直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)設計

劉久銘　王彬　方健

【摘 要】該設計利用單片機對直流穩(wěn)壓電源進行控制，改善了電源的性能，使用方便靈活，且成本低。為實現(xiàn)直流電壓調節(jié)的輸出，主要的控制器采用AT89S51，DAC0808輸出調節(jié)模塊，通過按鍵手動控制，利用數(shù)碼管顯示電壓信號，該系統(tǒng)操作使用方便，具有較高的使用價值。

【關鍵詞】AT89S51單片機;數(shù)碼管;DAC0808

中圖分類號： TN86 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）22-0038-002

隨著電子產品的不斷更新?lián)Q代，展現(xiàn)出更加智能更加人性化的發(fā)展趨向，在電子產品向更高更好發(fā)展的同時，對現(xiàn)代化的電子產品的各種性能要求也越來越高，電源電壓的穩(wěn)定輸出就是其中重要因素之一，電源電壓輸出的類型與大小就顯得尤為重要。由此可見，精度高、穩(wěn)定性好且安全可靠的直流電源非常重要。們帶來了極大的便利。

本文主要研究基于AT89S51單片機的直流穩(wěn)壓電源。利用數(shù)字化信息對直流電源進行操控，設置電壓的初始值，對分級電壓進行調整，使之符合規(guī)定，并通過LED顯示輸出電壓的數(shù)值。

1 系統(tǒng)組成

本設計采用AT89S51單片機來控制整個系統(tǒng)。它可以利用數(shù)字化信息對直流電源進行操控，可以實現(xiàn)設置電壓的初始值，可以分級對電壓進行調整，使之符合規(guī)定，還可以同時在LED顯示輸出電壓的數(shù)值以及設置電壓的初始值。硬件系統(tǒng)的組成包括：（1）AT89S51控制電路;（2）鍵盤電路;（3）功率放大電路;（4）電源電路;（5）數(shù)模轉換電路;（6）短路保護報警電路;（6）LED顯示電路;（7）穩(wěn)壓輸出電路。系統(tǒng)設置電壓的初始值的大小是通過鍵盤上的“開關”，“+”和“-”三個鍵控制并且在LED數(shù)碼管上顯示數(shù)值。相應的數(shù)字信號是通過AT89S51微控制器發(fā)送。把相應的數(shù)字信號轉換成對應的模擬信號，集成運算放大器LM358接收到送來的模擬信號再次進行轉換，再由雙極性晶體管放大和電阻-電容濾波器濾波，清除不同頻率電源的影響使輸出的電壓更加穩(wěn)定。同時，輸出電壓的數(shù)值會在LED數(shù)碼管上顯示出來，并用精確度更高的數(shù)字電壓表來測量電壓值。

2 硬件電路設計

以AT89S51單片機的最小系統(tǒng)作為數(shù)字化信息控制系統(tǒng)，并在它的基礎上添加了可以控制顯示設定的電壓初始值，控制鍵盤上按鍵，對短路情況的保護控制以及發(fā)現(xiàn)短路或異常運行狀態(tài)時發(fā)出報警的控制等功能。AT89S51的最小系統(tǒng)如圖2所示。

2.1 鍵盤接口電路

鍵盤接口電路如圖1所示。為了更方便實現(xiàn)硬件的開停自如以及調整電壓的大小，本文設計了“開關”鍵、“+”鍵以及“-”鍵來對鍵盤進行控制，并且為了消除按鍵機械彈性而單片機判別有誤，在每一個按鍵上加一個上拉電阻。這三個按鈕是通過連接到單片機的P1.0，P1.1和P1.2接口加以控制。

2.2 電源部分及電壓初始值顯示電路

為了符合我國用電的標準，將采用我國標準的220V、50Hz的交流電來驅動整個主電路部分，并通過一系列的電壓變換轉換成本次設計所需要的三種電壓：+5V、-5V和+15V這三種電壓，并為數(shù)字信息化控制和數(shù)字信號轉化模擬信號芯片提供動力;一般選用+15V為運算放大部分的動力，同時也為主電路提供動力，同時還會形成一個-5V的運算放大部分的負電源。

系統(tǒng)設置的電壓初始值顯示電路，設置電壓的初始值的LED數(shù)碼管的驅動裝置是譯碼驅動器74F244，單片機的P2.0-P2.7接口可以對系統(tǒng)設置電壓的初始值進行調節(jié)。為了使LED公共端在低電平的時候顯示我選用共陰極的，并且有單片機的P1.4-P1.6接口來控制，LED顯示器由三極管8050控制。

2.3 穩(wěn)壓輸出部分

平穩(wěn)的輸出電壓是由控制部分的電壓數(shù)值轉化而來，這就是穩(wěn)壓輸出部分的主要功能。穩(wěn)壓輸出部分包括：（1）一個轉換器（DAC0808）（2）一個集成運算放大器LM358（3）一個晶體三級管（4）一個參考電壓源（+15V）（5）一個能夠檢測出工作電流是否超過額定值的功能性電路。電流檢測電路是能夠保證輸出的電壓是穩(wěn)定的電路。

當接收到的電流檢測電路發(fā)出的是低電平脈沖時，這就意味著系統(tǒng)的電流超過了額定值。單片機中的CPU就會發(fā)出外部中斷0的請求，并延遲5ms執(zhí)行中斷命令。如圖2所示。

3 軟件設計

為了使直流穩(wěn)壓電源更加的智能化，軟件控制程序只有一個主程序是遠遠不夠的，還需要添加一個過流保護程序來使穩(wěn)壓電源更加的穩(wěn)定可靠。主要實現(xiàn)了預置電壓的升降、數(shù)字信號轉換成模擬信號、鍵盤掃描、LED顯示、電流報警等功能。

3.1 主程序

為了使單片機回歸到最起始的工作狀態(tài)，我們要按下復位按鈕使AT89S51單片機復位，然后對系統(tǒng)的時間進行設置，并通過鍵盤掃描的子程序來確定是否有鍵按下，若有，通過顯示程序的處理在數(shù)碼管上顯示出按鍵所代表的事先設置的系統(tǒng)電壓。經(jīng)過數(shù)字信號轉換成模擬信號的控制限號被檢測電路接收，并對系統(tǒng)發(fā)生短路進行判斷，若存在短路現(xiàn)象則啟動中斷保護，反之一直保持穩(wěn)定的輸出電壓。主流程圖如圖3所示。

3.2 數(shù)據(jù)采樣分析流程

數(shù)字信號轉換而成的模擬信號先被過流檢測電路接收，檢測電路開始工作并發(fā)出信號，這個信號會被單片機的最小系統(tǒng)接收并進行數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)采樣分析流程圖如下。

4 結束語

本設計以單片機為核心設計種智能一穩(wěn)壓電源，不但電路簡單，結構緊湊，價格低廉，性能卓越。所研制的智能穩(wěn)壓電源可利用單片機設置周密的保護監(jiān)測系統(tǒng)，確保電源運行可靠。輸出電壓采用數(shù)字顯示，輸人采用鍵盤方式，電源的外表美觀，操作使用方便，具有較高的使用價值。

【參考文獻】

[1]朱超.基于AT89S52直流穩(wěn)壓電源的電路設計[J].電子設計工程，2016.06.

[2]高曉紅.數(shù)控直流穩(wěn)壓電源的設計與實現(xiàn)[J].隴東學院學報，2018.01.

[3]阮瑩.直流穩(wěn)壓電源及漏電保護系統(tǒng)設計[J].商丘職業(yè)技術學院學報，2015.04.

[4]金陽.一種直流穩(wěn)壓電源自動檢定系統(tǒng)的研究[J].中國計量，2019.01.

[5]秦浩鈞.直流穩(wěn)壓電源的設計與測試[J].甘肅科技，2018.11.

[6]吳海波.高精密小型直流穩(wěn)壓電源的研究與設計[J].自動化技術與應用，2018.08.