基于單片機的直流穩壓電源智能控制系統設計

隨著電力電子技術的迅速發展，直流電源應用非常廣泛，其好壞直接影響著電氣設備或控制系統的工作性能。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。而基于單片機控制的直流穩壓電源能較好地解決以上傳統穩壓電源的不足。其良好的性價比更能為人們所接受，因此，具有一定的設計價值。

一、系統設計

（一）方框圖設計。

該電路采用單片機（AT89C51）作為主控電路，由三端集成穩壓器（LM317）作為穩壓輸出部分。另外，電路還增加參考電壓電路、D/A轉換電路、電壓放大電路、顯示電路等部分電路。其方框圖如圖1所示：

圖1 用單片機制作的直流穩壓可調電源框圖

整個電路的運行需要模擬電壓源提供+5V，±15V的模擬電壓，以便使電路中的集成數字芯片能夠正常工作。電路運行時，首先由單片機設置初始電壓值，并送顯示電路顯示。然后將電壓值送D/A轉換電路進行數模轉換，再經放大電路進行電壓放大，最終反饋到三端集成穩壓器（LM317）輸出模擬電壓。

（二）硬件設計。

本電路的硬件組成部分主要由單片機（AT89C51）、變壓器、整流電路、濾波電路、穩壓器（LM317）、參考電壓電路、D/A轉換電路（DA0832）、放大電路、顯示電路等組成。

硬件電路如圖2所示，整個電路通過單片機（AT89C51）控制，P0口和DAC0832的數據口直接相連，DA的CS和WR1連接后接P26，WR2和XFER接地，讓DA工作在單緩沖方式下。DA的11腳接參考電壓，通過調節可調電阻使LM336的輸出電壓為5.12V，所以在DAC的8腳輸出電壓的分辨率為5.12V/256=0.02V，也就是說DA輸入數據端每增加1，電壓增加0.02V。

基于單片機的直流穩壓電源智能控制系統設計

圖2 單片機控制直流電壓輸出電路圖

DA的電壓輸出端接放大器OP07的輸入端，放大器的放大倍數為（R8+R9） /R8=（1K+4K） /1K=5，輸出到電壓模塊LM317的電壓分辨率為0.02V×5=0.1V.所以，當MCU輸出數據增加1的時候，最終輸出電壓增加0.1V，當調節電壓的時候，可以以每次0.1V的梯度增加或者降低電壓。

本電路設計兩個按鍵，S1為電壓增鍵，S2為電壓減鍵，按一下S1，當前電壓增加0.1v，按一下S2，當前電壓減小0.1V.

顯示部分由三位共陽數碼管和74LS164串入并出模塊組成，電路如圖3所示，可以顯示三位數，一位顯示十位，一位顯示個位，另外還有一個小數位，比如可以顯示12.5v，采用動態掃描驅動方式。本主電路的原理就是通過MCU控制DA的輸出電壓大小，通過放大器放大，給電壓模塊作為最終輸出的參考電壓，真正的電壓，電流還是穩壓模塊LM317輸出。

基于單片機的直流穩壓電源智能控制系統設計

圖3 顯示部分

（三）軟件設計

在本電路中由于CPU的工作任務是單一的，因此，源程序的工作過程為：系統上電復位后，默認輸出9V電壓，然后掃描S1，S2鍵，當S1或S2鍵有按下時，程序跳轉至相應的按鍵處理子程序，經按鍵子程序處理后，再嵌套調用顯示子程序，完成顯示與輸出操作后返回主程序，繼續掃描此兩鍵，程序運行原理如下：

程序設計需要考慮的主要問題有兩個方面：一方面要找出數字量Dn與輸出電壓的關系，這是程序設計的依據；另一方面要建立顯示值與輸出電壓值的對應關系，這是程序設計是否成功的標志。因為在本系統中，顯示的輸出電壓值不是之前從輸出電路中通過檢測得到的，因此顯示與輸出并不存在直接聯系。但為了使顯示值與實際輸出值相一致，在程序編寫時，必須人為地為兩者建立某種關系。采用的方法是：在程序存儲器中建立TAB1和TAB2兩張表格，TAB1放101個Dn值，數值從小到大順序排列，其值分別對應輸出電壓0~10v，TAB2存放數碼顯示器0~9字符所對應的數據。TAB1表格的數據指針存放在內存RAM中23H單元，內存20H， 21H和22H三個單元分別存放數碼顯示器小數點一位，個位和十位的字符數據指針。在主程序中初始化后之后首先給23H賦予40的偏移量，這個偏移量指向TAB表中的Dn為145，此值對應的輸出電壓為9V，由于這個原因，必然要求顯示器顯示的字符為“05.0”，為此，須分別給20H， 21H和22H賦予0，5和0的偏移量，這三個偏移量分別指向TAB2中0，5和輸出兩者之間就建立了初步的對應關系。為了使兩者保持這種對應的關系，在K1和K2按鍵處理子程序中，必須使23H， 20H， 21H和22H四個數據指針保持“同步”地變化，即為當K有鍵時， 23H單元增加1指向下一Dn時， 20H單元也相應增加1指向下一字符，并且20H單元（小數點一位指針）、21H單元（個位指針）和22H元（十位指針）應遵循十進制加法的原則，有進位時相應各位應作出相應地變化；當K2有鍵時，23H單元減1指向前一Dn時， 20H單元也相應減1指向前一字符，并且20H， 21H， 22H三個單元的數據指針應遵循十進制減法原則，有借位時相應的各位須作出相應地變化。按照這一算法只要控制TAB1表格數據指針不超出表格的長度就能使顯示值與輸出值保持一一對應的關系，即顯示器能準確地顯示出電源輸出電壓值的大小，達到電路設計的目的。由于理論計算與實際情況還存在著一定的差異，為了使顯示值更加接近實際輸出值，本電路需要對輸出電壓進行校正。

二、調試與分析

調試儀器：數字萬用表、電烙鐵、斜口鉗、尖嘴鉗、吸錫器、鑷子。

硬件調試：首先檢查整個電路，電路連接完好，沒有明顯的錯接，漏連。接上電源，電源指示類亮，數碼管顯示初始電壓值+5V，用萬用表的兩只表筆測試LM317的輸出電壓為4.96V。當按下S1鍵一次，數碼顯示電壓值變為4.9V，萬用表讀數變為4.85V.再按下S2鍵一次，數碼顯示電壓值變為5.0V，萬用表讀數再次變為4.96V.通過改變顯示電壓值，用萬用表測得幾組輸出電壓數據見表1：

表1 電壓調試所測數據對比分析表單位：V

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