數控電壓源的設計與制作

趙勇超 王小山 王佩賽

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201714174

摘要：本作品電壓部分的主要控制器件是LM2576ADJ，并且通過調節相應的電阻來調節輸出電壓大小；控制部分利用AD0832將模擬量轉換為數字量向單片機提供信息供其處理。本系統由整流濾波模塊、電壓輸出模塊、AD轉換模塊、單片機系統、數碼管顯示模塊、測溫模塊組成，各模塊相互作用進而搭建成一個穩定的數控電壓源。該作品具有輸出電壓穩定、功耗低、自帶降溫系統等優點！

關鍵詞：LM2576；輸出電壓；單片機；數碼管

隨著信息化時代的到來，科學技術飛速發展，當然電源技術在其中也起到了至關重要的作用。數控電源技術的實踐性很強，存在于我們生活中的方方面面。數控電源在電子設備中使用廣泛，然而普通電源工作時產生的誤差，不足以滿足某些方面的工業要求，因此數字控制的電源受到了人們的青睞，比如數控直流穩壓電源，它的精確度更高，又方便可調，滿足工業方面要求，從數字電子技術著手，一切向數字化，智能化方向發展，將會使現代人的工作、科研、生活、變得更好更方便。

在教育教學中，無論是高校還是中小學，一個穩定可調的數控電源在實驗室中是必不可少的。然而傳統的電源是通過調節粗條波段和細條電位器來調節輸出電壓的大小，并且由電壓表指針指示輸出電壓值。這種直流穩壓電源不僅電位器易磨損、穩壓精度不高、不易調節，并且讀數不直觀、設備體積大，使用極不方便，而基于單片機控制的數控電壓源卻較好地解決了上述問題。

本設計開發的數控穩壓電源，采用單片機和其它元器件以及外圍電路的相互配合，使其能夠精確的輸出并顯示穩定的電壓值。

一、系統工作原理

本作品電壓部分的主要控制器件是LM2576ADJ，并且通過調節相應的電阻來調節輸出電壓大小；控制部分利用AD0832將模擬量轉換為數字量向單片機提供信息供其處理。本系統由整流濾波模塊、電壓輸出模塊、AD轉換模塊、單片機系統、數碼管顯示模塊、測溫模塊組成，各模塊相互作用進而搭建成一個穩定的數控電壓源。該作品具有輸出電壓穩定、功耗低、自帶降溫系統等優點。系統框圖如圖所示。

二、硬件電路的設計

（一）整流濾波電路

整流濾波電路主要是將220V的交流電進行整流濾波，得到輸出穩定的直流電壓。橋式整流濾波電路的結構簡單，易于實現，故此電路中選用橋式整流濾波電路。其中輸出電壓Uo=1.2Ui，接入的二極管的反向承受電壓應是輸入電壓的2倍。

（二）輸出電壓控制電路的設計

輸出電壓控制電路以LM2576及其外圍電路組成，通過調節滑動變阻器從而調節輸出電壓的大小。外圍電路中的電容C3一般應大于或等于100μF，焊接時要盡量靠近LM2576的輸入引腳，且其耐壓值應與它的最大輸入電壓值相匹配；輸出電容C4的值應依此式計算選取（單位μF）： C≥13300 Vin/ Vout×L 。式中，Vin為LM2576的最大輸入電壓、Vout為LM2576的輸出電壓、L是經計算后查表選取的電感L1的值，其單位是μH。電容C耐壓值應大于額定輸出電壓的1.5～2倍。二極管D1的額定電流值應大于最大負載電流的1.2倍，考慮到負載短路的情況，二極管的額定電流值應大于LM2576的最大電流限制。二極管的反向電壓應大于最大輸入電壓的1.25倍。這里我們推薦使用肖特基二極管。因為在系統設計中我們要給單片機及其他器件供電，所以我們將220V的交流電經變壓器降壓在經過整流濾波后，得到25V左右的穩定直流電壓，然后在經過穩壓管L 7812和L 7805進行兩次穩壓，分別獲得12V和5V的穩定電壓，5V用于單片機的工作電壓。

（三）AD轉換電路

在AD轉換部分，本設計采用美國國家半導體公司生產的雙通道、8位分辨率的ADC0832芯片。在此電路中因我們要輸出的電壓最大可達25V，而ADC0832的最大輸入電壓為5V，所以我們給其串聯圖中的103電位器分壓，保持其正常工作。因其體積小，兼容性強，性價比高的特點深受電子設計制作者及企業歡迎。

（四）單片機控制系統

本設計不需要很高的處理速度，從經濟和方便使用角度考慮，單片機選用美國STC公司推出的一種新型51內核的單片機STC89C51。它具有 8K 在系統可編程Flash 存儲器，控制靈活，功耗低，且能滿足本設計的要求，綜合考慮性價比更高。本設計的控制部分使單片機結合AD0832、18b20、繼電器、數碼管等器件共同完成模擬量到數字量的轉換以及具體功能的實現。

（五）顯示電路

采取掃描顯示的方法，同時控制多個七段數碼管工作。在實際電路焊接中將每個7段LED數碼管的a、b、c、d、e、f、g都連在一起，再通過單片機控制晶體管分別驅動每個7段LED數碼管的共同引腳。顯示方式是將第一個7段LED數碼管所要顯示的數據送到a、b、c、d、e、f、g總線上，然后將掃描信號送到公共端。根據89C51的輸出信息來判斷驅動哪一個數碼管，即哪一個數碼管亮，并且A～H連接89C51單片機的P0.0～P0.7管腳，根據89C51的輸出的數字信息來控制數碼管的那一段亮，從而顯示實際輸出的電壓值。

三、系統軟件設計

主函數流程圖

四、系統的調試與測試結果

（一）系統的軟件調試

用萬用表測量的實際輸出值與數碼管顯示的電壓值對比，若誤差超出允許范圍，則需要對其采樣部分和A/D轉換之間的程序做主要修改，反復修改調試，最終使數控電源的實際輸出值與數碼管顯示的數值相符。

（二）系統的硬件調試

若輸出電壓不穩定或者輸出電壓與實際測量值之間相差很大，則需查看采樣電路的電阻阻值選取是否正確，各單元供電是否正常，檢測所用器件是否完好無損，逐項排查調試，最終使數控電源滿足設計要求。

五、結語

這次設計的題目是以單片機為基礎實現數字式可調穩壓電源，經過查閱很多參考資料，增加了一些功能（比如：自帶降溫系統）。數控電壓源所牽涉的范圍是很大的，它不僅僅只可具備準確的電壓輸出、顯示功能，自動降溫系統，我們還可以嘗試更多的擴展。

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項目：咸陽師范學院校級大學生創新訓練計劃資助項目（項目編號2013045）

作者簡介：趙勇超（1994），男，陜西咸陽人，本科，咸陽師范學院物理與電子工程學院學生，專業：電氣工程及其自動化；王小山（1994），男，陜西西安人，本科，咸陽師范學院物理與電子工程學院學生，專業：電氣工程及其自動化；王佩賽（1996），女，陜西西安人，本科，咸陽師范學院物理與電子工程學院學生，專業：電氣工程及其自動化。