数控电压源设计及源程序
数控电压源设计及源程序
目 录
数控直流电源设计（摘要）……………………………………………2
第一章：系统设计的基本方案…………………………………………3
第二章：硬件设计与实现………………………………………………4
第三章：软件设计与实现 ………………………………………………7
第四章：结束语 ……………………………………………………… 14
参考文献：………………………………………………………………15
数 控 直 流 电 源 设 计
摘要：
通过介绍简易数控直流电源系统设计的基本方案，对数控电压源的设计方法进行了研究与探讨。
数控电压源在电子实验及设计中是必不可少的电子仪器设备。目前，国内电子仪器市场上的数控电压源品种繁多，功能各异，设计思路各不相同。本设计就数控电压源的设计方法进行了研究与探讨。通过单片机SPCE061A控制输出方波脉宽，利用PWM脉宽调制的方法控制输出电压的大小，给出了一种数控电压源设计的新思路。对数控电压源以及相关产品的设计开发有着重要的意义。
关键词：SPCEO61A单片机、电流放大、直流电源、PWM脉宽调制
第一章：系统设计的基本方案
在电子设备中经常用到稳定性好、精度高、输出可预置的直流电流源。本文设计的数控直流电流源能够很好地降低因元器件老化、温漂等原因造成的输出误差，输出电流在20mA~20o0mA可调，输出电流可预置、具有“+”、“一”步进调整、输出电流信号可直接显示等功能。硬件电路采用凌阳单片机SPCE061A为控制核心，利用闭环控制原理加上反馈电路，使整个电路构成一个闭环，在软件方面主要利用PID算法来实现对输出电流的精确控制。
根据简易数控直流电源设计目的的要求。单片机显示与控制模块系统可以划分为键盘输入部分、核心控制部分、数字显示部分、PWM脉宽调制电压输出部分和波形发生部分。该系统可靠性高、体积小、操作简单方便、人机界面友好。系统设计框架图见图1为实现各模块的功能，系统各模块的设计方案为：
(1)控制模块：采用凌阳系列的SPCE061A单片机组成控制核心。
(2)PWM脉宽： 采用软件编程，单片机输出脉宽可调的方形波。
(3)数字显示：采用七段数码LED显示器。
(4)波形发生：采用软件编程是单片机产生波形的方式。
采用SPCE061A为控制核心，键盘为输入设备。控制电压的步进方式。波形的发生与选择，LED显示电压的大小与步进状态。
第二章：硬件设计与实现
本设计采用单片机作为主要控制部件，通过键盘预置输出电流值并采用液晶模块实时显示。整个系统硬件部分由微控制器、电压一电流转换、键盘、显示、直流稳压电源等模块组成。
2．1 微控制器
微控制器选用凌阳公司的SPCE061A，该单片机内部集成有ADC、DAC、PLL、AGC、DTMF、LCD-Driver等电路(与IC型号有关)。它采用精简指令集(RISC)，指令周期均以CPU时钟数为单位。另外，它还兼有DSP功能，内置16位硬件乘法器和加法器，并配备有DSP拥有的特殊指令，大大加速了各种算法的运行速度。同时可以在Windows环境下使用凌阳单片机应用开发工具，该工具支持标准Ｃ语言和凌阳单片机汇编语言，集汇编、编程、仿真等功能于一体，大大加快了软件开发过程。用该单片机作为控制器比较合适在硬件电路简单的前提下，容易实现AID和D／A转换、PID运算等功能。
2．2 供电部分
供电部分用通过220V~18V变压器变压、整流桥整流、滤波电容滤波、三端稳压集成电路78一l5，79一O5稳压后，可以输出+15V和一5v电压。为PWM脉宽调制部分提供电压(见图2)。
2．3 PWM脉宽调制电压输出
PWM脉宽可调脉冲由单片机输入提供。由IOA经过一个电阻输入到-r4的基极，控制T4的开启与关断。由于脉宽可调，T4开启与关断时间是可调的。因此对RT1与C-1组成的充电回路的充电时间是可调的。于是经过充电回路取平均值后获得的平均电压是可变的。为了使充电回路得到的平均电压数值大小仅仅决定于充电时间，也就是164PWM脉宽的可调占空比，向充电回路充电的电流必须是一定的。
于是我们在此基础上搭接T1、T3、R1、R2、RT－2组成恒流输出电路，提供恒定电流。由于充电回路的平均电压可变。因此将此充电回路加在了三端稳压电路317的调整端下，于是317的输出电压值大小将取决于充电回路平均电压值的大小。VEE是一5V电源。之所以在此处加一5V电源是由于317的1、2脚两端存在1.25v的电压，为了消除这个影响，在充电回路的一端加一个下拉电压一1．25V，在输出为0V时，抵消掉317的1、2脚1.25V的影响，使得输出电压真正为0V。
PWM的脉冲频率应尽可能大，只有这样才能达到较好的线形度。在实际调试过程中我们将脉冲频率设为3000Hz。PWM脉宽调制电压输出图见图3。783