基于單片機(jī)的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

謝琳潔 林煒鵬

【摘要】在直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)中有機(jī)地融入單片機(jī)數(shù)字控制技術(shù)，設(shè)計(jì)并制作出一款通用的數(shù)字化直流穩(wěn)壓電源，該直流穩(wěn)壓電源具備數(shù)碼顯示、輸出精度高且方便靈活成本低等特點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī);直流穩(wěn)壓電源;數(shù)控

電源技術(shù)是一種應(yīng)用功率半導(dǎo)體器體，綜合電力變換技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、自動控制技術(shù)的多學(xué)科的邊緣交叉技術(shù)，而直流穩(wěn)壓電源更是電子領(lǐng)域重要的設(shè)備之一。從20世紀(jì)90年代末起，隨著對系統(tǒng)更高效率和更低功耗的需求，直流電源轉(zhuǎn)換器向著更高靈活性和智能化方向發(fā)展。本文設(shè)計(jì)一種輸出電壓在0.0V到9.9V之間并且可以任意設(shè)定輸出電壓的電壓精準(zhǔn)調(diào)整的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源電路，該穩(wěn)壓電源不僅能克服傳統(tǒng)電源輸出電壓難以精確調(diào)整的缺陷，而且還對系統(tǒng)的性能方面、系統(tǒng)的升級方面以及系統(tǒng)的可靠性方面進(jìn)行了改善。

1.系統(tǒng)功能

本文設(shè)計(jì)的直流穩(wěn)壓電源輸出電壓在在0.0V到9.9V之間并且可以任意設(shè)定輸出電壓，主要由STC89C52RC單片機(jī)、LCD1602顯示電壓模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊、穩(wěn)壓輸出電路模塊、電壓模塊和數(shù)據(jù)采集模塊等部分組成。其中在電源模塊方面采用鍵盤設(shè)定的輸入方式，可用快點(diǎn)慢點(diǎn)的方式對報(bào)警和電壓輸出的閾值進(jìn)行設(shè)置，其各種工作狀態(tài)都可由LCD1602來顯示，同時用STC89C52RC對輸出的電壓進(jìn)行采樣并與先前設(shè)置的目標(biāo)值進(jìn)行比較，一旦出現(xiàn)偏差可立即進(jìn)行調(diào)整或發(fā)出報(bào)警信號。

2.系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)

使用STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)為控制單元，通過DAC0832芯片的數(shù)據(jù)采樣和LM324的電壓放大調(diào)整可以改變系統(tǒng)輸出電壓的大小，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及送LCD1602顯示;使用運(yùn)算放大器對電壓的比較放大，這樣不僅可以輸出直流電平，而且只要預(yù)先生成產(chǎn)生波形的量化數(shù)據(jù)，便可以輸出多種波形;采用LCD1602，它具有兩行顯示，每行顯示16個字符，采用單+5V供電，系統(tǒng)模塊的整體設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)模塊的整體設(shè)計(jì)圖

3.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1 穩(wěn)定電壓輸出模塊

穩(wěn)定電壓輸出控制模塊采用的是有14引腳的 LM324芯片，其作用是將通過前面的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊后出來的電壓給轉(zhuǎn)換成用戶所需的指定的穩(wěn)定電壓。該模塊的工作原理是將所需的輸出電壓以下面圖2中的DAC0832芯片的第11引腳的輸出為參考做出一個比值，并采用串聯(lián)式反饋的電路使得輸出始終為所需的穩(wěn)定輸出電壓，其具體的電路圖如圖2所示，在圖2中U5A—LM324為比較放大器，U5B—LM324為運(yùn)算放大器，D/A轉(zhuǎn)換電路的輸出電壓OUT2接到U5A—LM324的同向端（LM324的第2腳），U5A—LM324運(yùn)放的輸出端（LM324的第5腳）輸出的電壓一邊送到運(yùn)放U6A—LM324的同向端（LM324的第1腳），一邊反饋回DAC0832的RFE1基準(zhǔn)電壓。變位器R5作為U6A—LM324反饋電路中的反饋電阻。經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊后出來的電壓在這里經(jīng)過了DAC0832和LM324的比較運(yùn)算放大后再經(jīng)過LM324第1引腳的調(diào)整，使得輸出的電壓始終和LED顯示器上顯示的一致。

圖2 電壓輸出原理圖

3.2 按鍵控制模塊

按鍵控制模塊的電路圖如圖3所示。在該電路圖中，K1-K9分別對應(yīng)著0-9，且每個按鍵都是一腳接地一腳接在STC89C52RC的各個引腳上，K00是位數(shù)選擇鍵（按下為十位），K11則是為選定所需電壓無誤后需按下的確認(rèn)鍵。

圖3 鍵盤控制電路圖

3.3 D/A轉(zhuǎn)換控制部分

在該設(shè)計(jì)中，采用DAC0832來進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并將經(jīng)過該模數(shù)轉(zhuǎn)換后出來的電壓作為后面穩(wěn)壓輸出反饋回路的參考電壓。8位的D/A數(shù)據(jù)口分別與單片機(jī)的P0口相連，DAC0832的片選信號和寫信號分別由單片機(jī)的P32腳和P36腳控制，8位字長的D/A轉(zhuǎn)換器具有256種狀態(tài)。

4.系統(tǒng)的軟件部分的設(shè)計(jì)

此設(shè)計(jì)中需用到核心單片機(jī)STC89C52RC的功能包括：鍵盤的擴(kuò)展，程序的中斷，I/O的控制。系統(tǒng)軟件包括一個主程序、四個中斷服務(wù)程序、電壓處理子程序、調(diào)用寫電壓子程序、DAC0832處理子程序。主程序在初始化過程中，首先對單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位，然后讀入數(shù)據(jù)，控制開關(guān)電路進(jìn)行顯示.初始化完成以后開中斷，如果有外部中斷請求，則首先響應(yīng)中斷，進(jìn)入中斷服務(wù)程序，如果沒有中斷請求，則要調(diào)用鍵盤掃描程序進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理，同時，利用對按鍵進(jìn)行消抖。主程序流程圖如圖3所示。

圖3 主程序流程圖

5.結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個基于STC89C52RC單片機(jī)的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源，它具備輸入方便、輸出精確度高、結(jié)構(gòu)緊湊、電路簡化等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)過測試，用此單片機(jī)來控制設(shè)備的電壓時，輸出的響應(yīng)良好，LED能正確清晰地顯示，誤差小，輸出的范圍為0到9.9v。

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