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    數字化控制在直流穩壓電源中的應用設計

    發布時間:2011-12-06

    中心議題:
    • 研究數字化控制在直流穩壓電源中的應用設計
    • 系統硬件設計
    解決方案:
    • 以單片機為核心,結合數字反饋控制技術
    • 采用匯編語言編寫軟件

    引言

    直流穩壓電源是電子技術領域不可缺少的設備。常見的直流穩壓電源,大都采用串聯反饋式穩壓原理,通過調整輸出端取樣電阻支路中的電位器來調整輸出電壓。由于電位器阻值變化的非線性和調整范圍窄,使普通直流穩壓電源難以實現輸出電壓的精確調整。目前,直流穩壓電源已朝著多功能和數字化的方向發展,本文以單片機為核心,結合數字反饋控制技術。該電路具有電壓調整簡便,讀數直觀,電壓輸出穩定,便于智能化管理的特點,有效地克服了傳統電源的不足。

    1 系統功能系統

    電壓調節范圍為0一12V,最大輸出電流2A,具有過載和短路保護功能。數字顯示有4位,其中1位功能顯示,另3位顯示輸出電壓以及電路參數設定值。鍵盤設有4個鍵,功能選擇鍵,步進增減鍵以及確認鍵。功能選擇鍵用于啟動參數設定狀態,步進增減鍵用于設定參數數值,確認鍵用于輸入設定值電源開機設定值為前次使用值。此時按鍵,則電壓顯示值出現閃爍現象,表示進人參數設定狀態。通過按鍵功能選擇可在不同的設定參數之間切換,再按確認鍵進人設定狀態,通過增減鍵改變設定值,按確認鍵輸入設定值。系統設有自動識別功能,將不接受超出使用范圍的設定值。


    2 系統硬件設計

    2.1 電路原理

    電路系統結構如圖1所示,系統選用AT89C51單片機為控制核心,外部擴展一片電擦除2864存儲器用以實現斷電參數存儲功能。單片機計算設定值與AID轉換采樣反饋值的偏差以及偏差的變化率,得出相應的輸出值,由D/A轉換電路變換為模擬量去驅動電壓輸出控制電路,從而使電壓穩定在設定值。
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    2.2 顯示輸出及按鍵輸入電路

    LED顯示器和74LS247,74LS138構成信息顯示系統,顯示數據由單片機P0口輸出。顯示內容主要有電源實際輸出電壓、電流,限定的電壓、電流,PID參數。輸入操作由四個輕觸按鍵完成,采用獨立式按鍵中斷接口方式,單片機響應中斷后,讀取P1口數據并進行相應的按鍵處理程序。由于采用中斷方式,占用系統時間較少。功能選擇鍵,其功能循環的路徑為:輸出電壓顯示~輸出電壓設定一比例參數~積分參數~微分參數一輸出電壓顯示,參數設定通過按“+ 、一”鍵改變,按確認鍵輸入存儲器,保存在2864存儲單元中。

     
    2.3 穩壓輸出

    電路單片機根據按鍵設定值和A/D轉換的采樣值計算出輸出值,通過數據總線把數據傳送到DAC0832,進行D/A轉換,由IOUT1 ,IO UT2輸出相應的模擬電流信號,經運算放大器轉換為0-5V的模擬電壓信號,再經一級比例放大電路放大后驅動電壓調整管Q1,電路原理見圖3,Q1接成射極跟隨器的形式,一方面可以保證輸出電壓與輸入電壓一致,另一方面減小輸出電阻,提高電源的帶負載能力。輸出電壓經R3,R4分壓后,送到A/D轉換電路,采樣處理后,反饋到單片機。當采樣值高于設定值,單片機計算出輸出量減小,相應Ql基極電位下降,輸出電壓下降。當輸出電壓過低時,電壓反饋穩定過程與此相反。由此,實現了輸出電壓的穩定。

    2.4 AID轉換電路

    AID轉換電路主要由ADC0809及500KHZ方波發生器組成。其中500KHZ信號是由555定時器組成的多諧振蕩器,為ADC0809提供時鐘源。模數轉換完成以后,ADC0809向單片機申請中斷。

    3 軟件設計軟件


    采用匯編語言編寫,全部模塊化編程。系統主要由顯示模塊、按鍵輸入中斷模塊、電壓調整量計算模塊等組成。

    主程序進行系統初始化設定,包括I/O口、定時器、中斷、各數據緩沖區初始化,輸出顯示信息并對系統進行監控等待中斷。按鍵輸入及數模轉換都將激發中斷。其中數模轉換中斷優先級高于按鍵輸入中斷。數模轉換中斷子程序及按鍵中斷處理子程序流程框圖見圖4和圖5,按鍵中斷由INT1引人,進人按鍵中斷后,單片機首先掃描P1口,若某位為低電平,先延時loms,然后再讀人該位,如果讀得值仍為低電平,可確認此鍵已按下。然后調用該鍵的鍵處理子程序。在按鍵中斷中,功能鍵的中斷優先級最高。
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