基于單片機的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源

1、基于單片機的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源一、引言（1）題目要求：利用LM317三端穩(wěn)壓器，設計制作一個數(shù)控穩(wěn)壓電源，要求：1、輸出電壓：2-15V，步進0.1V，紋波10mV； 2、輸出電流0.5A；3、輸出電壓值由數(shù)碼管顯示，由“+”、“-”鍵分別控制輸出電壓的步進（2）概況：直流穩(wěn)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(tǒng)的多 功能直流穩(wěn)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(wěn)壓電源品種很多但均存在以下問題：輸出電壓是通過粗調(diào)（波段開關)與細調(diào)(電 位器)來調(diào)節(jié)。這樣，當輸出電壓需要精確輸出，或需要在一個小圍改變時（如 1.02103V)

2、，困難就較大。另外，隨著使用時間的增加，波段開關與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(gòu)成復雜，穩(wěn)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(tǒng)直流電壓 源的缺點，具有很高的應用價值。二、系統(tǒng)設計（1）方案論證：方案：采用單片機控制此方案采用 AT89C51單片機作為整機的控制單元，通過改變輸入數(shù)字量來改變輸出電壓值。這里主要利用單片機程控輸出數(shù)字信號，經(jīng)過 D /A 轉(zhuǎn)換器( DA0832)輸出模擬量，然后使用運算放大器把電流轉(zhuǎn)換成電壓，在通過三段穩(wěn)壓器LM317使得輸出電壓和輸出電流達到穩(wěn)壓的目的。方案論證：

3、1、輸出模塊：使用運算放大器做前級的運算放大器，由于運算放大器具有很大的電源電壓抑制比，可以減少輸出端的紋波電壓。使用LM317做電流穩(wěn)壓器，把電流穩(wěn)定到0.5A。2、數(shù)控模塊：采用AT89C51單片機完成整個數(shù)控部分的功能，同時,AT89C51作為一個智能化的可編程器件，便于系統(tǒng)功能的擴展。3、顯示模塊：本來準備使用液晶顯示，可是想想我們的層次不夠，液晶現(xiàn)實的額程序不會寫，只能退而其次，選擇使用單片機通過鎖存器控制8段LED數(shù)碼管直接顯示，這樣可以精確的顯示輸出電壓。（2）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：單片機顯示電路按鍵D/A轉(zhuǎn)換放大電路穩(wěn)壓電路輸出電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計圖如上圖所示。該系統(tǒng)主要由單片機最小控制系統(tǒng)、

4、顯示電路、獨立按鍵、D/A轉(zhuǎn)換電路、放大電路和穩(wěn)壓電路組成。單片機設定預輸出值，并可以通過獨立鍵盤改變單片機的預設值。然后通過DAC0832轉(zhuǎn)化為模擬量，再經(jīng)過運算放大和穩(wěn)壓穩(wěn)流電路最后輸出預設電壓值，通過LED顯示能夠直觀的看到預設值。因為器材原因，我們設計的穩(wěn)壓電源采用的是外部穩(wěn)壓器提供的電源。這樣雖然算不上是一個完整的數(shù)控直流穩(wěn)壓電源，但是，除了這點，我們設計的電源基本已經(jīng)復合要求。（3）硬件設計： 1、最小系統(tǒng)控制電路設計：最小控制系統(tǒng)由STC單片機、晶振、獨立鍵盤和復位電路等組成。如下圖所示。AT89C51的管腳排列如上圖所示，9管腳接復位電路，18、19管腳為晶振的兩個輸入端，20

5、管腳接地，40管腳接+5V。晶振Y1和兩個電容C2、C3構(gòu)成自激震蕩，連接到單片機的X1和X2端，電解電容C4、電阻R5和按鍵S5構(gòu)成復位電路，連接到單片機的復位端。當按鍵S5按下后，復位端通過R5與+5V電源接通，電容迅速放電，使RST管腳為高電平；當復位按鍵S5彈起后，+5V電源通過R6對電容C4重新充電，RST管腳出現(xiàn)復位正脈沖。2、D/A轉(zhuǎn)換電路設計：如上圖所示，DA0832的8位數(shù)據(jù)線D0D7與單片機的P1口連接，1管腳（CS）和17管腳（Xfer）接地，8管腳(Vref)的參考電壓為5V，則LSB=5V/28=0.02V，即最小分表率為0.02V。11管腳（Iout1）和12管腳（

6、Iout2）為電流輸出端。3、放大電路與穩(wěn)壓穩(wěn)流電路設計：如上圖所示，本設計中將DAC0832的Iout2接地，采用Iout1輸出，然后接運算放大LM358P將輸出電流轉(zhuǎn)化為電壓。經(jīng)過LM358P轉(zhuǎn)化后的電壓值也為5V。為了達到與單片機預設電壓圍215V同步，輸出端電壓需要經(jīng)過二級放大。第一級不放大，直接將D/A輸出的電流轉(zhuǎn)化為電壓，第二級放大，放大倍數(shù)=R2/R1=5.5K/1.1K=5。這里的R2由于找不到5.5K的電阻，所以用電位器代替。因為DA0832轉(zhuǎn)換后的電壓的圍為05V，即DA0832的8位輸入端全為高電平1時，輸出電壓為5V，輸入端全為低電平0時，輸出電壓為0V，且呈線性變化。

7、為此為了使輸出與LED顯示同步，必須經(jīng)過放大倍數(shù)=5的二級放大。再經(jīng)過運放放大后的電壓已經(jīng)復合要求，可是電流卻沒有復合要求，這就要用到了三段穩(wěn)壓器LM317。在這里，LM317作為電流穩(wěn)壓器，其應用電路如下圖所示，其中,所以R1的值應該為2.5?？墒牵覀冊趯嶒炇夷苷业降淖钚‰娮枋?00，這還是遠遠大于2.5。所以我們的輸出電流才6ma。這里還要說的是，本來我們采用的運算放大器是Lm324n，可是，因為我的不小心，在測試運放放大的時候，把芯片燒壞了。并且我們手頭沒有多余的芯片，幸虧和我們做同一方案的同學有運放Lm358p，所以我們也采用了Lm358p。4、顯示模塊設計：如上圖所示，顯示部分采用

8、數(shù)碼管sr410561k，鎖存器74HC573。數(shù)碼管段碼ADP接鎖存器1的Q0Q7，數(shù)碼管的位選13接鎖存器2的Q0Q3。P0接鎖存器1、2的D0D7。鎖存器1的LE接單片機P22，鎖存器2的LE接單片機 P23。數(shù)碼管的adp接鎖存器1的Q0Q7，數(shù)碼管的位選13分別接鎖存器2的Q0Q3。在使用數(shù)碼管的過程中，我們發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管的位選直接接到單片機的P2口上，會使數(shù)碼管的亮度不夠?，F(xiàn)在我們有2種方法解決。第一，接上拉電阻，經(jīng)計算，200左右的電阻可使數(shù)碼管達到最亮，為了保險起見，可以使用400的電阻。但當時我們手頭剛好沒有400的電阻，所以我們采用了第二種方法，把數(shù)碼管的位選接鎖存器上。（4）

9、 軟件設計：程序流程圖設計：程序設計流程圖下圖所示。 程序開始以后，首先程序初始化，顯示LED預設的初始電壓值。然后進行按鍵檢測，如果沒有按鍵按下，LED顯示的電壓不變；如果有按鍵按下，確認當前LED的調(diào)整值。接著啟動D/A轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換后的模擬量送給系統(tǒng)最終輸出端。程 序 初 始 化鍵 盤 掃 描D/A轉(zhuǎn)換開始鍵盤掃描NoYes顯示程序結(jié)束程序代碼：在附錄（5） 系統(tǒng)調(diào)試：顯示模塊調(diào)試 ：算出數(shù)碼管的段碼，位選，使數(shù)碼管能正確的顯示預設值。 按鍵模塊調(diào)試：消除抖動，使我們按一下按鍵的加、減鍵時，能實現(xiàn)顯示程序的步進0.1。 放大穩(wěn)壓電路調(diào)試：為了使輸出電壓和顯示模塊對應，我們要調(diào)節(jié)放大電路的方

10、法倍數(shù)。假使顯示的電壓為11.3v，那么因為三端穩(wěn)壓器的自帶電壓為1.25v，所以放大電路輸出電壓因為11.3-12.510v，所以一級放大的輸出電壓應為-2v，二級放大的電壓應為10v。穩(wěn)流方面，因為器材的原因，我們只能把電流穩(wěn)定在6ma。（6） 系統(tǒng)測試：各個模塊連接起來后，因為電路的改變，可能會改變輸出值的大小，所以我們要進行整體的測試：先測試放大電路的第一級放大，然后調(diào)整LM358P和DAC0832連接的那個電位器，使輸出電壓再次達到預想值。再調(diào)整第二級放大，把放大倍數(shù)再次調(diào)為5倍。 把程序下載到硬件電路，測試最后輸出值，是否為我們的預想值三、總結(jié)附錄：程序代碼：#include<

11、;reg51.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned char#define DAC0832_PORT P1sbit duanxuan=P26;sbit weixuan=P25;sbit cs=P22;sbit wr1=P23;sbit S1=P20;/加sbit S2=P21;/減uchar num=20;uchar code table=0x03,0x9f,0x25,0x0d,0x99,0x49,0x41,0x1f,0x01,0x09;void delay(uint z) /延時z ms子程序 uint x,y;for(x=

12、z;x>0;x-)for(y=110;y>0;y-);init()/初始化子函數(shù) P1=num; uchar keyscan()/鍵盤掃描程序 if(S1=0) delay(10); /鍵盤按鍵消抖if(S1=0)if(num=150)num=20;elsenum+;while(!S1);/松手檢測 if(S2=0) delay(10); if(S2=0)if(num=20)num=150;elsenum-;while(!S2);/松手檢測 return(num);void display()/顯示程序 duanxuan=1;P0=tablenum/100;/十位duanxuan=0;weixuan=1; P0=0x80;weixuan=0;delay(1);duanxuan=1;P0=(tablenum%100/10)&0xfe);/個位duanxuan=0;weixuan=1; P0=0x40;weixuan=0;delay(1);duanxuan=1;P0=tablenum%10;/小數(shù)duanxuan