智能型直流电源设计

 智能型直流电源设计
 任国灿      汪宋良     刘文昌
         (宁波   315100)
【摘要】随着电子技术的飞速发展，各种智能仪器越来越多，涉及领域越来越广，而仪器对电源的要求也越来越高,现今电源设备正朝着数字化方向发展。本设计利用AT89C51作为主控芯片，通过控制数模转换器DAC0832输出参考电压，以该参考电压控制电压转换模块LM350的输出电压大小，设计了一种新型的智能数控电源。该电路设计精度高，成本低，应用广泛，具有较高的使用价值。
【关键词】电源；单片机；数模转换器；存储器。
1、引言
 直流稳压电源是常用的设备电子之一，广泛应用于企业、教学和科研等领域。传统的多功能直流稳压电源功能简单、控制难度高、可靠性低、干扰大、精度低且体积大、成本高。普通直流稳压电源品种很多， 但普遍存在以下问题：（1）输出电压是通过粗调(波段开关) 及细调(电位器)来调节。这样, 当输出电压需要精确输出，或需要在一个小范围内改变时，困难就较大。另外，随着使用时间的增加，波段开关及电位器难免接触不良， 对输出会有影响。（2）稳压方式均是采用串联型稳压电路， 对过载进行限流或截流型保护，电路构成复杂,稳压精度也不高。而采用单片机控制的直流稳压电源能较好地解决传统稳压电源的不足。本设计制作的数控电源，可以达到每步0.1V的精度，输出电压范围0~15V，电流可以达到2A。
2、系统结构设计
 数控电源的系统设计由单片机、电压控制单元、显示单元、存储器和操作按键五部分组成，具体结构如图1所示。
3、芯片的选用
 DAC0832是一款常用的数摸
转换器，它有两种连接模式，一种
是电压输出模式，另外一种是电流
输出模式，根据实际使用的需求出
发，选用电压输出模式，如电路图2                   图1：系统结构图
所示，Iout1和Iout2之间接一参考电压，VREF输出可控制电压信号。它有三种工作方式：不带缓冲工作方式，单缓冲工作方式，双缓冲工作方式。该电路采用单缓冲模式，由电路图可知，由于/WR2=/XFER=0，DAC寄存处于直通状态。又由于ILE=1，故只要在选中该片（/CS=0）的地址时，写入（/WR=0）数字量，则该数字信号立即传送到输入寄存器，并直通至DAC寄存器，经过短暂的建立时间，即可以获得相应的模拟电压，一旦写入操作结束，/WR1和/CS立即变为高电平，则写入的数据被输入寄存器锁存，直到再次写入刷新。
　　AT24C02是一款常用的可掉电保存数据的ROM，2K比特容量，采用I2C总线操作。
图2：硬件主电路图
4、硬件电路设计
　　采用常用的89C 51芯片作为控制器，P0口和DAC0832的数据口直接相连，DA的/CS和/WR1连接后接P2.0，/WR2和/XEFR接地，让DA工作在单缓冲方式下。DA的11脚接参考电压，参考电压电路如图2所示，通过调节可调电阻调节LM336的输出电压为5.12V，所以在DAC的8脚输出电压的分辨率为5.12V/256=0.02V，也就是说DA输入数据端每增加1，电压增加0.02V。
　　DA的电压输出端接放大器OP07的输入端，放大器的放大倍数为 R8/（R8+R9）=1K/（1K+4K）=5，输出到电压模块LM350的电压分辨率=0.02V×5=0.1V。所以，当MCU输出数据增加1的时候，最终输出电压增加0.1V，当调节电压的时候，可以以每次0.1V的梯度增加或者降低电压。
　　本电路设计三个按键，KEY1为翻页按键，最近设置的电压大小保存在EEROM里面，比如10个电压，按一下KEY1，电压变为下一个，省去了反复设置电压的麻烦，KEY2为电压+，KEY3为电压+，按一下KEY2，当前电压增加0.1V，按一下KEY3，当前电压减小0.1V。
　　数码管显示电路，使用3个数码管，可以显示三位数，一个小数位，比如可以显示12.5V，采用动态扫描驱动方式。本主电路的原理是通过MCU控制DA的输出电压大小，通过放大器放大，给电压模块作为最终输出的参考电压，真正的电压，电流还是由电压模块LM350输出。
　　为了达到2A的输出电流，LM350必须选用金属外壳封装，并且带稍大面积的散热片。
　　5、软件系统设计
　　系统软件设计流程如图3所示，软件的设计主要完成三方面的功能：
　　1）设置电压并且保存，主要是对EEROM的操作。
　　2）把设置的电压送到DA，主要是对DA的操作。
　　3）中断显示，把设置的电压显示到LED数码管上。
　　该数控电压源实现保存最近10电压功能，当打开电源的时候，它显示和输出的必须是上次使用电压大小，所以在EEROM中使用11个地址保存数据，第一个地址保存当前电压编号，大小为1~10。第2个地址~第11个地址连续保存10个电压大小数据。电压编号的大小分别对应到相应地址电压大小。
　　对软件流程做一下分析，当电源打开的时候，MCU进行复位，寄存器清零。接着电源应该显示和输出上次关机前的电压大小，这时候MCU先读取EEPROM中保存的电压编号，根据电压编号读出对应电压，把该数据送到DA，在转换成BCD码送到显示部分。这时候程序循环检测是否有按键信号，如果KEY1按下，电压编号指向下一个，保存该电压编号，读对应电压，把他送到DA并且显示。如果KEY2按下，当前电压数据加1，相对应输出电压（POWER—OUT引脚）增加0.1V，保存设置电压数据。如果KEY3按下，电压数据减1，输出电压减少0.1V，保存设置电压数据。
　　

 图3：系统软件流程图
6、结束语
　　该智能型数控电压源经过实际使用说明，具有精度高，使用方便，硬件电路简单等特点。如果要作为实际使用产品，还可增加电流测量和显示部分功能，使产品的功能更加完善。本文主要对如何控制功率输出电压大小做出了分析，该电路对测量以及其他领域均可以扩展使用。
　参考文献：
[1] 周润景 张丽娜《基于PROTEUS的电路及单片机系统设计与仿真》[M], 北京航空航天大学出版社 2006.5
[2] 马忠梅.籍顺心等 《单片机的C语言应用程序设计》[M]，北京航空航天大学出版社 2001.5
[3] 李朝青《单片机原理及接口技术》[M], 北京航空航天大学出版社 2005.10
[4] 陆坤.奚大顺等《电子设计技术》[M]，电子科技大学出版社. 1997.5
[5] 何立民  《单片机应用系统设计》[M], 北京航空航天大学出版社1990
[6] 余永权《ATMEL89系列（MCS-51兼容）Flash单片机原理及应用》[M], 电子工业出版社.2000
[7] 朱宇光《单片机应用新技术教程》[M], 电子工业出版社.2000
[8] 俞光昀等《PIC系列单片机开发应用技术》[M], 电子工业出版社.2000
[9] 张靖武等《单片机系统的PROTEUS设计与仿真》[M], 电子工业出版社.2007
[10] [美]Intel公司. 顾良士 译. 《常用单片微计算机手册》[M], 上海科学普及出版社，1991