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基于VUSB技术的数控直流稳压电源的设计

2014/8/20    来源:万方数据    作者:周国祥  朱蕴璞  孟令刚      
关键字:VUSB  
本文介绍了一种调节精度高,操作简便的数控直流稳压电源。采用AVR系列单片机Atmega8作为主控单元,通过不同的数字量输入设置D/A转换芯片MAX522的输出电压。DAC输出电压则经过μA741组成的两级运放电路及射极输出器ZTX453进行电压电流放大。其中DAC输入的5.12V参考电压是由LM366集成稳压器产生的。上位机通过基于AVR单片机特有的VUSB技术与下位机进行通讯,同时介绍了Windows平台下USB设备驱动程序的实现。此电压源实现了电压值读取与设置的可见与可控性,可作为部分测试设备的嵌入式电源模块使用。

0 引 言

  数控直流稳压电源是电子技术中常用的设备之一,目前所使用的大多是通过旋钮开关调节电压值,调节精度不高,而且经常出现跳变,使用起来极不方便。本数控直流稳压电源通过上位机设置输入到DAC的数字量,输出步进可调的电压。上位机与下位机通过软件模拟的USB进行通信。传统的单片机与计算机进行USB通信,需要使用专用的接口芯片进行USB 协议转换,如CP2101、FT232、CH342、PDIUSBD12、SL811等。像CP2101、FT232这样的芯片使用起来虽然简单,但是功能比较单一;而PDIUSBD12、SL811功能较强,但是使用复杂。并且这些专用芯片的价格都相对较高,增加了系统的成本。而VUSB简单易用,成本低廉,只需要一个普通的低成本AVR单片机以及很少的几个外部元件,就可以组成一个USB系统。

1 系统硬件设计

  系统组成框架如图1所示,主要由8路串行输入DACMAX522、稳压输出电路、VUSB接口电路、信号调理电路、单片机Atmega8及其他外围元件组成,可以输出0~12V的电压,步进精度为0.1V,电流可达2A.同时可以通过上位机设置输出的电压值。

数控直流稳压源组成

图1 数控直流稳压源组成

  1.1 模数转换

  D/A 转换主要是利用MAX522 芯片来实现的。

  MAX522芯片内有2路8位电压缓冲输出D/A 转换器(DAC A和DAC B),8脚节省封装和DIP封装,DAC A端缓冲器工作电流可达5mA,DAC B端缓冲器工作电流可达500μA,MAX522工作在单向电压+2.7V~+5.5V.

  MAX522具有3线串行接口,可直接与SPITM、QSPITM,MicrowireTM 兼容。它有一个16位输入移位寄存器,包含8位DAC输入数据和8位DAC选择和关断控制。在/CS的正边沿数据能够存入到DAC寄存器。

  模数转换模块电路如图2所示。单片机的PB0端口接串行数据输入口DIN、PB1接片选信号/cs、PB2端口接时钟信号SCLK.选择DAC A作为输出,输出和参考电压输入端分别接上一个0.1μF的电容,提高电路输出稳定性。芯片的VDD与参考电压端均由5.12V稳压电路提供。

模数转换及稳压电路

图2 模数转换及稳压电路

责任编辑:陈浩
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