昨天我們?yōu)榇蠹曳窒砹艘环N基于單片機(jī)的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)思路，并就這一設(shè)計(jì)方案中的硬件設(shè)計(jì)部分，進(jìn)行了詳細(xì)介紹和簡(jiǎn)要的原理分析。在今天的文章中，我們將會(huì)繼續(xù)就這一直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)的電路制作和軟件流程圖設(shè)計(jì)情況，展開(kāi)進(jìn)一步的分析和介紹，希望能夠通過(guò)本文的分享，對(duì)各位工程師的研發(fā)設(shè)計(jì)工作有所幫助。

D/A轉(zhuǎn)換的計(jì)算

在完成了D/A模塊的設(shè)計(jì)后，接下來(lái)我們需要完成D/A轉(zhuǎn)換器（DAC）的設(shè)計(jì)和計(jì)算工作。由于D/A轉(zhuǎn)換器輸入的是數(shù)字量，而經(jīng)其轉(zhuǎn)換輸出的是模擬量，所以需要最大限度的保障其輸出精度。目前DAC的技術(shù)指標(biāo)很多，如分辨率、滿刻度誤差、線性度、絕對(duì)精度、相對(duì)精度、建立時(shí)間、輸入/輸出特性等。DAC的分辨率反映了它的輸出模擬電壓的最小變化量。其定義為輸出滿刻度電壓與2的n次方的比值，其中n為DAC的位數(shù)。如：8位DAC的滿刻度輸出電壓為5V，則其分辨率為51.2（V），10位DAC的分辨率為204.8（V）。

通過(guò)對(duì)上述公式的推導(dǎo)和計(jì)算可以得出一個(gè)結(jié)論，那就是DAC的位數(shù)越高，分辨率越小。而DAC的建立時(shí)間所描述的，是D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度快慢的參數(shù)。其定義為從輸入數(shù)字量變化到輸出達(dá)到終值誤差正負(fù)1/2LSB（最低有效位）所需的時(shí)間。高速DAC的建立時(shí)間可達(dá)1us。在DAC輸入/輸出特性之一。包括輸入數(shù)字量的形式，十六進(jìn)制式BCD，輸入是否帶有鎖存器等。

在本方案中，我們所選用的轉(zhuǎn)換器型號(hào)為DAC0832的8位轉(zhuǎn)換器，并同時(shí)采用單電源供電方式，期電源輸出范圍為+5V～+15V，基準(zhǔn)電壓范圍為±10V。電流的建立時(shí)間為1us。CMOS工藝功耗20mw。輸入設(shè)有兩級(jí)緩沖鎖存器。設(shè)計(jì)要求數(shù)控電壓步進(jìn)為0.1V，因此要準(zhǔn)確選擇D/A的參考電壓VREF，如上圖用一個(gè)精密電阻進(jìn)行調(diào)節(jié)，計(jì)算方法如下：

在上述公式中，我們所選取的數(shù)字量為0～256，參數(shù)n取16，VREF取0.8V，即數(shù)字量每步進(jìn)16，模擬量0.003125V，要達(dá)到步進(jìn)0.1V，必須放大2倍，用運(yùn)放即可。該運(yùn)算放大器的原理如下圖圖1所示。

圖1 運(yùn)算放大電路

自D/A轉(zhuǎn)換器所輸出的電壓V，再?gòu)腣i輸入，經(jīng)過(guò)電容C10濾波再輸入，則有公式為：

通過(guò)上文中的公式進(jìn)行計(jì)算，我們可以比較清晰的看出，此時(shí)輸出的Vo值的大小為輸入Vi的（-R3/R4）倍，只需調(diào)節(jié)可調(diào)電阻R3的阻值達(dá)到所需的電壓放大倍數(shù)即可，輸出的電壓Vo通過(guò)電壓跟隨，再用于控制LM317T的輸出。

直流電源設(shè)計(jì)

在本方案中，我們所設(shè)計(jì)的這一數(shù)控直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)，其本身許多的電源電壓都是由+5V的電源供電，且D/A模塊中要用到+12V、-12V的電源，所以這要制作這些不同值的電源，涉及到的各類芯片有7805、7812、7912三類。首先我們需要制作電路中的+12V，-12V的電源，這要用到三端固定穩(wěn)壓芯片，一個(gè)整流，濾波過(guò)程。完成后的電路如下圖圖2所示。

圖2 +12V和-12V電源的制作圖

在本方案中，我們所設(shè)計(jì)的+5V的電源其制作過(guò)程和上文中提及的+12的電源制作的原理和電路圖一樣，只需將電路的7812換成7805即可。+5V的電源輸出的原理圖和上面的恒定電源的制作原理基本一樣，所設(shè)計(jì)的電路圖如下圖圖3所示。

圖3 輸出電源電路圖

在圖3所展示的這一+5V的輸出電源電路圖中，我們可以看到，在該系統(tǒng)啟動(dòng)后220V市電經(jīng)變壓器變壓（降壓），二極管橋式整流，電容濾波后送入LM317第三腳（輸入端），第二腳輸出穩(wěn)壓的直流電壓。第一腳為調(diào)整端，調(diào)整端電壓Ui與輸出端電壓Uo之間為1.25的基準(zhǔn)電壓。輸出的基本公式為：U0=1.25+Ui。

在完成了這一數(shù)控直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)之后，接下來(lái)我們需要依據(jù)設(shè)計(jì)需要，進(jìn)行軟件部分的研發(fā)工作。在該系統(tǒng)中，我們所設(shè)計(jì)的軟件程序框圖如下圖圖4所示。

圖4 數(shù)控直流電源設(shè)計(jì)之軟件程序框圖

實(shí)驗(yàn)調(diào)試

在完成了對(duì)該方案的硬件設(shè)計(jì)和軟件程序框圖設(shè)計(jì)后，通過(guò)軟件仿真，我們所設(shè)計(jì)的這一數(shù)控直流穩(wěn)壓電源已經(jīng)在輸出的精度和穩(wěn)定性基本達(dá)到要求，樣機(jī)輸出的電壓范圍為2—20v，步進(jìn)為0.1v，又預(yù)設(shè)兩個(gè)定值電壓+12v和+5v。實(shí)驗(yàn)結(jié)果經(jīng)統(tǒng)計(jì)后在表1中進(jìn)行展示。

表1 仿真數(shù)據(jù)結(jié)果

由上表所展示的電壓實(shí)測(cè)值與顯示值對(duì)比值可以看出，在這一數(shù)控直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)和制作的過(guò)程中，我們所研發(fā)的該電源方案相對(duì)誤差小于1%，按下“+”、“-”鍵時(shí)，單步變化0.1V的精度也基本符合要求。