基于单片机的高精度程控稳压电源的设计与实现_张宏
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· 单片机技术 SCM Technology
基于单片机的高精度程控稳压电源的设计与实现
文/张宏
摘
稳压直流电源属于电子科技
要
产 品 中 的 一 种 常 用 设 备， 通 过 单 片机控制的稳压直流电源解决了
传统稳压直流电源电压不稳技术
参 数 不 高 的 不 足， 具 有 较 高 的 设
计和开发价值。本文将 AT89 S51
针对承接单位安全性设计 方案制定的监理细则，监 理通知单和整改意见，工 程备忘录，监理工作记录
厂商输出文件
投标文件，采购谈判文件（厂 商资质文件）
工程安全性设计方案报审表， 阶段性安全测试验收文案报审 表，进度计划报审表，需求分 析说明书，系统评估，设计方
案
实施阶段审核意见， 实施阶段 阶段性验收申请书，
5 结语
4 程控高精度直流稳压电源软件部分的 设计和实现
程控高精度直流稳压电源的程序控制软 件部分共有主程序及过流保护类程序等两个部 分，主要的功能包括：步进式的加减，对键盘 的扫描、D/A 电压的转换、电源过流的报警及 LED 数码显示等。
4.1 直流稳压电源软件部分主程序的设计和实现
首 先 要 对 程 控 电 路 进 行 初 始 化， 即 对 AT89 S51 型单片机进行初始化处理，然后设 置单片机的系统时间，再对按键处理的子程序 进行调用，适时判断有无按键被按下，如果有 则就调用系统中的显示处理子程序，通过该子
图 4：软件部分主程序的设计流程
技 ,2012(12). [4] 罗 国 颖 , 鄢 峰 , 张 迁 , 等 . 数 控 开
关 电 源 的 设 计 与 制 作 [J]. 中 国 集 成 电 路 ,2010(03). [5] 朱士虎 , 王立巍 , 何培忠 . 基于 AT89S52 程 控 开 关 稳 压 电 源 设 计 [J]. 电 子 技 术 ,2009(06).
AT89 S51 型单片机作为核心的控制器，深入 分析了程控高精度直流稳压电源的设计原理， 研究提出了程控高精度直流稳压电源硬件、软 件部分的设计和实现方法，希望对于稳压电源 设计的研究和实践工作能够起到一定的参考和 借鉴作用。
1 直流稳压电源的分类
直流稳压电源电路主要分为四类：一是 稳压类二极管的稳压类电路，主要是通过硅稳 压类二极管具有的稳压特点实现稳压输出，常 用于局部的稳压输出；二是串联式调整管的稳 压类电路，利用调整三极管的管压降的变化来 实现稳压输出；三是开关稳压类电路，通过（开 关）三极管的导通与截止的状态转换来实现稳 压输出；四是集成稳压类电路，通过集成电路 控制实现直流稳压输出，应用场合十分广泛。 而传统的稳压电源控制难度大、功能单一、体 积庞大且精度不高，通过单片机控制的稳压直 流电源解决了传统稳压类电源的不足，具有较 高的设计和开发价值。
图 2：直流稳压电源程控部分电路
3.2 高精度直流稳压电源的电源部分电路的设 计和实现
图 3：直流稳压预置电压的显示电路
电源部分电路由主电源和稳压输出两部 分组成。主电源部分所输入的交流电为 220 伏、 50 赫兹，而输出的电压为 +5 伏、+15 伏、-5 伏等三种，用来向程控部分电路与 D / A 转换 电路提供；其中 +15 伏用作运算放大器的正 向电源，也用为稳压电源的一个输出选项；此 部分电路提供 -5 伏的电压，当作运算放大器 的负向电源。稳压输出电路主要是把程控电路 输入的电压设置数据变换为稳定的输出电压， 此部分是由 LM 358 型集成运算放大器、DAC 0809 型转化器、晶体式三极管、过流问题检 测电路及 +15 伏标准电压源所组成的；该模块 中的过流问题检测电路在出现过流问题时，向 CPU 发送 INT0 中断申请，而 CPU 收到申请后， 则进行 5 毫秒的延迟控制。
验收证书
监理通知单和评审整改意 见，工程备忘录，监理记
录表，监理月报
报审表，记录表，工程实施方案， 工程实施计划，工程变更记录
验收阶段
验收申请书，验收证 书，支付意见
支付意见单，监理通知单 付款申请单，工程验收方案报
和评审整改意见，监理审 审表，关键技术白皮书，资质
核意见，记录表，备忘录， 证明，工作手册，项目相关文档，
综上所述，本文基于 AT89 S51 型单片机 设计的高精度程控稳压电源，具有电路简约、 布局紧凑、性价比高，功能完备等优点，能够 满足用户对于稳定电压输出的需要，具有一定 的推广和实用价值。
参考文献 [1] 赵 建 领 , 薛 园 园 等 .51 单 片 机 开 发 与 应
用 技 术 详 解 [M]. 北 京 : 电 子 工 业 出 版 社 .2010 [2] 徐爱军 , 彭秀华 . 单片机高级语言编程 与 μVidion2[M]. 北京 : 电子工业出版社 .2009 [3] 梁 冬 冬 , 范 继 伟 , 周 仕 奇 等 . 程 控 直 流 稳 压 电 源 的 设 计 与 制 作 [J]. 民 营 科
作者单位 兰州石化职业技术学院电子电气工程系 甘肃 省兰州市 730060
Electronic Technology & Software Engineering 电子技术与软件工程 • 263
3.1 高精度直流稳压电源的程控部分电路的设 计和实现
程控部分电路是通过 AT89 S51 型单片机 最小系统进行控制的，主要完成对键盘的控制、 对预置电压和显示与控制、对报警与短路保护 的控制等相关功能（见图 2）。
本文重点介绍键盘的接口电路和预置电 压的显示电路两部分内容。键盘的接口电路中， 键盘的设计通过开关键、+ 键、- 键等三个按 键进行控制，同时外部接入三个上拉式电阻对 键盘进行去抖动控制，这三个键依次连接至 AT89 S51 型单片机 P1.0 至 P1.2 等三个接口进 行控制。而预置电压的显示电路（见图 3）设 计采用的是 74F 244 型译码器，并用以对 LED 式数码管进行预置电压的显示驱动。显示电 路依次连接至 AT89 S51 型单片机 P2.0 至 P2.7 等接口进行控制；LED 式数码管的共阴极端 依次连接至单片机的 P1.5 至 P1.7 等接口进行 控制，同时采用 8050 型三极管对 LED 显示进 行驱动。
监理例会记录和监理日志， 013 年监理工作文档量
招标阶段 设计阶段 实施阶段 验收阶段
2011 年 2份 1份 47 份 2份
2012 年 3份 5份 80 份 4份
2013 年 4份 6份 95 份 6份
化 工 程 监 理 规 范 第 1 部 分 : 总 则 GB/T 19668.5-2005. 信息化工程监理规范第 5 部分：软件工程监理规范 GB/T 19668.62005. 信息化工程监理规范第 6 部分 : 信 息化工程安全监理规范 . [3] 黄河 , 赵俊岚编著 . 高级 IT 项目监理 [M]. 北京 : 电子工业出版社 ,2010(06).
作者单位 1. 广东电网公司汕头供电局 广东省汕头市 515041 2. 广州粤能信息技术有限公司 广东省广州市 510080
262 • 电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering
3 程控高精度直流稳压电源硬件部分的 设计和实现
· SCM Technology 单片机技术
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表 1：监理工作实施阶段各类输出文档表
信息系统管理员输 出文档
采购方案及审批表， 招标文件 , 中标通知 招标阶段 书，承接合同及合同 附件，保密协议，技
术协议
设计阶段 设计阶段审核意见
监理输出文档
监理机构的监理意见、监 理记录、工程备忘录等监 理文档，监理机构编制的
监理规划，保密协议
程序控制数码管对预置电压的数值进行显示， 单片机发出的控制信号通过 D/A 的转换以后， 再对电路进行检测和判断有无短路问题，如果 有短路问题就对中断保护进行启动；没有短路 则输出稳定电压（软件部分主程序的设计流程 见图 4）。
4.2 直流稳压电源软件部分过流保护类程序的 设计和实现
通过 D / A 转换电路变换的输出信号，直 接通过相关过流问题检测电路进行检测，并将 测得的信号，输入到程控电路进行判断处理， 如果判断发生了过流问题，蜂鸣器就会鸣叫， 发出报警提示。
2 程控高精度直流稳压电源的设计原理
本 文 设 计 的 稳 压 电 源 是 一 种 采 用 AT89 S51 型单片机作为核心的控制器，并具备电压
图 1：程控高精度直流稳压电源的设计原理图
能步进调节、数值可预置，可对输出与预置两 种电压信号同时进行显示的程控高精度直流稳 压电源。该电源是 AT89 S51 型单片机程控部 分电路，电源部分电路，键盘的接口电路，功 率放大电路，D / A 转换电路，电压输出部分 电路，报警及短路保护电路及 LED 显示部分 电路等构成。该电源由“开关、-、+”等三种 按键对预置的电压进行升降控制，同时由数码 管进行显示。首先 AT89 S51 型单片机发送数 字类的信号，通过 D/A 电路转换以后输出相 应的电流，并经过集成运算放大器 LM 358 进 行转换，三极管的放大及 RC 网络的滤波等过 程，输出稳定的直流电压。同时通过 LED 型 数码管对输出的电压进行显示，通过数字型电 压表对实测值进行测量（程控高精度直流稳压 电源的设计原理见图 1）。
型 单 片 机 作 为 核 心 的 控 制 器， 设
计 出 高 精 度 的 直 流 稳 压 电 源， 能
够满足各类用户对直流稳压输出
的应用需求。
【关键词】单片机 程控 稳压电源
稳压直流电源属于电子科技产品中的一 种常用设备，在科研、教学设备和家用电器等 诸多领域得到了广泛应用。然而传统的稳压直 流电源控制难度大、功能单一、体积庞大且精 度不高，通过单片机控制的稳压直流电源解决 了传统稳压直流电源电压不稳技术参数不高 的不足。因此，加强对单片机控制的稳压直 流电源的设计和开发，具有十分重要的现实意 义，发展和应用的前景十分广阔。本文在简要 介绍了直流稳压电源的主要类型的基础上，将
基于单片机的高精度程控稳压电源的设计与实现
文/张宏
摘
稳压直流电源属于电子科技
要
产 品 中 的 一 种 常 用 设 备， 通 过 单 片机控制的稳压直流电源解决了
传统稳压直流电源电压不稳技术
参 数 不 高 的 不 足， 具 有 较 高 的 设
计和开发价值。本文将 AT89 S51
针对承接单位安全性设计 方案制定的监理细则，监 理通知单和整改意见，工 程备忘录，监理工作记录
厂商输出文件
投标文件，采购谈判文件（厂 商资质文件）
工程安全性设计方案报审表， 阶段性安全测试验收文案报审 表，进度计划报审表，需求分 析说明书，系统评估，设计方
案
实施阶段审核意见， 实施阶段 阶段性验收申请书，
5 结语
4 程控高精度直流稳压电源软件部分的 设计和实现
程控高精度直流稳压电源的程序控制软 件部分共有主程序及过流保护类程序等两个部 分，主要的功能包括：步进式的加减，对键盘 的扫描、D/A 电压的转换、电源过流的报警及 LED 数码显示等。
4.1 直流稳压电源软件部分主程序的设计和实现
首 先 要 对 程 控 电 路 进 行 初 始 化， 即 对 AT89 S51 型单片机进行初始化处理，然后设 置单片机的系统时间，再对按键处理的子程序 进行调用，适时判断有无按键被按下，如果有 则就调用系统中的显示处理子程序，通过该子
图 4：软件部分主程序的设计流程
技 ,2012(12). [4] 罗 国 颖 , 鄢 峰 , 张 迁 , 等 . 数 控 开
关 电 源 的 设 计 与 制 作 [J]. 中 国 集 成 电 路 ,2010(03). [5] 朱士虎 , 王立巍 , 何培忠 . 基于 AT89S52 程 控 开 关 稳 压 电 源 设 计 [J]. 电 子 技 术 ,2009(06).
AT89 S51 型单片机作为核心的控制器，深入 分析了程控高精度直流稳压电源的设计原理， 研究提出了程控高精度直流稳压电源硬件、软 件部分的设计和实现方法，希望对于稳压电源 设计的研究和实践工作能够起到一定的参考和 借鉴作用。
1 直流稳压电源的分类
直流稳压电源电路主要分为四类：一是 稳压类二极管的稳压类电路，主要是通过硅稳 压类二极管具有的稳压特点实现稳压输出，常 用于局部的稳压输出；二是串联式调整管的稳 压类电路，利用调整三极管的管压降的变化来 实现稳压输出；三是开关稳压类电路，通过（开 关）三极管的导通与截止的状态转换来实现稳 压输出；四是集成稳压类电路，通过集成电路 控制实现直流稳压输出，应用场合十分广泛。 而传统的稳压电源控制难度大、功能单一、体 积庞大且精度不高，通过单片机控制的稳压直 流电源解决了传统稳压类电源的不足，具有较 高的设计和开发价值。
图 2：直流稳压电源程控部分电路
3.2 高精度直流稳压电源的电源部分电路的设 计和实现
图 3：直流稳压预置电压的显示电路
电源部分电路由主电源和稳压输出两部 分组成。主电源部分所输入的交流电为 220 伏、 50 赫兹，而输出的电压为 +5 伏、+15 伏、-5 伏等三种，用来向程控部分电路与 D / A 转换 电路提供；其中 +15 伏用作运算放大器的正 向电源，也用为稳压电源的一个输出选项；此 部分电路提供 -5 伏的电压，当作运算放大器 的负向电源。稳压输出电路主要是把程控电路 输入的电压设置数据变换为稳定的输出电压， 此部分是由 LM 358 型集成运算放大器、DAC 0809 型转化器、晶体式三极管、过流问题检 测电路及 +15 伏标准电压源所组成的；该模块 中的过流问题检测电路在出现过流问题时，向 CPU 发送 INT0 中断申请，而 CPU 收到申请后， 则进行 5 毫秒的延迟控制。
验收证书
监理通知单和评审整改意 见，工程备忘录，监理记
录表，监理月报
报审表，记录表，工程实施方案， 工程实施计划，工程变更记录
验收阶段
验收申请书，验收证 书，支付意见
支付意见单，监理通知单 付款申请单，工程验收方案报
和评审整改意见，监理审 审表，关键技术白皮书，资质
核意见，记录表，备忘录， 证明，工作手册，项目相关文档，
综上所述，本文基于 AT89 S51 型单片机 设计的高精度程控稳压电源，具有电路简约、 布局紧凑、性价比高，功能完备等优点，能够 满足用户对于稳定电压输出的需要，具有一定 的推广和实用价值。
参考文献 [1] 赵 建 领 , 薛 园 园 等 .51 单 片 机 开 发 与 应
用 技 术 详 解 [M]. 北 京 : 电 子 工 业 出 版 社 .2010 [2] 徐爱军 , 彭秀华 . 单片机高级语言编程 与 μVidion2[M]. 北京 : 电子工业出版社 .2009 [3] 梁 冬 冬 , 范 继 伟 , 周 仕 奇 等 . 程 控 直 流 稳 压 电 源 的 设 计 与 制 作 [J]. 民 营 科
作者单位 兰州石化职业技术学院电子电气工程系 甘肃 省兰州市 730060
Electronic Technology & Software Engineering 电子技术与软件工程 • 263
3.1 高精度直流稳压电源的程控部分电路的设 计和实现
程控部分电路是通过 AT89 S51 型单片机 最小系统进行控制的，主要完成对键盘的控制、 对预置电压和显示与控制、对报警与短路保护 的控制等相关功能（见图 2）。
本文重点介绍键盘的接口电路和预置电 压的显示电路两部分内容。键盘的接口电路中， 键盘的设计通过开关键、+ 键、- 键等三个按 键进行控制，同时外部接入三个上拉式电阻对 键盘进行去抖动控制，这三个键依次连接至 AT89 S51 型单片机 P1.0 至 P1.2 等三个接口进 行控制。而预置电压的显示电路（见图 3）设 计采用的是 74F 244 型译码器，并用以对 LED 式数码管进行预置电压的显示驱动。显示电 路依次连接至 AT89 S51 型单片机 P2.0 至 P2.7 等接口进行控制；LED 式数码管的共阴极端 依次连接至单片机的 P1.5 至 P1.7 等接口进行 控制，同时采用 8050 型三极管对 LED 显示进 行驱动。
监理例会记录和监理日志， 013 年监理工作文档量
招标阶段 设计阶段 实施阶段 验收阶段
2011 年 2份 1份 47 份 2份
2012 年 3份 5份 80 份 4份
2013 年 4份 6份 95 份 6份
化 工 程 监 理 规 范 第 1 部 分 : 总 则 GB/T 19668.5-2005. 信息化工程监理规范第 5 部分：软件工程监理规范 GB/T 19668.62005. 信息化工程监理规范第 6 部分 : 信 息化工程安全监理规范 . [3] 黄河 , 赵俊岚编著 . 高级 IT 项目监理 [M]. 北京 : 电子工业出版社 ,2010(06).
作者单位 1. 广东电网公司汕头供电局 广东省汕头市 515041 2. 广州粤能信息技术有限公司 广东省广州市 510080
262 • 电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering
3 程控高精度直流稳压电源硬件部分的 设计和实现
· SCM Technology 单片机技术
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表 1：监理工作实施阶段各类输出文档表
信息系统管理员输 出文档
采购方案及审批表， 招标文件 , 中标通知 招标阶段 书，承接合同及合同 附件，保密协议，技
术协议
设计阶段 设计阶段审核意见
监理输出文档
监理机构的监理意见、监 理记录、工程备忘录等监 理文档，监理机构编制的
监理规划，保密协议
程序控制数码管对预置电压的数值进行显示， 单片机发出的控制信号通过 D/A 的转换以后， 再对电路进行检测和判断有无短路问题，如果 有短路问题就对中断保护进行启动；没有短路 则输出稳定电压（软件部分主程序的设计流程 见图 4）。
4.2 直流稳压电源软件部分过流保护类程序的 设计和实现
通过 D / A 转换电路变换的输出信号，直 接通过相关过流问题检测电路进行检测，并将 测得的信号，输入到程控电路进行判断处理， 如果判断发生了过流问题，蜂鸣器就会鸣叫， 发出报警提示。
2 程控高精度直流稳压电源的设计原理
本 文 设 计 的 稳 压 电 源 是 一 种 采 用 AT89 S51 型单片机作为核心的控制器，并具备电压
图 1：程控高精度直流稳压电源的设计原理图
能步进调节、数值可预置，可对输出与预置两 种电压信号同时进行显示的程控高精度直流稳 压电源。该电源是 AT89 S51 型单片机程控部 分电路，电源部分电路，键盘的接口电路，功 率放大电路，D / A 转换电路，电压输出部分 电路，报警及短路保护电路及 LED 显示部分 电路等构成。该电源由“开关、-、+”等三种 按键对预置的电压进行升降控制，同时由数码 管进行显示。首先 AT89 S51 型单片机发送数 字类的信号，通过 D/A 电路转换以后输出相 应的电流，并经过集成运算放大器 LM 358 进 行转换，三极管的放大及 RC 网络的滤波等过 程，输出稳定的直流电压。同时通过 LED 型 数码管对输出的电压进行显示，通过数字型电 压表对实测值进行测量（程控高精度直流稳压 电源的设计原理见图 1）。
型 单 片 机 作 为 核 心 的 控 制 器， 设
计 出 高 精 度 的 直 流 稳 压 电 源， 能
够满足各类用户对直流稳压输出
的应用需求。
【关键词】单片机 程控 稳压电源
稳压直流电源属于电子科技产品中的一 种常用设备，在科研、教学设备和家用电器等 诸多领域得到了广泛应用。然而传统的稳压直 流电源控制难度大、功能单一、体积庞大且精 度不高，通过单片机控制的稳压直流电源解决 了传统稳压直流电源电压不稳技术参数不高 的不足。因此，加强对单片机控制的稳压直 流电源的设计和开发，具有十分重要的现实意 义，发展和应用的前景十分广阔。本文在简要 介绍了直流稳压电源的主要类型的基础上，将