基于單片機的數控直流穩壓電源的設計與實現

鐘成 池尚霏

摘 要：在直流穩壓電源設計過程中，依托相關技術背景，選用單片機技術，對數控直流穩壓電源進行設計。該電源的數字化控制實現方法為STC89C54RD+單片機，這種方法不僅硬件電路簡單，而且具備較高的精確度，實施過程靈活，功能多樣，既具備短路保護功能，又具備報警、串口通信等功能。雖然部分區域電壓相對比較精確，但無法直接操作，因此，可選擇該方法，依托串口，升級軟件，使硬件成本支出得到有效控制。

關鍵詞：單片機；數字化控制；直流穩壓電源

中圖分類號：TM44 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）03-0038-03

Design and Implementation of DC Voltage Regulating Power Supply Based on

Digital Control Technology of Single Chip Microcomputer

ZHONG Cheng，CHI Shangfei

（Shenzhen Zhenhua Microelectronics Co.，Ltd.，Shenzhen 518000，China）

Abstract：In the design process of DC regulated power supply，single-chip computer technology is used to make the DC regulated power supply relying on the relevant technical background. The digital control method of the power supply is STC89C54RD + MCU. It not only has simple hardware circuit，but also has high accuracy，flexible implementation process and various functions. It can not only realize short circuit protection，but also has functions of alarm and serial communication. Some area voltage is relatively accurate，but it can not be directly operated. This method can be selected to upgrade software relying on serial port，so that the cost of hardware can be effectively controlled.

Keywords：single chip computer；digital control；DC regulated power supply

0 引 言

電源技術是對現代電子技術、自動控制技術、綜合電力變換技術的綜合。在電子領域中，直流穩壓電源設備非常關鍵，其中，直流電源轉換器具備靈活性、智能化特點。文章以某數控直流穩壓電源電路為例，開展相關設計工作，輸出電壓范圍為0V-9V，且能夠靈活設置。這一穩壓電源極具優勢，既能夠準確調整電源輸出電壓，又能夠使系統更加穩定、可靠。

1 直流穩壓電源系統功能特征

本實驗對直流穩壓電源輸出的電壓進行科學設置，以0V-9V為宜，并對輸出電壓進行設定。該實驗系統由多種設備構成，除了AT89S51單片機、LCD1602顯示電壓模塊之外，還包括D/A轉換模塊、電壓模塊、數據采集模塊等。

將鍵盤設定輸入方法應用到電源模塊，設置報警、電壓輸出閾值時，可通過快點、慢點方式實現，LCD1602主要用來顯示各類工作狀態，而采樣可通過STC89C53RC實現，并與直流穩壓電源輸出的電壓目標值進行對比，倘若出現偏差，則需要對其進行調整，或者在第一時間給出報警信號[1]。

2 直流穩壓電源系統硬件設計

2.1 直流穩壓電源系統總體結構

此實驗將AT89S51型單片機作為直流穩壓電源來控制系統。實現原理為依托芯片AD7543對輸出電壓進行調節，采用各種方式對各等級電壓進行科學控制。該系統界面內，電壓調節步值設置非常靈活，最小量程可為0.1V。該背景下，無論是系統故障自我檢測保護，短路保護，亦或是智能報警等功能，都可依托電流檢測等模塊實現，電流檢測等模塊還可采用智能方法，對實驗過程中的各類故障進行有效處理。除此之外，還要明確直流穩壓電源設計思路。

直流穩壓電源系統復雜，專業性強，其包含電壓粗調、細調，電流檢測和人機接口數字顯示等功能模塊。穩壓輸出電路如圖1所示。在該系統中，選擇電壓取樣及模塊調節，實時取樣系統輸出電壓，再通過對比電壓、放大電路的方式，分析和判斷數據，繼而以單片機為媒介傳輸判斷結果，發揮程序作用，通過發送觸發脈沖命令，驅動不同電流，以該種方式粗調、細調系統輸出電壓，在可控范圍內對系統輸出直流電壓值進行科學設置，使輸出電壓更加精確，穩壓電源系統供電過程更加可靠。該系統能夠借助八段式數碼顯示管，對系統輸出電壓值進行直觀呈現，使裝置服務更加靈活和人性化[2]。

單片機是穩壓電源的核心構件。當電壓取樣數據信號處于已知狀態時，其能夠依托該設備的DSP微處理模塊中心，對各類不同的數據進行靈活處理和設置，并根據預設程序，深入熟悉各類控制方法，使調節命令更加準確，同時可以增強驅動電路的有效性。倘若電壓取樣信號存在差異，則實時控制方法也會有所不同。系統內部電流值會受外部條件影響。特殊狀態下，電流值相對比較大，而電流檢測回路會及時反饋相關信息，使其在驅動電路和單片機系統上呈現，并依托驅動回路控制，對相關保護系統實施短路保護。在電流越限信號已知的情況下，單片機不會與裝置有太多聯系，但能夠始終保障電氣設備安全。

在對直流穩壓電源系統進行設計時，選用AT89S51單片機作為核心處理控制器，其不僅操作過程簡單，而且還具備較強的邏輯性。實驗過程中的輸出電壓預設和電壓值的步進調節，都可依托軟件編程控制和AD7543集成芯片實現。與以往穩壓調節方法不同，該系統操作過程精確且具備較強的靈活性和可靠性。隨著單片機生產規模的日漸擴大和價格的不斷降低，其在工程設計方面的應用前景十分廣闊。將單片機整體集成系統應用到直流穩壓電源設計中，可以有效減少電源系統內部硬件回路元件數量和不必要的資金投入。其電子器件集成模塊性能優越，能夠在許可范圍內對系統響應時間和誤差進行科學控制，這使得其逐漸被應用到諸多工程領域[3]。

2.2 數控部分

直流穩壓電源的控制核心為AT89S51型單片機，其性能穩定，且功能多樣，其功能主要包括裝置電壓輸出取樣信號分析判斷、電壓預設數據處理、系統故障自動檢測和保護等。這一裝置能否提供人性化服務，可通過人機對話功能進行測試和檢驗，以達到良好的穩壓電源智能控制效果。該單片機的實驗過程復雜，需具備電壓值預設按鍵和步進按鍵，同時還要充分考量系統其他各類輔助功能按鍵需求，系統人機交互界面為16按鍵輸入鍵盤。選擇8位八段式LED數碼顯示管顯示系統輸出電壓值，該LED數碼顯示管性能優良，可與其他設備中的相關數據進行相互轉換。穩壓電源系統的控制核心是單片機，其需要對多功能模塊進行有效控制，而數碼顯示功能模塊僅是其中一種。而單片機I/O端口有限，因此，可借助擴展電路對系統數碼顯示部門進行有效控制。將一片8155作為單片機控制系統的外部擴展接口電路，并將16位鍵盤輸入和LED數碼顯示數據通信接口完成，采用該種方式，能夠實現數碼顯示功能。

2.3 電壓取樣及調節

這一系統依托反饋原理，借助電壓取樣模塊，實時檢測采樣輸出電壓，充分發揮運算放大器的優勢，對電壓采樣數據信號進行放大處理，然后把單片機系統作為放大信號發送目標，在上述過程中，分析和處理數據。該方式使得穩壓電源控制系統對于數據的分析和處理更加精確和靈敏，同時使得直流穩壓電源系統可以對輸出電壓進行實時調節，既能夠使控制過程更加精確，又能兼顧電氣設備的穩定運行。此直流穩壓電源系統將單片機作為核心，通過AD7543實現輸出電壓調節。

2.4 過流報警功能

該設計系統回路中的電流值檢測工作非常關鍵，其賦予單片機控制系統強大的自我保護功能，同時使電氣設備的運行過程更加安全、可靠。當發生電流越限情況，電流值不能夠滿足系統要求時，單片機和對應驅動電流則會跳閘保護，從而使電氣設備始終處于安全運行狀態。在此過程中，系統還會使用蜂鳴報警器對工作人員進行提醒，使其在第一時間開展檢修維護工作，將故障發生率降到最低。

3 直流穩壓電源系統軟件設計

直流穩壓電源控制系統復雜，專業性強，其通過軟件編程可以靈活調節輸出電壓。在調節輸出電壓的過程中，電壓采樣主程序為核心構件，其可以為輸出電壓數據取樣分析、判斷提供依據。而中斷程序可以提高系統DSP數據處理效率。

直流穩壓電源系統處于運行狀態時，鍵盤主控程序也可以運行，單片機系統數據處理中心能夠自動檢測按鍵情況。檢測流程復雜，當鍵盤觸發脈沖時，會直接進入電壓按鍵預設主程序，完成電壓預設工作。LED數碼顯示管的功能是自動對數據輸入通道進行動態定時和掃描。一旦發現單片機數據傳輸，便會自動對該類數據進行處理，從而將電壓顯示出來。直流穩壓電源系統設計與實現采用科學的方式，對數據處理、命令傳達等程序進行開發、使用，并充分應用了系統CPU的各類資源，實現了資源利用最大化。當直流穩壓電源控制系統正常運行時，單片機DSP數據處理中心能夠直接從取樣電路中采集輸出電壓，繼而開展數據取樣工作。經過準確的分析和判斷之后，依托驅動電路，按照具體要求，合理增減各類電壓，并實時校正各類輸出電壓，使輸出電壓始終保持穩定狀態[4]。

4 數據分析

完成基于單片機的直流穩壓電源軟件、硬件初始值設定之后，進行相關實驗，以檢測裝置中直流穩壓電源輸出的電壓實驗數據是否準確、合理。檢測結果表明，單片機是直流穩壓電源系統的核心構件，符合直流電源要求，輸出電壓穩定，可以明顯減小系統誤差，符合具體工程要求。

5 結 論

綜上所述，基于單片機的數字化控制技術直流穩壓電源設計過程相對復雜，且專業性強。該實驗選擇AT89S51單片機作為控制核心，智能穩壓電源系統使電氣設備運行更加安全可靠。同時，LED數據顯示、鍵盤輸入、自動報警等人性化設計，可以提高數字化控制技術直流穩壓電源運行效率，在很大程度上提高數據分析的準確率。

參考文獻：

[1] 謝琳潔，林煒鵬.基于單片機的數控直流穩壓電源設計與實現 [J].電子世界，2014（13）：44.

[2] 胡城瑜.探析單片機的數控直流穩壓電源設計與實現 [J].電子測試，2017（Z1）：13-14.

[3] 張志豐.單片機的數控直流穩壓電源設計與實現 [J].工程技術：全文版，2016（3）：00290.

[4] 丁春霞.基于單片機的數控直流穩壓電源設計與制作 [J].電子世界，2014（12）：31-32.

作者簡介：鐘成（1984.09-），男，漢族，福建龍巖人，中級職稱，畢業于中北大學，本科，研究方向：微電子。