基于单片机数控电源设计

1 绪论

在现在的生活中，我们常常会用到各种电源，电源技术服务于各行各业。直流稳压电源是电子技术中常用设备，广泛应用于实验、教学、科研等领域。数控电源一般采用单片机系统来构成。单片机数控电源是以单片机为控制核心，配以相应的外围电路和功能软件，实现具有一定电压调节功能的电源，该设计包含硬件部分和软件部分，对硬件和软件合理的调配和使用，从而实现数控电源的设计。

1.1 课题背景及意义

数控电源技术是一门实践性很强的工程技术，服务于诸多行业。现今电源技术融合了电气、电子、系统集成、控制理论、材料等众多学科领域。直流稳压电源是电子技术常用的仪器设备之一,广泛的应用于教学、科研等领域，是实验员、电子设计人员进行实验和科研不可或缺的电子仪器。在电子系统中，通常都需要电压稳定的直流电源来供电，传统直流电源的稳压过程是由电源变压器、整流、滤波、稳压等四部分组成，因而具有功能简单、干扰大、可靠性低、精度低且体积大、复杂度高的缺点。

现代家用电器和其他电子产品中，通常都需要电压稳定的直流电源供电。但在实际生活中，都是由市电供电。这就需要通过变压、整流、滤波、稳压电路将交流电转换成稳定的直流电源。滤波器用于滤去整流输出电压中的纹波，一般传统电路由滤波扼流圈和电容器组成，若由晶体管滤波器来替代，则可缩小直流电源的体积，减轻其重量，且晶体管滤波直流电源不需直流稳压器就能用作家用电器的电源，这既降低了家用电器的成本，又缩小了其体积，使家用电器电源电路小型化。传统的直流稳压电源通常配以电位器和波段开关来实现电压的调节，并由电压表指示电压值的大小。因此，电压的调整精度不高，读数不够直观，电位器也易耗损。而基于单片机控制的直流稳压电源能较好地解决以上传统稳压电源的不足。

1.2 国内外研究现状

在我国，以电子学为核心技术的电源产业，从二十世纪60年代中期到了90年代以来，电源产业进入快速发展时期，电信与数据通讯设备的技术更新推动电源行业向更高灵活性和智能化方向发展。一方面， 电源产业规模的发展在加快；另一方面，在国家资助和创新意识带领下，我国电力电子技术的研究从吸收消化和一般跟踪发展到前沿跟踪和基础创新，电源产业界涌现了一些技术难度较大，具有国际先进水平的产品，而且还产生了一大批具有代表性的研究成果和产品；目前国内还开展了跟踪国际多方面前沿性课题的研究或基础创新研究。但是我国直流稳压电源产业与发达国家相比，存在着很大的差距和不足，在电源产品的可靠性、开发投入、生产规模、工艺水平、先进检测设备、智能化、持续创新能力等方面有很大差距，尤其在实现直流稳压电源的智能化、网络化方面的研究不是很多。国内厂家生产的直流稳压电源虽然也在向数字化方向发展，但多限于对输出显示实现数码显示，或实现多组数值预置。总体说来，国内直流稳压电源制造技术在实现智能化等方面相对落后，面对激烈的国际竞争，是个严重的挑战。

1.3 课题的主要内容

(1)如何实现对电源的输出控制。

系统设计的目的是要用单片机来替代传统直流稳压电源中手动旋转电位器，实现输出电压在电源量程范围内步进可调，精度要求高。实现的途径很多，可以用键盘控制液晶显示，配以软件设置实现0.1V的步进，通过DAC的模拟输出控制电源输出，或者用其它更有效的方法，因此如何选择简单有效的方法是本课题需要解决的首要问题。

(2)数控直流电源功能的完备。

数控直流稳压电源要实现电压的键盘化输出控制，同时要具备输出、电压比较及数组存贮与预置等功能。另外，根据要求电源还应该可以通过按键选择一些特殊的功能。如何有效的实现这些功能也是课题所需研究解决的问题。

(3)设计要求。

输出电压范围：0.5V~10V，电压步进：0.1V；

输入电压由液晶显示；

自制键盘，可以通过键盘输入电压值；

输出电压值可在输出端用万用表测得；

1.4 论文的总体结构

第一部分简要介绍课题的背景、意义、国内外研究现状，介绍本文的主要研究内容, 包括实现的目标、功能的完备和性能指标。

第二部分提出了数控直流电源的总的设计思路和几种实现方案论证，以及相关系统实现的功能，对这些方案的可行性进行比较分析，选择了一种基于51 单片机系统的数控直流电源的方案，并对该方案运用的基础知识和使用的器件作出扼要的介绍。

第三部分模块化详细阐述了基于51 单片数控直流电源的系统整体结构和设计框图，包括数据单片机控制模块、数模转换模块、稳压控制模块、及键盘模块。

第四部分主要阐述了数控直流电源的软件系统的设计思路和软件设计流程。

第五部分对数控直流电源的性能参数进行测量与评估，以及对误差进行分析。

第六部分对本数控直流电源的给出了本课题的结论。

本论文共分6个部分，主要阐述了设计方案的选择和确定以及对系统硬件设计、软件设计作了较为具体的论述。由于本人知识、实际应用水平及工程实际水平有限