基于51單片機的數控直流穩壓電源的設計 - 全文

1 引言
　　直流穩壓電源是電子技術常用的設備之一，廣泛的應用于教學、科研等領域。傳統的多功能直流穩壓電源功能簡單、難控制、可靠性低、干擾大、精度低且體積大、復雜度高。普通直流穩壓電源品種很多．但均存在以下問題：輸出電壓是通過粗調（波段開關)及細調(電位器)來調節。這樣，當輸出電壓需要精確輸出，或需要在一個小范圍內改變時（如 1.02~1．03V)，困難就較大。另外，隨著使用時間的增加，波段開關及電位器難免接觸不良，對輸出會有影響。常常通過硬件對過載進行限流或截流型保護，電路構成復雜，穩壓精度也不高。本文設計了一種以單片機為核心的智能化高精度簡易直流電源，克服了傳統直流電壓源的缺點，具有很高的應用價值。

　　2 系統硬件設計

　　2.1 系統總體結構
　　本系統是以AT89S51 單片機為核心控制器，具有電壓可預置、可步進調整、輸出的電壓信號和預置的電壓信號可同時顯示的數控直流電源，其硬件原理方框圖如圖1 所示。系統由AT889S51 控制電路、鍵盤電路、電源電路、D/A 電路、功放電路、短路保護及報警電路、穩壓輸出電路、LED 顯示電路八部分組成。系統通過“開關”、“+”、“-”三個按鍵來控制預置電壓的升降，并通過數碼管顯示。AT89S51 單片機送出相應的數字信號，在D/A 轉換之后輸出電流，經集成運放LM358 轉換、三極管放大、RC 網絡濾波，最終穩定。同時由LED 數碼管顯示輸出電壓；由數字電壓表測量實測值。

　　2.2 數控部分
　　主要由AT89S51 最小系統控制，它要完成鍵盤控制、預置電壓顯示控制、短路保護控制及報警控制等功能。AT89S51 最小系統如圖2 所示。

　　2.2.1 鍵盤接口電路
　　鍵盤接口電路如圖3 所示。鍵盤設計由三個按鍵控制即：“開關”鍵、“+”鍵、“-”鍵，并外接三個上拉電阻控制鍵盤去抖。此三鍵分別連接到單片機的P1.0、P1.1、P1.2 接口進行控制。

　　2.2.2 預置電壓顯示電路
　　預置電壓顯示電路如圖4 所示。本設計選用譯碼驅動器74F244，用來驅動LED 數碼管顯示預置電壓，分別由單片機P2.0～P2.7 接口控制。LED 共陰極控制端由P1.4~P1.6 接口控制，并用三極管8050 來控制LED 的顯示。

　2.3 電源部分
　　2.3.1 主電源電路
　　電源部分輸入220V、50Hz 交流電，輸出全機所需的三種電壓：+5V、+15V、-5V，主要供數控部分和D/A 轉換芯片使用；+15V 作為運放的正電源，同時也是穩壓輸出電路的主電源。該電源模塊部分拓展了-5V 負電壓，同時作為運放的負電源，如圖5 所示。

　　2.3.2 穩壓輸出部分
　　穩壓輸出部分是將控制部分送來的電壓控制字數據轉換成穩定的電壓輸出。它由轉化器（DAC0808）、集成運放LM358、晶體三極管、基準電壓源（+15V）、過流檢測電路組成。穩壓輸出模塊包括過流檢測電路，當電源過流時，過流檢測電路輸出為低電平其，送到 CPU 的 INT0 申請中斷，CPU 接收后，延遲5ms。
　　3 系統軟件設計
　　軟件控制程序由主程序和過流保護程序兩部分，其主要實現步進加減、D/A 轉換、鍵盤掃描、LED 顯示、電流報警等功能。
　　3.1 主程序
　　首先初始化系統，即AT89S51 單片機系統的初始化，再對系統時間進行設置，調用按鍵處理子程序，判斷是否有按鍵按下，若有就調用顯示處理程序，顯示處理程序在數碼管上顯示預置電壓，由單片機控制的信號經D/A 轉換后，通過檢測電路判斷是否短路，若短路則啟動中斷保護。否則，實現穩壓輸出。主流程圖如圖6 所示。