单片机的直流稳压电源设计

龙会

【摘 要】直流稳压电源教学、科研等领域得到了广泛的应用。传统的直流稳压电源调节精度不高、体积大、结构复杂，使用麻烦。数字直流电源是由单片机控制，数字化直流具有使用数码显示，通过按键控制输出电压大小，具有调节精度高等特点[1]。设计以数字直流电压源的软件和硬件设计为研究对象，设计了一款基于单片机控制的数字稳压电源，电压输出通过按键来控制，最小可调电压为0.1V，输出电压范围为0-5V，输出电流可达到500mA，通过LCD液晶屏显示实际电压值。

【关键词】数字直流电源；单片机；PCF8951

一、系统研究方向及研究方法

本次设计中所研究的程控直流稳压电源主要符合了目前市场上对电源行业的数字化、智能化以和模块化等特点。其中电源的数字化主要是系统的特点是：输出通过LED数码管显示电压，可以使用按键来设置输出电压的大小，满足终端对工作电源的要求。智能化主要是表现在系统的可编程能力方面，也就是說可以通过软件的设计来对系统进行智能操控。模块化是指系统由各个相关模块组成，这样设计简化了系统体积、增强电源的可靠性和易维护性。

二、 控制器方案选择

方案1：使用一些数字电路来构成键盘控制系统，从而完成对信号的处理，例如选用FPGA，CPLD等可编程逻辑器件来处理系统的信号。这种方案设计的电路执行速度更快，但是电路的实现相对复杂，系统设计的灵活性不高。

方案2：采用单片机AT89C51作为系统的控制单元，并通过模数转换器，通过改变输入的数字量大小，到达控制输出的电压变化。这种方案难度适中，性价比很高。因次本设计的控制器选择方案AT89C51。

三、按键控制模块

方案1：采用矩阵键盘电路，这样设计的电路适合在输入按键较多的情况下使用。

方案2：采用单片机IO口的电平变化判键按钮，这样的实现方式程序控制简单，但是硬件开销较大。由于本数控电源需要用的按键不多，要实现步进为0.1V的设计要求，只需用一个“+”和一个“-”按键。本次设计中使用2个按键来实现设计的要求，因为IO口使用量很小，因次系统选用方案2。

四、D/A数字模拟转换模块

方案1：采用MX7541，MX7541是12位精度的数字/模拟转换器芯片，功耗低，但是价格很高，特别适合于使用在精度要求很高的场合使用。

方案2：采用PCF8951，PCF8951是一种常用的8位的数字/模拟转换芯片。

本系统是单片机是8位的单片机，而MX7541是12位数字输入的，不便于系统的硬件电路设计，因此系统选择PCF8951完全可以达到系统的设计要求。

五、显示模块

本文设计的数字直流电源需要对实时输出电压进行显示，适合的显示方案有以下两种。LCD液晶显示和采用七段数码管显示。液晶显示可以显示汉子、英文和数字；数码管适合在显示信息量较小的系统中使用，数码管适合显示数字。由以上可知，数码管显示电路最为简单/低廉。考虑显示的电压范围在0-5V，如果采用七段数码每显示一路就需要2个数码管，完全可以满足系统设计要求。本设计不需要显示英文和汉字，因此不选用LCD液晶屏进行显示。

六、电源模块

市电交流电经过降压和整流，在经过LM7805芯片进行稳压，分别为系统提供+5V的工作电压，提供给单片机和各个系统模块供电。

根据以上的方案先分析，确定系统的总体框图，数字直流电压源的系统结构框图，见图2-1所示：

结论：本文介绍的是采用AT89C51单片机作为控制单元，通过按键改变PCF8951的输入数字量，达到改变输出电压值的目的，本设计从软件和硬件两个方面详细的说明了系统的实现过程实现。在设计过程中可以看出C语言简单易学，语法错误容易纠正，非常适合在直流稳压电源的的设计中使用。通过课题设计和制作，加深了对单片机的理解，达到了熟悉使用单片机的预期的目的，这为对今后的工作打下了良好的基础。本设计的数字直流电源可以实现输出直流0-5V之间按照0.1V的大小任意步进，可以在LED数码管上清晰的显示输出电压正确，设计实现了课题要求的所有硬件和软件功能，全面的实现了数控恒压源这一课题。但由于开发时间和个人能力有限，本设计在功能上还不够完善，需要进一步得到提高。

参考文献：

[1]刘楚湘，杜勇，尤双枫.基于单片机的数控直流稳压电源设计.新疆师范大学出版社，2007

[2]万中波.基于单片机控制的数控直流稳压电源.湖南科技学出版社，2007

[3]夏克祖.实验用直流稳压电源的改制[J].实验室研究与探索.2004.20（5）：53-54.

[4]徐凤霞，齐跃斗，杨欣宇.等单片机原理及应用教程[M].哈尔滨：黑龙江科技出版社，2003：109-114.

[5]张毅刚，彭喜元，姜守达，等.新编MCS-51单片机应用设计[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2003：203-210.

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