基于AT89C51的数控多路直流稳压电源设计

当今社会人们极大的享受着电子设备带来的便利，但是任何电子设备都有一个共同的电路--电源电路，直流电源趋向多功能和数字化方向。直流稳压电源的供电电源大都是交流电源，当交流供电电源的电压或负载电阻变化时，稳压器的直流输出电压都会保持稳定。 直流稳压电源随着电子设备向高精度、高稳定性和高可靠性的方向发展，对电子设备的供电电源提出了高的要求。本文以单片机为核心，构成可同时控制6路正负输出，具有定点显示和巡回显示等功能的数控直流稳压电源。

　　1 系统的功能和特点

　　系统有6路电压输出，其中3路为正，3路为负。电压调节范围为0～35 V ,最大输出电流（A ）分别为5,2和1,具有过流保护功能。数字显示有5位，其中1位显示路号，1位显示电压极性，另3位显示输出电压。键盘设有16个键，数字键0～ 9及小数点键用于设定电压输出路号及幅值；“↑”键为逐步增加输出电压或路号；“↓”键为逐步减少输出电压或路号；“C L R ”键用于清除错误输入，恢复原先状态；“# ”键用于启动电压设定状态和确认新设定；“@ ”键为巡回显示和定点显示切换键。

　　本系统设有巡回显示、定点显示和电压设定3种工作状态。当接通电源时，自动设置为巡回显示状态，它将每隔4 s 在显示器上巡回显示不同路号和相应电压。若再按“# ”，则电压显示值出现闪烁现象，表示进入电压设定状态。如果依次按下“2”，“6”，“·”，“3”，再按“# ”键确认，新的电压26.3 V 为实际输出，设定完毕。也可以在电压设定状态下， 用“↑”键和“↓”键以0. 1 V 的增量设定电压。系统设有自动识别功能，将不接受超出使用范围的电压设定值。在未按“# ”键之前，对误输入的电压可以用“C L R ”键清除后重新设定。在定点显示态，可用数字键、“↑”或“↓”键选择监视的电压路号。同样地，系统将不接受超出实际范围的路号设定值。输出电压的正负值由系统自动给出，无需用户输入。巡回显示和定点显示的切换按“@”键即可。

　　2 硬件电路分析

　　系统选用A T 89C 51单片机为控制核心，完全兼容了8031单片机的指令和功能。同时，它还增加了内置4 K B 闪速存储器，具有128 B 内部R A M ,3个I/O 口，功耗低，体积小巧，不需扩展存储器就能满足系统要求。图1为系统硬件原理图。

　　2.1 电压输出回路

　　电压输出回路原理，如图2所示。其调整管采用共射极连接方式，与常见的共集极连接方式相比，功耗和纹波系数大为降低。增并调整管，适当增加B G 2 的容量即可扩展功率输出容量。由于电压反馈调节采用了比例积分调节器，输出电压在正常的工作区能完全地跟踪控制电压Uin .经过推导，可得稳态的输出电压值Uo = WinRw /Rr .Rb 及B G 3 等构成过流保护电路。理论可以证明，该回路近似为一阶控制系统，具有绝对的稳定性。因此，它十分适合于系统的设计要求，详细的分析说明可参见文献〔2〕。

　　2.2 控制电压给定回路

　　控制电压给定回路由单片机、D /A 转换器和采样保持器等组成。控制电压由D /A 提供，

　　系统采用了开环控制方式。一般说来，开环控制的抗干扰能力和精度差〔3 〕。但由于本电压输出电路采用了特有的结构，能实现无静差调节。这样，可以省去类似文献〔2〕电路中的A /D 采样和比较电路，既降低了成本，又简化了结构。其控制算法简单，可靠性显着增强。D /A 输出一般很稳定，但分辨率有限。按本系统的设计要求，输出电压的分辨率必须大于0.1 V .已知稳压输出量程为0～3 5V , 若D /A 的量程和参考电压以5V 计，则D / A 的分辨率B应满足2B> 35/0.1,B> 8.4.故可采用10或12位的D /A 转换器。为保证一定裕量，系统采用D A C 1210.本系统具有多路正负输出，考虑到高位D /A 转换器价格较高。采样-保持电路由数据锁存器74L S 273,以及6块采样-保持器L F 398组成。当D A C 1210输出第N 路（1≤N≤6）控制电压时，通过74L S 273的第N 位输出状态的改变，使相应路的采样/保持器L F 398由保持状态变为采样状态。然后，再恢复成保持状态，从而实现对控制电压的采样和保持。

　　2.3 显示和键盘接口电路

　　考虑到本系统监控软件的负担较重，显示采用了静态显示模式〔5 〕。不难发现，电源输出的极性决定于输出电压回路的电路结构，与路号有一一对应的关系。因而，可由软件自动设置。故两块数码管完全可以共享一组8位显示数据。这样5位L E D 只需设4个锁存器（74L S273）。键盘电路设置于P 1 口，为典型的4×4中断扫描键盘。