1、内容摘要：该电源系统以 AT89S52 单片机为核心控制芯片，实现可预设电压数控直流电源功能的方案。设计采用 8 位精度的 DA 转换器 DAC0808 和 LT082 运算放大器构成稳压源，实现了输出电压范围为 0V+9.9V，电压步进可调的数控稳压电源，具有较高的精度与稳定性。另外该方案采用通过按键实现输出电压的方便设定，显示部分采用数码管来显示输出电压，通过数字电压表显示实际输出电压值。 关键词：数控 AT89S52 DAC0808 稳压电源 1 绪论电源技术尤其是数控电源技术是一门实践性很强的工程技术，服务于各行各业。电力电子技术是电能的最佳应用技术之一。当今电源技术融合了电气、电子、
2、系统集成、控制理论、材料等诸多学科领域。随着计算机和通讯技术发展而来的现代信息技术革命，给电力电子技术提供了广阔的发展前景，同时也给电源提出了更高的要求。随着数控电源在电子装置中的普遍使用，普通电源在工作时产生的误差，会影响整个系统的精确度。电源在使用时会造成很多不良后果，世界各国纷纷对电源产品提出了不同要求并制定了一系列的产品精度标准。只有满足产品标准，才能够进入市场。随着经济全球化的发展，满足国际标准的产品才能获得进出的通行证。数控电源是从 80 年代才真正的发展起来的，期间系统的电力电子理论开始建立。这些理论为其后来的发展提供了一个良好的基础。在以后的一段时间里，数控电源技术有了长足的发
3、展。但其产品存在数控程度达不到要求、分辨率不高、功率密度比较低、可靠性较差的缺点。因此数控电源主要的发展方向，是针对上述缺点不断加以改善。单片机技术及电压转换模块的出现为精确数控电源的发展提供了有利的条件。新的变换技术和控制理论的不断发展，各种类型专用集成电路、数字信号处理器件的研制应用，到 90 年代，己出现了数控精度达到 0.05V 的数控电源，功率密度达到每立方英寸 50W 的数控电源。从组成上，数控电源可分成器件、主电路与控制等三部分。目前在电力电子器件方面，几乎都为旋纽开关调节电压，调节精度不高，而且经常跳变，使用麻烦。数字化智能电源模块是针对传统智能电源模块的不足提出的，数字化能够
4、减少生产过程中的不确定因素和人为参与的环节数，有效地解决电源模块中诸如可靠性、智能化和产品一致性等工程问题，极大地提高生产效率和产品的可维护性。电源采用数字控制，具有以下明显优点:（1）易于采用先进的控制方法和智能控制策略，使电源模块的智能化程度更高，性能更完美；（2）控制灵活，系统升级方便，甚至可以在线修改控制算法，而不必改动硬件线路；（3）控制系统的可靠性提高，易于标准化，可以针对不同的系统(或不同型号的产品)，采用统一的控制板，而只是对控制软件做一些调整即可；（4）系统的一致性好，成本低，生产制造方便。由于控制软件不像模拟器件那样存在差异，所以，其一致性很好。由于采用软件控制，控制板的体
5、积将大大减小，生产成本下降。2 系统设计2.1 设计任务与要求2.1.1 设计任务（1）设计一台微机控制的数控直流电压源，为电子设备供电；（2）在设计过程中，选择 12 个单元电路使用仿真软件（例如 Proteus等）进行仿真调试；（3）用计算机绘制所有的电路图。2.1.2 设计要求（1）输出电压范围 0-9.9v，步进值可调；（2）电压调整率 Sv0.1%V；（3）用数字显示输出电压。 2.2 方案的选择与论证2.2.1 总体设计方案方案一：采用各类数字电路来组成键盘控制系统，进行信号处理，如选用CPLD 等可编程逻辑器件。本方案电路复杂，灵活性不高，效率低，不利于系统的扩展，对信号处理比较
6、困难。方案二：采用 51 系列单片机作为整机的控制单元，通过改变输入数字量来改变输出电压值，从而使输出功率管的基极电压发生变化，间接地改变输出电压的大小。本设计采用第二种方案。为了能够使系统具备检测实际输出电压值的大小，利用 51 系列单片机为主控制器，通过键盘来设置直流电源的输出电流，设置步进等级可调，并可由数码管显示预设电压值，数字电压表显示实际输出电压。从数字电压表中读出实际电压值，可直观的看出实际电压与预设电压是否有偏差，并通过键盘更改。通过软件利用单片机程控输出数字信号，经过 D/A 转换器（DA0808）输出模拟量，再经过运算放大器隔离放大，控制输出功率管的基极，随着功率管基极电电
7、流的变化而输出不同的电压。2.2.2 显示部分采用了键盘/显示器接口控制器。不仅简化接口引线，而且减小了软件对键盘/显示器的查询时间，提高了 CPU 的利用率。采用三位半的数字电压表直接对输出电压采样并显示输出实际电压值，一旦系统工作异常，出现预制值与输出值偏差过大，用户可以根据该信息予以处理。3 系统硬件设计本系统由控制器模块、按键模块、LED 显示模块和 D/A 转换模块 4 个模块组成，系统硬件组成框图如图 1 所示。系统总体电路原理图如图 2 所示。按键模块D/A转换模块LED显示模块电源图 1 系统组成框图图 2 系统电路原理图3.1 控制器模块本系统控制器芯片采用 AT89S52
8、单片机，其管脚图如图 3 所示。控制器模块图 3 AT89S52 管脚图AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程Flash，使得 AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、有效的解决方案。AT89S52 的主要特性是：与 MCS-51 单片机产品兼容；8K 字节在系统可编程Flash 存储器；1000 次擦写
9、周期；三级加密程序存储器；32 个可编程 I/O 口线；三个 16 位定时器/计数器；8 个中断源；全双工 UAR 串行通道；低功耗空闲和掉电模式；掉电后中断可唤醒；有看门狗定时器；双数据指针。AT89S52 具有以下标准功能：8k 字节 Flash，256 字节 RAM，32 位 I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个 16 位定时器/计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至 0Hz 静态逻辑操作，支持 2 种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU 停止工作，允许 RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式
10、下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。3.2 按键模块采用 3x4 键盘与单片机的 P1 口相连，连接电路如图 4 所示。*设为复位键，按下时，数码管熄灭，电压输出为 0。#设为确定键，按下时数码管显示预设电压值，数字电压表显示实际电压值。 图 4 按键电路3.3 D/A 转换模块D/A 转换模块如图 5 所示，由数模转换器 DAC0808 和运放 TL082 构成。DAC0808 芯片是一个 8 位 D/A 转换器，有 8 个数码输入端，1 个模拟输出端，能将控制电路输出的 8 位二进制数字量转换成模拟量的输出。P2 口与 DAC0808 的
11、输入端相连，通过 D/A 转换电路将输入的数字量转为模拟量，通过 TL082 运算放大器输出实际的电压，从数字电压表读出。图 5 D/A 转换电路图DAC0808 引脚图如图 6 所示。DAC0808 各引脚功能如表 1 所示。图 6 DAC0808 引脚图DAC0808 的 COMP 引脚的作用为通过调节外接电阻，以达到改善放大器的性能和输出电压。运放输出电压为（1）式中，V REF为外接参考电压，D 7D O为 8 位输入数字量。当输入数字量在0000000011111111 之间变化时，其对应的输出模拟电压 U1 在 0-V REF之间，电压分辨率为：V=5V/(28-1)=19.6mV
12、。表 1 DAC0808 的引脚功能引脚 功能 引脚 功能D7-D0 8 根数据输入线，D 7为最高位 COMP 补偿端IO 电流输出线（由外向内流） VLC 阈值控制输入端VREF()、 VREF()参考电压输入端 IN- 反相输入端VCC、VSS 电源输入端 IN+ 同相输入端GND 模拟地 Io 输出端VCC-、VCC+ 正负电源供应端TL082 是一通用的 J-FET 双运用算放大器，其引脚图如图 7 所示，其中2、3 管脚分别为正反向输入，对应的 6、5 管脚为正反向输出，8、4 为正负电源。TL0832 特点有：较低输入偏置电压和偏移电流；输出没有短路保护；输入级具有较高的输入阻抗
13、；内建频率被子偿电路；较高的压摆率；最大工作电压18V。图 7 TLO82 管脚图3.4 数码管显示模块数码显示模块电路如图 8 所示。显示部分选用的是 7seg-mpx2-cc 两片 7 段共阴数码管。单片机的 P00P07 分别接数码管的 ADP 口，P20、P21 分别接数码管 1、2 接口，分别控制第一片和第二片的暗亮。外加上拉电阻加强驱动能力，使数码管更亮。图 8 数码管显示电路3.5 硬件元件清单系统元器件清单见表 2。表 2 系统元器件清单器件 数量 器件 数量AT89S52 1 TL082 13x4 键盘 1 DAC0808 17seg-mpx2-cc 1 电容（220n） 1
14、排阻（4.7k） 1 电容（33p） 2电阻（5k） 3 数字电压表 1晶振器 1 电阻（1k） 1电容（10uF） 1 开关 14 软件设计与仿真本系统程序包括主程序、键盘扫描子程序、发送键码子程序、发送数据子程序、接收命令子程序等。主程序用于系统初始化，子程序调度等。键盘扫描子程序用于扫描键盘状态，将被按键的位置号存入缓冲器中。发送键码子程序用于将缓冲区键的接通码或断开码发送给单片机接口。发送数据子程序用于将数据发给单片机接口。接收命令子程序用于接收单片机接口发来的键盘命令。4.1 主程序设计主程序通过键盘扫描子程序进行各行扫描是否有按键，消抖及重键处理：通过软件上延时程序来消除抖动；采用后按键优先处理，即多键同时按下时，只重复发送最后按下键的扫描码。主程序流程图如图 9 所示。图 9 主程序流程图4.2 仿真软件简介Proteus 是英国 Labcenter 公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于Windows 操作系统上，可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路，该软件的特点是：（1）实现了单片机仿真和 SPICE 电路仿真相结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232 动态仿真、I2C 调试器、SPI 调试器、键盘和 LCD 系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。
