数控直流电源设计毕业论文(设计)(终稿).docx

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论文题目

数控直流电源设计

学生姓名

指导教师姓名、职称

论文起讫日期

自2014年09月23日起，至2015年05月10日

一、选题目的与意义

实现电源模块中诸如可靠性、智能化和产品一致性等工程问题，提高生产效率和产品的可维护性。

提高电源的工作效率，减少功耗。

二、主要研究内容

本次设计是基于STC12C5A32S2、XL6012升压芯片和XL4016降压芯片的数控直流电源系统，主要以解决数控电源的高效转换输出,高精度数控输出,大功率等问题为出发点,研究以单片机STC12C5A32S2为核心,结合电流检测电路,电压检测电路,运放反馈回路,ADC采样电路,DAC采样电路以及其他外围辅助电路,以此充分发挥基于XL6012升压芯片和XL4016降压芯片的数控稳压电源调整速度快，电压调整率低，负载调整率低等优势，实现高精度低纹波输出,大功率输出等功能。

三、基本要求

1可以实现数控和手动两种模式。

2输出电压范围：

5.00—31.00V。

3输入电压范围：

10.00—30.00V。

4步进电压100mV以下。

5输出电流：

可达3A

四、进度安排

2014.09.23-2014.11.30:

指导教师下达毕业设计（论文）任务书，学生接受任务、收集、查阅相关文献资料。

2014.12.01-2014.12.30:

开题报告

2015.01.01-2015.03.15学生撰写论文提纲；系统设计、调试、实验；撰写论文（设计说明书）。

2015.03.16-2015.03.19:

论文修改、定稿。

2015.04.22-2015.05.10:

论文答辩准备及答辩。

五、主要参考文献、资料

[1]李全利.单片机原理及接口技术[M].北京：

高等教育出版社.2009.1

[2]闫俊岭,陈帅华.基于89C51单片机的数控直流电源外围电路设计[J].数字信,2013,（04）:

67-73.

[3]李鹏.基于单周控制的数控直流电源的研究[D].华中科技大学,2011.

[4]瞿才鑫.数控直流开关电源的设计与实现[D].华中科技大学,2013.

[5]王小明,卢志强.基于STC89C52数控直流电源设计[J].微计算机信息,2009,（34）:

145-146+178

目录

数控直流电源设计 III

摘要 III

关键词 III

The Design Of Numerical Controlled DC Power III

Abstract III

Keywords III

1前言 3

2方案论证 3

2.1电源部分方案一 3

2.2电源部分方案二 3

2.3电源部分方案三 3

2.4数控部分方案 3

2.5方案选择 3

3硬件设计 3

3.1硬件电路的总体设计方案 3

3.2具体硬件单元电路设计 3

3.2.1STC12C5A32S2单片机最小系统电路 3

3.2.2LCD1602液晶显示模块电路 3

3.2.3控制部分的电源供电电路 3

3.2.4电阻分压电路 3

3.2.5TLC1549ADC转换电路与基准电压电路 3

3.2.6独立按键、蜂鸣器和模式指示灯电路 3

3.2.7数控模式与手动模式切换电路 3

3.2.8数控模式与手动模式控制电路 3

3.2.9电源部分电路 3

4软件设计 3

4.1主函数程序设计 3

4.2外部中断0程序设计 3

4.3自动调节输出电压程序设计 3

5系统测试与数据分析 3

5.1系统指标测试 3

5.1.1手动输出电压 3

5.1.2数控输出电压 3

5.1.3输入电压 3

5.1.4输出电流 3

5.2误差分析 3

参考文献 3

致谢 3

附录 3

附录1系统控制部分原理图 3

附录2电源部分原理图 3

附录3软件设计主函数代码 3

数控直流电源设计

摘要

本设计采用STC12C5A32S2单片机作为整机的控制中心，利用XL6012升压芯片和XL4016降压芯片作为电源模块的核心。

用LCD1602液晶模块来作为屏幕显示，主要显示输入电压、输出电压、输出电流和控制模式。

本设计可以实现数控和手动控制两种模式。

数控模式可以通过按键输入数值来控制对应想要的电压值，也可以通过按键来进行输出电压的微调。

手动模式可以直接调节电位器来调节输出电压。

本设计具有性能可靠、结构简单、过压、过流报警、掉电保存等特点。

关键词：

数控电源单片机升压降压

29

The Design Of Numerical Controlled DC Power

Abstract

ThisdesignadoptsSTC12C5A32S2MCUascontrolcenterofthewholemachine,usingXL6012boosterandXL4016step-downchipasthecoreofthepowermodule.Using LCD1602 as screen display which mainly shows the voltage input or output,  thecurrent input or output and the control mode.Thisdesigncan

achievetwopatternsofnumericalcontrolandmanualcontrol.Numericalcontrolmode:

It can be controlled by keying a certain voltage value and also can finely tunes output voltage by key . Manual mode:

 It can adjust output voltage by directly adjusting potentiometer.Thisdesignfeaturesindependableperformance,simplestructure,over-voltage,over-currentalarm,electricitysaving,etc.

Keywords:

DigitallyControlledPowerSource;Microcontroller;Step-up;Step-down

1前言

随着现代信息化革命的发展，电源技术给电子技术提供了稳定的发展前提，同时也给电源提出了更高的要求。

普通电源在工作时容易产生老化、误差、可调节性变差等现象。

严重的会影响整个系统的精确度或造成系统崩溃、毁坏，为此各个企业对电源技术有了更高的要求。

自20世纪90年代以后，数控电源技术有了长足的发展，也取得了很大的技术突破。

但其产品存在数控程度达不够、精度不高、纹波较高、可靠性较差的缺点。

因此现代数控电源的主要发展趋势，是针对以上不足而加以改进的。

本设计也是主要针对数控电源的缺点而设计的，重点在提高数控程度、降低功耗、提高带负载能力。

2方案论证

本设计主要分为电源部分和数控部分，因此本人就分别进行论证。

2.1电源部分方案一

采用线性稳压器件来作为电源部分的核心部件。

如LM317，它是正电压稳压器，输出电压范围为1.24V～35.5V，能提供1.5A以下的电流，纹波抑制比高达80dB，输出电压纹波极小,还具有输出短路保护、过流、过热保护。

而且只需要两个电阻来设置输出电压，这使得电路设计起来非常简单,可以节省元件,而且控制方便。

这是因为LM317的Vout引脚与可调段引脚的电压差是1.24V，即图2.1中R1两端的电压为1.24V。

所以有

Vout=（1.24/R1）*（R1+R2）+Iadj*R2（式2.1）

由于Iadj被芯片内部控制在小于100uA的范围内，所以可以“Iadj*R2”这一项产生的误差可以忽略，即可以去掉“Iadj*R2”这一项。

最后有

Vout=1.24（1+R2/R1）（式2.2）

由式2.2可知：

只要固定了R1，改变R2的阻值，就可以调节输出电压。

综上特点，LM317相比其他的开关电源芯片有很大的优势。

图2.1LM317降压电路

2.2电源部分方案二

采用上海芯龙半导体有限公司的开关电源管理芯片XL6012，该芯片具有工作效率最高达94%以上、最高输出电流可达6A、输入电压宽度为5V到48V、输出电压可达60V、内置多种保护电路等特点。

而且它既可以作为升压芯片来使用，也可以当作升降压芯片来使用。

其中它的大功率升压型开关电源芯片升降压应用方案是符合本次毕业设计的要求的。

该升降压方案的原理图如图2.2所示。

图2.2XL6012升降压应用

根据图2.2上的公式

VOUT=1.25*（1+R2/R1）（式2.3）

得只要固定住R1，而将R2改为可调的电阻就可以实现对输出电压的调节。

根据该芯片的特点和应用原理图分析可以得到：

本方案是可行的、符合要求的。

2.3电源部分方案三

本方案采用XL6012和XL4016。

XL6012的性能特点同方案二中所描述。

XL4016是开关降压型DC-DC芯片，具有很好的负载调整率和电压调整率，输出电压范围为1.23V～37V，输入电压范围为7V～42V，输出电流可高达8A，芯片内部集成有各种保护等模块。

本方案是运用到了XL6012的升压方案和XL4016的降压方案，即先让XL6012将电压升高到31V以上的一个固定电压值，再让XL4016将电压降到31V以下。

这一升一降就可以达到本设计要求的输出电压了。

具体原理图如图2.3所示：

图2.3XL6012和XL4016组成的升降压应用

根据XL6012和XL4016的数据手册可知，只要调整好R1/R3的比值就可以将电压升高到31V以上的一个固定电压值，只要调整好R2/R4的比值就可以将电压降到31V以下。

为此本方案也是可行的、符合要求的。

2.4数控部分方案

数控部分采用是以宏晶科技的STC12C5A32S2为主，以其他电路为辅的一个控制部分。

STC12C5A32S2的性能特点如下：

（1）它是增强型8051单片机，指令代码与传统8051的相似，1个时钟周期就是1个机器周期，比普通的8051单片机快11倍。

（2）工作电压为：

3.5V—5.3V；2.1V—3.6V。

（3）工作频率范围为：

0到34MHz,相当于普通8051单片机的0到411MHz。

（4）Flash为32K字节，内部集成有1280字节的RAM。

（5）具有ISP（在系统可编程）/IAP（在应用课编程）的功能，无需专用编译器、仿真器，可直接通过串口下载程序代码。

（6）4个16位定时器/计数器，4路多种电平方式触发的外部中断,2路PCA实现2个定时器。

（7）具有8路，10位的ADC；2路PWM。

（8）I/O口可以设置为四种模式。

总体的控制模型示意图如图2.4所示：

电源模 块

LCD1602显示：

输入、输出电压、输出电流、工作模式

控制电路

电流转换电路

电阻分压

电压放大

STC12C5A32S2单片机系统

PWM

三个独立按键键

图2.4总体的控制示意图

2.5方案选