基于STC89C52的穩壓電源監測系統設計

李玉秋 吳玲玲

（亳州職業技術學院，安徽亳州，236800）

隨著電子技術的飛速發展，電子設備已經普及到人們的日常生活中，而任何電子設備都需要電源，而且大部分要求是穩壓電源。傳統的穩壓電源存在功能簡單、不易控制、可靠性低等缺點，而有些精密電子設備對穩壓電源供電的電壓和電流有嚴格的要求，過大可能燒壞設備，過小會導致設備不能正常使用，因此對穩壓電源的電壓電流監測變得很重要[1]。利用單機的自動控制技術在電源監測系統中有著很大的優勢，可以有效解決穩壓電源中諸如可靠性、穩定性和輸出精度等問題，例如在電池充電過程中，通過單片機的控制實現穩壓電源對電池充電過程的過壓過流保護、自動斷電、報警提示等功能，為實現電源管理向高效、低功耗、多功能、智能化的發展提供了有利條件[2-3]。本文設計了基于單片機的開關穩壓電源監測電路，實時顯示穩壓電源的電壓、電流及功率，當電源電壓超限或欠壓時，可以實現自動斷電、報警等功能。

一、系統總體設計

本文設計的基于STC89C52的穩壓電源檢測系統主要由控制芯片、穩壓電源、采樣電路等組成。系統由220V交流經過變壓、整流濾波變成直流電，一路輔助電源輸出給系統中的芯片供電，另一路經過開關穩壓電源給負載電路供電，采樣電壓和電流送控制芯片轉換處理，處理結果和設定值作比較，若兩者相差在規定范圍內，通過單片機控制開關電源的導通關斷時間作輸出調整[4]。通過液晶顯示器實時顯示電壓、電流和功率。若測試電路中的電壓、電流超過設定的范圍，則控制芯片關斷開關電源，同時發出報警指示，為電源提供有效的保護。系統框圖如圖1所示。

二、系統硬件電路設計

硬件電路的設計主要包括輔助穩壓電源電路、開關穩壓電源電路、ADC轉換電路和控制電路等。

（一）輔助穩壓電源電路

輔助穩壓電源的電壓為5V，用于給單片機、液晶顯示器等器件供電。由于三端固定穩壓器CW7805正常工作時要求輸入電壓比輸出電壓大2.5～3V，而整流濾波電路輸出的的電壓較大，因此本設計采用三端可調集成穩壓芯片LM317。當輸入電壓在2～40V范圍內變化時，LM317均能正常工作。LM317不僅具有固定式三端穩壓電路的最簡單形式，又具備輸出電壓可調、噪聲低、紋波抑制比高等優點。輔助穩壓電源電路如圖2所示。

（二）開關穩壓電源電路

通常線性穩壓電源如LM317，輸出控制只能用模擬電路控制，要實現數字電路控制，必須采用開關穩壓電源，所以在本設計中采用LM2596開關穩壓器。LM2596為降壓型電源管理芯片，線性和負載調節性較好，有3.3V、5V、12V的固定輸出和小于37V可調輸出，能輸出3A的驅動電流。該器件150KHz開關頻率，功耗小，能夠用更小規格的濾波器件，濾波電路體積?。煌獠吭?，極大地簡化了開關電源電路的設計[5]。電路如圖3所示。

為防止輸入端出現大的瞬態電壓，在輸入端加旁路電容，一般選用ESR低的鉭電容或鋁電容。因芯片工作頻率較高，電路中的續流二極管選用壓降小且快速反應肖特基二極管。

電感的大小計算公式：

輸出可調電壓計算公式：Vout=VREF（1+R5/R6）。

公式中VREF=1.23V，通常R5取1kΩ，精度為1%的電阻，考慮到元件誤差，R6電阻用變阻器代替，方便調節[6]。

（三）A D C轉換電路

電壓的采集由模數轉換芯片ADC0809完成，該芯片有8個模擬量輸入通道，可對8路模擬信號分時轉換。ADC0809將模擬信號電壓轉換成8位數字信號，能分辨的最小電壓變化量為5V/28=19.53mV。ADC0809的工作頻率為500KHz，由單片機的ALE引腳通過觸發器分頻電路提供。采樣得到的兩路模擬電壓分別連接ADC0809的IN0和IN1引腳，經分時轉換后的數字信號送單片機處理。IN0引腳輸入穩壓電源的輸出電壓，IN1引腳輸入采樣的電壓由軟件計算出相對應的電流的大小。

（四）控制電路

控制檢測電路選用成本較低的STC89C52，電路設計簡單可靠。通過P2.0選擇ADC采樣通道，P2.0=0，選通 IN0；P2.0=1，選通 IN1?？刂艫DC0809轉換器測量開關穩壓芯片LM2596的輸出電壓；測量采樣電阻的電壓并進行數據運算后轉換成輸出電流的值；計算出功率大小。運算結果經液晶顯示器LCD1602顯示。若電壓、電流超過限定值，則發出報警信號，并發出相應的高電平關斷LM2596。控制電路如圖4所示。

三、系統軟件設計

軟件部分采用C語言編程，首先初始化外設接口、定時器等，利用定時器定時產生中斷，每隔30ms進行一次A/D采樣轉換。將單片機的P2.1的正脈沖信號通過非門加到ADC0809的ALE和START的引腳上，ADC在鎖存地址的同時也啟動轉換，延時一段時間。當轉換結束時，EOC向單片機發出高電平信號，單片機讀取轉換結果并與軟件設定值比較，判斷輸出電壓、電流是否超限，作出相應的處理并送LCD顯示，然后啟動ADC的下一次轉換[7]。軟件流程圖如圖5所示。

四、結語

該穩壓電源檢測系統不同于模擬電壓控制，通過單片機的智能控制，具有自動斷電、實時顯示與報警等功能，在大功率的能源系統或者低功耗的便攜電子設備中都可以實現更精準的調節，更可靠的運行；系統不足之處采用的單片機自身不帶A/D轉換器，后續可以采用更好性能的控制芯片，優化電路結構及調節的精準度，使其在智能化電源管理領域發揮更大的作用。