吳超

摘 要：本文介紹了以8051單片機為控制單元，以數模轉換器DAC0832輸出參考電壓控制電壓轉換模塊LM317輸出電壓大小的數控直流電源設計。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）；數模轉換器（D/A）

目前所使用的直流可調電源中，幾乎都為旋鈕開關調節(jié)電壓，調節(jié)精度不高，而且經常跳變，使用麻煩。利用數控直流電源，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，以數模轉換器DAC0832輸出參考電壓控制電壓轉換模塊LM317輸出電壓大小的數控直流電源設計。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

鑒于目前數控直流電源一般采取運放構成的電流-電壓轉換電路與單片機結合，設計方案大多為開環(huán)系統(tǒng)，主控制器僅用于數字給定及顯示，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合在一起，同時結合PID算法，形成軟件閉環(huán)，實現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D/A轉換器送入單片機，當兩值之差絕對值為零或不大于設定值時，不作任何調整；當兩值之差大于設定值時，運用PID算法進行調整，送人D/A轉換，調整輸出電壓，直到差值在允許的范圍內。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轉換器有8個輸入端（其中每個輸入端是8位二進制數的一位），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?？刂齐妷盒纬呻娐返幕静考茿GC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 ，矩陣式結構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，一個電壓調節(jié)。輸入引腳輸入正電壓，輸出引腳接負載，電壓調節(jié)引腳一個接電阻（200左右）在輸出引腳，另一個接可調電阻（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 結果分析

測得的數據和從鍵盤輸入的數據比對：

1.數據分析

從上面表中的數據來看，輸入數據越大，誤差越大；輸入數據越小，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）運放未調零

參考文獻

[1]徐新民.單片機原理與應用.浙江大學出版社，2006.8

[2]李永敏等.檢測儀器電子電路.西北工業(yè)大學出版社，1994

[3]方勇.數字信號處理——原理與實踐.清華大學出版社，2006

[4]王麗.模擬電子電路.人民郵電出版社，2010.10