基于單片機控制的數控電源設計

胡 輝，楊花雨

(1.商丘職業技術學院 機電系，河南 商丘 476000； 2.商丘工學院 電子信息工程學院，河南 商丘 476000)

目前，電子產品中的電源普遍采用數字方式來控制，它能消除普通電源在工作時產生的誤差，提高整個系統的精確度. 本設計采用單片機和其它元器件及外圍電路，組成一個電子式開關型可調穩壓電源[1]30-33. 它能夠顯示輸出電壓值、電流值且有過流保護等功能. 輸出電壓值可通過單片機進行設置，通過數控電源的設計，使大部分初學者能夠更好的掌握單片機接口和控制知識，并能自已制作單片機控制電路，進一步提高初學者的單片機硬件編程能力.

1 數控電源系統工作原理

本系統采用AT89S51單片機作為主控芯片，電路由數控電路、鍵盤電路、電源電路、D/A 轉換電路、報警電路、功率放大、穩壓輸出電路、LED 顯示電路等部分組成. 電源通過S1、S2的按鍵控制，達到數字信號控制輸出電壓的目的. 單片機控制數碼管顯示輸出電壓和電流，其輸出電壓、電流經DAC0832數/模轉換，送到直流穩壓電路LM324進行直流穩壓調節，實現每次控制有0.02V的輸出電壓. 步進調整輸出的電壓信號和預置的電壓信號，可同時顯示的數控直流電源，由數字電壓表測量實測值. 其硬件電路原理如圖1所示.

圖1 數控電源系統原理圖

2 數控部分

主要由AT89S51 最小系統控制，它要完成鍵盤控制、短路保護控制及報警控制、LED顯示控制等功能.

鍵盤接口電路分別由S1、S2兩個按鍵控制，并外接兩個上拉電阻控制鍵盤去抖. S1、S2鍵分別連接到單片機的P32、P33接口進行控制.

LED 共陰極控制端由P1.0～P1.6 接口控制，并用三極管8050 來控制LED 的顯示[2]16-33.

3 數模轉換電路

由DAC0832、VREF電路及兩級低漂移的運放組成. DAC0832和一級運放將CPU發出的8位二進制數據轉換成0～-5 V的電壓，然后經二級運放反向放大2倍，以得到0～10 V電壓. DAC輸出電壓的變化為0.02 V. VREF電路為DAC提供基準電壓. 調節R，可使基準電壓保持為5 V.

數模轉換器DAC0832是一種8位D/A轉換器. 單電源供電，從+5V～+15v均可正常工作. 基準電壓的范圍為±10V；電流建立時間為1μs；CMOS工藝，低功耗20 mW. 芯片為雙列直插式20引腳封裝，該轉換器由輸入寄存器和DAC寄存器構成兩級數據輸入鎖存. 使用時數據輸入可以采用兩級鎖存(雙鎖存)形式，或單級鎖存(一級鎖存，一級直通)形式，或直接輸入(兩級直通)形式. 0832是電流輸出，為了取得電壓輸出，需在電壓輸出端接運算放大器，Rf b即為運算放大器的反饋電阻端. 運算放大器的接法如圖2所示.

圖2 運算放大器接法

VREF——基準電壓，其電壓可正可負，范圍為-10V～+10V；DGND——數字地；AGND——模擬地在電路中DAC寄存器處于直通方式，即/WR2 = 0和/XFER = 0. 所以這兩個信號在電路中應固定接地.

4 電源輸出部分

輸入220V50Hz 交流電，輸出電路主板所需的三種電壓為+5V、+15V、-5V，主要供數控部分和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.

電壓輸出部分是將控制部分送來的電壓控制字數據轉換成穩定的電壓輸出. 它由數模轉換器、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，送到 CPU 的 INT0 申請中斷，CPU 接收后，延遲5ms.

5 結論

本設計以AT89S51單片機和數模轉換器控制的直流數控電源，完全改變了傳統直流穩壓電源的設計，精度高，調整方便. 采用簡單的數字按鍵控制，不僅可作為常規的教學、科研實驗電源用，且可通過單片機編程使輸出電壓連續變化，有很好的發展前景.

[1] 景曉軍，李劍勇，季鳳杰.精密數控電源設計[J] .電源世界，2011(1).

[2] 張毅剛.單片機原理及應用[M].北京：高等教育出版社，2010.