【正文】 的應(yīng)用于教學(xué)、科研等領(lǐng)域，傳統(tǒng)的多功能直流穩(wěn)壓電源功能簡(jiǎn)單、難控制、可靠性低、受干擾大、精度低且體積大、復(fù)雜度高。普通直流穩(wěn)壓電源品種很多， 但均存在以下二個(gè)問題： 1) 輸出電壓是通過粗調(diào)(波段開關(guān)) 及細(xì)調(diào)(電位器 )來調(diào)節(jié)。這樣， 當(dāng)輸出電壓需要精確輸出， 或需要在一個(gè)小范圍內(nèi)改變時(shí)(如 ～ 1. 07V ) ，困難就較大。另外， 隨著使用時(shí)間的增加， 波段開關(guān)及電位器難免接觸不良， 對(duì)輸出會(huì)有影響。2) 穩(wěn)壓方式均是采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路， 對(duì)過載進(jìn)行限流或截流型保護(hù)， 電路構(gòu)成復(fù)雜，穩(wěn)壓精度也不高。在家用電器和其他各類電子設(shè)備中，通常都需要電壓穩(wěn)定的直流電源供電。但在實(shí)際生活中，都是由 220V 的交流電網(wǎng)供電。這就需要通過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓電路將交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電。濾波器用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般傳統(tǒng)電路由濾波扼流圈和電容器組成，若由晶體管濾波器來替代，則可縮小直流電源的體積，減輕其重量，且晶體管濾波直流電源不需直流穩(wěn)壓器就能用作家用電器的電源，這既降低了家用電器的成本，又縮小了其體積，使家用電器小型化。傳統(tǒng)的直流穩(wěn)壓電源通常采用電位器和波段開關(guān)來實(shí)現(xiàn)電壓的調(diào)節(jié)，并由電壓表指示電壓值的大小。 因此，電壓的調(diào)整精度不高，讀數(shù)欠直觀，電位器也易磨損。而基于單片機(jī)控制的直流穩(wěn)壓電源能較好地解決以上傳統(tǒng)穩(wěn)壓電源的不足。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，現(xiàn)代工業(yè)應(yīng)用的工控產(chǎn)品均需要有低紋波、寬調(diào)整范圍的高壓電源，特別是在一些高能物理領(lǐng)域，急需電腦或單片機(jī)控制的低紋波、寬調(diào)整范圍的電源。這就促使人們不斷的去研究設(shè)計(jì)，從而改進(jìn)其性能，使其具有智能穩(wěn)壓的作用。 直流穩(wěn)壓電源的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀以及發(fā)展方向 研究現(xiàn)狀從上世紀(jì)九十年代末起，隨著對(duì)系統(tǒng)更高效率和更低功耗的需求，電信與數(shù)據(jù)通訊設(shè)備的技術(shù)更新推動(dòng)電源行業(yè)中交流/ 直流電源轉(zhuǎn)換器向更高靈活性和智能化方向發(fā)展。在 80 年代，第一代分布式供電系統(tǒng)開始轉(zhuǎn)向到 20 世紀(jì)末更為先進(jìn)的第四代分布式供電結(jié)構(gòu)以及中間母線結(jié)構(gòu)，交流/ 直流電源行業(yè)正面臨著新的挑戰(zhàn)，即如何在現(xiàn)有系統(tǒng)加入嵌入式電源智能系統(tǒng)和數(shù)字控制。早在 90 年代中，半導(dǎo)體生產(chǎn)商們就開發(fā)出了數(shù)控電源管理技術(shù)，而在當(dāng)時(shí)，這種方案的性價(jià)比與當(dāng)時(shí)廣泛使用的模擬控制方案相比處與劣勢(shì)，因而無法被廣泛采用。由于板載電源管理的更廣泛應(yīng)用和行業(yè)能源節(jié)約和運(yùn)行最優(yōu)化的關(guān)注，電源行業(yè)和半導(dǎo)體生產(chǎn)商們便開始共同開發(fā)這種名為“數(shù)控電源”的新產(chǎn)品。 現(xiàn)今隨著直流電源技術(shù)的飛躍發(fā)展，整流系統(tǒng)由以前的分立元件和集成電路控制發(fā)展為微機(jī)控制，從而使直流電源智能化，具有遙測(cè)、遙信、遙控的三遙功能，基本實(shí)現(xiàn)了直流電源的無人值守。在我國(guó)，以電力電子學(xué)為核心技術(shù)的電源產(chǎn)業(yè)，從二十世紀(jì) 60 年代中期開始形成，到了 90年代以來，電源產(chǎn)業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期。一方面，電源產(chǎn)業(yè)規(guī)模的發(fā)展在加快；另一方面，在國(guó)家自然科學(xué)基金的資助下或創(chuàng)新意識(shí)指導(dǎo)下，我國(guó)電力電子技術(shù)的研究從吸收消化和一般跟蹤發(fā)展到前沿跟蹤和基礎(chǔ)創(chuàng)新，電源產(chǎn)業(yè)界涌現(xiàn)了一些技術(shù)難度較大，具有國(guó)際先進(jìn)水平的產(chǎn)品，而且還產(chǎn)生了一大批具有代表性的研究成果和產(chǎn)品；目前國(guó)內(nèi)還開展了跟蹤國(guó)際多方面前沿性課題的研究或基礎(chǔ)創(chuàng)新研究。但是我國(guó)電源產(chǎn)業(yè)與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，存在著很大的差距和不足：在電源產(chǎn)品的質(zhì)量、可靠性、開發(fā)投入、生產(chǎn)規(guī)模、工藝水平、先進(jìn)檢測(cè)設(shè)備、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、持續(xù)創(chuàng)新能力等方面的差距為 1015 年，尤其在實(shí)現(xiàn)直流穩(wěn)壓電源的智能化、網(wǎng)絡(luò)化方面的研究不是很多。目前國(guó)內(nèi)在這兩方面研究比較多的是成都電子科技大學(xué)和廣州華南理工大學(xué)，主要是利用單片機(jī)和可編程系統(tǒng)器件(PSD)來控制開關(guān)直流穩(wěn)壓電源或數(shù)制化電壓?jiǎn)卧_(dá)到數(shù)控的目的，但和國(guó)外的比較起來，效果不是很理想，還有很大的差距。國(guó)內(nèi)廠家生產(chǎn)的直流穩(wěn)壓電源雖然也在向數(shù)字化方向發(fā)展，但多限于對(duì)輸出實(shí)現(xiàn)數(shù)碼顯示，或?qū)崿F(xiàn)多組數(shù)值預(yù)置?？傮w說來，國(guó)內(nèi)直流穩(wěn)壓電源技術(shù)在實(shí)現(xiàn)智能化等方面相對(duì)落后，面對(duì)激烈的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)，是個(gè)嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。 發(fā)展方向智能化目前在研制高精度、高性能、多功能的測(cè)量控制儀表時(shí)，幾乎沒有不考慮采用微處理器的。以微處理器為主體取代傳統(tǒng)儀器儀表的常規(guī)電子線路，將計(jì)算機(jī)技術(shù)與測(cè)量控制技術(shù)結(jié)合在一起，組成新一代的所謂“智能化測(cè)量控制儀表” 。智能儀器解決了許多傳統(tǒng)儀表不能或不易解決的難題，同時(shí)還能簡(jiǎn)化系統(tǒng)電路，提高系統(tǒng)的可靠性，加快產(chǎn)品的開發(fā)速度。直流穩(wěn)壓電源一方面為儀器儀表提供電能量，是儀器儀表的“動(dòng)力源” ，另一面它本身就是儀器儀表，因此，它有可能而且應(yīng)當(dāng)智能化。具體地說，智能化的直流穩(wěn)壓電源電源應(yīng)當(dāng)具有以下功能特點(diǎn)：① 操作自動(dòng)化。系統(tǒng)的整個(gè)測(cè)量過程如鍵盤掃描、量程選擇、開關(guān)啟動(dòng)閉合、數(shù)據(jù)的采集、傳輸與處理以及顯示打印等都用微控制器來控制操作，實(shí)現(xiàn)測(cè)量過程的全部自動(dòng)化。②具有自檢測(cè)功能，包括自動(dòng)調(diào)零、自動(dòng)故障檢測(cè)與狀態(tài)檢驗(yàn)、自動(dòng)校準(zhǔn)、自診斷及量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換等。系統(tǒng)能自動(dòng)檢測(cè)出故障的部位甚至故障的原因。③具有友好的人機(jī)對(duì)話能力。智能化的直流穩(wěn)壓電源使用鍵盤代替?zhèn)鹘y(tǒng)直流穩(wěn)壓電源中的切換開關(guān)，操作人員只需通過鍵盤輸入命令，就能實(shí)現(xiàn)某種測(cè)量功能。與此同時(shí)，智能直流穩(wěn)壓電源還通過顯示屏將儀器的運(yùn)行情況、工作狀態(tài)以及測(cè)量數(shù)據(jù)的處理結(jié)果及時(shí)告訴操作人員，使系統(tǒng)的操作更加方便直觀。④網(wǎng)絡(luò)管理能力。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用日益普及和信息處理技術(shù)的不斷發(fā)展，直流穩(wěn)壓電源通過RS232 接口實(shí)現(xiàn)與上位 PC 機(jī)通信，從而使網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人員可以隨時(shí)監(jiān)視電源設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)；網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人員可通過網(wǎng)絡(luò)定時(shí)開關(guān)電源，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程開關(guān)機(jī)等功能。數(shù)字化在傳統(tǒng)直流穩(wěn)壓電源中，控制部分是按模擬信號(hào)來設(shè)計(jì)和工作的。在六、七十年代，電力電子技術(shù)完全是建立在模擬電路基礎(chǔ)上的。但是，現(xiàn)在數(shù)字式信號(hào)、數(shù)字電路顯得越來越重要，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)日趨完善成熟，顯示出越來越多的優(yōu)點(diǎn)：便于計(jì)算機(jī)處理控制、避免模擬信號(hào)的畸變失真、減小雜散信號(hào)的干擾(提高抗干擾能力) 、便于軟件包調(diào)試和遙感遙測(cè)遙調(diào)，也便于自診斷、容錯(cuò)等技術(shù)的植入。模塊化電源的模塊化有兩方面的含義，其一是指功率器件的模塊化；其二是指電源單元的模塊化。模塊化的目的不僅在于使用方便，縮小整機(jī)體積，更重要的是取消傳統(tǒng)連線，把寄生參數(shù)降到最小，從而把器件承受的電應(yīng)力降至最低，提高系統(tǒng)的可靠性。大功率的電源，由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考慮，一般采用多個(gè)獨(dú)立的模塊單元并聯(lián)工作，采用均流技術(shù)，所有模塊共同分擔(dān)負(fù)載電流，一旦其中某個(gè)模塊失效，其它模塊再平均分擔(dān)負(fù)載電流。極大的提高系統(tǒng)可靠性，即使出現(xiàn)單模塊故障，也不會(huì)影響系統(tǒng)的正常工作。 綠色化電源系統(tǒng)的綠色化有兩層含義：首先是顯著節(jié)電，這意味著發(fā)電容量的節(jié)約，而發(fā)電是造成環(huán)境污染的重要原因，所以節(jié)電就可以減少對(duì)環(huán)境的污染；其次這些電源不能(或少) 對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生污染，國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)對(duì)此制定了一系列標(biāo)準(zhǔn)，如 IEC555，IEC917 ，IECI000 等。20 世紀(jì)末，各種有源濾波器和有源補(bǔ)償器的方案誕生，為 21 世紀(jì)批量生產(chǎn)各種綠色直流穩(wěn)壓電源產(chǎn)品奠定了基礎(chǔ) [1]。 課題研究方法直流穩(wěn)壓電源是最常用的儀器設(shè)備， 在科研及實(shí)驗(yàn)中都是必不可少的。針對(duì)以上問題， 設(shè)計(jì)了一套以單片機(jī)為核心的智能化直流電源。輸出由單片機(jī)通過 D/A 轉(zhuǎn)換模塊， 控制驅(qū)動(dòng)模塊輸出一個(gè)穩(wěn)定電壓。同時(shí)穩(wěn)壓方法采用單片機(jī)閉環(huán)控制， 單片機(jī)通過 A/D 采樣輸出電壓， 與設(shè)定值進(jìn)行比較， 若有偏差則調(diào)整輸出， 越限則輸出報(bào)警信號(hào)。工作過程中， 穩(wěn)壓電源的工作狀態(tài)(輸出電壓、電流等各種工作狀態(tài) ) 均由單片機(jī)輸出驅(qū)動(dòng) L ED 顯示。本設(shè)計(jì)研究的直流穩(wěn)壓電源主要是符合智能化、數(shù)字化以及模塊化的特點(diǎn)。智能化主要是指系統(tǒng)有可編程模塊可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行智能控制。數(shù)字化主要是指系統(tǒng)輸出電壓通過 7 段數(shù)碼管顯示，并且可以通過按鍵對(duì)輸出電壓進(jìn)行連續(xù)步進(jìn)數(shù)字化調(diào)節(jié)。模塊化是指系統(tǒng)由各個(gè)相關(guān)模塊組成，提高了系統(tǒng)的可靠性。第二章 主要元器件介紹 AT89C51 單片機(jī) AT89C51 是美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4K bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器(EPROM)和 128 bytes 的隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM） ，器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器(CPU)和 Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的 AT89C51 單片機(jī)可應(yīng)用于高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，也可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。因此，在這里我選用 AT89C51 單片機(jī)來完成本次設(shè)計(jì)。主要性能參數(shù)?與 MCS51 產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容?4K 字節(jié)可重擦寫 Flash 閃存存儲(chǔ)器?1000 次擦寫周期?全靜態(tài)操作：0HZ24HZ?三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器?128x8 字節(jié)內(nèi)部 RAM?32 個(gè)可編程 I/O 口線?2 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器?6 個(gè)中斷源?可編程串行 UART 通道?低功耗空閑和掉電模式AT89C51 內(nèi)存空間 ?內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（FLASH）4K 字節(jié)。 ?外部程序存儲(chǔ)器（ROM ）64K 字節(jié)。 ?內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM ）256 字節(jié)。 ?外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM ）64K 字節(jié)。AT89C51 引腳功能介紹： ?VCC：供電電壓。?GND：接地。?P0 口：P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在 FIASH 編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0 輸出原碼，此時(shí)P0 外部必須被拉高。?P1 口：P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高電平，可用作輸入，P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)，P1 口作為第八位地址接收。 ?P2 口：P2 口為一個(gè)內(nèi)部帶上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。?P3 口：P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL 門電流。當(dāng) P3 口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，是由于外部下拉為低電平，P3 口將輸出電流（ILL ） ，這是由于上拉的緣故。P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下所示：P3 口管腳 備選功能 RXD（串行輸入口）　 TXD（串行輸出口）　 /INT0（外部中斷 0）　　 /INT1（外部中斷 1）　 T0 （記時(shí)器 0 外部輸入）　 T1 （記時(shí)器 1 外部輸入）　 /WR （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）　 /RD （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。?RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。