基于單片機靈能穩(wěn)壓電源的設計

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摘要

本文介紹了一種基于單片機的智能穩(wěn)壓電源的設計方案，其核心技術(shù)是通過單片

機控制數(shù)模轉(zhuǎn)換來改變其后的穩(wěn)壓模塊的輸出。該系統(tǒng)由整流濾波初步穩(wěn)壓部分、單片機控制部分、DAC和顯示部分組成，該穩(wěn)壓電源能連續(xù)步進可調(diào)，并且可實時顯示，彌補了傳統(tǒng)穩(wěn)壓電源的不足。

方案三：由運放組成的串聯(lián)型穩(wěn)壓電源，電路如圖2.4

圖2.4串聯(lián)型穩(wěn)壓電路

方案一與方案二都可實現(xiàn)穩(wěn)定的電壓輸出，而且電路結(jié)構(gòu)簡單，但方案一電壓輸出固定，方案二雖然電壓可調(diào)但很難實現(xiàn)步進調(diào)理。方案三既可實現(xiàn)穩(wěn)定的電壓輸出，而且輸出電壓連續(xù)步進可調(diào)，滿足設計要求。在方案三中用到了運放、單片機、數(shù)模轉(zhuǎn)換DAC0832，這些器件都需要穩(wěn)定的工作電壓，因此系統(tǒng)最終的選擇方案一與方案三相結(jié)合，采用方案一實現(xiàn)系統(tǒng)的工作電壓，采用方案三實現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)壓電源的連續(xù)步進可調(diào)[8]。

3.2系統(tǒng)框圖

系統(tǒng)由各個模塊組成，由各個模塊組成的系統(tǒng)框圖如圖2.5所示。

電源電路

圖2.5系統(tǒng)框圖

按鍵控制AT89C51單片機顯示電路調(diào)整電路比較電路取樣電路DAC

第三章主要器件介紹

3.1AT89C51簡介

本課題設計的直流穩(wěn)壓電源的核心控制器件選用AT89C51[1]。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT8920C51是他的精簡版，為好多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案，引腳圖如圖3.1。

圖3.1AT89C51引腳圖

AT89C51主要特性·與MCS-51兼容

·4K字節(jié)可編程閃爍存儲器·壽命：1000寫/擦循環(huán)·數(shù)據(jù)保存時間：10年·全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz·三級程序存儲器鎖定·128*8位內(nèi)部RAM·32可編程I/O線

·兩個16位定時器/計數(shù)器·5個中斷源·可編程串行通道

·低功耗的閑置和掉電模式·片內(nèi)振蕩器和時鐘電路

3.2DAC0832工作原理

直流穩(wěn)壓電源的數(shù)模轉(zhuǎn)換采用通用芯片DAC0832。DAC0832的原理框圖如圖3.2所示。DAC0832主要由8位輸入寄放器、8位DAC寄放器、8位D/A轉(zhuǎn)換器以及輸入控制電路四部分組成。8位輸入寄放器用于存放主機送來的數(shù)字量，使輸入數(shù)字量得到緩沖和鎖存，由加以控制；8位DAC寄放器用于存放待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量，由加以控制；8位D/A轉(zhuǎn)換器輸出與數(shù)字量成正比的模擬電流；由與門、非與門組成的輸入控制電路來控制2個寄放器的選通或鎖存狀態(tài)。

DI0DI7&&&8位輸入寄放器LE18位DAC寄放器LE28位D/A轉(zhuǎn)換器VrefIout2Iout1RfbAGNDVCCDGNDILECSWR1WR2XFER圖3.2DAC0832原理框圖

當WR2和XFER同時有效時，8位DAC寄放器端為高電平“1〞，此時DAC寄放器的輸出端Q跟隨輸入端D也就是輸入寄放器Q端的電平變化；反之，當端為低電平“0〞時，第一級8位輸入寄放器Q端的狀態(tài)則鎖存到其次級8位DAC寄放器中，以便第三級8位DAC轉(zhuǎn)換器進行D/A轉(zhuǎn)換。

一般狀況下為了簡化接口電路，使其次級8位DAC寄放器的輸入端到輸出端直通，只有第一級8位輸入寄放器置成可選通、可鎖存的單緩沖輸入方式。特別狀況下可采用雙緩沖輸入方式，即把兩個寄放器都分別接成受控方式。DAC單極性輸出方式如圖3.3所示。

圖3.3DAC單極性輸出電路

WR8051P2.7CSIout1XFERWR1WR2Iout2AGNDDGNDAVoutP074LS373GALEDI7--0RfbDAC0832VccILEVref+5V3.3數(shù)碼管顯示原理

3.3.1數(shù)碼管結(jié)構(gòu)

輸出電壓采用7段數(shù)碼管進行顯示。數(shù)碼管由8個發(fā)光二極管（以下簡稱字段）構(gòu)成，通過不同的組合可用來顯示數(shù)字0?9、字符A?F、H、L、P、R、U、Y、符號“?〞及小數(shù)點“?〞。數(shù)碼管的外型結(jié)構(gòu)如圖3.4（a）所示。數(shù)碼管又分為共陰極和共陽極兩種結(jié)構(gòu)，分別如圖3.4（b）和圖3.4（c）所示。

edGNDcdpafeddp12345.gbc109876gfGNDab+5VDD（a）外型結(jié)構(gòu)（b）共陰極（c）共陽極

圖3.4數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖

3.3.2數(shù)碼管工作原理

共陽極數(shù)碼管的8個發(fā)光二極管的陽極（二極管正端）連接在一起，尋常，公共

陽極接高電平（一般接電源），其它管腳接段驅(qū)動電路輸出端。當某段驅(qū)動電路的輸出端為低電平日，則該端所連接的字段導通并點亮，根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。此時，要求段驅(qū)動電路能吸收額定的段導通電流，還需根據(jù)外接電源及額定段導通電流來確定相應的限流電阻。

共陰極數(shù)碼管的8個發(fā)光二極管的陰極（二極管負端）連接在一起，尋常，公共陰極接低電平（一般接地），其它管腳接段驅(qū)動電路輸出端，當某段驅(qū)動電路的輸出端為高電平日，則該端所連接的字段導通并點亮，根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。此時，要求段驅(qū)動電路能提供額定的段導通電流，還需根據(jù)外接電源及額定段導通電流來確定相應的限流電阻3.3.3數(shù)碼管字形編碼

要使數(shù)碼管顯示出相應的數(shù)字或字符必需使段數(shù)據(jù)口輸出相應的字形編碼。對照圖7.10（a），字型碼各位定義如下：

數(shù)據(jù)線D0與a字段對應，D1字段與b字段對應??，依此類推。如使用共陽極

數(shù)碼管，數(shù)據(jù)為0表示對應字段亮，數(shù)據(jù)為1表示對應字段暗；如使用共陰極數(shù)碼管，數(shù)據(jù)為0表示對應字段暗，數(shù)據(jù)為1表示對應字段亮。如要顯示“0〞，共陽極數(shù)碼管的字型編碼應為：11000000B（即C0H）；共陰極數(shù)碼管的字型編碼應為：00111111B（即3FH）。依此類推可求得數(shù)碼管字形編碼如表3.1所示。

表3.1數(shù)碼管字型編碼表

顯示字符0123456789ABCDEFHLPRUY?字形0123456789ABCDEFHLPRUY?dp1111111111111111111111101g1100000100001000010110011f0111000100000100000000111共陽極e0101110101000000000001111d0100100100100001101100111c0010000000001011011100111b0000011000011011010100111a0100100000010100110011111字型碼C0HF9HA4HB0H99H92H82HF8H80H90H88H83HC6HA1H86H8EH89HC7H8CHCEHC1H91HBFH7FHFFHdp0000000000000000000000010g0011111011110111101001100f1000111011111011111111000共陰極e1010001010111111111110000d1011011011011110010011000c1101111111110100100011000b1111100111