基于AT89C51智能型穩(wěn)壓電源的設計

摘要

本文介紹了一種基于AT89C51的智能穩(wěn)壓電源的設計方案，其核心技術是通過AT89C51控制數(shù)模轉換來改變其后穩(wěn)壓模塊的輸出。該系統(tǒng)由整流濾波初步穩(wěn)壓電路部分、AT89C51控制部分、DAC和顯示部分組成，該穩(wěn)壓電源能連續(xù)步進可調，并可實時顯示，彌補了傳統(tǒng)穩(wěn)壓電源的不足。

本系統(tǒng)研究的直流穩(wěn)壓電源主要是符合智能化、數(shù)字化及模塊化的特點：智能化指系統(tǒng)有可編程模塊能對系統(tǒng)進行智能控制；數(shù)字化指系統(tǒng)輸出電壓通過7段數(shù)碼管顯示，并可通過按鍵對輸出電壓進行連續(xù)步進數(shù)字化調節(jié)；模塊化指系統(tǒng)由各個相關模塊組成，提高了系統(tǒng)的可靠性。

AT89C51智能型穩(wěn)壓電源設計原理

1設計系統(tǒng)框圖

系統(tǒng)由各模塊組成，其模塊構成的系統(tǒng)框圖如圖1所示。

2組成模塊電路設計方案

（1）電源電路模塊設計方案。采用LM7815、LM7915系列三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓電路（電路如圖2）為運放TL082、單片機AT89C51和數(shù)模轉換DAC08 32器件提供穩(wěn)定的工作電壓，實現(xiàn)系統(tǒng)的工作電壓和系統(tǒng)穩(wěn)壓電源的連續(xù)步進可調。

（2）AT89C51主控模塊設計方案。AT89C51是系統(tǒng)的控制核心，主要通過控制數(shù)摸轉換來實現(xiàn)對穩(wěn)壓電源的調節(jié)，并控制顯示電路，其電路如圖3所示。

主控電路中包括AT89C51工作的基本電路：復位電路和晶振電路。另有兩個按鍵：+SW鍵和-SW鍵，這兩個按鍵用于控制輸出電壓的增加與減小。

（3）數(shù)模轉換模塊DAC0832設計方案。DAC模塊連接著控制部分與穩(wěn)壓部分，具體電路如圖4所示。

該數(shù)模轉換電路采用的是DAC0832單極性輸出方式，輸出Vo=-B×Vref/256，其中B值為D0～D7組成的8位二進制，取值范圍為0～255，Vref是參考電壓，該電壓有電阻R2和可變電阻R3分壓所得，通過調節(jié)可變電阻可改變參考電壓Vref.（4）顯示電路模塊設計方案。顯示電路是對系統(tǒng)輸出電壓進行顯示，使得整個系統(tǒng)更加合理，由于只顯示輸出電壓，所以顯示器件采用數(shù)碼管，電路如圖5所示。

（5）穩(wěn)壓電路模塊設計方案。穩(wěn)壓部分是系統(tǒng)的實現(xiàn)核心，DAC模塊輸出的模擬信號決定最終的輸出電壓，電路如圖6所示。

穩(wěn)壓電路中電阻R7和R8組成取樣電路，對輸出電壓進行取樣，運放TL082構成比較電路，對采樣電壓與數(shù)模轉換輸出的電壓進行比較以控制調整電路，三極管Q1和Q2構成調整電路，調整電路通過改變?nèi)龢O管的壓降來調整輸出電壓。

ATB9C51智能型穩(wěn)壓電源

流程圖直觀描述了如何實現(xiàn)對系統(tǒng)輸出電壓的調節(jié)。首先對系統(tǒng)的輸出電壓進行初始化，設定為5 V，然后通過判斷按鍵是“+”鍵或“-”鍵對系統(tǒng)的輸出電壓進行相應的調節(jié)，并保證輸出電壓不超出設定范圍，具體的調節(jié)過程如圖7所示。

數(shù)據(jù)測試與分析

數(shù)據(jù)測試主要是測試輸出電壓與設定值間的誤差，測試數(shù)據(jù)如表1所示。

從表1中可看出，第1組和第9組輸出電壓與設定值偏差較大，設定值在3～11 V時輸出電壓偏差較小。為減小誤差，需將電壓的設定值限定在3～11 V之間，系統(tǒng)輸出電壓的步進可調，步進值為0.1 V.

結束語

該設計采用閉環(huán)反饋調整的方法，設計出了實用的直流電壓源，其電壓輸出級數(shù)與D/A的位數(shù)有緊密關系，設計采用8位的D/A，若采用12位或16位的D/A轉換器進行相應的閉環(huán)調整，直流電源的精度將進一步提高。由于該電源在結合了線性電源與開關電源各自優(yōu)點的基礎上還加入了單片機控制，不僅小巧、輕便、輸出特性良好且操作簡單，具有控制智能化等特點，因此，適用于各種科學實驗與小功率的電子設備中。