数控稳压电源的设计

数控稳压电源的设计
【摘要】本设计采用单片机AT89C52为主要控制器件，以MCP4921作为数显转换核心，实现对电源输出电压的数字控制及LCD液晶显示。

电路调压有两种方法，可直接对电位器调节，也可以利用单片机进行数字控制，其输出电压可调范围为0-12V，并具有过流保护和短路保护功能。

【关键词】单片机;数字控制;过流保护
1.总体设计方案
数控稳压电源主要由整流稳压模块[1]、D/A转换模块、LCD显示模块、单片机控制模块、按键模块、过流保护模块、运算放大器模块、蜂鸣器模块组成。

总框图如图1所示。

图1 系统总体框图
方案一：采用传统的调整管方案，主要特点在于使用一套十进制计数器完成系统的控制功能，一方面完成电压译码显示，另一方面输出作为EPROM的输出经MCP4921（D/A）转换去控制误差放大的基准电压，以控制输出。

方案二：采用单片机AT89C52作为整机的主要控制器件，通过改变输入数字量来改变输出电压值，从而使输出功率管的基极电压发生变化，间接地改变输出电压的大小。

为了能够使系统具备检测实际输出电压值的大小，可以经过MCP4921进行数模转换，间接用单片机实时对电压进行采样，然后进行数据处理及显示。

利用51系列单片机为主控制器，通过按键来设置直流电源的输出电压，并可由LCD液晶显示实际输出电压值和电压设定值。

综上所述，经比较，方案二硬件电路简单，利用程序控制来完成。

采用方案二来完成本项目。

2.硬件电路设计
2.1 电源模块
采用桥式整流经过电容滤波、7815、7905、7805稳压得15V、+5V、-5V电压，提供给单片机、MCP4921、运算放大器等供电，如图2所示。

图2 电源模块
2.2 D/A转换模块
如图3所示，采用MCP4921对单片机信号进行数模转换[2]，MCP4921芯
片的VREFA脚由TL431提供基准电压。

VOUTA脚输出模拟电压，其计算公式（1）如下：
（1）
=外部基准电压;=DAC的输入代码;n=12（DAC分辨率）;G=增益选择（G=2时<>位=0;G=1时<>位=1）。

图3 D/A转换电路
2.3 过流保护模块
采用TL074构成的比较器，当比较器输出端为低电平时，三极管导通从而给单片机一个信号，从而起到过流保护[3]，如图4所示。

图4 过流保护电路
3.软件系统流程
3.1 主程序
本设计的总程序流程图如图5所示，主控程序首先进行系统初始化，然后读入预置电压值，输出相应的电压控制字，等待按键输入。

[4]根据按键的不同输入，转入相应的应用程序。

图5 总程序流程图
3.2 外部中断程序
过流保护由外部中断0实现，在中断服务程序中进行保护操作[5]，中断服务程序框图如图6所示。

图6 中断流程图
4.测试方案及测试结果分析
4.1 按键测试
通过按键能设置直流电源的输出电压，具体按键功能如表1所示。

表1 按键功能表
按键功能
S1 每按键一次加1
S2 每按键一次减1
S3 每按键一次移位一次
S4 按键一次确认输出
4.2 输出电压的方法
方法1：通过不同的调节电位器粗调如图7和微调图8输出电压[6]。

图7 粗调图8 微调
方法2：通过按键设置12V输出，如图9所示，液晶显示12V。

图9 液晶显示
5.设计结论
数控稳压电源可以实现以下功能：
（1）用LCD液晶显示输出电压且输出电压范围0-12步进值为0.1V。

（2）电路调压，可直接对电位器调节，也可以利用单片机进行数字控制。

（3）具有过流保护和短路保护功能。

参考文献
[1]张明锐，姜以宁.基于51单片机的多功能数控电流源设计[J].电子设计工程，2012，20（1）：132-133.
[2]王维斌.数控直流电流源的设计[J].科技信息，2011：412-413.
[3]李银祥.数控电流源[J].现代科学仪器，2001（6）：52-53.
[4]赵东坡.基于单片机的数控直流电流源设计与实现[J].2008（6）：58-60.
[5]全国大学生电子设计竞赛组委会.第六届全国电子设计竞赛获奖作品选编[M].北京理工大学出版社，2005.
[6]陈光绒.基于单片机的数控直流电流源的研制[J].现代电子技术，2013（8）：161-164.。