数控直流稳压电源设计人员：鲍官牛马彪吴汉国指导老师：邱森友葛浩摘要:本数控直流稳压电源系统采用AT89S52单片机为主控模块，由DAC0832数模转换模块输出电压，经过由高精度运算放大器OP07组成的电压放大模块进行电压放大，引入由功率三极管TIP41C组成的扩流模块进行电流扩大，采用7107进行电压测量式输出显示，能自动切换电源档位，提高本电源系统的效率。
基于可靠的硬件设计，和高效的软件设计，本系统具有电压输出稳定，负载能力好，精度高，人机界面友好，操作方便等特点。
关键词：数控数模转换扩流纹波电压AT89S52 DAC0832 OP07 7107Abstract：The direct voltage source of numerical control uses MCU AT89S52 as controller kernel,and DAC0832,the DA conversion module to outputVoltage,which enlarged by the voltage expansion module basing on accurate Amplifier OP07 Output display bases on IC 7107,with the method of voltage system can automatically chooses appropriate power source supply ,which improves system’s efficiency,and has funtions of current overfloat selt-protecting,and saving the lastest settings.Base on reliable hardware and effectual software design, this system is qualified with quite high performs.Keyword: Numerical Control DA Conversion Current ExpansionCurrent Overfloat Selt-protectingVoltage Ripple AT89S52 DAC0832 OP07 7107目录第一章总论设计任务和要求 (4)作品介绍 (4)方案论证与比较 (6)1.3.1 微控制器的选择 (6)1.3.2 显示部分方案论证 (6)1.3.3 数据存储保存部分方案论证 (7)1.3.4 数模转换部分方案论证 (8)1.3.5 电压显示部分方案论证 (9)第二章电路原理分析和设计数模转换模块设计 (11)输出电压显示模块设计 (12)人机交互模块设计 (13)2.3.1 LED显示部分 (13)2.3.2 键盘输入部分 (13)2.3.3 按键输入数据处理设计 (14)提高电源效率和提压扩流模块.....................................................17第三章系统软件设计.. (20)系统设计总思路 (20)3.单片机资源优化处理 (20)3.2.1 单片即IO口安排 (20)3.2.2 提高CPU效率措施 (20)3.2.3 对于“+”“-“步进的处理 (20)3.2.4 对于抖动和干扰的处理 (20)系统软件流程图 (21)第四章故障分析与系统测试 (22)故障分析 (22)系统测试与数据分析...............................................................23附录 (24)附1：整机电路图 (24)附2：程序源代码 (27)第1章总论设计任务和要求:1.设计任务:设计一个数控稳压电源，可由按键直接输入电压值，还具有加、减调节的功能。
2.基本要求:1、输出电压范围为0~~+，步进为.01V，纹波不大于10Mv;2、输出电流为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的步进增减；5、为实现上述几部件的工作，自制一个稳压直流电源，输出电压为±15V，+5V。
3.发挥部分:1.输出电压可预置在0~~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（步进为不变）；3．扩展输出电压种类（如三角波）。
作品介绍本系统电路主要包括七大部分，辅助电源模块，主控模块，数据存储模块，人机交互模块，数模转换模块，电压扩大模块，电压显示模块，其中每个模块内部又由一些更具体的功能单元或微控制部分组成。
1.系统架构图如下：系统架构图2.系统设计思想：本系统通过键盘输出所需显示的电压值,单片机将此数字量送至P2口作为数模转换的数字量,DAC0832数模转换模块将此数字量转换为相应的模拟电压信号,此信号经过OP07第一级放大倍后送至第二级放大电路再放大2倍,从而实现数字量1对应输出模拟量为,由于放大器的输出电流远远小于3A 从而需要扩流电路.扩流电路以大功率管TIP41C为核心,采用达林顿结构实现扩流功能.过流保护电路是通过将电阻采样过来的电压与一个基准电压比较来控制继电器从而达到控制电路通断的目的.在提高电源效率方面是通过软件和硬件结合的方式,当要求输出的电压低与时采用的是12V电源,当高于时单片机控制端输出高电平使电源转换继电器接通18V电源,从而实现提高电源效率.输出电压电流显示部分采用中等集成电路7107实现.。
3.系统的主要特色有：●采用MCU作为主控模块，性能良好，具有较好的灵活性，和强大的数据处理能力●友好的人机交换界面。
采用LED数码显示，有较好的输入信息提示，输入数据容错识别，和键盘锁定等功能，使系统健壮稳定●输出电压范围大，步进精度小，输出电流范围大，纹波系数小，有较强的负载能力●能自动根据用户的电压输入进行供电电源的电压档位选择，提高效率●具有好的PCB制板工方案论证与比较1.微控制器的选择：由于本系统对主控系统的信号与数据处理的实时性要求不高，并考虑整个系统的性价比，我们采用ATMEL的AT89S52单片机，该单片机具有丰富的IO口资源，256B RAM和8K flash ROM，并支持方便的下载线方式进行单片机程序读写。
2.显示部分方案论证：方案一：采用串行静态显示这种方式采用单片机串行口方式0输出，送进74ls595，通过74LS595实现串行输入，并行输出，给数码管进行静态显示。
优点：74LS595的主要优点是具有数据存储寄存器，在移位的过程中，输出端的数据可以保持不变。
这在串行速度慢的场合很有用处，数码管没有闪烁感。
缺点：延时时间比较长；方案二：并行口动态显示这种方式通过轮流接通数码管进行显示，由于轮流周期短，人的眼睛视觉残留，看到数码管稳定显示。
缺点：占用教多的IO口。
由于这次系统由于其他部分占用大量IO口资源，且不需用到串行通信，故采取方案一。
3.数模转换部分方案论证:方案一:DAC0832电流输出型接法.其接线图如下:此接法虽然在数模转换电路中应用得较多,根据其模拟电压输出公式:Vout=-D/258*VREF可以知道,要得到正的电压输出有两种方案:一是输入参考电压VREF为负电压,但考虑到整个系统本身很难再提供的电压,并且可能由于放大器本身的误差给电路带来误差从而放弃选择这种方案.二是输入参考电压VREF为正,输出电压通过放大器使其变为其绝对值,很明显这样不但元件多而且会由于过多的外部电路带来误差,从而也不宜选择.方案二:DAC0832采用电压输出型接法,其电路图如下:本电路具有电路简单外围器件少且精度高等特点,根据测量数据分析其理论值与实际值之间的误差在%以内,并且其参考电压为正电压,通过三端稳压管的地接公共地即可稳出所需的,可行性好,稳定性较好,故选择此方案.5.电压显示部分方案论证:方案一:通过将输出的模拟电压量通过独立的模数转换模块转换成相应的数字量,然后将数字量送至单片机后译码显示.框架图如下：此方案虽然可行性好,但由于模数转换模块与单片机之间的连接线有八根,要占用单片机的一个独立的I/O口,而实际上单片机已没有一个可以独立应用的I/0口,而用两个单片机成本显得较高,使电路的复杂度增加.不宜选择..第2章计电路原理分析和设计数模转换模块设计:本电路才用高精度八位数模转换芯片DAC0832,它有两种输出模式,一种是电流输出模式,一种是电压输出模式,电流输出模式才用负的参考电压，而电压输出模式采用的是正参考电压，考虑到参考电压的极性问题，本电路采用其电压输出模式.它有三种工作方式:不带缓冲工作方式,单缓冲工作方式,双缓冲工作方式.本电路才用不带缓冲的直通方式,/WR2,/XFER,/CS,/WR1全部接地，从而将芯片内部的八位输入锁存器,八位DAC锁存器全部打开,数据通过单片机把数据送至八位数据输入线D0—D7后直接从8脚输出转换后的模拟电压信号。
其电路图如下：5V的电压作为 DAC0832的参考电压，其计算公式如下：VREF=*[1+(R2+R3)/R1]=5V从而从DAC0832的8脚输出的模拟信号与数字量的关系为：Vout=(D/256)*VREF=*D即数字量每增加1，相应的8脚输出的模拟量增加，此信号经过5倍后就能达到使数字量每增加1而模拟电压输出幅度增加.输出电压显示模块设计：输出电压显示模块部分我们主要采用了标准数字万用表测量电压的原理来显示所要求显示的电压。
这里，我们选择了使用集成芯片7107来组装电路。
7107集成电路包含3 1/2位数字A/D转换器，可直接驱动LED数码管，内部设有参考电压、独立模拟开关、逻辑控制、显示驱动、自动调零功能等。
其分辨力为±100uV，显示位数是位，用于 CMOS 大规模集成电路，具有高准确度、高分辨力、微功耗、外围电路简单、价格较低廉等优点。
7107用双积分的方法实现Ａ／Ｄ转换，以４０００个计数脉冲周期，即用４０００个脉冲的时间作为Ａ／Ｄ转换的一个周期，每个转换周期中包括自动稳零（Ａｚ）、对输入模拟信号ＶＩＮ的积分、对参考电压ＶＲＥＦ的反积分阶段三个过程。
经调节可得如下关系：VIN＝VREF*T/1000;VIN是VIN+和VIN－两端输入模拟信号的电压。
VREF是VREF+和VREF-两端获得的参考电压，是一个常数，因此VIN与Ｔ（指Ｔ个计数脉冲周期）成正比，因Ｔ是用计数表示的，通过译码器，就可以接收计数器的状态，即信号的大小用数码表示出来，以实现模拟量的数字表示。
电压模拟信号从30,31脚输入,模拟输入信号经100KΩ限流保护电阻从7107的IN+和IN-端输入，在芯片内转换为213位BCD码并经4→7显示译码/锁存后输出。