直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉久銘　王彬　方健

【摘 要】該設(shè)計(jì)利用單片機(jī)對(duì)直流穩(wěn)壓電源進(jìn)行控制，改善了電源的性能，使用方便靈活，且成本低。為實(shí)現(xiàn)直流電壓調(diào)節(jié)的輸出，主要的控制器采用AT89S51，DAC0808輸出調(diào)節(jié)模塊，通過(guò)按鍵手動(dòng)控制，利用數(shù)碼管顯示電壓信號(hào)，該系統(tǒng)操作使用方便，具有較高的使用價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】AT89S51單片機(jī);數(shù)碼管;DAC0808

中圖分類號(hào)： TN86 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）22-0038-002

隨著電子產(chǎn)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(chǎn)品向更高更好發(fā)展的同時(shí)，對(duì)現(xiàn)代化的電子產(chǎn)品的各種性能要求也越來(lái)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(jiàn)，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(lái)了極大的便利。

本文主要研究基于AT89S51單片機(jī)的直流穩(wěn)壓電源。利用數(shù)字化信息對(duì)直流電源進(jìn)行操控，設(shè)置電壓的初始值，對(duì)分級(jí)電壓進(jìn)行調(diào)整，使之符合規(guī)定，并通過(guò)LED顯示輸出電壓的數(shù)值。

1 系統(tǒng)組成

本設(shè)計(jì)采用AT89S51單片機(jī)來(lái)控制整個(gè)系統(tǒng)。它可以利用數(shù)字化信息對(duì)直流電源進(jìn)行操控，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)置電壓的初始值，可以分級(jí)對(duì)電壓進(jìn)行調(diào)整，使之符合規(guī)定，還可以同時(shí)在LED顯示輸出電壓的數(shù)值以及設(shè)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(zhuǎn)換電路;（6）短路保護(hù)報(bào)警電路;（6）LED顯示電路;（7）穩(wěn)壓輸出電路。系統(tǒng)設(shè)置電壓的初始值的大小是通過(guò)鍵盤上的“開(kāi)關(guān)”，“+”和“-”三個(gè)鍵控制并且在LED數(shù)碼管上顯示數(shù)值。相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)是通過(guò)AT89S51微控制器發(fā)送。把相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)，集成運(yùn)算放大器LM358接收到送來(lái)的模擬信號(hào)再次進(jìn)行轉(zhuǎn)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(shí)，輸出電壓的數(shù)值會(huì)在LED數(shù)碼管上顯示出來(lái)，并用精確度更高的數(shù)字電壓表來(lái)測(cè)量電壓值。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

以AT89S51單片機(jī)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(chǔ)上添加了可以控制顯示設(shè)定的電壓初始值，控制鍵盤上按鍵，對(duì)短路情況的保護(hù)控制以及發(fā)現(xiàn)短路或異常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)發(fā)出報(bào)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(shí)現(xiàn)硬件的開(kāi)停自如以及調(diào)整電壓的大小，本文設(shè)計(jì)了“開(kāi)關(guān)”鍵、“+”鍵以及“-”鍵來(lái)對(duì)鍵盤進(jìn)行控制，并且為了消除按鍵機(jī)械彈性而單片機(jī)判別有誤，在每一個(gè)按鍵上加一個(gè)上拉電阻。這三個(gè)按鈕是通過(guò)連接到單片機(jī)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(guó)用電的標(biāo)準(zhǔn)，將采用我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的220V、50Hz的交流電來(lái)驅(qū)動(dòng)整個(gè)主電路部分，并通過(guò)一系列的電壓變換轉(zhuǎn)換成本次設(shè)計(jì)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(hào)轉(zhuǎn)化模擬信號(hào)芯片提供動(dòng)力;一般選用+15V為運(yùn)算放大部分的動(dòng)力，同時(shí)也為主電路提供動(dòng)力，同時(shí)還會(huì)形成一個(gè)-5V的運(yùn)算放大部分的負(fù)電源。

系統(tǒng)設(shè)置的電壓初始值顯示電路，設(shè)置電壓的初始值的LED數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)裝置是譯碼驅(qū)動(dòng)器74F244，單片機(jī)的P2.0-P2.7接口可以對(duì)系統(tǒng)設(shè)置電壓的初始值進(jìn)行調(diào)節(jié)。為了使LED公共端在低電平的時(shí)候顯示我選用共陰極的，并且有單片機(jī)的P1.4-P1.6接口來(lái)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(zhuǎn)化而來(lái)，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(gè)轉(zhuǎn)換器（DAC0808）（2）一個(gè)集成運(yùn)算放大器LM358（3）一個(gè)晶體三級(jí)管（4）一個(gè)參考電壓源（+15V）（5）一個(gè)能夠檢測(cè)出工作電流是否超過(guò)額定值的功能性電路。電流檢測(cè)電路是能夠保證輸出的電壓是穩(wěn)定的電路。

當(dāng)接收到的電流檢測(cè)電路發(fā)出的是低電平脈沖時(shí)，這就意味著系統(tǒng)的電流超過(guò)了額定值。單片機(jī)中的CPU就會(huì)發(fā)出外部中斷0的請(qǐng)求，并延遲5ms執(zhí)行中斷命令。如圖2所示。

3 軟件設(shè)計(jì)

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(gè)主程序是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還需要添加一個(gè)過(guò)流保護(hù)程序來(lái)使穩(wěn)壓電源更加的穩(wěn)定可靠。主要實(shí)現(xiàn)了預(yù)置電壓的升降、數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)、鍵盤掃描、LED顯示、電流報(bào)警等功能。

3.1 主程序

為了使單片機(jī)回歸到最起始的工作狀態(tài)，我們要按下復(fù)位按鈕使AT89S51單片機(jī)復(fù)位，然后對(duì)系統(tǒng)的時(shí)間進(jìn)行設(shè)置，并通過(guò)鍵盤掃描的子程序來(lái)確定是否有鍵按下，若有，通過(guò)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(shè)置的系統(tǒng)電壓。經(jīng)過(guò)數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)的控制限號(hào)被檢測(cè)電路接收，并對(duì)系統(tǒng)發(fā)生短路進(jìn)行判斷，若存在短路現(xiàn)象則啟動(dòng)中斷保護(hù)，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(hào)轉(zhuǎn)換而成的模擬信號(hào)先被過(guò)流檢測(cè)電路接收，檢測(cè)電路開(kāi)始工作并發(fā)出信號(hào)，這個(gè)信號(hào)會(huì)被單片機(jī)的最小系統(tǒng)接收并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)采樣分析流程圖如下。

4 結(jié)束語(yǔ)

本設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)種智能一穩(wěn)壓電源，不但電路簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊，價(jià)格低廉，性能卓越。所研制的智能穩(wěn)壓電源可利用單片機(jī)設(shè)置周密的保護(hù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，確保電源運(yùn)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(jià)值。

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