基于51單片機(jī)的數(shù)控電源設(shè)計(jì)

引言
　　目前所使用的直流可調(diào)電源中，幾乎都為旋紐開關(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。利用數(shù)控電源，可以達(dá)到每步0.1V的精度，輸出電壓范圍0~15V，電流可以達(dá)到2A。

　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

 
圖1：硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　對(duì)選用芯片說明

　　DAC0832是一款常用的數(shù)摸轉(zhuǎn)換器，它有兩種連接模式，一種是電壓輸出模式，另外一種是電流輸出模式，為了設(shè)計(jì)的方便，選用電壓輸出模式，如電路圖所示，Iout1和 Iout2之間接一參考電壓，VREF輸出可控制電壓信號(hào)。它有三種工作方式：不帶緩沖工作方式，單緩沖工作方式，雙緩沖工作方式。該電路采用單緩沖模式，由電路圖可知，由于/WR2=/XFER=0，DAC寄存處于直通狀態(tài)。又由于ILE=1，故只要在選中該片（/CS=0）的地址時(shí)，寫入（/WR= 0）數(shù)字量，則該數(shù)字信號(hào)立即傳送到輸入寄存器，并直通至DAC寄存器，經(jīng)過短暫的建立時(shí)間，即可以獲得相應(yīng)的模擬電壓，一旦寫入操作結(jié)束，/WR1和 /CS立即變?yōu)楦唠娖剑瑒t寫入的數(shù)據(jù)被輸入寄存器鎖存，直到再次寫入刷新。

　　AT24C02是一款常用的可掉電保存數(shù)據(jù)的ROM，2K比特容量，采用I2C總線操作，關(guān)于它的具體操作方法參考相關(guān)資料。

圖2：主硬件電路圖

圖3：參考電壓電路圖[!--empirenews.page--]

　　硬件電路設(shè)計(jì)

　　采用常用的51芯片作為控制器，P0口和DAC0832的數(shù)據(jù)口直接相連，DA的/CS和/WR1連接后接P2.0，/WR2和/XEFR接地，讓DA工作在單緩沖方式下。 DA的11腳接參考電壓，參考電壓電路如圖2所示，通過調(diào)節(jié)可調(diào)電阻調(diào)節(jié)LM336的輸出電壓為5.12V，所以在DAC的8腳輸出電壓的分辨率為 5.12V/256=0.02V，也就是說DA輸入數(shù)據(jù)端每增加1，電壓增加0.02V。

　　DA的電壓輸出端接放大器OP07的輸入端，放大器的放大倍數(shù)為 R8/（R8+R9）=1K/（1K+4K）=5，輸出到電壓模塊LM350的電壓分辨率=0.02V×5=0.1V。所以，當(dāng)MCU輸出數(shù)據(jù)增加1的時(shí)候，最終輸出電壓增加0.1V，當(dāng)調(diào)節(jié)電壓的時(shí)候，可以以每次0.1V的梯度增加或者降低電壓。

　　本電路設(shè)計(jì)三個(gè)按鍵，KEY1為翻頁(yè)按鍵，最近設(shè)置的電壓大小保存在EEROM里面，比如10個(gè)電壓，按一下KEY1，電壓變?yōu)橄乱粋€(gè)，省去了反復(fù)設(shè)置電壓的麻煩， KEY2為電壓+，KEY3為電壓+，按一下KEY2，當(dāng)前電壓增加0.1V，按一下KEY3，當(dāng)前電壓減小0.1V。

　　限于篇幅原因，未畫出數(shù)碼管顯示電路，該系統(tǒng)使用3個(gè)數(shù)碼管，可以顯示三位數(shù)，一個(gè)小數(shù)位，比如可以顯示12.5V，采用動(dòng)態(tài)掃描驅(qū)動(dòng)方式。本主電路的原理是通過MCU控制 DA的輸出電壓大小，通過放大器放大，給電壓模塊作為最終輸出的參考電壓，真正的電壓，電流還是由電壓模塊LM350輸出。

　　為了達(dá)到2A的輸出電流，LM350必須選用金屬外殼封裝，并且?guī)源竺娣e的散熱片。

　　軟件流程

　　軟件系統(tǒng)

　　軟件的設(shè)計(jì)主要完成三方面的功能:

　　1.設(shè)置電壓并且保存，主要是對(duì)EEROM的操作。

　　2.把設(shè)置的電壓送到DA，主要是對(duì)DA的操作。

　　3.中斷顯示，把設(shè)置的電壓顯示到LED數(shù)碼管上。

　　該數(shù)控電壓源實(shí)現(xiàn)保存最近10電壓功能，當(dāng)打開電源的時(shí)候，它顯示和輸出的必須是上次使用電壓大小，所以在EEROM中使用11個(gè)地址保存數(shù)據(jù)，第一個(gè)地址保存當(dāng)前電壓編號(hào)，大小為1~10。第2個(gè)地址~第11個(gè)地址連續(xù)保存10個(gè)電壓大小數(shù)據(jù)。電壓編號(hào)的大小分別對(duì)應(yīng)到相應(yīng)地址電壓大小。

　　對(duì)軟件流程做一下說明：當(dāng)電源打開的時(shí)候，MCU進(jìn)行復(fù)位，寄存器清零。接著電源應(yīng)該顯示和輸出上次關(guān)機(jī)前的電壓大小，這時(shí)候MCU先讀取EEPROM中保存的電壓編號(hào)，根據(jù)電壓編號(hào)讀出對(duì)應(yīng)電壓，把該數(shù)據(jù)送到DA，在轉(zhuǎn)換成BCD碼送到顯示部分。這時(shí)候程序循環(huán)檢測(cè)是否有按鍵信號(hào)，如果KEY1按下，電壓編號(hào)指向下一個(gè)，保存該電壓編號(hào)，讀對(duì)應(yīng)電壓，把他送到DA并且顯示。如果KEY2按下，當(dāng)前電壓數(shù)據(jù)加1，相對(duì)應(yīng)輸出電壓（POWER—OUT引腳）增加0.1V，保存設(shè)置電壓數(shù)據(jù)。如果KEY3按下，電壓數(shù)據(jù)減1，輸出電壓
減少0.1V，保存設(shè)置電壓數(shù)據(jù)。

　　結(jié)語(yǔ)

　　該數(shù)控電壓源經(jīng)過時(shí)間實(shí)際使用說明，具有精度高，使用方便，硬件電路簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。如果要作成產(chǎn)品，還需要增加電流測(cè)量和顯示部分，對(duì)這部分電路請(qǐng)參考相關(guān)資料。本文主要對(duì)如何控制功率輸出電壓大小做出個(gè)例子，該電路對(duì)測(cè)量領(lǐng)域，以及馬達(dá)調(diào)速方面都可以擴(kuò)展使用。