摘 要： 將單片機數(shù)字控制技術有機地融入直流穩(wěn)壓電源的設計中，設計出一款高性價比的多功能數(shù)字化通用直流穩(wěn)壓電源,。詳細介紹PWM輸出,、A/D采樣、單片機等,。該設計除了實現(xiàn)對電壓的數(shù)字控制外,，還具有高精度、多功能,、液晶顯示的特點,。
關鍵詞： AVR單片機；直流穩(wěn)壓電源,；電壓表,；數(shù)字控制
從20世紀90年代末起，隨著對系統(tǒng)更高效率和更低功耗的需求,，電信與數(shù)據(jù)通訊設備的技術更新推動電源行業(yè)中直流/直流電源轉換器向更高靈活性和智能化方向發(fā)展,。本文設計的直流穩(wěn)壓電源主要由單片機系統(tǒng)、鍵盤,、數(shù)碼管顯示器,、指示燈及報警電路,、檢測電路、D/A轉換電路,、直流穩(wěn)壓電路等部分組成,。其中數(shù)控電源采用按鍵盤，可對輸出電壓及報警閾值以快慢兩種方式進行設置,，輸出由單片機通過D/A控制驅動模塊輸出一個穩(wěn)定電壓,。同時穩(wěn)壓方法采用單片機控制, 單片機通過A/D采樣輸出電壓，與設定值進行比較,，若有偏差則調整輸出,，越限則輸出報警信號并截流。工作過程中,，穩(wěn)壓電源的工作狀態(tài)(輸出電壓,、電流等各種工作狀態(tài))均由單片機輸出驅動LCD顯示，由鍵盤控制進行動態(tài)邏輯切換,。以單片機為核心設計智能化高精度簡易直流電源,，電源采用數(shù)字調節(jié)，輸出精度高,，特別適用于各種有較高精度要求的場合,。具有以下明顯優(yōu)點：(1)智能化程度更高，性能更完美,；(2)控制靈活,，系統(tǒng)升級方便；(3)控制系統(tǒng)的可靠性提高,，易于標準化,。
1 直流穩(wěn)壓電源的基本原理
直流電源電路一般由電源變壓器、整流濾波電路及穩(wěn)壓電路所組成,。如圖1所示,。
穩(wěn)壓電路經(jīng)常采用三端穩(wěn)壓器，應用電路如圖2所示,，只要把正輸入電壓U1加到LM7805的輸入端,，LM7805的公共端接地，其輸出端便能輸出芯片標稱正電壓U2,。實際應用中,，輸入端和輸出端與地之間除分別接大容量濾波電容外，通常還需在芯片引出腳根部接小容量電容到地,。C1用于抑制自激振蕩,，C2用于壓窄芯片的高頻帶寬，減小高頻噪聲,。如圖2所示,。
2 數(shù)控恒壓源的實現(xiàn)方案
傳統(tǒng)的直流穩(wěn)壓電源通過粗調波段開關及細調電位器來調節(jié),，并由電位表指示電壓值的大小。這種穩(wěn)壓電源存在讀數(shù)不直觀,、電位器易磨損,、精度不高、不易調準,、電位構成復雜、體積大等缺點,，基于單片機控制的數(shù)控直流電源不但實現(xiàn)了直流穩(wěn)壓的功能,，而且沒有上述的缺點。
2.1 設計要求
輸出電壓范圍：0.0 V～9.9 V,；
輸出電壓的調整方式：步進,，步進數(shù)值為0.1 V；
顯示方式：LCD1602液晶顯示,；
監(jiān)測D/A的輸出電壓值,。
2.2 數(shù)控電源的方案
圖3所示為數(shù)控電源的設計框圖，其輸出電壓數(shù)值由鍵盤控制,。通過鍵盤把需要輸出的電壓值以步進方式輸入到單片機,。這里電壓采用單片機的PWM模擬電壓輸出。顯示電路既可用來顯示輸出的電壓值,，也可用來顯示鍵盤電路的調整過程,。如果不滿足輸出電壓的要求，將需要添加一個電壓放大器,。經(jīng)過LM324線性轉換后,，得到所需電壓值，另外對監(jiān)測電壓實際輸出電壓值進行采樣,，并將采樣值通過單片機的A/D采樣口送回單片機處理后顯示,。在該數(shù)字控制電源中，使用AVR芯片完成系統(tǒng)控制按鍵輸入判斷,、電壓數(shù)值顯示以及對外部芯片的各種數(shù)字控制,。
3 數(shù)字控制部分
ATmega16是基于增強的AVR RISC結構的低功耗8位CMOS微控制器；數(shù)據(jù)吞吐率高達1 MIPS/MHz,，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾,；具有4通道的PWM以及8路10 bit ADC。
本系統(tǒng)的D/A選擇常用的DAC0832,。當其與單片機相連時電路和程序簡單,，只需把單片機的數(shù)據(jù)線與DAC0832的輸入端直接相連即可。其各個引腳的連接及外圍如圖4所示,。
4 軟件設計
控制程序使用C語言編寫,，在ICCAVR平臺下編譯通過,，運用雙龍下載軟件將程序下載到芯片。當按鍵按下,，可進行電壓調整,，最大可調節(jié)電壓為1 V，步進為0.1 V,。在按鍵加減的過程中,，LCD模塊顯示的電壓隨著上下變化，當按鍵不動作后,，將單片機的PWM模擬輸出電壓經(jīng)二次濾波電路輸出,，經(jīng)線性，放大得到與顯示電壓值相同的電壓,。
4.1 程序設計流程圖
設計流程圖分為三大部分,，即主程序流程圖、鍵盤掃描流程圖和鍵盤控制流程圖,。主程序流程圖如圖8所示,。
4.2 調試
準備就緒后，將變壓器通電,，開始進行測試,，檢測它們是否達到設計要求。檢查的項目包括輸出電壓范圍,、整個輸出電壓范圍內(nèi)的步進調整值,、輸出電壓與預置電壓是否匹配以及數(shù)字電壓表功能的精準度。數(shù)控電源系統(tǒng)的供電由直流穩(wěn)壓電源提供,，由硬件電路的±15 V電源和5 V電源提供,。電壓測試結果如表1所示。
以上為電壓測試結果,，由于PWM的分辨率為0.2,，所以其誤差范圍可以限制在0~0.2 V左右，在這個范圍內(nèi)產(chǎn)生誤差是允許的,。因此監(jiān)測電壓與輸出電壓基本一致,。因為PWM輸出為8 bit，分辨率=PWM占空比/250,，那么當占空比值變化1時,，其電壓變化為0.02 V，之后運放將電壓放大變化0.04 V,。所以可達到電壓變化精度為0.04 V,。
本系統(tǒng)以高性能的AVR單片機ATmega16芯片和8 bit精度的D/A轉換器DAC0832為核心部件，利用常用的三端穩(wěn)壓器件LM7805的公共端與輸出端固定的5 V電壓特性,，最終實現(xiàn)了數(shù)字顯示輸出電壓值和電流值,，達到了預期目標,。
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