基于單片機的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計與實現(xiàn)
摘要： 本系統(tǒng)是以AT89S51 單片機為核心控制器，具有電壓可預(yù)置、可步進調(diào)整、輸出的電 壓信號和預(yù)置的電壓信號可同時顯示的數(shù)控直流電源，其硬件原理方框圖如圖1 所示。系統(tǒng) 由AT889S51 控制電路、鍵盤電路、電源電路、D/A 電路、功放電路、短路保護及報警電路、 穩(wěn)壓輸出電路、LED 顯示電路八部分組成。系統(tǒng)通過“開關(guān)”、“+”、“-”三個按鍵來控制預(yù)置電壓的升降，并通過數(shù)碼管顯示。AT89S51 單片機送出相應(yīng)的數(shù)字信號，在D/A 轉(zhuǎn)換之 后輸出電流，經(jīng)集成運放LM358 轉(zhuǎn)換、三極管放大、RC 網(wǎng)絡(luò)濾波，最終穩(wěn)定。同時由LED 數(shù)碼管顯示輸出電壓；由數(shù)字電壓表測量實測值。
Abstract：
Key words :
1 引言
直流穩(wěn)壓電源是電子技術(shù)常用的設(shè)備之一，廣泛的應(yīng)用于教學(xué)、科研等領(lǐng)域。傳統(tǒng)的多 功能直流穩(wěn)壓電源功能簡單、難控制、可靠性低、干擾大、精度低且體積大、復(fù)雜度高。普 通直流穩(wěn)壓電源品種很多．但均存在以下問題：輸出電壓是通過粗調(diào)（波段開關(guān))及細調(diào)(電位器)來調(diào)節(jié)。這樣，當(dāng)輸出電壓需要精確輸出，或需要在一個小范圍內(nèi)改變時（如 1.02~1．03V)，困難就較大。另外，隨著使用時間的增加，波段開關(guān)及電位器難免接觸不良，對輸出會有影響。常常通過硬件對過載進行限流或截流型保護，電路構(gòu)成復(fù)雜，穩(wěn)壓精度也 不高。本文設(shè)計了一種以單片機為核心的智能化高精度簡易直流電源，克服了傳統(tǒng)直流電壓 源的缺點，具有很高的應(yīng)用價值。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)是以AT89S51 單片機為核心控制器，具有電壓可預(yù)置、可步進調(diào)整、輸出的電 壓信號和預(yù)置的電壓信號可同時顯示的數(shù)控直流電源，其硬件原理方框圖如圖1 所示。系統(tǒng) 由AT889S51 控制電路、鍵盤電路、電源電路、D/A 電路、功放電路、短路保護及報警電路、 穩(wěn)壓輸出電路、LED 顯示電路八部分組成。系統(tǒng)通過“開關(guān)”、“+”、“-”三個按鍵來控制預(yù)置電壓的升降，并通過數(shù)碼管顯示。AT89S51 單片機送出相應(yīng)的數(shù)字信號，在D/A 轉(zhuǎn)換之 后輸出電流，經(jīng)集成運放LM358 轉(zhuǎn)換、三極管放大、RC 網(wǎng)絡(luò)濾波，最終穩(wěn)定。同時由LED 數(shù)碼管顯示輸出電壓；由數(shù)字電壓表測量實測值。
2.2 數(shù)控部分
主要由AT89S51 最小系統(tǒng)控制，它要完成鍵盤控制、預(yù)置電壓顯示控制、短路保護控制 及報警控制等功能。AT89S51 最小系統(tǒng)如圖2 所示。
2.2.1 鍵盤接口電路
鍵盤接口電路如圖3 所示。鍵盤設(shè)計由三個按鍵控制即：“開關(guān)”鍵、“+”鍵、“-”鍵， 并外接三個上拉電阻控制鍵盤去抖。此三鍵分別連接到單片機的P1.0、P1.1、P1.2 接口進行控制。
2.2.2 預(yù)置電壓顯示電路
預(yù)置電壓顯示電路如圖4 所示。本設(shè)計選用譯碼驅(qū)動器74F244，用來驅(qū)動LED 數(shù)碼管 顯示預(yù)置電壓，分別由單片機P2.0～P2.7 接口控制。LED 共陰極控制端由P1.4~P1.6 接口 控制，并用三極管8050 來控制LED 的顯示。
2.3 電源部分
2.3.1 主電源電路
電源部分輸入220V、50Hz 交流電，輸出全機所需的三種電壓：+5V、+15V、-5V，主要 供數(shù)控部分和D/A 轉(zhuǎn)換芯片使用；+15V 作為運放的正電源，同時也是穩(wěn)壓輸出電路的主電 源。該電源模塊部分拓展了-5V 負電壓，同時作為運放的負電源，如圖5 所示。
2.3.2 穩(wěn)壓輸出部分
穩(wěn)壓輸出部分是將控制部分送來的電壓控制字數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的電壓輸出。它由轉(zhuǎn)化器 （DAC0808）、集成運放LM358、晶體三極管、基準(zhǔn)電壓源（+15V）、過流檢測電路組成。 穩(wěn)壓輸出模塊包括過流檢測電路，當(dāng)電源過流時，過流檢測電路輸出為低電平其，送到 CPU 的 INT0 申請中斷，CPU 接收后，延遲5ms。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
軟件控制程序由主程序和過流保護程序兩部分，其主要實現(xiàn)步進加減、D/A 轉(zhuǎn)換、鍵盤 掃描、LED 顯示、電流報警等功能。
3.1 主程序
首先初始化系統(tǒng)，即AT89S51 單片機系統(tǒng)的初始化，再對系統(tǒng)時間進行設(shè)置 ，調(diào)用按 鍵處理子程序，判斷是否有按鍵按下，若有就調(diào)用顯示處理程序，顯示處理程序在數(shù)碼管上 顯示預(yù)置電壓，由單片機控制的信號經(jīng)D/A 轉(zhuǎn)換后，通過檢測電路判斷是否短路，若短路則 啟動中斷保護。否則，實現(xiàn)穩(wěn)壓輸出。主流程圖如圖6 所示。
圖6 主程序流程圖
3.2 過流保護程序
從數(shù)模轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換出的信號，一路經(jīng)過流檢測電路，把檢測到的信號，送入單片機最 小系統(tǒng)進行處理，若過流，則蜂鳴器鳴叫。過流保護程序流程圖如圖7 所示。
圖7 過流保護程序流程圖
4 結(jié)束語
本設(shè)計以單片機為核心設(shè)計一種智能穩(wěn)壓電源，不但電路簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，價格低廉， 性能卓越。所研制的智能穩(wěn)壓電源可利用單片機設(shè)置周密的保護監(jiān)測系統(tǒng)，確保電源運行可靠。輸出電壓采用數(shù)字顯示，輸人采用鍵盤方式，電源的外表美觀，操作使用方便，具有較 高的使用價值。
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