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基于 51 单片机的数控可调直流稳压电源设计
徐雨冰
(长安大学信息工程学院,陕西 西安 710064)
1 概述
稳压电源是各类电器必不可少的能源
动力,要求有较高的稳定性和实用性
[1]
。利用
单片机对直流稳压电源进行控制,可改善稳
压电源的性能,且使用方便灵活,成本较低,
同时通过改进控制系统软件,扩展其功能,
可在不增加硬件开销的壳体下提高电源的
性价比。本文利用 51 单片机设计数控可调
的直流稳压电源,通过系统设计实现数控直
流稳压电源的智能化、数字化和模块化,其
中智能化主要表现在系统有可编程模块能
对系统进行智能控制;数字化主要表现在系
统输出电压通过 LCD 液晶显示,并且能通
过按键对输出电压进行连续步进数字化调
节;模块化主要表现在系统有各个相关模块
组成,提高了系统的可靠性。
2 系统要求与方案选择
2.1 系统要求
本文设计的数控稳压电源要求如下:当输入交流电压为 220v
时,输出电压连续可调;使用按键调节电压,在 0- 9.9V 范围内可调,
调整幅度为 0.1V;采用 4 按键方式,第一个选择个位和十位电压的
加减,第二个和第三个加减 1V,第四个确认输出;显示设定电压和
测量电压,显示精度为 0.1V,显示方式 LCD 液晶显示;利用单片机
作为控制芯片。
2.2 方案选择
2.2.1 DA 的选择
方案一:8 位 DAC0832 芯片;方案二:10 位 DA,TLC5615 芯
片;方案三:采用内部自带基准源的 12 位 DA,MAX531 芯片。
DAC0832 芯片其价格低廉、接口简单、转换控制容易,早已在单片机
应用系统中得到广泛的应用;TLC5615 芯片为 10 位 DA,虽然输出
精度高,但接口稍复杂,同时该 DA 芯片价格昂贵;MAX531 芯片内
部自带 2.048V 基准源,输出精度高。综合考虑成本等因素,本文选
择 DAC0832 芯片,即方案一。
2.2.2 显示电路的选择
方案一:采用四位共阳极数码管显示,动态扫描显示方式;方案
二:采用液晶显示屏 LCD 显示。四位共阳极数码管成本低廉,但显
示灵活性及可调性较差,硬件驱动电路复杂;而液晶显示屏 LCD 显
示方便清晰,可变性和可调性突出,与单片机硬件电路的连接简单,
程序设计也较为灵活,成为单片机输出显示的首选。随着其成本的
不断降低,模块化程度不断提高,应用领域日益增多。综上所述,本
文选择方案二。
2.2.3 输入按键的选择
方案一:采用 4*4 键盘;方案二:采用 4 按键,第一个选择个位
和十位电压的加减,第二个和第三个加减 1V,第四个确认输出。4*4
的矩阵键盘,可以设置 0- 9 和步进,小数点等按键,可以快速的输
入。但是 4*4 键盘占用的 PCB 面积较大,增加了 PCB 的成本,增加
了 PCB 的布线难度,并且得占用 8 个单片机 I/0 口;采用 4 按键虽
不能直接输入 0- 9,但是可以通过“+”和“- ”来实现 0- 9 数字的输
入,这样只占用了 5 个单片机 I/O 口,节约 3 个 I/O 口,同时 PCB 的
面积和成本也进一步缩小。综上所述,本文选择方案二。
2.2.4 控制电路芯片的选择
本设计以 51 单片机为核心,因为它能实现对其他外部电路实
现简单的控制,使其电路相较于使用模拟器件连接更为简单。
3 系统设计思路及原理
3.1 系统框图结构的设计
本设计包括硬件、软件两部分。硬件设计主要包括单片机最小
系统模块、变压器、稳压电路、放大电路、D/A 转换、显示电路几个部
分组成的稳压电源。软件设计主要包括初始化程序、中断程序、按键
扫描控制程序。系统的框图结构如图 1 所示。
3.2 系统工作原理
如图 1 所示,该稳压电源系统最终要实现电压准确且稳定的输
出。具体设计思路:外接 220V 的交流电源经过整流滤波后得到稳定
的给上述各部分单元提供工作电源,其中整流电路是利用二极管的
单向导电性将正负变化的交流电压变为单向脉动电压的电路。在交
流电源的作用下,整流二极管周期性地导通和截止,使负载得到脉
动直流电。在电源的正半周,二级管导通,使负载上的电流与电压波
形形状完全相同;在电源电压的负半周,二极管处于反向截止状态,
承受电源负半周电压,负载电压几乎为零。然后再利用独立键盘给
单片机设定预输出值,并通过 DAC0832 芯片转化为模拟量,再经过
作者简介:徐雨冰(1995-),男,福建南平人,长安大学信息工程学院电子信息工程专业,学生,主要从事通信方面研究。
摘 要:随着电子科技的飞速发展,稳压电源的应用也越来越广泛,电源的质量优劣可以直接影响电气设备与控制系统的工作性能。
传统的稳压电源存在着输出稳定性低、精度不高以及高损耗等不足之处。针对传统电源的不足本文设计了一款数控可调直流稳压电源,
该稳压电源输出电压范围为 0-9.9V 可调,调整幅度为 0.1 V,采用 51 系列单片机作为整体控制单元,通过改变输入数字量来改变输出电
压值,经集成运放与射极输出器输出,间接地改变输出电压的大小,具有输出稳定性高、精度高、损耗低等优点。
关键词:数控可调;稳压电源;单片机
图 1 总体设计框图
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