.3.1 功能分解及设计思路
1.3.2 方案论证比较及选择
1.3.3 系统各模块的最终方案
1.4 系统功能说明书
2 单元电路设计
2.1 主电源电路
2.2 电压放大电路
2.3 单片机最小系统
2.4 电压检测电路
3 系统设计流程
4 系统测试与分析
4.1分析
4.2 测量结果
4.3 误差分析
5 总结
6 元器件清单列表
7 参考文献
1 系统设计
1.1 设计任务
设计出有一定输出电压范围和功能的数控电源。其原理示意图如下：
1.2 设计要求
1.2.1基本要求
（1）输出电压：范围0～＋9.9V，步进0.1V，纹波不大于10mV；
（2）输出电流：500mA；
（3）输出电压值由数码管显示；
（4）由“＋”、“－”两键分别控制输出电压步进增减；
（5）为实现上述几部件工作，自制一稳压直流电源，输出±15V，＋5V。
1.2.2发挥部分
（1）输出电压可预置在0～9.9V之间的任意一个值；
（2）用自动扫描代替人工按键，实现输出电压变化（步进0.1V不变）；
（3）扩展输出电压种类（比如三角波等）。
1.3 总体设计方案
1.3.1 功能分解及设计思路
本文所设计的数控直流电源与传统稳压电源相比，具有操作方便、电压稳定度高的特点，其输出电压大小采用数字显示。它共由六部分组成。输出电压的大小调节通过“＋”、“－”两键操作，控制可逆计数器分别作加、减计数，可逆计数器的二进制数字输出。为了实现上述几部分电路的正常工作，需另制±１５Ｖ和±５Ｖ的稳压直流电源及一组未经稳压的１２～１７Ｖ的直流电压。
1.3.2 方法论证比较及选择
方案一：采用各类数字电路来组成键盘控制系统，进行信号处理，如选用CPLD等可编程逻辑器件。本方案电路复杂，灵活性不高，效率低，不利于系统的扩展，对信号处理比较困难。
方案二：采用STC12C5A60S2单片机作为整机的控制单元，通过改变PWM的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。为了能够使系统具备检测实际输出电压值的大小，可以将输出电压经过PWM调制，间接用单片机实时对电压进行采样，然后进行数据处理及显示。此系统比较灵活，采用软件方法来解决数据的预置以及电压的步进控制，使系统硬件更加简洁，各类功能易于实现，能很好地满足题目的要求。
比较以上两种方案的优缺点，方案二简洁、灵活、可扩展性好，能达到题目的设计要求，因此采用方案二来实现。
1.4 系统功能说明书
本数控电源实现了从0V到9.9V可调的功能，通过正负15V主电源以及+5V电源为整个电源提供电源。
利用单片机作为整机的控制单元，通过PWM的输入数字量来改变输出电压值，从而实现不进为0.1V的0~9.9V电压。
经过扩流将微弱的电流变成可利用的0.5A电路，再通过I/V转换，测量输出电压值来检测输出电流的准确度，以及电路过大保护。
2 单元电路设计
2.1主电源电路
正负15V电源电路：
该电路采用变压器与三端稳压器7815、7915相结合。使220V电压经220V~18V变压器变压，降为正负18V。经过桥式整流并利用两个容量较大的电容滤波，从而得到较为稳定的直流电压。通过7815、7915型号的三端稳压器稳压之后，输出一个电压为正负15V的直流稳压电源。
+5V电源电路：
该电路采用变压器与三端稳压器7805相结合。使220V电压经220V~12V变压器变压，降为12V。经过桥式整流并利用两个容量较大的电容滤波，从而得到较为稳定的直流电压。通过7805型号的三端稳压器稳压之后，输出一个电压为5V的直流稳压电源。
2.2 电压放大电路
通过集成运放芯片LM324将微弱的电压值扩大到可利用的电压值0~9.9V。
2.3 单片机最小系统
该控制系统的核心芯片采用的是STC12C5A60S2，它的最小系统由STC单片机，电容和晶振组成。上电瞬间，电源经复位电容向单片机发送一个高电平信号，使单片机复位。同时晶振起振，使单片机工作。晶振的大小可根据实际需要进行选择，常用的晶振有4M,6M,11.0592M,12M,24M等。
2.4 电压检测电路
经过I/V转换，将输出的电压经过lm324进行扩大8倍来检测输出的电流是否为可用、达标的树枝，从来实现电流过大保护。
3 系统设计流程
4 系统测试分析
4.1系统分析
（1） 电路线路比较多，容易出现短路现象，数码显示由于短路出现显示不正常显示，整理线路后能够正常显示。
（2） 由于没有找到合适的2.5V稳压管，用3V稳压管代替，在限流电路加精密电位器调节电阻使得稳压管两端电压为2.5V.
（3） 在差分放大器的输入端串联10K的电位器，在输入端和输出端加100K反馈电位器，调节两个电位器使得输出电压数值和显示值相等。
（4） 制作和测试－15V电源时，由于没有认真参考整流管的接法和7915的芯片资料，出现两次整流电容爆裂。
（5） 数码显示出现问题，检查电路发现出现虚焊，不焊后能正常显示。
（6） 稳压管7815的输出端输出电压，检查电路，发现输出端需要增加一个电容，增加后问题得到解决。
4.2测试结果
电压测试：
性能测试
用单片机控制电源时，输出直流0-9.9V，液晶屏显示清晰正确，误差较小，完美的实现了数控恒压源这一课题。
但在功能上还不够强大,没有显示预置电压等等，还可以进一步得到提高。
4.3 误差分析
从电路的原理框图可以看出，系统的主要误差来源于三方面：
（1）0832的量化误差 0832为8位D/A转换器，满量程为10V的量化误差为±(1/2)LMBS=±(1/2) ×(1/28)×10V≈±20mV。按满度归一化的相对误差为±(1/2)×(1/28)=±0.2％。
（2）基准电压温漂引入的误差 LM336在0~40范围内漂移不大于4mV，故相对误差=±2mV/5V=±0.04％。 C°
（3）由功率放大器引入的误差(主要考虑LM356的温漂)共有三项：
① 基准电压温漂产生的满度相对误差为±0.04％；
② 8位D／A变换附加的量化误差±20mV；
③ 功放前级LM356温漂引入的附加误差为±100μV。
5 总结
在本次设计过程中,对纹波也没有提出严格要求,所以常用的稳压集成电路就可以满足要求。在电路中采用了模拟器件和数字器件所以需要+5V、+15V和-15V 电源供电。本设计输出的电压稳压精度高，可以用在对直流电压要求较高的设备上，或在科研实验室中当作实验电源使用。
在本次设计的过程中，我发现很多的问题，给我的感觉就是很难，很不顺手，看似很简单的电路，要动手把它给设计出来，是很难的一件事，主要原因是我们没有经常动手设计过电路，还有资料的查找也是一大难题，这就要求我们在以后的学习中，应该注意到这一点，更重要的是我们要学会把从书本中学到的知识和实际的电路联系起来，这不论是对我们以后的就业还是学习，都会起到
很大的促进和帮助，我相信，通过这次的课程设计，在下一阶段的学习中我会更加努力，力争把这门课学好，学精。
同时，通过本次课程设计，巩固了我们学习过的专业知识，也使我们把理论与实践从真正意义上相结合了起来；考验了我们借助互联网络搜集、查阅相关文献资料，和组织材料的综合能力；从中可以自我测验，认识到自己哪方面有欠缺、不足，以便于在日后的学习中得以改进、提高。
6元器件清单列表
7 参考文献
[1].胡诗妍 赵德良 低纹波《宽调整范围数控直流高压电源》公安大学学 2000年3月
[2].曹巧媛. 《单片机原理及应用》 电子工业出版社 1997年6月
[3]．阮忠、林金宝、陈强 编著 《综合电子电路应用指南》机械工业出版社 2004年8月
[4]．何立民著 《单片机应用选编4 5 6 》北京航空航天出版社 2000年8月
[5]．薛永毅 王淑英 何希才 编著 《新型电源电路应用实例》电子工业出版社 2001年10月
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[7].瞿德福 编著 《数字电路与模拟电路》 中国标准出版社 2004年4月
[8]彭介华 主编 《电子技术课程设计指导》高等教育出版社 1997年10月
[9]康华光??? 电子技术基础?? 高等教育出版社
[10]串联型直流稳压电源的仿真分析??? 广西师范学院学报 第21卷第2期
[11]用单片机制作的直流稳压可调电源?? 电子世界 ?2005年第11期
[12]刘华毅，李霞，徐景德? 电力电子技术?? 第35卷第六期2001年12月
[13]陈小忠、黄宁、赵小侠 ?单片机接口技术实用子程序? 人民邮电出版社
简易数控电源 Simple NC power supply.doc
