基于單片機的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源的設計與實現(xiàn)
摘要： 本系統(tǒng)是以AT89S51 單片機為核心控制器,，具有電壓可預置、可步進調(diào)整,、輸出的電 壓信號和預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”,、“+”、“-”三個按鍵來控制預置電壓的升降,，并通過數(shù)碼管顯示,。AT89S51 單片機送出相應的數(shù)字信號，在D/A 轉換之 后輸出電流,，經(jīng)集成運放LM358 轉換,、三極管放大、RC 網(wǎng)絡濾波,，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,。
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1 引言
直流穩(wěn)壓電源是電子技術常用的設備之一,，廣泛的應用于教學、科研等領域,。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)及細調(diào)(電位器)來調(diào)節(jié),。這樣，當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,，電路構成復雜,，穩(wěn)壓精度也 不高,。本文設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，具有很高的應用價值,。
2 系統(tǒng)硬件設計
2.1 系統(tǒng)總體結構
本系統(tǒng)是以AT89S51 單片機為核心控制器,，具有電壓可預置、可步進調(diào)整,、輸出的電 壓信號和預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”、“+”,、“-”三個按鍵來控制預置電壓的升降,，并通過數(shù)碼管顯示。AT89S51 單片機送出相應的數(shù)字信號,，在D/A 轉換之 后輸出電流,，經(jīng)集成運放LM358 轉換、三極管放大,、RC 網(wǎng)絡濾波,，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,。鍵盤設計由三個按鍵控制即：“開關”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 預置電壓顯示電路
預置電壓顯示電路如圖4 所示。本設計選用譯碼驅動器74F244,，用來驅動LED 數(shù)碼管 顯示預置電壓,，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)轉換成穩(wěn)定的電壓輸出,。它由轉化器 （DAC0808）、集成運放LM358,、晶體三極管,、基準電壓源（+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 顯示預置電壓,，由單片機控制的信號經(jīng)D/A 轉換后,，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)模轉換電路轉換出的信號，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 結束語
本設計以單片機為核心設計一種智能穩(wěn)壓電源,，不但電路簡單,，結構緊湊，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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