数控直流电源设计方案
摘要本文介绍了以单片机结合运算器实现对直流电源进行控制的方法。系统包括信号发生器、D/A转换电路、电压跟随器、运算器、功率放大电路等部分。系统中采用与负载串联康铜丝的方法获得电压，将此电压与单片机输出的控制电压信号进行比较调整，达到使输出电流信号保持稳定的目的。同时通过单片机的控制，使输出电流具有“+”、“-”步进调整功能。 关键词信号发生器；D/A转换电路；电压跟随器；运算器；功率放大电路
1设计总体思路
综合考虑模拟和数字系统的优点，本系统在设计中采用单片机预置和运算器比较调整相结合的方法，提高了系统的精度和可控性。系统的原理图如图1所示。
图1数控直流电源系统原理图
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系统通过变压器将220-240Vt型槽螺母，50Hz的交流电压转换为18V左右的电压，通过桥式全波整流，大电容滤波，接入电路。将已知阻值的康铜丝作为负载与负载串联，康铜丝上通过的电流便
与输出电流值相同，这样，就可以得到相应的电压值。通过控制这个电压值，就可以达到控制输出电流的目的。
具体的控制方法为：经过负载的电流经过康铜丝，得到一个电压值，该电压信号经过电压跟随器到达运算器。另一方面，根据所需电流值，测算出康铜丝两端的电压，单片机控制输出与之相等的正、负步进控制电压信号，经D/A转换电路将数字信号转换为模拟信号接入运算器。调整信号经过功率放大电路，到达负载。运用这种方法，就可以达到将输出电流稳定在所需值的目的。同时，输出的数字量可以通过单片机推动数码管显示出来。
在电路中采用桥式全波整流，而且采用了大电容滤波，减小波纹失真，使电源输出稳定。
2整流滤波电路
整流滤波电路是该方案中第一级功能电路，它是将输入50Hz，200V-240V的交流电压变换成经过滤波但不是很平稳的直流电压。这种电路采用容性负载整流电路，为桥式容性负载整流电路。
二极管整流桥。目前的二极管整流桥堆大多是将四个整流二极管按桥式集成在一起，因此
性能比较优良。但所选用器件的最大整流电路电流必须大于输出电流的一半，因此，可以用8A的集成桥堆作整流器件。
滤波电容C的选择。选取C=8800μF，耐压50V的电解电容即可。
经过电路分析，系统采用220V/18V的变压器为电路提供电源。
3电压跟随器
如图2所示，若将输出电压的全部反馈到反相输入端，就构成电压跟随器。电路引入了电压串联负反馈，其反馈系数为1。由于u0=up=uN，故输出电压与输入电压的关系为u0=uI。
理想运放的开环差模增益为无穷大，因而电压跟随器具有比射极输出器好得多的跟随特性。
在系统中采用op07构成电压跟随器，接入康铜丝两端电压，既能够起到缓冲、隔离、提高带载能力的作用，同时不会在输入电压和输出电压之间产生较大的偏差，可以较为准确的将电压值接入到运算电路中。
4直流电源正负输出稳压电路
线性电源虽然简单，但是在整个系统中有非常重要的作用，电源的稳定性决定着整个系统的稳定性，所以要求电源输出稳定，波纹小。
本电源采用桥式全波整流，大电容滤波，三端稳压器件稳压的方法，产生各种直流电源。
水平除雾器图2电压跟随器
在电路中加滤波电容，会使波纹抑制比大幅度提高，给电路提供非常稳定的电源。
在稳压电路部分，系统采用固定式三端稳压器W7805和W7905相配合的形式，产生稳定的+5V、-5V的直流电压，提供给运算器。
5运算器
运算器电路如图3所示，输出电压经电容C形成电压并联负反馈。根据理想运放的线性应用特性，有ic= ir,u-=0。电容C以电流ic=iR=ui/R进行充电。假设电容C初始电压为零，则
u0=-uc=
上式表示，该电路的输出电压是输入电压的积分。因此，电路具有积分器的功能。
图4系统软件设计流程图
在系统中采用op07，当控制电压与待测电压不相同时，运算器将输出调整信号，将电路电压值调准为控制电压，当二者相同时，积分器将输出常量维持电路运行。
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6功率放大电路5g通讯模块
放大是对模拟信号最基本的处理。在生产实际和科学实验中，从传感器获得的电信号都很微弱，只有经过放大后才作做进一步处理，或者使之具有足够的能量来推动执行机构。晶体管是放大电路的核心元件，它能够控制能量的转换，将输入的任何微小变化不失真地放大输出，放大的对象是变化量。
在系统中采用三支同类型三极管（NPN）连接起来，作为一个管子使用，形成功率放大电路。功率放电路的放大倍数由三支三极管的放大倍数之积决定，即β≈β1β2β3，这样，就可以在集电极输入电压一定的情况下，尽量减小基极电流，从而保持发射极电流与集电极电流基本一致，即保持负载两端电压与康铜丝两端电压一致，保证系统精度。
7单片机部分
利用铝制工艺品AT89S52为主要芯片，运用汇编语言进行编程，通过2×8的键盘阵进行输入并用八位数字显像管显示出来要输入的电流值，再通过内部汇编程序输出一个数值控制数模转换电路的输出电压。流程图如图4所示。
参考文献
[1]华成英,童诗白,清华大学电子学教研组.模拟电子技术基础(第4版)[M].北京:高等教育出版社,2006.
[2]胡学海.单片机原理及应用系统设计[M].北京:电子工业出版社,2005.
[3]李玉峰,倪虹霞.MCS-51系列单片机原理与接口技术[M].北京:人民邮电出版社,2004.
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
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