（一）系統概述

如今已是一個數字化的時代，很多的電器都是數字化的，而且利用數字可以實現精確控制，我們組根據本組的特點，決定把原題做成一個數控的多功能直流穩壓電源。

總體方案：

運用大功率三極管結合單片機，利用ad/da轉換控制實現數字化電源。

DA轉換：采用使用最多的低價八位DA轉換芯片DAC0832實現，由于該芯片是8位的，做成步進0.1V的電源的話，可以從實現從0－25.5V連續可調。而題目要求從1.25－20V連續可調，所以我們的設計可以超額實現題目要求。

恒壓控制：我們采用從輸出端采樣的電壓反饋控制形式來實現，主要由利用四運方LM324來調節實現。

恒流控制：我們采用TLC9153（10位AD轉換芯片）將模擬信號轉換位數字信號，再由單片機分析得到的電流值后，通過DAC0832調節輸出電壓來達到恒流的目的，從而實題目要求。

功率放大：此部分我們采用大功率三極管TIP42C擴流，來達到題目要求。事實上TIP42C的最大電流可以達到6A，采用折中的看法達到3A是沒有問題的。所以對于題目的1A要求足已。

為了實現以上構想，我們采用”雙核”設計，利用兩塊單片機處理控制來實現，這樣提高了處理能力，使系統性能強，拓展方便。

此套多功能數控直流穩壓電源包括四大部分：

1.供電部分

2.功率輸出部分

3.硬件控制部分 （第一核）

4.數據處理及顯示部分（第二核）

各部分又可以分為幾個小部分，在后面將會有詳細的介紹。

系統方框圖表示為：

（二）電路設計

1、開關穩壓電源部分

（1）設計思路

穩壓部分：以大功率三極管tip42c為中心，通過單片機利用da0832實現數模轉換，將數字信號轉變為模擬信號，在利用lm324運放將量化的電流轉換為量化的電壓，再通過tip42c擴流，再利用lm324反饋調節，實現大功率數控穩壓電源;

恒流部分：采用tlc9153ad轉換實現實時電流檢測，再用單片機將讀取的電流與預設電流比較，經單片機判斷后通過調節輸出電壓來達到恒流的目的；

（2）電路設計

1. 供電部分：

圖2.1

如圖2.1，對于系統的供電問題，我們采用兩個電源供電，一個主電源，一個輔助電源；

主電源全部供功率輸出，由于考慮到電流比較大對于D5－D8我們采用大功率的二極管，每個二極管電流可達6A。濾波我們采用兩個50V4700uf的大電容并聯，以加強輸出電壓的穩定性。輔助電源采用±15V的設計，經7812和7912穩壓后得到±12V的穩定電壓， LM324使用。而主控部分的電源又由7805將7812的12V再次穩壓加降壓，得到5V的電壓供主控部分使用。在整個供電系統里我們使用了許多的電容，盡量減少各個部分之間的相互干擾。

2．功率輸出部分：

圖2.2

如圖2.2，后級功率放大采用雙tip42c并聯輸出，一個42c和一個9014搭配構成后級擴流電路，運功放U4將電壓轉換為電流形式輸出通過D6控制兩個擴流部分輸出相同的電壓，這樣可以提高最大輸出電流，理論上可以達到6A，但我們為了穩定工作將最大電流設置為4A。D6的作用是防止反相電壓過大將運放燒壞。電壓的反饋調節通過R6，R7把輸出電壓反饋到運放反相輸入端，實現反饋調節。

電壓升高使調節過程：輸出電壓↑→反相輸入端電壓↑→8端↓→輸出電壓

從而達到了穩壓的目的，反之亦然。

3．硬件控制部分：

a．ad轉換tlc9153的采樣部分

圖2.3

如圖2.3，為ad采樣電路，該電路實現的功能是對輸出電壓，電流進行采樣，以供ad轉換芯片讀取，為單片機提供控制源。單片機根據從這里采集到的電流信號，對電流進行自動控制，從而達到恒流輸出。圖中R15的作用是將電容C14儲存的電能釋放掉，從而使輸出電壓隨設置的改變而快速跟隨。

b．LM324轉換放大部分：

如圖2.4為lm324四個運放的功能圖，其中前三個運放將從0832輸出端得到的電流轉換為電壓輸出，并對其進行放大，放大適當倍數后輸入后級功率放大部分進行擴流，得到與預設相同的輸出電壓。第四個運放的作用是將從輸出端采樣到的小電壓進行放大，以便tlc的讀取（電壓太小讀取誤差會比較大），圖中R12是一個很重要的電阻，其作用是輸出零點控制，過大或者不放這個電阻，由于我們選用的運放是普通的lm324運放其性能不是很好， 加上0832量化誤差，會出現輸出調不了零，而過小則又會把輸出信號消弱，使輸出電壓達不到設定值，在經過多次選擇后，確定為三百歐的時候最合適。

圖2.4

c，DAC0832數模轉換部分：

如圖2.5，該部分實現的功能就是將單片機輸出的數字信號轉換為量化的模擬信號，從而驅動后級功率放大部分輸出與數字相適應的電壓。0832的第二腳為寫入使能端地電平有效，當該腳為高電平使0832不接受從單片機傳過來的信號，而只是輸出與上次得到的數據相適應的量化電流；而當該腳為低點平時0832則會接受從單片機傳來的數據，刷新輸出。利用0832這種鎖定功能，可以很方便的控制0832。參考電壓我們采用MC1403專用芯片為其提供準確的基準電壓，從而保證了輸出的準確性。在使用0832的時候我們發現雖然11，12腳均是電流輸出（I11+I12=常數）但是這兩個腳不能隨便調換，只能是12腳接地，而不能是11腳接地，開始我們接錯了調試了很久都沒調試出來（網上的參考電路也又誤）。后來還是經過師兄的指點才找出這個錯誤出來。所以這兩個腳不能隨便接！

圖2.5

d．TLC1543模數轉換部分：

圖2.6

如圖2.6，tlc9153為十位的ad轉換芯片，可以將電壓量化為1024等份，有11個通道

我們的系統用了其中的三個通道，A0用于采集電壓，將當前的電壓轉換為數字量，A1，A2用于采集電流，A1用于采集大于一安的電流，而A2用于采集小于一安的電流，得到的數據由三位數碼管顯示。電壓電流采用同一個參考電壓，通過外部電位器校正。

e．鍵盤部分：

圖2.7

如圖2.7，整個系統的控制均由鍵盤實現，十六個按鍵分為0－9十個數字鍵，一個步進鍵，一個步減鍵，一個確定鍵，一個取消鍵，一個功能鍵，一個鍵盤鎖定鍵。由硬件控制部分單片機負責掃描，將得到的數據發送到數據處理單片機處理。

4．數據處理及顯示部分：

a，電壓電流顯示部分：

圖3.1

如圖3.1，該部分采用兩個三位數碼管（共陽），分別顯示電壓電流。以74ls47負向輸出的數碼管驅動芯片為主，單片機發送四位BCD碼給74ls47由該芯片譯碼驅動數碼管顯示數據。數據的顯示以動態掃描的方式進行，所以用很少的IO口就可以了，使單片機可以控制更多的器件。

b，操作顯示部分：

圖3.2

如圖3.2，該部分采用兩個四位數碼管（共陰）來顯示，所有數碼管的顯示狀態均由單片機來控制，這樣就可以顯示除數字之外的其他字符。每個數碼管的亮滅狀態由74LS138譯碼器來控制，每次只能控制一位亮，所以也是采用動態掃描的方式進行顯示。

（三） 電路指標的完成

1.穩壓輸出的實現：

如圖1.1，為穩壓部分的實現電路，LM324的第三個運放從前面的運放輸出端得到電壓信號后放大輸出，通過D6，R11，R18驅動兩個三級管Q2，和Q5，在Q2 ，Q5的集電極就產生了一個電流，再經過大功率三極管tip42c擴流，從Q1，Q4的集電極輸出。

當外部電網電壓上升，影響輸出端的電壓增大，導致輸出電壓大于預定的值時，這種變化通過R6，R7反饋到LM324的反相輸入端（9），使LM324的輸出端（8）的輸出降低，從而驅動三極管Q2 ，Q5的電流減少，迫使tip42c的輸出降低。

其流程如下：

輸出電壓↑→LM324反相輸入端（9）電壓↑→LM324輸出斷（8）↓→輸出電壓↓

同理，當輸出電壓值低于預定的值時，同樣通過R6，R7反饋使輸出電壓升高。通過調節精密可調電阻R4就可以調節反饋的深度，從而校準輸出電壓，實現輸出電壓與預定的值相符。這樣就可以達到穩壓輸出的目的

圖1.1

輸出電壓由于采樣電阻（第二部分圖2.3中的R13）的存在，會產生壓降，而且隨電流的增大，壓降會越來越大。所以誤差計算必須去掉這部分壓降才是真正的誤差。

誤差計算式為：

100％×【設定電壓－（實測電壓+當前電流×0.25）】/設定電壓

2.恒流輸出的實現：

此部分我們采用軟件控制，其過程為：首先設定輸出電流，然后系統通過ad轉換檢測當前電流，當檢測到的電流值低于設定的值時系統通過da轉換控制電壓升高，使電流上升到預設值，當電流高于設定值的時候系統就會適當降低當前電壓，使電流恒定在莫個值的范圍內，從而實現了恒流輸出。

（五）實現功能：

1．0－25.0V穩壓輸出。

2．恒流0－4000mA輸出（理論）。

3．過流保護。

4．電壓實時數字顯示。

5．電流實時數字顯示。

6．全部數字控制。

7．定時供電功能。

8．所有功能狀態顯示。