数控直流可调稳压电源

李 曼，王立红

(1.西安外事学院工学院自动化系，陕西西安 710077;2.西安外事学院工学院计算机系，陕西西安710077)

0 引言

电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性很强的工程技术，服务于各行各业。当今电源技术融合了电气、电子、系统集成、控制理论、材料等诸多学科领域［1］。随着计算机和通讯技术发展而来的现代信息技术革命，给电源提出了更高的要求。数字化控制和智能化控制技术是电源技术发展的重要方向。设计一个高精度、精确跟踪输出、高稳定性、良好的人机界面的简易数控电源，能够减少生产过程中的不确定因素和人为参与的环节数，有效地解决电源模块中诸如可靠性，智能化和产品一致性等工程问题，极大地提高生产效率和产品的可维护性。电源采用数字化控制，具有以下明显优点:

(1)控制灵活，系统升级方便，甚至可以在线修改控制算法，而不必改动硬件线路;

(2)控制系统的可靠性提高，易于标准化，可以针对不同的系统(或不同型号的产品)，采用统一的控制板，而只是对控制软件做一些调整即可;

(3)系统维护方便，一旦出现故障，可以方便地通过RS232接口或RS485接口或USB接口进行调试、故障查询、历史记录查询、故障诊断、软件修复或控制参数的在线修改、调试;

(4)系统的一致性好，成本低，生产制造方便;

(5)易组成高可靠性的多模块逆变电源并联运行系统。

1 硬件组成

本设计由控制模块、键盘输入模块、电压输出与稳压模块、精确跟踪模块、显示模块、ROM存储器模块、通信模块组成。

1.1 工作原理

控制模块采用STC89C52单片机实现;键盘输入模块由k1、k2、k3、k4四个按键组成;显示模块由3位LED数码管组成，键盘预设电压值时显示键盘输入的电压值，系统正常工作时，显示当前的电压实际输出值;电压输出与稳压模块由数模转换器ADC0832、运算放大器OP07及稳压器LM350构成，将单片机输出的数字电压值经8位的数模转换器ADC0832转换为模拟电压值后，经OP07放大后由LM350输出所需的电压值;精确跟踪模块由模数转换器ADC0809构成，将ADC0832输出的模拟电压反馈给单片机，通过软件微调实现精确输出;EEPROM存储器模块由串行存储器AT24C02构成，用来保存最后一次设定的电压值，使得电压在间断工作时不必每次都设置电压值;通信模块由RS-232C，用来实现电源系统的在线维护。系统原理框图如图1所示。

图1 系统原理框图

当电源打开的时候，单片机系统复位，寄存器清零。接着单片机读取EEPROM AT24C02中保存的电压预设值(上次关机前的电压值)，把该数据送到ADC0832，同时转换成BCD码送到数码显示部分。然后程序循环检测是否有按键信号，如果K1按下，当前电压数据加0.1。如果K2按下，当前电压数据减0.1，K3按下保存设置电压数据，K4按下恢复为AT24C02中读取的电压值。

1.2 电路设计

采用带有串行接口的译码驱动芯片74HC595来实现3位LED的接口。显示模块电路连接如图2所示［2］。

图2 显示模块连接电路

键盘输入电路如图3所示。

图3 键盘输入电路

AT24C02与单片机的连接方式，可以采用图4所示的标准电路。

图4 AT24C02与单片机的连接电路

ADC0809的连接电路如图5所示。

图5 ADC0809的连接电路

ADC0832的电路连接图如图6所示。

图6 ADC0832的电路连接图

通过调节可调电阻调节［3］LM350的输出电压为5.12 V，所以在DAC的8脚输出电压的分辨率为5.12 V/256=0.02 V，也就是说DAC输入数据端每增加1，电压增加0.02 V。

DAC的电压输出端接放大器OP07［4］的输入端，放大器的放大倍数为1+Rf/R1=1+4K/1K=5，输出到电压模块LM350的电压分辨率则为0.02 V×5=0.1 V。所以，当MCU输出数据增加1的时候，最终输出电压增加0.1 V，当调节电压的时候，可以以每次0.1 V的梯度增加或者降低电压。通过按键可以实现步进0.1 V的输出电压预置，输出电压范围0～14.9 V，电流可以达到2 A。

2 软件设计

软件设计包括键盘输入程序设计、显示部分程序设计、EEPROM数据存储与读取程序设计、数模转换程序设计与模数转换程序设计等部分。系统主流程图如图8所示。

图7 功率放大器OP07

图8 主流程图

对软件流程做以下说明:当电源打开的时候，MCU进行复位，寄存器清零。接着电源应该显示和输出上次关机前的电压值。这时候MCU先读取EEPROM中保存的电压编号，根据电压编号读出对应电压，把该数据送到DAC，再转换成BCD码送到显示部分。这时候程序循环检测是否有按键信号，如果K1按下，当前电压数据加0.1，如果K2按下，当前电压数据减0.1，K3按下保存设置电压数据，K4按下恢复为EEPROM读取的电压值。软件的设计主要完成三方面的功能。

图9 软件流程图

3 结束语

该数控电压源采用STC89C52单片机为控制单元，4X4键盘输入电压预设值，数模转换器ADC0832输出参考电压，参考电压经 LM350放大后输出，同时又经模数转换器ADC0809提供给单片机，以便通过软件微调输出电压值;通过串行存储器AT24C02保存电源间断工作时的电压设置值。经过实际使用说明，具有精度高，输出电压设置方便，硬件电路简单等特点。该数控电压源硬件电路设计简单，便于推广，使用方便。

［1］陆坤，奚大顺.电子设计技术［M］.北京:电子科技大学出版社，1997.5.

［2］马忠梅，籍顺心，张凯，等.单片机的C语言应用程序设计［M］.北京:北京航空航天大学出版社，2001.

［3］李刚，林凌.新概念单片机教程［M］.天津:天津大学出版社，2007.6.

［4］华东师范大学物理系编著.电子线路基础［M］.北京:高等教育出版社，1985.10.