基于單片機(jī)的直流電源穩(wěn)定度測試裝置

羅朝玉

摘要：本文以單片機(jī)為控制核心，設(shè)計(jì)出直流電源穩(wěn)定度的測試裝置。通過設(shè)置測試時間，可以實(shí)現(xiàn)不同時間間隔內(nèi)直流電源穩(wěn)定度自動測試。

[關(guān)鍵詞]直流電源穩(wěn)定度單片機(jī)

直流電源廣泛應(yīng)用于科研、生產(chǎn)、醫(yī)療、軍事等領(lǐng)域。根據(jù)國家計(jì)量技術(shù)規(guī)范JJF1597-2016要求，直流電源的穩(wěn)定度是其一項(xiàng)重要的性能參數(shù)。穩(wěn)定度的測試方法：在一定的時間范圍內(nèi)，設(shè)置調(diào)節(jié)被校直流穩(wěn)定電源和負(fù)載，使被校直流穩(wěn)定電源工作在額定功率狀態(tài)。等輸出穩(wěn)定后，在被校直流穩(wěn)定電源說明書規(guī)定的時間間隔內(nèi)，按一定記錄間隔采集數(shù)字表電壓值V;，并從所有測試值V;中選取最大值Vmx和最小值Vnim，被校直流穩(wěn)定電源的穩(wěn)定性輸出公式如下

電源輸出電壓值）。

1硬件設(shè)計(jì)

直流電源的電壓值經(jīng)過AD采樣處理，與一個高精度基準(zhǔn)電壓比較后，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，單片機(jī)對數(shù)字信號進(jìn)行分析運(yùn)算后，將測試結(jié)果顯示在屏幕上。測試前可以通過外部按鍵設(shè)置時間參數(shù)（多長時間內(nèi)的電壓穩(wěn)定度），如10秒、1分鐘，1小時等。本次設(shè)計(jì)選用STC8P1K16S2A10單片機(jī)，AD采樣選用ADS1256IDB集成芯片，高精度基準(zhǔn)電壓模塊選用ADR431BRZ集成芯片。其他外圍電路包括顯示部分，按鍵部分。測試裝置硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.1控制核心

本次設(shè)計(jì)選用宏晶科技的STC8P1K16S2A10單片機(jī)。這是一款高性能51內(nèi)核單片機(jī)，與傳統(tǒng)單片機(jī)比較有如下特點(diǎn)：

（1）工作時無需外部晶振電路和復(fù)位電路;

（2）時鐘周期等于機(jī)器周期，相同的工作狀態(tài)，運(yùn)行速度約是傳統(tǒng)51單片機(jī)12倍;

（3）運(yùn)行電壓寬泛、抗干擾能力強(qiáng)、功.耗低。.

STC8P1K16S2A10單片機(jī)本身片內(nèi)資源非常豐富，完全可以滿足設(shè)計(jì)的要求。本次設(shè)計(jì)主要使用單片機(jī)的I0口和中斷資源，單片機(jī)通過IO接口與AD芯片、顯示器進(jìn)行指令發(fā)送和數(shù)據(jù)傳輸，外部中斷處理按鍵輸入指令，定時器中斷對時間進(jìn)行精確計(jì)時。

1.2AD轉(zhuǎn)換與基準(zhǔn)電壓

ADS1256IDB由德州儀器生產(chǎn)，是一款24位AD轉(zhuǎn)換功能集成芯片，通訊協(xié)議是SPI，電壓測量范圍從-10V到+10V，準(zhǔn)確度0.5mV。其中準(zhǔn)確度等級達(dá)五位半數(shù)字多表級別，基本可以滿足市面上多數(shù)直流電源的測試要求。ADS1256IDB具有8路并行的AD接口，采用差分輸入方式，具有很強(qiáng)的共模抑制比。通過STC8P1K16S2A10單片機(jī)內(nèi)部自帶SPI資源，可以非常便捷實(shí)現(xiàn)AD芯片與單片機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸。

電壓基準(zhǔn)芯片在AD轉(zhuǎn)換過程中起著非常重要的作用，ADR431BRZ電壓基準(zhǔn)芯片產(chǎn)生一個高精度的2.500000V基準(zhǔn)。電壓基準(zhǔn)的精度和穩(wěn)定性直接決定電壓測試的準(zhǔn)確性，其中溫度系數(shù)和噪聲是電壓基準(zhǔn)的重要參數(shù)。ADR431BRZ的溫度系數(shù)小于3ppm/C，每一度的變化僅引起電壓基準(zhǔn)的百萬分之三的變化，可以忽略溫度變化對基準(zhǔn)電壓的影響。ADR431BRZ噪聲小于10uVp一p，因此它產(chǎn)生的噪聲對電壓測試的影響可以忽略不計(jì)。

1.3外圍電路

按鍵輸入接口與單片機(jī)的外部中斷相連，通過按鍵可以設(shè)置測試的時間。本次設(shè)計(jì)測試時間可調(diào)范圍為10秒至24小時，可以根據(jù)不同電源的要求，設(shè)置需要測試時間。顯示部分使用OLED12864液晶屏，由于需要顯示的數(shù)據(jù)比較簡單，顯示屏分辨率滿足要求。設(shè)計(jì)中所需硬件均支持5V電源供電，選用TPS7350QDR集成穩(wěn)壓芯片，該芯片可以提供穩(wěn)定5V電壓，最大輸出電流為500mA，滿足硬件電路功耗要求。

2軟件設(shè)計(jì)

軟件編程使用keiluvision5平臺，采用C語言模塊式設(shè)計(jì)方法。每個模塊間通過數(shù)據(jù)耦合、控制耦合連接。傳遞的參數(shù)主要為定義的全局變量，主函數(shù)采用模塊調(diào)用方式完成系統(tǒng)控制。軟件設(shè)計(jì)流程圖2所示。

軟件設(shè)計(jì)流程如下：

2.1硬件電路模塊初始化

主要包括：

（1）單片機(jī)中斷觸發(fā)方式及優(yōu)先級等的寄存處設(shè)置;

（2）AD芯片采樣速度和采樣精度設(shè)置;（3）顯示器工作方式及顯示內(nèi)容設(shè)置。

2.2等待按鍵觸發(fā)

當(dāng)單片機(jī)檢測到按鍵被按下，進(jìn)入外部中斷，在外部中斷進(jìn)行測試的時間設(shè)置。完成時間時間設(shè)置后，關(guān)閉外部中斷，開啟定時器中斷。

2.3每隔1秒進(jìn)入定時器中斷

每隔1秒進(jìn)入定時器中斷，定時器中斷功能如下：

（1）進(jìn)行一次電壓值采樣;

（2）將當(dāng)前采樣值與原先采樣值進(jìn)行比較，保留最大值和最小值;

（3）判斷是否到達(dá)設(shè)置的測試時間，當(dāng)滿足設(shè)置的測試時間，關(guān)閉定時器中斷，處理測試數(shù)據(jù)，將測試結(jié)果發(fā)送顯示器。

參考文獻(xiàn)

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