【正文】 基于 at89s52 單片機(jī)的數(shù)控穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) 內(nèi)容摘要 ： 該電源系統(tǒng)以 AT89S52 單片機(jī)為核心控制芯片，實(shí)現(xiàn)可預(yù)設(shè)電壓數(shù)控直流電源功能的方案。設(shè)計(jì)采用 8位精度的 DA轉(zhuǎn)換器 DAC0808 和 LT082 運(yùn)算放大器構(gòu)成穩(wěn)壓源，實(shí)現(xiàn)了輸出電壓范圍為 0V～ +，電壓步進(jìn)可調(diào)的數(shù)控穩(wěn)壓電源，具有較高的精度與穩(wěn)定性。另外該方案采用通過(guò)按鍵實(shí)現(xiàn)輸出電壓的方便設(shè)定，顯示部分采用數(shù)碼管來(lái)顯示輸出電壓，通過(guò)數(shù)字電壓表顯示實(shí)際輸出電壓值。 關(guān)鍵詞 ： 數(shù)控 AT89S52 DAC0808 穩(wěn)壓電源 1 緒論 電源技術(shù)尤其是數(shù)控電源技術(shù)是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的工程技術(shù)，服務(wù)于各行各業(yè)。電力電子技術(shù)是電能的最佳應(yīng)用技術(shù)之一。當(dāng)今電源技術(shù)融合了電氣、電子、系統(tǒng)集成、控制理論、材料等諸多學(xué)科領(lǐng)域。隨著計(jì)算機(jī)和通訊技術(shù)發(fā)展而來(lái)的現(xiàn)代信息技術(shù)革命，給電力電子技術(shù)提供了廣闊的發(fā)展前景，同時(shí)也給電源提出了更高的要求。隨著數(shù)控電源在電子裝置中的普遍使用，普通電源在工作時(shí)產(chǎn)生的誤差，會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的精確度。電源在使用時(shí)會(huì)造成很多不良后果，世界各國(guó)紛紛對(duì)電源產(chǎn)品提出了不同要求并制定了一系列的產(chǎn)品精度標(biāo)準(zhǔn)。只有滿(mǎn)足產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，才能夠進(jìn)入市場(chǎng)。 隨著經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展，滿(mǎn)足國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品才能獲得進(jìn)出的通行證。數(shù)控電源是從 80 年代才真正的發(fā)展起來(lái)的，期間系統(tǒng)的電力電子理論開(kāi)始建立。這些理論為其后來(lái)的發(fā)展提供了一個(gè)良好的基礎(chǔ)。在以后的一段時(shí)間里，數(shù)控電源技術(shù)有了長(zhǎng)足的發(fā)展。但其產(chǎn)品存在數(shù)控程度達(dá)不到要求、分辨率不高、功率密度比較低、可靠性較差的缺點(diǎn)。因此數(shù)控電源主要的發(fā)展方向，是針對(duì)上述缺點(diǎn)不斷加以改善。單片機(jī)技術(shù)及電壓轉(zhuǎn)換模塊的出現(xiàn)為精確數(shù)控電源的發(fā)展提供了有利的條件。新的變換技術(shù)和控制理論的不斷發(fā)展，各種類(lèi)型專(zhuān)用集成電路、數(shù)字信號(hào)處理器件的研 制應(yīng)用， 到 90年代，己出現(xiàn)了數(shù)控精度達(dá)到 的數(shù)控電源，功率密度達(dá)到每立方英寸 50W 的數(shù)控電源。從組成上，數(shù)控電源可分成器件、主電路與控制等三部分。目前在電力電子器件方面，幾乎都為旋紐開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)電壓，調(diào)節(jié)精度不高，而且經(jīng)常跳變，使用麻煩。 數(shù)字化智能電源模塊是針對(duì)傳統(tǒng)智能電源模塊的不足提出的，數(shù)字化能夠減少生產(chǎn)過(guò)程中的不確定因素和人為參與的環(huán)節(jié)數(shù)，有效地解決電源模塊中諸如可靠性、智能化和產(chǎn)品一致性等工程問(wèn)題，極大地提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的可維護(hù)性。 電源采用數(shù)字控制，具有以下明顯優(yōu)點(diǎn) : （ 1）易于采用先進(jìn)的控制方法 和智能控制策略，使電源模塊的智能化程度更高，性能更完美； （ 2）控制靈活，系統(tǒng)升級(jí)方便，甚至可以在線修改控制算法，而不必改動(dòng)硬件線路； （ 3）控制系統(tǒng)的可靠性提高，易于標(biāo)準(zhǔn)化，可以針對(duì)不同的系統(tǒng) (或不同型號(hào)的產(chǎn)品 )，采用統(tǒng)一的控制板，而只是對(duì)控制軟件做一些調(diào)整即可； （ 4）系統(tǒng)的一致性好，成本低，生產(chǎn)制造方便。由于控制軟件不像模擬器件那樣存在差異，所以，其一致性很好。由于采用軟件控制，控制板的體積將大大減小，生產(chǎn)成本下降。 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 設(shè)計(jì)任務(wù) （ 1）設(shè)計(jì)一臺(tái)微機(jī)控制的數(shù)控直流電壓源，為電子設(shè)備供電； （ 2）在設(shè)計(jì)過(guò)程中，選擇 1～ 2個(gè)單元電路使用仿真軟件（例如 Proteus等）進(jìn)行仿真調(diào)試； （ 3）用計(jì)算機(jī)繪制所有的電路圖。 設(shè)計(jì)要求 （ 1）輸出電壓范圍 ，步進(jìn)值可調(diào)； （ 2）電壓調(diào)整率 Sv%V； （ 3）用數(shù)字顯示輸出電壓。 方案的選擇與論證 總體設(shè)計(jì)方案 方案一：采用各類(lèi)數(shù)字電路來(lái)組成鍵盤(pán)控制系統(tǒng)，進(jìn)行信號(hào)處理，如選用CPLD 等可編程邏輯器件。本方案電路復(fù)雜，靈活性不高，效率低，不利于系統(tǒng)的擴(kuò)展，對(duì)信號(hào)處理比較困難。 方案二：采用 51 系列單片機(jī)作為整機(jī)的控制單元，通過(guò)改變輸入數(shù)字量來(lái)改變輸出電壓值，從而使輸出功率管的基極電壓發(fā)生變化，間接地改變輸出電壓的大小。 本設(shè)計(jì)采用第二種方案。為了能夠使系統(tǒng)具備檢測(cè)實(shí)際輸出電壓值的大小，利用 51 系列單片機(jī)為主控制器，通過(guò)鍵盤(pán)來(lái)設(shè)置直流電源的輸出電流，設(shè)置步進(jìn)等級(jí)可調(diào)，并可由數(shù)碼管顯示預(yù)設(shè)電壓值，數(shù)字電壓表顯示實(shí)際輸出電壓。從數(shù)字電壓表中讀出實(shí)際電壓值，可直觀的看出實(shí)際電壓與預(yù)設(shè)電壓是否有偏 差，并通過(guò)鍵盤(pán)更改。通過(guò)軟件利用單片機(jī)程控輸出數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò) D/A轉(zhuǎn)換器（ DA0808）輸出模擬量，再經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器隔離放大，控制輸出功率管的基極，隨著功率管基極電電流的變化而輸出不同的電壓。 顯示部分 采用了鍵盤(pán) /顯示器接口控制器。不僅簡(jiǎn)化接口引線，而且減小了軟件對(duì)鍵盤(pán) /顯示器的查詢(xún)時(shí)間，提高了 CPU 的利用率。采用三位半的數(shù)字電壓表直接對(duì)輸出電壓采樣并顯示輸出實(shí)際電壓值，一旦系統(tǒng)工作異常，出現(xiàn)預(yù)制值與輸出值偏差過(guò)大，用戶(hù)可以根據(jù)該信息予以處理。 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)由控制器模塊、按鍵模塊、 LED 顯示模塊和 D/A 轉(zhuǎn)換模塊 4 個(gè)模塊組成，系統(tǒng)硬件組成框圖如圖 1 所示。系統(tǒng)總體電路原理圖如圖 2 所示。 圖 1 系統(tǒng)組成框圖 圖 2 系統(tǒng)電路原理圖 控制器模塊 本系統(tǒng)控制器芯片采用 AT89S52 單片機(jī)，其管腳圖如圖 3 所示。 按鍵模塊 D/A轉(zhuǎn)換模塊 LED顯示模塊 電源 控制器 模塊 圖 3 AT89S52 管腳圖 AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得 AT89S52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、有效的解決方案。 AT89S52 的主要特性是： 與 MCS51 單片機(jī)產(chǎn)品兼容； 8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器； 1000 次擦寫(xiě)周期；三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器； 32 個(gè)可編程 I/O 口線；三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器； 8個(gè)中斷源；全雙工 UAR 串行通道；低功耗空閑和掉電模式；掉電后中斷可喚醒；有看門(mén)狗定時(shí)器；雙數(shù)據(jù)指針。 AT89