基于AT89C51的数控多路直流稳压电源设计

来源：BOB.COM    发布时间：2024-03-12 16:55:21

  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。

  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，将不接受超出应用限制范围的电压设定值。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。

  系统选用A T 89C51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。

  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管理系统，具有绝对的稳定性。因此，它十分适合于系统的设计的基本要求，详细的分析说明可参见文献〔2〕。

  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，开环控制的抗干扰的能力和精度差〔3 〕。但由于本电压输出电路采取了特有的结构，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。按本系统的设计的基本要求，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，以此来实现对控制电压的采样和保持。

  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。故两块数码管可完全共享一组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。

  本软件设计通过合理的安排中断和划分各功能模块，设置统一的状态字，有效克服了系统的功能多、状态转换复杂给软件设计带来的困难。系统软件流程图，如图3所示。

  状态字（SB ）占用一个字节，有效位为5位。状态字通道被启动后，控制指定的设备完成相关的规定的操作，同时，通道在执行对外围设备控制的过程中，要记录通道与设备执行情况，为此系统在主存中安排另一个固定单元，用于存放这些被记录状态，有

  S B .4 = 1,表示电压非首次数字设定，SB .4 = 0,表示电压首次数字设定。

  主程序。进行系统初始化设定（I/O 口、定时、中断、状态字、各数据缓冲区等初始化），等待中断。定时中断服务程序。输出电压的稳定性是稳压器最重要的指标。考虑到采样-保持器输出有一缓慢的下降速率（当L F 398保持电容为0.1 μF 时，下降速率约200 V ·m in- 1 ），故需定时对其进行保持和电压刷新。本服务程序完成各路电压值刷新和显示。中断申请由定时/计数器T 0 提出，每隔130 m s 中断一次，中断服务级为最高级。 键盘中断服务程序。根据键码和当前状态字，跳转相应的功能处理程序，中断由IN T 0 引入。 键扫描译码程序。将0～9、小数点，以及其它按键译成对应00H ～0F H 的十六进制码。显示译码程序。将键码缓冲区的内容译成七段码并存入相应的显示缓冲区。 D /A 译码程序。将键码缓冲区的内容译成对应的12位D /A 二进制数码，并存入相应的D /A 数据缓冲区（一路输出占2 B ）。显示子程序。根据路数，将该路数据缓冲区的内容与屏蔽字相或后，送对应数管。错程识别序1.在电压设定状态，判定键入数字码后，键码缓冲区数据格式的错误，恢复键入前的状态并给出相应标志（SB .3）。错程识别序2.在电压设定状态，判定键入“↑”键、“↓”键后，键码缓冲区数据格式的错误恢复键入前的状态，并给出相应标志（S B .3）。

  互方之一定义用于数据交换的底层内存分配机制。另一方总是使用已公布的接口来分配或释放缓冲区，从而避免潜在的不一致。这种模型需要双方都坚持一个可能与软件基本功能无关的编程约定，而且在正常的情况下，这个编程约定可能使代码更加不可重用。

  驱动数据交换的那一方将负责管理操作 —— 当该方充当数据提供者时，这是一个相对适当的方案。 然而，当该方充当数据使用者时，事情就变得棘手了。为避免去发现数据大小，数据使用者可以分配一个任意大小的缓冲区。如果该数据缓冲区只有少数大，就必须对数据提供者发出多次调用。因此这种方法需要围绕该交互调用编写额外的循环代码，以备多次调用之需。

  （1） D /A 数据缓冲区。存放各路输出的D /A 值二进制码，每路占2 B ,共12 B .（2） 键码缓冲区。在电压设定状态，存储键入的数值码（包括小数点），一键码用4位二进制数表示。故每路占2 B ,共12 B .（3） 显示缓冲区。 存储各路输出电压显示七段码（含路数、输出极性、电压大小），每路占4 B ,共24 B .（4） 键码备份缓冲区。进入电压设定状态时，程序将复制当前路键码缓冲区的内容并存入此区，共2 B .（5） 显示备份缓冲区。进入电压设定状态时，程序将复制当前路显示缓冲区的内容并存入此区，共4 B .

  除了上述困难之外，安全性也证明是传统方法存在的问题：传统缓冲区管理方案无法容易地防止恶意用户刻意改写数据缓冲区，因此导致程序异常。考虑到所有这一切，设计一个适当的数据缓冲区接口就势在必行！

  本文将单片机控制回路与无静差的电压输出回路有机结合，构成一款新式多路数字可调功率直流稳压电源，很适合一般教学和科研使用。单片机、D A C 与其它外围电路独立供电。D A C 采用高稳定性的基准电源为参考电压，面板电源开关可设计成仅切断输出回路的供电电源。还需要注意选择特性较理想的、功率适当的晶体管，加装大小适当的散热片。这样，一般不需太多调试就能获得成功。因此，本电源推广容易，可望获得广泛的应用。

  数控直流稳压电源是电子技术中常用的设备之一，目前所使用的大多是通过旋钮开关调节电压值，调节精度不高，而且常常会出现跳变，用起来极不方便。本数控直流稳压电源通过上位机设置输入到DAC的数字量，输出步进可调的电压。上位机与下位机通过软件模拟的USB进行通信。传统的单片机与计算机进行USB通信，需要用专用的接口芯片进行USB 协议转换，如CP2101、FT232、CH342、PDIUSBD12、SL811等。像CP2101、FT232这样的芯片用起来虽然简单，但是功能比较单一;而PDIUSBD12、SL811功能较强，但是使用复杂。并且这些专用芯片的价格都相比来说较高，增加了系统的成本。而VUSB简单易用，成本低廉，只需要一个普通的低成

  中调节电压值的新方案 /

  用 P1.0 输出 1KHz 和 500Hz 的音频信号驱动扬声器，作报警信号。 要求 1KHz 信号响 100ms，500Hz 信号响 200ms，交替进行。 ;用 P1.0 输出 1KHz 和 500Hz 的音频信号驱动扬声器 ;要求 1KHz 信号响 100ms，500Hz 信号响 200ms，交替进行 ORG 0000H JMP MAIN ORG 0030H MAIN: CALL BP1K CALL BP500 SJMP MAIN ;------------------------- BP500: MOV R6, #200 BP50: CPL P1.0 CALL D

  在电子系统模块设计调试过程中，电压测量往往是一个测控或测量系统中不可缺的项目。对于电压测量，若其在一个小动态范围内变化，则无论电平高低，要做到精确测量并不困难。但当被测量在宽动态范围内变化时，例如从mV级甚至μV级到V级，做到测量误差均匀的控制在一些范围之内，常用的方式是切换量程，即指定测量范围，例如常用的数字电压表等仪器。然而在许多情况下为了能够更好的保证测量的实时性，测量时不可能变换测量通道的量程，因此要在整个电压变化范围内做到精确测量就凸显出其重要性。本文基于MCU AT89C51控制，实现了一种自动量程切换的电压检测系统。 1 电压测量原理及系统组成 为了对不同量级的电压信号做测量，对输入信号进行放大时就不能采用相同的增益倍数

  单片机实现自动量程切换电压测量系统的设计 /

  随着现代信息技术的快速的提升和传统工业改造的逐步实现．能够独立工作的温度检测和显示系统应用于诸多领域。传统的温度检测以热敏电阻为温度敏感元件。热敏电阻的成本低，但需后续信号处理电路，而且可靠性相对较差，测温准确度低，检测系统也有一定的误差。与传统的温度计相比，这里设计的数字温度计具有读数方便，测温范围广，测温精确，数字显示，适合使用的范围宽等特点。选用AT89C51型单片机作为主控制器件，DSl8820作为测温传感器通过4位共阳极LED数码管串口传送数据，实现温度显示。通过DSl8820直接读取被测温度值，进行数据转换，该器件的物理化学稳定性很高，线℃最大线℃。该器件可直接向单片机传输数字信号，便

  和DSl8820的数字温度计电路设计 /

  1引言 近几年来，由于无线网络加快速度进行发展以及其速率提升，价格下降，因此吸引了许多用户开始使用无线网络。无线网络具备可随意移动、随时上网与其架设方便的特性。故有别于传统有线的连接方式。而有着更大的方便性。而目前主要的无线、蓝牙（Bluetoth）~ll传感器网络SensorNet—work）等。本文中提供一套无线门禁系统WDCS（WirelessDoorControlSystem）通过无线和以太网结合，来分别利用区域网络与网际网络的方式控制门禁系统，以提高门禁系统的方便性与安全性，并适合于现今多样化环境与需求。本系统分别以PDA（PersonalDigitalAss

  LED显示屏是利用发光二极管点阵模块或像素单元组成的平面式显示屏幕。它具有发光率高、常规使用的寿命长、组态灵活、色彩丰富以及对室内外环境适应能力强等优点。并广泛的用于公交汽车、商店、体育场馆、车站、学校、银行、高速公路等公共场所的信息发布和广告宣传。LED显示屏发展较快，本文讲述了基于AT89C51单片机16×16LED汉字点阵滚动显示的基础原理、硬件组成与设计、程序编写与调试、Proteus软件仿真等基本环节和有关技术 1 硬件电路组成及工作原理 本产品采用以AT89C51单片机为核心芯片的电路来实现，主要由AT89C51芯片、时钟电路、复位电路、列扫描驱动电路（74HCl54）、16×16LED点阵5部分所组成，如图1所示。其中，

  单片机的LED汉字点阵滚动显示屏设计 /

  引言 为弥补大电网单一集中供电的缺陷，分布式发电这种新的发电方式发展非常迅速。分布式电源是一般分布在配电网中的，功率为10 kW～30 MW 的小型辅助电源，包括风能、太阳能及生物能源发电等多种多样的发电形式。当故障发生时，多电源共同向故障点注入电流，势必扰乱原有的保护配置方式，影响保护的可靠性、选择性、速动性和灵敏性，引起保护和重合闸装置的拒动和误动。本文对各种故障情况做分析，进行仿真予以验证并提出相关改进措施。分布式发电是现代电网的发展的新趋势，解决由此引起的有关问题有很重要的现实意义。 分布式电源在接入配电系统后，改变了系统原有的结构和接线方式，由单电源供电变为两端供电或多电源供电，增加了支

  中的应用设计 /

  引言 现场总线技术已广泛的应用于工业控制中，尤其是CAN(ControlerAreaNerwork)总线由于具有可靠性高、成本低、容易实现等优点，在现场总线的实际工程应用中占有了较大的份额。伴随着总线技术的发展，LIN(LocalInterconnectNetwork)总线作为一种低成本的串行通信网络，其目标是为现有的现场总线控制网络提供辅助功能，特别是汽车控制网络中的总线应用，因此必然存在一个LIN总线和其它总线的通信接口实现，本文以CAN总线为例，提出了一种基于AT89C51CC03单片机的CAN-LIN网关设计的具体方案。 LIN是一种低成本的串行通讯网络用于实现汽车中的分布式电子系统控制，LIN的目标是为现

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