基于单片机的±12V数控电源的设计

1 数控电源总体设计

　　1.1总体原理方案设计。数控电源总体设计方案如下图1所示。数控电源由130伏电源模块供电，并由单片机、D/A变换器、线性电源等部件组成。数控电压由工控机控制输出，通过串口输出控制指令到单片机，单片机接受控制信号后，输出数字信号发送至D/A转换器模块。D/A转换器输出差动电流，经过电流电压转换电路，并放大后，得到最终设计的电压。本文设计为八位精度电源，拟采用单片机的PO口进行数字信号的输出控制。如果在以后过程中需要更高精度的电源模块，可以通过控制单片机更多vo口输出数字信号，同时选择更高精度的D/A转换模块来实现。

图数控电压总体设计方案原理图

　　1.2 电源精度设计。实际电压值，需要经过数值转换，得到串口调试程序中的输入电压值。(所进行设计的数控电源当单片机输出为00000000时，数控电源的输出电压是-12V；当单片机输出为11111111时，数控电源的输出电压是+12V。转化步骤如下：

2 硬件电路设计

　　根据上一节所述，整个电路设计部分，主要包括数模转换电路，电流电压转换电路、电压放大电路和电源模块几个部分。

　　2.1 数模转换电路。数模转换电路主要包括单片机和数模转换器两个器件和其对应的附属结构，主要是由单片机P0口发出数字信号，数模转换器接受信号以后，经过转换，从11和12口以差动电流的方式输出信号。单片机选择市场上最常见的80C51单片机，模数转换器选择DAC0832 8位双缓冲器D／A转换器。

　　2.2 电流电压转换电路。电路原理如图3所示，图中A1运放采用差动输入，其转换电压用电阻R2。

图2数模转换电路原理图 

图3电流一电压转换电路 

　　两端接电流环两端，阻值用500Ω，可由两只1kn电阻并联实现。这样输入电流4mA对应电压2V，输入电流20mA对应电压10V。A1设计增益为l，对应输出电压为-2~10V。故要求电阻R3，R4，R5和R6+R7阻值相等。这里选R3=R4=R5=10kΩ；选R6=9.1kΩ，R7=2kΩ。R7是用于调整由于电阻元件不对称造成的误差， 使输出电压对应在-2~10V。变化范围为-2-(-10)=8V，而最终输出应为-10～+10V，变化范围10V-(-10V)=20V，故A2级增益为20W8V=2.5倍，又输入电流为12mA时，Al输出电压为-12mAx0.5mA=-6V。此时要求A2输出为0V。故在A2反相输入端加入一个+6V的直流电压，使A2输出为0。A2运放采用反相加法器，增益为2.5倍。取R10=R14=10kΩ，R12=22kΩ。R13=5kΩ，R9=R10//R12//R13=4kl-I，取标称值R9=3.9kQ。

　　反相加法器引入电压为6V，通过稳压管经电阻分压取得，稳压管可选稳定电压介于6～8V间的系列。这里取稳定电压为6．2V，工作电流定在5mA左右，电位器电流控制在1～2mA左右。这里IRl3=6.2V／2K=3.1mA。

　　则有：

　　取标称值R8=750Ω。式中12V为电路工作电压。Rll用于设置改变增益或变换的斜率(4mA为-10V，20mA为+10)，通过调整R11使变换电路输出满足设计要求。

　　总结：以上利用80C51作为主控芯片，控制数模转换模块DAC0832的输出电流大小，通过电流一电压转换电路、集成运算放大器放大后输出最终的参考电压，可以实现0.1V的步进。利用单片机对直流稳压电源进行控制，改善了电源的性能，使用方便灵活，且成本较低。