數控穩壓電源的設計

屈原 李波

摘 要：本文提出了將Arduino工程的可視化設計應用在設計數控穩壓電源上，提出了數控穩壓電源的設計任務，分析了數控穩壓電源系統設計任務，然后實現數控穩壓電源的軟件和硬件，通過仿真論證了設計的正確性和可行性。

關鍵詞：Arduino；可視化設計；數控穩壓電源

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.09.132

1 數控穩壓電源的設計任務

設計一種基于Arduino的數控穩壓電源，實現輸出電壓在4.5～30.0V之間步進可調，初始化顯示電壓為常用電壓10V，通過按鍵調整電壓，每按一次ADD鍵，電壓增加0.1V，每按一次DEC鍵，電壓減少0.1V。

2 數控穩壓電源系統設計任務分析

數控穩壓電源系統包括七個部分，控制核心電路Arduino Uno，控制LCD顯示、LCD顯示電路、DA轉換電路、反相放大電路、電壓調整電路和運算電路、輸出穩壓電路。

3 數控穩壓電源系統設計任務實現

傳統的單片機設計，往往是硬件設計和軟件設計分開教學的，使學生最終不能很好地結合起來兩部分的功能[1-2]。本文應用可視化設計的理念，將硬件系統和軟件設計結合起來進行設計。

3.1 硬件設計

主控芯片選擇Atmeg328型單片機，它是Arduino Uno處理器的核心。本文以主控芯片及其可視化編程設計為例來說明可視化設計的方法和步驟，系統的其他模塊不詳細說明了。在主控芯片的硬件電路中，IO1～IO2啟動DAC0832進行數模轉換，IO4～IO8，IO11～IO13連接DAC0832的數字量輸入端，IO2，IO3用于連接按鍵輸入產生外部中斷，AD4，AD5用于連接LCD外設接口，如圖1所示。

3.2 主控芯片的可視化編程

主控芯片的流程圖程序就是要完成任務要求的功能，如圖2所示。

3.3 仿真結果

按照主控芯片及其可視化編程設計方法，完成系統其他6個模塊的軟件和硬件設計后，可得到如下仿真圖。初始化數字顯示10.0V，通過仿真和測量電路終端輸出均為10.0V，按一次ADD鍵時，由仿真圖可知，電路終端輸出也為10.1V，如圖3所示，用電壓表測得的電路終端均為10.1V。按一次DEC鍵時，由仿真圖可知，電路終端輸出也為9.9V，用電壓表測得的電路終端均為9.93V，有0.03V誤差，誤差在允許的范圍內，分析誤差原因是步進值設定電阻的誤差以及穩壓輸出電路中1.001倍的跟隨誤差，如圖4所示。

4 結論

本文主要介紹的數控穩壓電源在可視化設計平臺上的實現方法，從軟件和硬件的實現，仿真結果的直觀性可知， Arduino工程的可視化設計軟件簡單、直觀、交互性強，從設計任務、任務分析以任務實現上都可以得出可視化設計非常實用，準確性很高。

參考文獻：

[1]R.Barber，M.Horra，J.Crespo.Control Practices using Simulink with Arduino as Low Cost Hardware[J].IFAC Proceedings Volumes，2013：4617.

[2]M.Fatehnia，S.Paran，S.Kish，K.Tawfiq.Automating double ring infiltrometer with an Arduino microcontroller[J]. Geoderma，2016：2621.

基金項目：內蒙古自治區教育科學研究“十三五”規劃課題（課題批準號：NZJGH2018139），鄂爾多斯職業學院科研基金項目（項目編號：EJY1702）

作者簡介：屈原（1987-），男，內蒙古鄂爾多斯人，工程碩士，講師，工程師，主要從事電氣、自動化和機電一體化研究。

*為通訊作者