基于單片機的數控直流穩壓電源

摘要：基于單片機的數控直流穩壓電源是能用數字比較來逐漸控制多種電源輸出的電壓大小，此外能夠讓輸出的直流電壓連續、穩定的工作。數控直流可控硅相對于傳統的直流穩壓電源更加出色，數控直流逆變電源存在操作方便，結構比較靈活和價格低廉等優勢，輸出的電壓不僅可在1～12 V中連續調動，而且輸出的電壓大小調動是以0.5 V增加或者減小，輸出的電源電壓的增減調節過程通過“-”、 “+”兩種方式操作鍵來操作，并且還能夠判斷實際的請求來構成具有不同的輸出電壓的穩壓源低壓電路。這樣的電源控制的低壓電源選用89C51單片機來操縱主電路的設計，該技術擁有反應迅速、線路靈活、穩定性好與總體執行力高等特點。

關鍵詞：精確穩定；穩壓電源；D/A轉換；數控直流

數控直流電源是我們最常用的設備，數控直流穩壓開關電源普遍地用于各個計算機系統、學校教學實驗區與教育研究院科學研究等方面。不過，目前仍有不少人所使用的直流穩壓開關電源大都是線形開關供電，由于這些線形控制器總電源利用場效應管組成，它的額定功率很大、但效能提升很小，安全性能較差，操作使用也不方便，自保護等重要功能也不齊全，線性開關的電源返修率也會比較高。以單片機技術為認知基礎，而研制生產出的新型穩定開關管不僅線路簡單、價格便宜、結構緊湊、穩定性超高，而且保留了單片機信息完全運算的功能和監控電流的功能，可以使用單片微型機對所采集到的信息作出不同的運算，也因此可以減少因騷擾系統或者模擬電路產生的錯誤，進而更有效地提高穩定開關電源所產生的電流以及監控輸出電流的準確性，并且單片機設計出嚴密的安全檢測體系，確保電源工作非常安全。

本文通過研究設計一種采用51單片機能進行數控直流穩壓的電流源，數控直流電源是我們最常用的設備，具體講述了單片機在現實生活應用中的數據調節能力和顯示的基礎原理。從而完全掌握、了解單片機相關的命令及在每個方面執行的任務。這種控制的系統主要通過AT89C51單片機、D/A轉換器、數碼管等設備構成，可實現1～12 V的電流大小調整。

1研究背景

隨著時代的發展，數碼電子也開始應用于我們生活、工作以及科學研究等方面中。本篇將推薦一款數控直流穩壓開關電源，利用變化輸入或輸出數字量來變化輸入或輸出電流值，經集成電路運放放大和射極輸入輸出器件輸入輸出，從而間接地變化輸入或輸出電流的大小等。與以往的穩壓電源比較具有操作簡單，供電穩定性較高以及輸入或輸出電流大小可以用數字表示等優點。

針對單片機本身，將主要從基于裸片、指令系統的隨意性搭配設計轉為基于數據高級語言、操作系統、集成開發環境中、軟硬件以及其它平臺，在計算機工程方法指導下新型的嵌入式系統設計方式。日漸32位嵌入式微處理器價格的下降，會出現一些以通用32位嵌入式微處理器為思想內核的單片機。其他廠家推出新型單片機時，也將一改過去的裸片方法固天下的現象，為更多用戶提供完善的軟硬件平臺提供及成套的解決方案。

2概述

2.1系統整體概述

本文數模轉換器主要采用了DAC0808型，這是一種八位數的DAC變換器，DAC0808為帶有16根插頭座的雙列直插式8位數D/A變換裝置構成。基礎電壓的準確度直接決定著D/A變換的準確性。

2.2模塊內容

（1） 散熱模塊：一種散熱模塊包含有一主均溫板、至少一種輔助均溫板、一主散熱鰭片組以及至少一種輔助散熱鰭片組。輔助均溫板連通于主均溫板，主散熱鰭片組安裝于主均溫板之上，而輔助散熱鰭片組連接于輔助均溫板，且輔助均溫板設置于主散熱鰭片組與輔助散熱鰭片組之間，以提升散熱模塊的冷卻效率［2］。

（2） 單片機：51單片機，根據本次設計需要，選用STC12C5A60S2單片機作為主控制器，基于向用戶發送實時信息功能，選擇STC12C5A60S2微處理器，選擇WiFi通信，該微處理器采用靈活的8位CPU，聯機可編程Flash。因此本研究選用了增強型的8 051單片機［6］。Spring Boot還為大中型公司推薦了經常使用的其他業務功能型的方法：健康的測試，外部配置、指標、安全等；但在項目中，不再建議采用XML的方法［3］。

（3） 整流電路：“整流集成電路”（rectifying circuit）指將交換條件電力來源轉化為直流能量的功率半導體。一般整流集成電路由變壓器設備、整流主線路和濾波器等組成。它在直流電動機的調壓、汽輪機的勵磁電壓控制、電解、電鍍等方面都獲得了應用［6］。在20世紀70年代后期，主回路中多用硅整流電阻器與晶閘管所形成。以及濾波器串聯于主回路和負荷間，用于消除直流電壓降，去除交流分量足。變壓器安裝與否則是根據情況而定。變壓器設備的主要功能就是完成交換輸入電壓和直流輸出電壓區間的相匹配，以及進行供電的放大電路之間的電隔離。

（4） 穩壓電路：穩定電路是指：當輸入電網電壓波動或負荷出現變化時仍能保證輸出電流基本恒定的電源電路。在電力系統中，迅速、準確地測量感性負載的直流負載電流，有利于對電力設備加強現場狀況送檢、使用故障診斷和實時狀態維護［4］。

（5） 顯示功能：顯示模塊所使用的是LDC1602液晶顯示屏，通過LCD1602液晶顯示的8根數據線和3根控制線通過E，RS和R/W與單片機控制器連接后就可以正常工作，而一般的使用中只需往LCD1602液晶顯示中寫指令和數據，所以，也可將LCD1602液晶顯示的R/W選擇控制端直接接地，這樣就可以節約一根數字連線。

3基于單片機的數控直流穩壓電源概要設計

3.1系統綜述

此項工程設計的主要意圖，在于提供一個安全數控穩定電源模塊。它采用以單片式微型計算機STC89C51為主的比如控制大功率器件，此工程項目設計采用按鍵集成電路與單片機緊密相連，初始化控制系統數據其它信息，專用軟件略加判別，另一方面起到監控開關電源輸出功率大的兩大功能。采用LCD1602（或LED數碼管）表示了數控開關電源的最大輸出電流，進而達到了簡易的人機交互。該控制系統的功能具備從結構簡潔清晰，操作靈活，調整簡單，攜帶方便、總成本小等優勢，具備很大的實用性價值。

3.2復位電路

RST接口單片式微型計算機的復位功能管腳，此系統及設備具有上電復位能力，也有自動恢復能力。C1、R2組成上電恢復電路，在電壓降平衡后若C1中儲存的能量的來源經數R2對地放出掉，則該系統基礎恢復正常，彈起時RST為參考電壓有效，則該系統將恢復正常。

3.3單片機部分

單片機是一種集成電路處理芯片，是傳統設計超大規模集成電路關鍵技術把具有數據處理能力的中央處理器CPU、隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統、定時器／計數器等功能實現（包括數據表示驅動主電路、脈寬調制電路、模擬多路轉接線、A/D轉換器等電路）子系統集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的微型計算機系統，在工業控制領域廣泛應用。上世紀80年代，由當時的4位、8位單片機，發展到現在的300 M的高速單片機。

3.4報警電路

該電路通過使用單片機檢測三極管（8550/9012）的通斷，來檢測控制電源發出警報。報警電路中的紅色指示燈在報警電路觸發時就會打開，紅顏色是醒目的顏色，可以讓使用者第一時間發現系統出現了問題，讓使用者能夠避免不必要的損失和傷害。當P36為高時，則充氣式三極管不通警報不響，為低則三極管的導通報警聲音響。當通過電流或短路后，則單片式微型電機中斷輸出帶，開關電路爆鳴。

4數控直流穩壓電源詳細設計以及實現

4.1鍵盤與電源指示燈功能

鍵盤是由4個按鈕所構成的開關，這是一個成本相對低的輸入輸出設備裝置，一共4個按鍵，分別代表0 V、5 V和電壓減小、電壓增加。供電閃爍：在供電指示燈有一紅LED燈表明，連接開關供電，當接上供電或啟動開關后，紅色電源燈閃爍，常亮至關閉電源。

4.2散熱模塊功能的實現

散熱計算風扇的設備結構大致上可分成環境溫度檢測單元、速度控制單位和中間處理單元等。該控制系統主要使用了單片微型機STC89C52RC當作主要控制機，并使用了數字式的溫度控制感應器DS18B20用作環境溫度檢測單元，主要是將收集的溫度數據，經過相應的運算轉化成實時數據。同時為了實時顯示氣溫、速度等數據，還使用了LCD1602液晶顯示屏，使用它不但可以方便地進行控制系統的調試，同時也便于觀測數據［5］。并且通過外部的EEPROM能夠直接對環境溫度限值加以記錄，而在上海電氣學院也能夠直接讀出這些數據，并根據需要進行設定。而對于整個系統外圍的控制部件，主要是通過鍵盤和紅外氣體化1 308。還能夠通過設置和按鍵運行轉速，以及紅外控制設備進行遠程調控操作。其中能夠通過自動設定溫度上限值，可以按照溫度設定范圍自行調節發電機速度，而直流電機也能夠按照設置好的轉速范圍進行操作，更加實用。

5基于單片機的數控直流穩壓電源的制作調試與結果分析5.1硬件電路的布線與焊接

電路線通過在我們PROTEL上的手工排線和0.5自動排線的PCB原則圖，就可以直接把工作原理圖印刷到熱印紙上，而后再通過高溫，把墨覆在銅板上，從而形成清晰的電路布線圖。因為機器自動化印刷時或人力的環境因素都可能造成斷線，必須反復查看整體情況，如發生了掉線就使用特殊防水涂料薄薄地使斷口處重返被綁在一起。

5.2電路組裝和調試

在電路安裝過程中，出現的主要困難是，由于起初考慮得不周全，或者芯片布置不適當，從而產生了不少“特長線”。不僅影響了布線效率，同時還會給后來的調整工作造成不必要的困難。當時的布線方法不少，也可以重新開始，經過再三的權衡，最后只移動了一個芯片，狀況也獲得了較大好轉。接下來的布線，由于需要不能交錯，且橫平豎直，所以在確保通信的前提下，在布線方面又下了很多功夫。

6硬件功能測試

基于單片機的數控直流穩壓電源一共擁有7個模塊，分別是：散熱模塊、顯示模塊、鍵盤與電源指示燈模塊、電壓調節模塊、電流調節模塊、過流/短路保護模塊。其中散熱模塊和過流/短路模塊是負責保護整個硬件的功能。詳細見表61。

7總結與展望

在整個設計流程中，經過對基于單片機的數控直流穩壓電源進行系統的設計分析，目前已經進入編碼階段，為了提高設備的質量，在編寫程序時應該注意開發和代碼的規范化，邏輯應該很清楚，不要有太多的冗余代碼，注重性能的提高，注釋要完善清晰便于后期的維護與開發。基于單片機設計的數控直流穩壓電源，主要包含了散熱模組、顯示器功能模塊、按鍵和電源指示燈功能模塊、壓力調整模組、電壓調整模組、過流/過壓保護功能模組。對波紋也沒進行過嚴苛規定，因此最常見的直流穩壓器就可滿足上述先決條件。在系統中使用了模擬場景元件和數字工業機械，因為需要+5 V和-15 V電源供應。本設計輸出的使用電流穩定精度非常高，可用性也非常高，可應用于對直流電壓變化需要很大的實驗裝置上，并在科學試驗室中作為實驗電源使用。

參考文獻：

［1］唐元華.MP-48/51單片機開發系統［J］.實驗技術與管理，2018（05）：42-43.DOI：10.16791/j.cnki.sjg.2018.05.013.

［2］陳志偉，張正儒，莊翔智，等. 散熱模塊［P］. 重慶市：CN217386310U，2022-09-06.

［3］尉廣軍，朱宇虹.幾種恒流源電路的設計［J］.電子與自動化，2000（01）：44-45.

［4］李維波，毛承雄， 陸繼明，等. 電力設備直流電阻測量用恒流源研究 ［J］. 電力自動化設備 ，2020.（5）：63-66.

［5］余永權. ATMEL89系列單片機應用技術［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2020年.

［6］林森，胡晴，王宇萌.基于單片機的自動氣象監測系統的設計［J］.電子元器件與信息技術，2022，6（09）：35-38.