基于單片機的數控直流穩壓電源一、引言〔1〕題目要求：利用LM317三端穩壓器，設計制作一個數控穩壓電源，要求：1、輸出電壓：2-15V，步進0.1V，紋波≤10mV；2、輸出電流0.5A；3、輸出電壓值由數碼管顯示，由“+〞、“-〞鍵分別控制輸出電壓的步進〔2〕概況：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。二、系統設計〔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，通過改變輸入數字量來改變輸出電壓值。這里主要利用單片機程控輸出數字信號，經過D/A轉換器(DA0832)輸出模擬量，然后使用運算放大器把電流轉換成電壓，在通過三段穩壓器LM317使得輸出電壓和輸出電流到達穩壓的目的。方案論證：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做電流穩壓器，把電流穩定到0.5A。2、數控模塊：采用AT89C51單片機完成整個數控局部的功能，同時,AT89C51作為一個智能化的可編程器件，便于系統功能的擴展。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數碼管直接顯示，這樣可以精確的顯示輸出電壓。〔2〕系統結構：單單片機顯示電路按鍵D/A轉換放大電路穩壓電路輸出電路系統結構設計圖如上圖所示。該系統主要由單片機最小控制系統、顯示電路、獨立按鍵、D/A轉換電路、放大電路和穩壓電路組成。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轉化為模擬量，再經過運算放大和穩壓穩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，我們設計的穩壓電源采用的是外部穩壓器提供的電源。這樣雖然算不上是一個完整的數控直流穩壓電源，但是，除了這點，我們設計的電源根本已經復合要求。〔3〕硬件設計：1、最小系統控制電路設計：最小控制系統由STC單片機、晶振、獨立鍵盤和復位電路等組成。如下列圖所示。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管腳接地，40管腳接+5V。晶振Y1和兩個電容C2、C3構成自激震蕩，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管腳出現復位正脈沖。2、D/A轉換電路設計：如上圖所示，DA0832的8位數據線D0~D7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，那么LSB=5V/2^8=0.02V，即最小分表率為0.02V。11管腳〔Iout1〕和12管腳〔Iout2〕為電流輸出端。3、放大電路與穩壓穩流電路設計：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將輸出電流轉化為電壓。經過LM358P轉化后的電壓值也為5V。為了到達與單片機預設電壓范圍2~15V同步，輸出端電壓需要經過二級放大。第一級不放大，直接將D/A輸出的電流轉化為電壓，第二級放大，放大倍數=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轉換后的電壓的范圍為0~5V，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。為此為了使輸出與LED顯示同步，必須經過放大倍數=5的二級放大。再經過運放放大后的電壓已經復合要求，可是電流卻沒有復合要求，這就要用到了三段穩壓器LM317。在這里，LM317作為電流穩壓器，其應用電路如下列圖所示，其中,所以R1的值應該為2.5Ω。可是，我們在實驗室能找到的最小電阻是200Ω，這還是遠遠大于2.5Ω。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，顯示局部采用數碼管sr410561k，鎖存器74HC573。數碼管段碼A~DP接鎖存器1的Q0~Q7，數碼管的位選1~3接鎖存器2的Q0~Q3。P0接鎖存器1、2的D0~D7。鎖存器1的LE接單片機P2^2，鎖存器2的LE接單片機P2^3。數碼管的a~dp接鎖存器1的Q0~Q7，數碼管的位選1~3分別接鎖存器2的Q0~Q3。在使用數碼管的過程中，我們發現數碼管的位選直接接到單片機的P2口上，會使數碼管的亮度不夠。現在我們有2種方法解決。第一，接上拉電阻，經計算，200Ω左右的電阻可使數碼管到達最亮，為了保險起見，可以使用400Ω的電阻。但當時我們手頭剛好沒有400Ω的電阻，所以我們采用了第二種方法，把數碼管的位選接鎖存器上。〔4〕軟件設計：程序流程圖設計：程序設計流程圖下列圖所示。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的調整值。接著啟動D/A轉換，將轉換后的模擬量送給系統最終輸出端。NoYes程序代碼：在附錄〔5〕系統調試：顯示模塊調試：算出數碼管的段碼，位選，使數碼管能正確的顯示預設值。按鍵模塊調試：消除抖動，使我們按一下按鍵的加、減鍵時，能實現顯示程序的步進0.1。放大穩壓電路調試：≈10v，所以一級放大的輸出電壓應為-2v，二級放大的電壓應為10v。穩流方面，因為器材的原因，我們只能把電流穩定在6ma。〔6〕系統測試：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，然后調整LM358P和DAC0832連接的那個電位器，使輸出電壓再次到達預想值。再調整第二級放大，把放大倍數再次調為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、總結附錄：程序代碼：#include<reg51.h>#defineuintunsignedint#defineucharunsignedchar#defineDAC0832_PORTP1sbitduanxuan=P2^6;sbitweixuan=P2^5;sbitcs=P2^2;sbitwr1=P2^3;sbitS1=P2^0;//加sbitS2=P2^1;//減ucharnum=20;ucharcodetable[]={0x03,0x9f,0x25,0x0d,0x99,0x49,0x41,0x1f,0x01,0x09};voiddelay(uintz)//延時zms子程序{ uintx,y; for(x=z;x>0;x--) for(y=110;y>0;y--); }init()//初始化子函數{ P1=num; }ucharkeyscan()//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; } else { num++; } } while(!S1); //松手檢測 } if(S2==0) { delay(10); if(S2==0) { if(num==20) { num=150; } else { num--; } } while(!S2); //松手檢測 } return(num);}voiddisplay()//顯示程序{ duanxuan=1; P0=table[num/100];//十位 duanxuan=0; weixuan=1;P0=0x80; weixuan=0; delay(1); duanxuan=1; P0=((table[num%100/10])&0xfe);//個位 duanxuan=0; weixuan=1;P0=0x40; weixuan=0; delay(1); duanxuan=1; P0=table[num%10];//小數 duanxuan=0; weixuan=1;P0=0