1引言

        直流穩(wěn)壓電源是一種常見的電子儀器，廣泛地應(yīng)用于電子電路,、教學(xué)實(shí)驗(yàn)和科學(xué)研究等領(lǐng)域,。目前使用的直流穩(wěn)壓電源大部分是線性電源，利用分立器件組成,，其體積大,，效率低，可靠性性差,，操作使用不方便,，自我保護(hù)功能不夠，因而故障率高,。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展,，各種電子、電器設(shè)備對(duì)穩(wěn)壓電源的性能要求日益提高,，穩(wěn)壓電源不斷朝著小型化,，高效率，低成本,，高可靠性,，低電磁干擾，模塊化和智能化方向發(fā)展,。以單片機(jī)系統(tǒng)為核心而設(shè)計(jì)制造出來的新一代智能穩(wěn)壓電源不但電路簡(jiǎn)單,，結(jié)構(gòu)緊湊，價(jià)格低廉,，性能卓越,，而且由于單片機(jī)具有計(jì)算和控制能力，利用它對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行各種計(jì)算,，從而可排除和減少由于騷擾信號(hào)和模擬電路引起的誤差,，大大提高穩(wěn)壓電源輸出電壓和控制電流精度，降低了對(duì)模擬電路的要求,。智能穩(wěn)壓電源可利用單片機(jī)設(shè)置周密的保護(hù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),，確保電源運(yùn)行可靠。輸出電壓和限定電流采用數(shù)字顯示,，輸入采用鍵盤方式,，電源的外表美觀，操作使用方便,，具有較高的使用

價(jià)值,。

        2工作原理

        本智能穩(wěn)壓電源以開關(guān)電源為基礎(chǔ)電路，以高性能單片機(jī)為控制核心,，組成數(shù)據(jù)處理電路,，在檢測(cè)與控制軟件支持下，通過對(duì)開關(guān)電源輸出電流,、電壓進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣與給定數(shù)據(jù)比較,，從而調(diào)整和控制開關(guān)電源的工作狀態(tài)，同時(shí)監(jiān)測(cè)開關(guān)電路的工作溫度和輸出電流大小,，其工作原理框圖如圖1所示,。市電經(jīng)整流、濾波變成直流電送入開關(guān)調(diào)整電路,，開關(guān)調(diào)整電路在單片機(jī)的控制下輸出穩(wěn)定的直流電,。用戶可根據(jù)需要通過鍵盤給定穩(wěn)壓電源輸出的電壓值及最大輸出電流值，單片機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)電源輸出電壓和電流進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣,，并與用戶給定數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,，然后根據(jù)設(shè)置的調(diào)整算法控制開關(guān)調(diào)整電路，使電源輸出電壓符合給定值,，單片機(jī)在調(diào)整電源輸出電壓的同時(shí)還要檢測(cè)電路的工作溫度和輸出電流,，倘若超過給定值，就啟動(dòng)保護(hù)電路,。

        3硬件設(shè)計(jì)

        3.1單片機(jī)組成系統(tǒng)

        智能穩(wěn)壓電源的單片機(jī)系統(tǒng)是以8031為CPU,，包括8kRAM(芯片6264數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器)和16kROM(芯片27128程序存儲(chǔ)器),，以及1kEEROM。EEROM是用來保存最后一次從鍵盤輸入的電壓,、電流數(shù)據(jù)以及溫度,、脈寬調(diào)整數(shù)據(jù)等，每次開機(jī)時(shí)單片機(jī)從EEROM中讀出數(shù)據(jù)控制電源輸出,。另外還擴(kuò)充一片集成電路8155來補(bǔ)充8031的I/O口,，其中8155的A口作輸出，提供LED顯示數(shù)據(jù)口,，B口作鍵盤輸入口,，C口作為輸出，提供開關(guān)調(diào)整電路激勵(lì)脈沖信號(hào),。具體框圖見圖2,。

        3.2傳感器輸入通道及A/D轉(zhuǎn)換

        電流傳感器是由一段康銅片串接在電源輸出電路中制成，電壓傳感器使用電阻分壓方式,，單片機(jī)系統(tǒng)通過電流,、電壓傳感器檢測(cè)電流和電壓，測(cè)得兩路模擬信號(hào),，先通過各自放大器放大成與A/D轉(zhuǎn)換器相匹配的信號(hào),，經(jīng)多路選擇開關(guān)CD4051送給A/D轉(zhuǎn)換器。由單片機(jī)CPU控制選擇有關(guān)通道進(jìn)行分時(shí)切換,，實(shí)現(xiàn)二選一,，依次將兩路模擬信號(hào)送至AD1674轉(zhuǎn)換器，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后變成數(shù)字信號(hào),，再經(jīng)光電耦合器送入8031單片機(jī),。

        溫度傳感器采用ADI推出的固態(tài)溫度調(diào)節(jié)開關(guān)AD22105，其應(yīng)用電路原理如圖3所示,。它僅需一只外部電阻即可將溫度精確設(shè)置在－40℃～＋150℃寬的工作溫度范圍內(nèi)的任意一點(diǎn),。安裝時(shí)將溫度傳感器與開關(guān)管相接觸，檢測(cè)開關(guān)管工作時(shí)的溫升,，當(dāng)開關(guān)管溫升超過給定值(如80℃)時(shí),，AD22105的輸出將切換，其轉(zhuǎn)換變化直接輸入8031,。

        3.3開關(guān)管控制信號(hào)發(fā)生電路

        為了精確控制開關(guān)電路的電壓輸出,，本系統(tǒng)采用脈寬調(diào)制的控制方式調(diào)節(jié)開關(guān)管的工作狀態(tài)。8155把單片機(jī)的高頻脈沖信號(hào)分頻后變成適宜的開關(guān)脈沖信號(hào),，作為8155的計(jì)數(shù)脈沖和門控信號(hào),，單片機(jī)把給定值與傳感器采集的信號(hào)進(jìn)行比較，產(chǎn)生誤差信號(hào),，根據(jù)電壓控制算法設(shè)置8155產(chǎn)生不同占空比(0～90％)的方波信號(hào),，經(jīng)過光電耦合器控制開關(guān)調(diào)整電路輸出設(shè)定的電壓,。8155輸出端與開關(guān)電路進(jìn)行光電隔離，防止來自開關(guān)電源電路的騷擾信號(hào)影響單片機(jī)系統(tǒng)的正常工作,。鑒于受控的開關(guān)電路輸出電壓的高精度和快速調(diào)整特性,，可采用改進(jìn)的PID控制算法，它使得電壓調(diào)整快,，超調(diào)量小，性能穩(wěn)定,。

        3.4監(jiān)測(cè)和保護(hù)系統(tǒng)

        為了使智能穩(wěn)壓電源能可靠,、安全地工作，本系統(tǒng)設(shè)置了多重監(jiān)測(cè)和保護(hù)系統(tǒng),，主要包括過熱保護(hù),、過流保護(hù)和短路保護(hù)，其中過熱保護(hù)采用中斷方式控制,。單片機(jī)系統(tǒng)通過溫度傳感器和電流傳感器檢測(cè)開關(guān)電路的工作溫度和電源輸出電流,，倘若溫度和電流超過給定值，單片機(jī)系統(tǒng)就切斷開關(guān)電路激勵(lì)信號(hào)并啟動(dòng)聲光報(bào)警,。單片機(jī)對(duì)短路保護(hù)采用電壓和電流雙重檢測(cè),，只有當(dāng)電壓很低，電流很大時(shí)

才啟動(dòng)短路保護(hù),。

        3.5鍵盤及顯示電路

        智能穩(wěn)壓電源的鍵盤與顯示部分裝在儀器操作面板上,，由8位LED數(shù)碼管，3個(gè)LED指示燈以及16只鍵構(gòu)成,，其中4位數(shù)碼管顯示電源電壓,，4位數(shù)碼管顯示電流，3個(gè)燈作為報(bào)警顯示,。鍵盤與顯示電路通過8155接口電路與8031相接,。

        4軟件設(shè)計(jì)

        本系統(tǒng)軟件是由一個(gè)主程序，兩個(gè)中斷服務(wù)程序和一個(gè)子程序組成,，它控制著智能穩(wěn)壓電源有條不紊地工作,。

        主程序流程圖如圖4所示。

        在初始化過程中,，先是將8031各個(gè)口復(fù)位,，然后從EEROM中讀出上次關(guān)機(jī)前存入的數(shù)據(jù)，控制開關(guān)電路,，并進(jìn)行顯示,。初始化完成后，開中斷,。若有中斷請(qǐng)求則響應(yīng),，否則進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣并讀給定值,，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，若有短路或過流情況發(fā)生,，則調(diào)用報(bào)警保護(hù)子程序,，若沒有短路或過流情況發(fā)生，則接照電壓控制算法重新設(shè)置脈寬,，激勵(lì)開關(guān)電路,。兩個(gè)中斷服務(wù)程序分別是過熱檢測(cè)保護(hù)報(bào)警程序和鍵盤設(shè)定程序，子程序是保護(hù)報(bào)警程序,。

        5結(jié)語

        本文所設(shè)計(jì)的智能穩(wěn)壓電源不僅能作為常規(guī)的科研實(shí)驗(yàn)電源用,，而且可以通過軟件編程的方法使穩(wěn)壓電源產(chǎn)生連續(xù)變化的輸出電壓，作為電子產(chǎn)品(如音響功放等)性能(如零點(diǎn)漂移,，動(dòng)態(tài)失真等)測(cè)試用電源,，從而達(dá)到一機(jī)多用，提高儀器使用效率的目的,。

        參考文獻(xiàn)

        [1]張毅剛.MCS　51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,1990. 
        [2]何立民.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編(1)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1993.