吳超

摘 要：本文介紹了以8051單片機為控制單元，以數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0832輸出參考電壓控制電壓轉(zhuǎn)換模塊LM317輸出電壓大小的數(shù)控直流電源設計。該電源具有設計簡單，應用廣泛，精度較高等特點。

關鍵詞：單片機（AT89C51）；數(shù)模轉(zhuǎn)換器（D/A）

目前所使用的直流可調(diào)電源中，幾乎都為旋鈕開關調(diào)節(jié)電壓，調(diào)節(jié)精度不高，而且經(jīng)常跳變，使用麻煩。利用數(shù)控直流電源，可以達到每步0.04 V的精度，輸出電壓范圍0-10V。

本文介紹了以8051單片機為控制單元，以數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0832輸出參考電壓控制電壓轉(zhuǎn)換模塊LM317輸出電壓大小的數(shù)控直流電源設計。該電源具有設計簡單，應用廣泛，精度較高等特點。

1 設計原理與總體方案

鑒于目前數(shù)控直流電源一般采取運放構(gòu)成的電流-電壓轉(zhuǎn)換電路與單片機結(jié)合，設計方案大多為開環(huán)系統(tǒng)，主控制器僅用于數(shù)字給定及顯示，沒有對輸出電流進行檢測和控制。本文在傳統(tǒng)電路設計的基礎上，利用控制系統(tǒng)中反饋與控制的原理，引入電流負反饋，在采樣電阻上獲取和電流成正比的采樣電壓，并接人運算放大器的反向輸入端，實現(xiàn)負反饋，形成恒流輸出的閉環(huán)控制系統(tǒng)；軟件方面，將具有全局尋優(yōu)能力但收斂速度慢的遺傳算法和具有收斂速度快且局部尋優(yōu)能力強的直接搜索法結(jié)合在一起，同時結(jié)合PID算法，形成軟件閉環(huán)，實現(xiàn)對輸出電流的精確控制。

2 硬件設計

系統(tǒng)工作原理如下圖所示：由鍵盤預置電壓值，輸入到單片機；采樣電阻采集的電壓信號經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器送入單片機，當兩值之差絕對值為零或不大于設定值時，不作任何調(diào)整；當兩值之差大于設定值時，運用PID算法進行調(diào)整，送人D/A轉(zhuǎn)換，調(diào)整輸出電壓，直到差值在允許的范圍內(nèi)。單片機控制液晶顯示電流的設定值、實際輸出值和電壓步進值。

2.1 DAC電路

一個8位D/A轉(zhuǎn)換器有8個輸入端（其中每個輸入端是8位二進制數(shù)的一位），有一個模擬輸出端。輸入可有256個不同的二進制組態(tài)，輸出為256個電壓之一，即輸出電壓不是整個電壓范圍內(nèi)任意值，而只能是256個可能值。

2.2 AGC控制電路

可以分為增益受控放大電路和控制電壓形成電路。增益受控放大電路位于正向放大通路，其增益隨控制電壓而改變。控制電壓形成電路的基本部件是AGC整流器和低通平滑濾波器，有時也包含門電路和直流放大器等部件。

2.3 鍵盤

在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時，為了減少I/O口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式 ，矩陣式結(jié)構(gòu)的鍵盤顯然比直接法要復雜一些。當按鍵沒有按下時，所有的輸出端都是高電平，代表無鍵按下；一旦有鍵按下，則輸入線就會被拉低，這樣通過讀入輸入線的狀態(tài)就可得知是否有鍵按下了。

2.4 液晶顯示

液晶1602A各個管腳的介紹：

2.5 穩(wěn)壓輸出

LM317的輸入最高電壓為30余伏，輸出電壓1.5----32V，電流1.5A，不過在用的時候要注意功耗問題，注意散熱。LM317有三個引腳：一個輸入，一個輸出，一個電壓調(diào)節(jié)。輸入引腳輸入正電壓，輸出引腳接負載，電壓調(diào)節(jié)引腳一個接電阻（200左右）在輸出引腳，另一個接可調(diào)電阻（幾K）接于地。輸入和輸出引腳對地要接濾波電容。

3 軟件設計

流程圖如下：

4 結(jié)果分析

測得的數(shù)據(jù)和從鍵盤輸入的數(shù)據(jù)比對：

1.數(shù)據(jù)分析

從上面表中的數(shù)據(jù)來看，輸入數(shù)據(jù)越大，誤差越大；輸入數(shù)據(jù)越小，誤差越小。

2.誤差分析

（1）由于所用電源為四個：+12V、-12V、+5V、-5V，電源不夠穩(wěn)定

（2）電路中元器件發(fā)熱產(chǎn)生誤差

（3）LM317輸出電壓不夠穩(wěn)定

（4）外界對輸出電壓的干擾，導致輸出有誤差

（5）運放未調(diào)零

參考文獻

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