直流穩壓電源設計

黃躍娟 鄭雪冰 常新 譚巖

摘要：隨著電力電子技術、通信技術、控制技術的發展，對直流穩壓電源的要求越來越高。本文研究的數字穩壓電源是以STC89C52單片機為主控制器，通過鍵盤設置并由單片機程控輸出數字信號，經D/A轉換器輸出模擬量，再通過功率放大，實現步進值為0.1V，輸出電壓為9-12V，最大電流為500mA的直流穩壓電源。其輸出電壓值由數碼管顯示，從各環節體現穩度、精度、低成本的特點。

關鍵詞：穩壓電源;單片機;轉換器

1.引言

本文采用單片機和其它元器件及外圍電路，開發一個數字式可調穩壓電源。能夠步進調節輸出電壓值，具有電壓值輸出顯示等功能。通過此系統的設計，讓開發者更深刻的掌握單片機基本原理，并熟悉一些外圍電路的擴展，以及進一步提高C語言的硬件編程能力。

2.方案設計

本文的內容是直流穩壓電源的設計。具體分析過程就是當系統輸入220V、50Hz的工頻電情況下，先經過變壓器，將電壓降到一定的伏值在接到整流器上，去除負電壓，留下要用到的正電壓，這是電壓還沒有平穩，需要再接入到穩壓電路，不會受到外界影響改變波形。但是還需要將電壓通過單片機驅動數碼管顯示出來，所以要把電壓轉換成模擬信號，然后通過單片機進行判定，要求是出電壓是一個區間可調的，所以單片機還要對按鍵進行控制，還要把按鍵輸入的數字信號轉換成模擬型號供給負載使用，最后輸出可調的直流穩電壓。

3.系統硬件設計

（1）供電電路

單片機STC89C52，D/A轉換芯片（TLC5615）工作時需要5V電壓。電池費用高，且需要更換。設計的目的就是將高壓降為可以調節的低壓，所以對于電源的穩定，采用的是將220V的電壓經過變壓濾波整流，分出5V的電壓作為本次設計的內部供電電路。TR1是雙15V變壓器，與二極管D1，D2構成全波整流電路，將220V交流電變換成脈動直流電，通過電容濾波（電解電容C1）得到直流電壓，電壓值在18V左右，最大可達到21.21V。為了單片機和轉換芯片的輸出信號穩定，需要為接一個穩壓電路，采用的是穩壓管7812和7802，7805的輸出5V電壓為穩定電壓，而采用一個7812是為了保護7805，使其電壓更加穩定。

（2）時鐘電路

時鐘電路用于產生單片機工作時必須的時鐘控制信號。其內部的震蕩電路是一個高增益反向放大器。分別是放大器的輸入端和輸出端，單片機內部雖然有震蕩電路，單片機的運行速度直接受時鐘頻率的影響，而系統的穩定性也只接受時鐘電路的質量影響。構成有X1（12M）、C2、C6（30P）電容。單片機正常工作是靠這個時鐘電路維持的。

（3）復位電路

從復位電路圖可以看出，RST接單片機的復位引腳上，與電容和電阻構成一個回路，上電瞬間C1導通，則RST為高電平，單片機將復位，電壓穩定后C1儲存的電能通過R2對地釋放掉，單片機將正常運行。手動復位時，當按鍵按下RST顯示為高電平，單片機進行人工復位，當按鍵彈起時，電路為低電平，程序正常運行。

（4）數碼管顯示

數碼管顯示采用四位一體共陽數碼管，數碼顯示電路圖，這樣使電路更為簡單，只需四個8550三極管就可以將其驅動。P24、P25、P26、P27分別作為數碼管的位選端，控制是否選通哪一位數碼管。采用PNP型三極管，低電平導通，高電平截止。R20、R30、R40、R50為三極管基極限流電阻，此電阻及能保護三極管又能保證三極管導通時處于完全導通狀態。

（5）按鍵電路

按鍵選用獨立按鍵，掃描時間短，使程序更簡單且掃描時間更短，從而提高穩定性按鍵彈起時P20、P21、P22、P23為弱上拉狀態，所以為高電平。按鍵按下時對應的I/O口為低電平，可以被程序中的掃描函數檢測到。消除按鍵抖動通常采用硬件接入上拉電阻。在第一次檢測到有按鍵按下時，執行一段延時10ms的子程序后再確認該案件抖動時否認保持閉合狀態電平，如果保持閉合狀態電平則確認為真正有按鍵按下，從而消除了抖動的影響。

4.系統軟件設計

（1）初始化子程序

在初始化子程序要設定的是與輸入信號有關的基本參數，包括載波頻率的設定、調制波頻率范圍設定、脈沖延遲時間設定、最小刪除脈寬的設定、調制波形選擇、幅值控制設定等。

（2）顯示子程序

顯示采用動態掃描的方式，每進入一次中斷，掃描顯示一次。具體顯示過程為：當進入中斷程序并執行顯示程序時，先將P2.7口置1，P2.6和P2.5置0，然后將十位數據即num1的字符編碼送到P0口，延時10ms，再將P2.6口置1，其他兩個端口置0，然后將個位數即num2的字符編碼送到P0口，延時10ms，接下來將P2.5口置1，其他兩個端口置0，然后將十分位數即num3的字符編碼送到P0口。

5.小結

系統功能的實現主要由穩壓調整部分和單片機控制部分。運放TLC5615的正端接D/A輸出的基準電壓，負端接反饋電壓，單片機控制基準電壓的輸出，同時根據反饋電壓來調整基準電壓的大小。基本過程：用戶輸入所需電壓，根據所需電壓計算D/A的輸出，通過穩壓電路穩定輸出，同時反饋輸出電壓給單片機。單片機根據反饋電壓的大小，與基準電壓比較并調整，同時判斷輸出是否達到要求。

參考文獻：

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