基于单片机控制的程控稳压直流电源的设计

目录摘要…………………………………………………………………………………iAbstract……………………………………………………………………………ii1引言……………………………………………………………………………12系统分析…………………………………………………………………………13方框框图…………………………………………………………………………24系统设计…………………………………………………………………………34.1稳压输出部分……………………………………………………………34.1.1稳压输出原理………………………………………………………4.1.2稳压输出部分仿真图………………………………………………..4.2数字控制部分…………………………………………………………………34.2.1单片机部分……………………………………………………………..4.2.2D/A转换部分…………………………………………………………..4.2.3A/D转换部分…………………………………………………………4.3键盘部分……………………………………………………………………94.4显示部分……………………………………………………………………..4.4.1串行部分………………………………………………………………4.4.2并行部分……………………………………………………………….5电路流程图……………………………………………………………………126电源测试结果……………………………………………………………136.1电压测试……………………………………………………………………146.2性能测试……………………………………………………………………14结论…………………………………………………………………………………14致谢…………………………………………………………………………………15参考文献……………………………………………………………………………16一引言几乎所有的电子设备都需要稳定的直流电源，因此直流稳压电源的应用非常的广泛。直流稳压电源的电路形式有很多种,有串联型、开关型、集成电路、稳压管直流稳压电源等等。在电子设备中，直流稳压电源的故障率是最高的（长期工作在大电流和大电压下,电子元器件很容易损坏）但在直流稳压电源中，通过整流、滤波电路所获得的直流电源的电压往往是不稳定的。输出电压在电网电压波动或负载电流变化时也会随之有所改变。电子设备电源电压的不稳定,将会引起很多问题。设计出质量优良的直流稳压电源，才能满足各种电子线路的要求。因此,直流稳压电源的研究就颇为重要。目前产生直流稳压电源的方法大致分为两种:一种是模拟方法，另一种是数字方法。前者的电路均采用模拟电路控制，而后者则是通过数字电路进行自动控制。直流稳压电源朝着数字化方向发展。因此对于数控恒压源的研究是必要的。随着科学技术飞速发展,对电源可靠性、输出精度和稳定性要求越来越高,利用D/A转换器的高分辨率和单片机的自动检测技术设计程控电源就显示出其优越性。程控电源既能方便输入和选择预设电压值又具有较高精度和稳定性，而且可以任意设定输出电压或电流，所有功能由面板上的键盘控制单片机实现，给电路实验带来极大的方便,提高了工作效率。3总体方案框图系统总体方案框图如图1所示:图1系统原理框图直流输入输出调整单元恒压输出测试通道芯片供电部分D/A转换器反馈通道单片机及外围电路A/D转换器键盘数码管显像4系统部分功能设计4.1稳压输出部分4.1.1稳压输出原理与电路这部分将数控部分送来的电压控制字转换成稳定电压输出。D/A转换部分的输出电压作为稳压输出电路的参考电压。稳压输出电路的输出与参考电压成比例。稳压输出电路采用的是串联式反馈稳压电路（如图2），在电路中，Q1—TIP122为调整管，U6A—LM358为比较放大器，R19、R22组成反馈网络。D/A转换电路的输出电压DAOUT接到U6A的同向端，稳压电源的输出经R19、R22组成的取样电路分压后送到运放U6A的反向端，经运放比较放大后，驱动调整管Q1。路平衡时，D/A电路的输出电压与取样后的电压相等。稳压输出部分的过流保护电路由R21和Q2组成。设为保护动作电流，则当电源输出电流I增加到时，R21上的压降*R21使得Q2管导通，分掉了Q1上的基极电流，使输出I不再增加，起到了过流保护作用。图2稳压输出部分Q1R21R20LM3588R22R19.4.1.2稳压输出部分仿真图图3稳压电路仿真图一般的直流稳压电源是用可变电阻来实现输出电压的调节，那么要在直流稳压电源的基础上实现数字控制的话，实际上很简单，我们只要将可变电阻换成数字控制部分来代替，就能实现数控恒压源这一课题。所以，首先要做的，就是选择合适的稳压输出电路并对其可行性进行了仿真。如图9，很容易就验证了此稳压输出电路的可靠。4.2数字控制部分4.2.1.单片机部分控制部分是系统整机协调工作和智能化管理的核心部分，采用AT89S52单片机实现控制功能是其关键，采用单片机不但方便监控，并且大大减少硬件设计。4.2.2D/A转换部分系统设置D/A转换接口，采用8位模数转换器DAC0832。其电路图如图中所示。CSWr1GNDD13D12D11VREFRFBGNDVCCILEWR2XFERD14D15D16D17LOUT2D/A转换部分的输出电压作为稳压输出电路的参考电压。稳压输出电路的输出与参考电压成比例。8位字长的D/A转换器具有256种状态。当电压控制字从0，1，2，……到256时，电源输出电压为0.0，0.06，……15.0。其时序图如图所示、Clk为时钟端，，LOAD为输入控制信号。每路电压输出值的计算：V0=REF*data/256*2REF为参考电压，data为输入8位的比特数据；我们这里用的REF=5v；CLKLOAD4.2.3A/D转换部分A/D转换部分我们采用美国国家半导体公司生产的一种8位分辨率、双通道A/D转换芯片ADC0832。：ADC0832是美国国家半导体公司生产的一种8位分辨率、双通道A/D转换芯片。由于它体积小，兼容性，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，其目前已经有很高的普及率。学习并使用ADC0832可是使我们了解A/D转换器的原理，有助于我们单片机技术水平的提高。1.ADC0832具有以下特点：8位分辨率；·双通道A/D转换；·输入输出电平与TTL/CMOS相兼容；·5V电源供电时输入电压在0~5V之间；·工作频率为250KHZ，转换时间为32μS；·一般功耗仅为15mW；·8P、14P—DIP（双列直插）、PICC多种封装；·商用级芯片温宽为0°Cto+70°C，工业级芯片温宽为−40°Cto+85°C；2.芯片接口说明：·CS_片选使能，低电平芯片使能。·CH0模拟输入通道0，或作为IN+/-使用。CH1模拟输入通道1，或作为IN+/-使用。·GND芯片参考0电位（地）。·DI数据信号输入，选择通道控制。·DO数据信号输出，转换数据输出。·CLK芯片时钟输入。·Vcc/REF电源输入及参考电压输入（复用）。ADC0832为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在0~5V之间。芯片转换时间仅为32μS，据有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变的更加方便。通过DI数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。单片机对ADC0832的控制原理：正常情况下ADC0832与单片机的接口应为4条数据线，分别是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端与DI端在通信时并未同时有效并与单片机的接口是双向的，所以电路设计时可以将DO和DI并联在一根数据线上使用。当ADC0832未工作时其CS输入端应为高电平，此时芯片禁用，CLK和DO/DI的电平可任意。当要进行A/D转换时，须先将CS使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟输入端CLK输入时钟脉冲，DO/DI端则使用DI端输入通道功能选择的数据信号。在第1个时钟脉冲的下沉之前DI端必须是高电平，表示启始信号。在第2、3个脉冲下沉之前DI端应输入2位数据用于选择通道功能。4.3键盘部分由于要实现人机对话，要显示0—9.9V的电压值，我们自制3*4按键的键盘来完成整个系统控制。按键的具体意义如下：4.4显示部分本方案采用YM12864型lcd，可直接显示4*8个汉字，界面友好，支持串并行两种连接方式.YM12864是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为128×64,内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示8×4行16×16点阵的汉字。也可完成图形显示.4.4.1.串行接口。管脚号名称LEVEL功能1VSS0V电源地2VDD+5V电源正（3-5V）3VO对比度调整4CSH/L模组片选端高电平有效1234567890*ENTER5SIDH/L串行数据输出端6CLKH/L串行同步时钟15PSBL串口方式17RESETH/L复位端，低电平有效19AVDD背光源电压+5V20KVSS背光源负端0V注释：（1）如在实际应用中仅使用串口通讯模式，可将PSB接固定低电平，也可以将模块上的J8和“GND”用焊锡短接。（2）模块内部接有上电复位电路，因此在不需要经常复位的场合可将该端悬空。（3）如背光和模块共用一个电源，可以将模块上的JA、JK用焊锡短接。4.4.2.并行接口管脚号管脚名称电平管脚功能描述1VSS0V电源地2VCC3.0+5V电源正3V0-对比度（亮度）调整4RS(CS）H/LRS=“H”,表示DB7——DB0为显示数据RS=“L”,表示DB7——DB0为显示指令数据5R/W(SID)H/LR/W=“H”,E=“H”,数据被读到DB7——DB0R/W=“L”,E=“H→L”,DB7——DB0的数据被写到IR或DR6E(SCLK)H/L使能信号7DB0H/L三态数据线8DB1H/L三态数据线9DB2H/L三态数据线10DB3H/L三态数据线11DB4H/L三态数据线12DB5H/L三态数据线13DB6H/L三态数据线14DB7H/L三态数据线15PSBH/LH：8位或4位并口方式，L：串口方式（见注释1）16NC-空脚17/RESETH/L复位端，低电平有效（见注释2）18VOUT-LCD驱动电压输出端19AVDD背光源正端（+5V）（见注释3）20KVSS背光源负端（见注释3）注释（1），如在实际应用中仅使用并口通讯模式，可将PSB接固定高电平，也可以将模块上的J8和“VCC”用焊锡短接。（2），模块内部接有上电复位电路，因此在不需要经常复位的场合可将该端悬空。（3），如背光和模块共用一个电源，可以将模块上的JA、JK用焊锡短接。系统总流程图系统初始化读EEROM中上次使用的电压编号根据编号读电压把电压数据送到DA允许定时器中断显示扫描键盘是否KET1下一个电压处理子程序是否KEY2电压增加0.1V子程序是否KEY3电压减少0.1V子程序6．电源测试结果6.1，电压测试预置电压（V）显示电压（V）测量电压（V）11.051.051.21.101.171.41.351.381.61.551.611.81.751.7821.952.002.62.552.6033.003.033.73.703.6855.005.0177.006.9788.108.0698.758.759.79.659.636.2，性能测试性能指标测量条件测量结果测量仪表全程输出电压0-9.9VDM-311型数字万用表负载电流=5V,=25206mA过流保护330mA结论本文介绍的是利用采用AT89S52单片机作为整机的控制单元，通过改变DAC08