基于LM317单片机的数控电源设计
基于LM317单片机的数控电源设计[20200408094712]
摘要
随着科技的飞速发展，直流稳压电源已经广泛地应用到科研、通信等设备中。为了获取精确的电压，稳压电源正朝着数字化、智能化的方向发展。
本设计是一种以LM317器件作为调压主电路，以单片机为控制核心的数控电源。通过按键设定输出电压值，由单片机内置的PCA模块将设定值转换为PWM信号后输出。PWM信号经过放大、滤波后，产生对应的模拟信号，加载到调压电路的控制输入端，使输出电压随着控制电压的变化而变化。
利用单片机控制的直流稳压电源具有设计周期短、灵活多变等优点，在高精度设备中的应用越来越广泛，市场前景广阔。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:直流稳压电源单片机脉宽调制数字控制??
目 录
1.引言 1
1.1数控电源的发展历程与现状 1
1.2数控电源的优点 2
1.3本系统设计的基本要求 2
2.部分模块方案论证及选择 3
2.1控制模块 3
2.2调压模块 3
2.3显示模块 4
2.4 键盘输入模块 4
2.5总体方案 4
3.系统硬件电路设计 6
3.1系统模块电路设计 6
3.1.1 单片机控制模块 6
3.1.2电源供电模块 7
3.1.3 PWM信号调理模块 8
3.1.4 电压与电流采样模块 10
3.1.5 显示模块 12
3.1.6 键盘模块 12
3.1.7 报警模块 13
3.2 系统整体原理图 14
4.系统软件设计 15
4.1 单片机的资源分配 15
4.2 软件设计概要 15
4.3 程序模块设计分析 16
4.3.1按键识别程序设计 16
4.3.2 A/D转换结果处理程序设计 18
4.3.3定时器T1中断服务程序设计 19
5.总结与展望 23
参考文献 24
附录 25
致谢 26
1.引言
1.1数控电源的发展历程及现状
当今，电子设备的快速发展给人们带来了极大的方便，然而每个设备的使用都需要电源对其进行供电。电子设备要求电源电路提供持续稳定、满足负载要求的电能，通常情况下是稳定的直流电能。除此之外，电源的用途也十分广泛，几乎涵盖了电气、电力系统、控制理论、材料等众多学科。
直流稳压电源是常用的电子设备，在电网电压波动或负载发生变化时，它能够保证输出电压的稳定。一般的直流稳压电路图如下所示：
图1.1 直流稳压电源的方框图
但是，一般的直流稳压电源已经无法满足现实生活的需要，基于此，人们又研究出了可以通过数字控制的直流稳压电路，它的方框图如下所示：
图1.2 数控电源的方框图
经过不断的研究，数控电源已经取得了一些进步，它在电源领域的作用渐渐显现，所扮演的角色也越来越重要。20世纪80年代，数控电源系统的理论开始建立，数控电源真正的发展起来了。此后，数控电源虽然得到了长足的发展，但其产品还存在着可靠性低等明显的缺点。
单片机技术的不断发展以及电压转换模块的普遍应用为数控电源的发展提供了非常有利的条件。20世纪的90年代，人们研制出了一种精确度为0.05V的数控电源。这种数控电源满足了一些要求很高的设备，但是其消耗的功率较大。
近年以来，数控电源逐渐成为了一种趋势，它为现代人的工作、科研带来了极大的方便。目前我国的数控电源大多是采用旋钮开关来调节电压，这类数控电源的精度不高，旋钮时经常会出现故障，使用麻烦。以单片机为控制核心的电源有效地解决了这一问题，极大地促进了数控电源技术的发展。数控电源正朝着高精度、高分辨率的方向发展。
1.2数控电源的优点
数控电源是针对传统的直流稳压电源的不足提出来的，数字控制技术化可以减少人为参与部分和生产过程中的不确定性，能够有效地解决产品一致性、可靠性问题在电力供电模块的存在，大大提高了生产效率和可维护性。
目前，直流可调电源大多数采用旋纽开关来实现电压的可调，但此类电源具有调节精度不高、抗干扰性弱等诸多不足。因而，对采用数字控制的电源的需要日渐扩大，且这类电源具有以下几点明显地优点：
第一，采用智能控制和一些模糊算法，能够输出任意的目标电压，从而实现电源的智能控制。
第二，采用数字化控制技术，灵活简便，可以在线修改控制算法，而不需要改动硬件电路。
第三，采用单片机控制方式，充分发挥了微控制器的优势，提高了系统的稳定性，同时可以减少外界干扰的影响。
第四，产品的一致性好，生产制造方便且成本低。采用软件控制，其一致性很好，而且可以减少控制板的体积，使得生产的成本下降。
1.3 本系统设计的基本要求
本课题研究一种以单片机为控制核心的简易稳压电源的设计，同时，该电源具有过压、过流保护以及报警的功能。电源设计的具体要求如下：
（1）输出的电压范围：0.0-10.0V；?
（2）输出的电流范围：0-2A；
（3）电压的调整方式：电压以步进值为1V（粗调）或0.1V（细调）进行调整；?
（3）输出电压的调控方式：利用单片机内置的PWM通道产生占空比可调的PWM信号；?
（4）稳定度高，抗干扰性强，转换效率高。
2.部分模块方案论证及选择
本课题研究一种基于单片机的数控电源，其中，稳压器是整机的核心，它既要为内部电路提供电源，又要输出可调的电压供外部负载使用。此电源的控制核心是单片机，并由键盘设定输出电压值。单片机利用内置的PCA模块产生PWM信号，经过放大、滤波后，加载至稳压器的基准输入端。同时，通过调节PWM的占空比来调整输出电压，利用取样电路取样输出电压、负载电流，并处理为实际值后送给显示模块显示。
2.1控制模块
控制电路是数控电源的核心，数字电源控制方式的选择主要有以下两种方案：
方案一：采用纯数字电路组成键盘控制系统，从而进行对信号的处理。这是在控制数字电路的基础上，通过按键，使电压步进（回）。
方案二：利用嵌入式系统设计简易的数控电源。在处理器上嵌入实时操作系统或利用微控制器技术，来实现对输出电压的数字设定和稳定性控制，以及实现电源的异常保护。
比较以上两种方案，方案一设计的电源其稳定性好、使用寿命长。但是这类电源的灵活性不高，电路复杂，且信号处理困难。而方案二采用单片机控制的电源，具有系统灵活、电路简洁等优点，但其软件编程相对复杂。经过综合考虑多方面，决定采用单片机为控制核心，并配合外围电路来设计直流稳压电源。
2.2调压模块
数控部分采用单片机实现对电源输出电压的调节，实现输出电压以及故障信息的显示。其中，数控调压有三种方式：
方式一：采用单片机控制DAC来调节输出的电压。以D/A转换器DAC0832为例，DAC0832是8位的转换器，故有255步步进。当CPU控制DAC变化1步时，其对应的输出电压也会发生变化。
方式二：通过数字控制电位器（DCP）来调节输出电压，即将器件的3个端点连接到电路的不同节点上，通过调节抽头在两个端点间的位置，使电位器提供可变的电压。
方式三：利用单片机产生PWM信号，并通过改变信号的占空比来调节电压。
浪涌电流等很容易损坏电位器，因此，基于电位器的稳压电源的稳定性不高。而DAC控制调压是通过控制晶体管的导通状态来改变输出电压的大小，电路复杂。因此，对于精度要求较高的数控电源，利用单片机产生PWM的方波脉冲信号能更好的完成要求。因此，选择采用单片机内置PWM通道的方法来产生占空比可调的PWM信号，从而调节输出电压。
2.3显示模块
摘要
随着科技的飞速发展，直流稳压电源已经广泛地应用到科研、通信等设备中。为了获取精确的电压，稳压电源正朝着数字化、智能化的方向发展。
本设计是一种以LM317器件作为调压主电路，以单片机为控制核心的数控电源。通过按键设定输出电压值，由单片机内置的PCA模块将设定值转换为PWM信号后输出。PWM信号经过放大、滤波后，产生对应的模拟信号，加载到调压电路的控制输入端，使输出电压随着控制电压的变化而变化。
利用单片机控制的直流稳压电源具有设计周期短、灵活多变等优点，在高精度设备中的应用越来越广泛，市场前景广阔。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:直流稳压电源单片机脉宽调制数字控制??
目 录
1.引言 1
1.1数控电源的发展历程与现状 1
1.2数控电源的优点 2
1.3本系统设计的基本要求 2
2.部分模块方案论证及选择 3
2.1控制模块 3
2.2调压模块 3
2.3显示模块 4
2.4 键盘输入模块 4
2.5总体方案 4
3.系统硬件电路设计 6
3.1系统模块电路设计 6
3.1.1 单片机控制模块 6
3.1.2电源供电模块 7
3.1.3 PWM信号调理模块 8
3.1.4 电压与电流采样模块 10
3.1.5 显示模块 12
3.1.6 键盘模块 12
3.1.7 报警模块 13
3.2 系统整体原理图 14
4.系统软件设计 15
4.1 单片机的资源分配 15
4.2 软件设计概要 15
4.3 程序模块设计分析 16
4.3.1按键识别程序设计 16
4.3.2 A/D转换结果处理程序设计 18
4.3.3定时器T1中断服务程序设计 19
5.总结与展望 23
参考文献 24
附录 25
致谢 26
1.引言
1.1数控电源的发展历程及现状
当今，电子设备的快速发展给人们带来了极大的方便，然而每个设备的使用都需要电源对其进行供电。电子设备要求电源电路提供持续稳定、满足负载要求的电能，通常情况下是稳定的直流电能。除此之外，电源的用途也十分广泛，几乎涵盖了电气、电力系统、控制理论、材料等众多学科。
直流稳压电源是常用的电子设备，在电网电压波动或负载发生变化时，它能够保证输出电压的稳定。一般的直流稳压电路图如下所示：
图1.1 直流稳压电源的方框图
但是，一般的直流稳压电源已经无法满足现实生活的需要，基于此，人们又研究出了可以通过数字控制的直流稳压电路，它的方框图如下所示：
图1.2 数控电源的方框图
经过不断的研究，数控电源已经取得了一些进步，它在电源领域的作用渐渐显现，所扮演的角色也越来越重要。20世纪80年代，数控电源系统的理论开始建立，数控电源真正的发展起来了。此后，数控电源虽然得到了长足的发展，但其产品还存在着可靠性低等明显的缺点。
单片机技术的不断发展以及电压转换模块的普遍应用为数控电源的发展提供了非常有利的条件。20世纪的90年代，人们研制出了一种精确度为0.05V的数控电源。这种数控电源满足了一些要求很高的设备，但是其消耗的功率较大。
近年以来，数控电源逐渐成为了一种趋势，它为现代人的工作、科研带来了极大的方便。目前我国的数控电源大多是采用旋钮开关来调节电压，这类数控电源的精度不高，旋钮时经常会出现故障，使用麻烦。以单片机为控制核心的电源有效地解决了这一问题，极大地促进了数控电源技术的发展。数控电源正朝着高精度、高分辨率的方向发展。
1.2数控电源的优点
数控电源是针对传统的直流稳压电源的不足提出来的，数字控制技术化可以减少人为参与部分和生产过程中的不确定性，能够有效地解决产品一致性、可靠性问题在电力供电模块的存在，大大提高了生产效率和可维护性。
目前，直流可调电源大多数采用旋纽开关来实现电压的可调，但此类电源具有调节精度不高、抗干扰性弱等诸多不足。因而，对采用数字控制的电源的需要日渐扩大，且这类电源具有以下几点明显地优点：
第一，采用智能控制和一些模糊算法，能够输出任意的目标电压，从而实现电源的智能控制。
第二，采用数字化控制技术，灵活简便，可以在线修改控制算法，而不需要改动硬件电路。
第三，采用单片机控制方式，充分发挥了微控制器的优势，提高了系统的稳定性，同时可以减少外界干扰的影响。
第四，产品的一致性好，生产制造方便且成本低。采用软件控制，其一致性很好，而且可以减少控制板的体积，使得生产的成本下降。
1.3 本系统设计的基本要求
本课题研究一种以单片机为控制核心的简易稳压电源的设计，同时，该电源具有过压、过流保护以及报警的功能。电源设计的具体要求如下：
（1）输出的电压范围：0.0-10.0V；?
（2）输出的电流范围：0-2A；
（3）电压的调整方式：电压以步进值为1V（粗调）或0.1V（细调）进行调整；?
（3）输出电压的调控方式：利用单片机内置的PWM通道产生占空比可调的PWM信号；?
（4）稳定度高，抗干扰性强，转换效率高。
2.部分模块方案论证及选择
本课题研究一种基于单片机的数控电源，其中，稳压器是整机的核心，它既要为内部电路提供电源，又要输出可调的电压供外部负载使用。此电源的控制核心是单片机，并由键盘设定输出电压值。单片机利用内置的PCA模块产生PWM信号，经过放大、滤波后，加载至稳压器的基准输入端。同时，通过调节PWM的占空比来调整输出电压，利用取样电路取样输出电压、负载电流，并处理为实际值后送给显示模块显示。
2.1控制模块
控制电路是数控电源的核心，数字电源控制方式的选择主要有以下两种方案：
方案一：采用纯数字电路组成键盘控制系统，从而进行对信号的处理。这是在控制数字电路的基础上，通过按键，使电压步进（回）。
方案二：利用嵌入式系统设计简易的数控电源。在处理器上嵌入实时操作系统或利用微控制器技术，来实现对输出电压的数字设定和稳定性控制，以及实现电源的异常保护。
比较以上两种方案，方案一设计的电源其稳定性好、使用寿命长。但是这类电源的灵活性不高，电路复杂，且信号处理困难。而方案二采用单片机控制的电源，具有系统灵活、电路简洁等优点，但其软件编程相对复杂。经过综合考虑多方面，决定采用单片机为控制核心，并配合外围电路来设计直流稳压电源。
2.2调压模块
数控部分采用单片机实现对电源输出电压的调节，实现输出电压以及故障信息的显示。其中，数控调压有三种方式：
方式一：采用单片机控制DAC来调节输出的电压。以D/A转换器DAC0832为例，DAC0832是8位的转换器，故有255步步进。当CPU控制DAC变化1步时，其对应的输出电压也会发生变化。
方式二：通过数字控制电位器（DCP）来调节输出电压，即将器件的3个端点连接到电路的不同节点上，通过调节抽头在两个端点间的位置，使电位器提供可变的电压。
方式三：利用单片机产生PWM信号，并通过改变信号的占空比来调节电压。
浪涌电流等很容易损坏电位器，因此，基于电位器的稳压电源的稳定性不高。而DAC控制调压是通过控制晶体管的导通状态来改变输出电压的大小，电路复杂。因此，对于精度要求较高的数控电源，利用单片机产生PWM的方波脉冲信号能更好的完成要求。因此，选择采用单片机内置PWM通道的方法来产生占空比可调的PWM信号，从而调节输出电压。
2.3显示模块
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