基于AT89S52的數控直流電源設計

吳彤，孫廣輝

（常州大學微電子與控制工程學院，江蘇常州，213164）

0 引言

數控電源技術是目前服務于各個行業的一門應用性較強的工程技術。從上世紀八十年代起，隨著對電力電子設備的效率及功耗需求提升、電源技術的更新換代，推動著傳統電源行業向靈活性和智能性的方向發展。部分小型設備還使用著以旋紐為調節電壓的手段，旋轉旋鈕的調節精度不高且旋鈕易老化，且旋鈕在使用過程中會因接觸不良而產生電壓值的跳變，數控電源的出現使上述問題得以改善。

1 系統方案設計

本系統以AT89S52單片機為主控制器，實現系統數控功能；采用Intel8279芯片作為鍵盤接口控制器，通過鍵盤設置電源輸出電壓，通過鍵盤“＋”、“－”按鍵進行電壓增減設置，步進等級為0.1V，輸出電壓范圍為0-10V，輸出電流為500mA。輸出部分采用DAC0832數模轉換器，使用OP07H集成運算放大器和電壓功率放大電路對系統電壓進行放大，顯示部分采用ICL7136直接驅動四位LCD液晶顯示器組成三位半數字電壓表顯示輸出電壓值。根據設計要求，系統框圖如圖1所示。

圖1 系統框圖

2 系統硬件設計

本系統使用鍵盤預設值電壓值，以單片機為控制核心，通過D/A模塊完成數字信號與模擬信號的轉換，經運算電路實現穩定電壓值的輸出，使用ICL7136直接驅動四位LCD液晶顯示器進行電源電壓顯示，系統工作電壓則通過自制直流電源來提供。

2.1 直流電源電路設計

本系統需要多個數值的直流電源，分別為+5V、+15V和-15V電壓。該電源電路的輸入端電源由220V交流電經變壓器提供，通過3N247整流橋進行整流，將交流電壓整流為直流電壓。濾波后的電壓經三端穩壓器LM7815和LM7905形成兩組穩壓直流電源電路，分別得到+15V和-15V的電源，其中+15V電壓經LM7805穩壓后產生+5V電壓。直流電源電路如圖2所示。

圖2 直流電源電路

2.2 主控制器電路設計

AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，并且其價格便宜，易于購買，功能足夠實現所需要求，因此本系統使用AT89S52完成數控功能，使用74LS373作為地址鎖存器直接與單片機的數據/地址線相連，單片機P0口連接數據總線進行數據通信，其中高位地址A8和A9將作為D/A轉換器和鍵盤接口芯片的片選信號，同時地址總線的LSB可作為鍵盤接口芯片的數據或命令選擇信號的輸入。主控制器電路如圖3所示。

圖3 主控制器電路

2.3 D/A轉換電路和功率輸出電路設計

系統D/A轉換電路部分采用DAC0832集成芯片，該芯片完全兼容AT89S52微控制器，DAC0832主要由8位輸入寄存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉換器以及輸入控制電路四部分組成，由與門、非與門組成的輸入控制電路來控制2個寄存器的選通或鎖存狀態，進而實現將單片機輸出的數字量轉換成電流信號的設計要求。設計中穩壓管1N523B提供精準的5V參考電壓，DAC0832輸出為電流信號通過OP07H集成運算放大器組成單位增益的反相比例電路，將電流信號輸出轉換成電壓信號輸出。

功率輸出電路部分，由于設計要求是輸出電壓范圍為0到+10V，前級D/A轉換電路最大可輸出電壓的絕對值為5V，達不到設計要求，需將放大電路將輸出電壓放大到10V，運放電路將提供的電流擴展到500mA以上。因此該部分電路選用OP07H集成運算放大器組成增益為2的反相比例放大電路，再經過晶體管2N4922G組成射極跟隨器后輸出。D/A轉換電路和功率輸出部分電路如圖4所示。

圖4 D/A轉換電路及功率輸出電路

2.4 鍵盤控制電路設計

鍵盤控制電路部分使用8279作為可編程序的鍵盤接口器件，連接4×4矩陣鍵盤實現對鍵盤輸入控制的功能，8279鍵盤控制部分提供掃描工作方式，能自動消除按鍵抖動、識別鍵碼以及對雙鍵或n鍵同時按下實行保護。由于AT89S52的ALE信號直接輸出1/6系統時鐘的時鐘信號，因此本設計直接用2MHz的ALE信號作為8279的時鐘輸入。鍵盤控制電路如圖5所示。

圖5 鍵盤控制電路

2.5 電壓表電路設計

ICL7136是美國Maxim Integrated公司生產的低功耗A/D轉換器，由于其可輸出三位半的七段譯碼信號直接驅動數碼LCD顯示屏，很適合用來組成簡易的數字電壓表。因此電壓表部分采用ICL7136直接驅動四位LCD液晶顯示器組成三位半數字電壓表。由于電源電路部分沒有-5V單電源，所以采用小功率電源極性反轉器ICL7660來獲取-5V的電源。電壓表電路如圖6所示。

圖6 電壓表電路

3 系統軟件設計

系統軟件設計部分程序開發采用C語言編程，總體流程采用典型的循環加中斷方式，在進行初始化序列及發送預置電壓值后通過判斷電壓是否改變來觸發中斷服務程序，若無中斷觸發，則程序一直在循環中等待中斷。系統軟件設計的流程圖如圖7所示。

圖7 系統軟件設計流程圖

4 結論

系統由單片機程控輸出數字信號，通過D/A轉換器將單片機輸出的數字信號轉換為對應電流值，再經過運算放大器隔離放大輸出模擬電壓量，控制穩壓芯片電壓的變化而輸出不同的電壓，且電壓輸出步進小，該數控電源輸出電壓值精確度較高，實用性較強，適用于高穩定度小功率可控電壓源領域。