基于AT89S52直流稳压电源的电路设计

朱超，宋莉莉，孙万麟

（昌吉学院物理系，新疆昌吉831100）

基于AT89S52直流稳压电源的电路设计

朱超，宋莉莉，孙万麟

（昌吉学院物理系，新疆昌吉831100）

随着电子科学技术的不断高速发展，基于提高直流电源在集成电路中的输出精度，此设计采用AT89S52单片机作为整个电源的核心控制系统，通过proteus软件对设计电路的仿真、优化和制作实物相结合的试验，得出该电源设计能够实现连续输出0～12 V之间的直流电压，且输出电压精度可控制在0.1 V以内，同时还具有3.3 V和5 V固定直流电压输出端口，整个电路可实现过电流保护、电压复位、输出电压实时显示等功能，这将会给其它电子设备提供更加稳定可靠的直流电压，具有很好的实用价值。

电子科学；AT89S52单片机；核心控制系统；过电流保护

随着电子产品的不断更新换代，展现出更加智能更加人性化的发展趋向，在电子产品向更高更好发展的同时，对现代化的电子产品的各种性能要求也越来越高，电源电压的稳定输出就是其中重要因素之一，电源电压输出的类型与大小就显得尤为重要。由此可见，精度高、稳定性好且安全可靠的直流电源非常重要。本设计以AT89S52单片机为核心控制器的智能稳压电源具有结构设计相对简单、工作性能稳定、元器件购买方便且廉价等诸多优势，可实现模拟式直流电压的连续可调输出，同时稍加变换就可具有电流输出等。

1　AT89　S52　单片机核心控制

此电源设计主要以实现不同大小的直流电压的连续输出为主要目的，以AT89S52单片机为核心控制器，主要器件有开关稳压电路，其稳压元件LM2576-5是由美国国家半导体公司设计制造的具有3安培电流输出降压功能，内部含有一个52 000赫兹的固定频率振荡器和一个1.23 V的集镇稳压器，还具有过电流保护与过热断电保护等功能，在构成高效稳压电路的同时只需少量的外围元器件；按键：手动调整直流电压输出数据；数码显示：电压输出实时显示，确保供给其它电子元件电压的准确性；模数转换与数模转换：将输入的模拟信号与数字信号及时转换后传输；同时还有辅助电源、稳压输出电路、备用电源电路等模块组成。此电路可实现电压的提前设置、可在设计电压范围内实现连续增减输出电压大小信号并且可通过LED数字显示等功能。该系统总共有3组电源输出：一组固定输出为5 V，一组固定输出3.3 V，最后一组输出0.0～12.0 V的连续可调电压。

2　总体方案设计

采用AT89S52单片机控制的智能电源系统的硬件设计是整个设计过程中最重要的环节，同时也是最为关键的部分。硬件设计关乎整个设计方案的实施，因此要充分了解各种元器件的功能及适用范围，预想多种设计方案，选择优化一种能够兼顾整个系统应用的方案进行综合设计。

3　电源硬件电路设计

1）AT89S52单片机核心控制电路设计。

2）不同电源电压输出设计：第一组：5 V固定电压输出；第二组：3.3 V固定电压输出；第三组：0.0～12.0 V的连续可调电源电压输出。

3）采用开关稳压电源代替线性稳压电源。

4）模数转换电路及数字显示模块设计。

5）保护系统电路记起他辅助电路设计。

4　稳压电源系统设计

此稳压电源以52单片机为核心控制，主要功能设计如图1所示。

5　基于AT89　S52　智能电源系统硬件设计详细分析

5.1不同电源电压输出设计

此设计共有3组电压输出，主要采用其中3.3 V和5 V固定电压输出电路采用降压开关型集成稳压电路元件LM2576和SPX1117M3-L/TR，使用此元件串联滤波电感具有较强的高频抑制作用，可减少热损失，提高稳压电源的输入电压，电路如图2所示。

图1直流稳压电源整体设计框架图

图3为0～12 V的连续可调电源电压输出电路，此电路模块采用IR2103半桥驱动器、极性电容、二极管、三极管和电感组成，其输出原理是：HIN输入高电平HO就输出高电平，但这个电平是相对Vs而言的；LIN输入低电平LO就输出低电平，但这个电平是相对COM而言的。电容的作用是提供高端驱动的电源VB：高端驱动输出端TC（Vs）是高频振荡的，当上管导通时是高压端电压，当下管导通时是地电平，当TC为地电平时，由Vcc经二极管给自举电容充电至接近Vcc电压，Vcc同时给VB供电，当TC为高电平时，二极管截止，电容放电给VB供电［1］。

图2　5V、3.3V的电源电压输出电路

图3　0～12V的连续可调电源输出电路

5.2AD0809模数转换电路设计

ADC0809是8通道8位逐次逼近式模数转换芯片，其内部由八路模拟量开关、通道地址锁存译码电路、8位A/D转换器和三态数据输出锁存器组成［2］；可以分时对8路模拟量信号进行转换，转换输出端同时具有数据锁存功能，以便同其它处理器进行数据对接。

其中IN0～IN7共8路模拟量输入通道，由于芯片内部只有一个8位AD转换器，因此输入信号只能分时选通，通道的选择由地址锁存（ADD_A、ADD_B、ADD_C）与译码电路实现［3］。本次选用IN_0和IN_1，ADD_A的高低电平可区分相关通道的选择。2_1—2_8是8位数据输出，一一对应接入单片机的AT89S52的P0.0—P0.7引脚，引脚10是时钟输入端，时钟的频率为640～1 280 kHz。引脚6、引脚22是信号采集触发端，高电平有效，引脚9是控制信号输入端。AD0809只能对电压信号进行模数转换，而且输入的电压在0～5 V之间的，若输入的电压信号大于5 V，可通过分压电路进行分压［4］。如果输入电流信号，则必须将电流信号转换成电压信号。

模拟转换电路中的26管脚是电压信号的输入端，其中电感R72和电感R73组成了电压输入信号的分压电路，可以防止电压过高而烧坏芯片。27管脚是芯片的电流输入信号端，该电流信号将通过电感R71转变成稳定的电压信号。16管脚为芯片接地端子，12管脚为芯片电源输入端子，一般接5 V直流电压。

5.3AT89S52单片机核心控制电路设计

AT89S52单片机与51单片机相比是功耗更低性能更高的CMOS8位微控制器，具有：8 K字节Flash，256字节RAM，32位I/O接口，看门狗定时器，2个数据指针，3个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路［5］。另外，AT89S52可实现频率降至0 Hz的静态逻辑操作，支持RAM，定时器/计数器、串口、中断继续工作等功能，这就使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供更加灵活有效的控制方案［6］，如图4所示。

图4　AT89S52设计连接电路图

5.474LS161分频器设计

模拟数字转换器件A/DC0809必须有一个时钟频率才可正常工作，因此可以将52单片机30引脚的ALE接入，通常为2 M，而A/D0809正常工作频率范围是500～600 kHz时钟频率，因此只需将ALE的输出信号用分频器74LS161进行简单的三分频就可以。如图5所示分频电路。

图5　74LS161分频电路

图6　电源滤波电路

5.5稳压电源滤波电路

如图6所示电源滤波电路，电容与电感的串和并可以起到很好的整流滤波作用，可滤除整流后单向脉动电压中的交流成分，使之输出为平滑稳定的直流电压［7］。

6　程序设计

此电源设计中的程序编程相对比较麻烦，由于信号控制比较多，而单片机AT89S52引脚明显不够用，因此采用锁存器、AD0809和数码管组合使用技术，同时还具有AD0809数模转换中断程序。由于电压和电流的小数的部分现实比较困难，因此在程序中做了相应的处理，主要处理方法是将电压小数乘以10、电流小数部分乘以100的方法，这样设计程序就完全实现了输出电压的稳定、连续、可调。如图7所示稳压电源系统程序设计的流程图。

7　电源电压输出测试

为了验证设计电路的可靠性，在做过仿真实验之后又进行了电路板实物数据的测试。测试时先接入电源，把功率电阻接到电源的输出端，这时数码管显示智能稳压电源的输出电压，用数字万用表测试电源的输出电压，这时万用表显示的电压和数码管显示电压一样。当使用用键盘调节输出电压从0 V到12 V变化时，万用表显示电压也和数码管显示电压基本相等。当用键盘控制显示电流时，数码管显示电流和计算所得的电流基本一致。实验测试数据如表1所示。

图7　稳压电源系统总体程序设计流程图

表1　稳压电源输出电压测试数据

8　结论

此稳压电源的设计采用AT89S52单片机作为核心控制器件，具有良好的控制功能，经过proteus软件仿真调试之后效果还是比较好，在经过实物测试数据确认之后得出，设计功能基本上都能实现，最为重要的输出电压精度保持在0.05 V范围之内，电源的过电流保护功能可以作用，这将为此电源的长期稳定运行打下坚实的基础。此设计相对其它直流电源设计结构简单，原理清晰，使用的元器件也不多，但是其所能完成的功能并没有减少，相对实用性还是比较好，在今后的设计调试中要继续努力完善此电源的优化设计。

［1］陈娇英.基于AT89S52及DS18820温度采集系统设计［J］.企业科技与发展，2012（16）:29-31.

［2］彭代慧.基于虚拟仪器的A/D实验设计［J］.电子测试，2008（6）:53-56.

［3］周立功，单片机基础实验指导书［M］.广州：广州周立功单片机发展有限公司，2010.

［4］芦守平，姜瀚文，徐千.基于单片机控制的程控开关电源研究［J］.电子技术应用，2011（37）:78-81.

［5］李广弟，朱月秀，王秀山.单片机应用基础［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2010.

［6］何立民.单片机高级教程［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2008.

［7］夏菠，刘小娟，沈怡茹.数控稳压稳流直流电源的设计［J］.科技创新导报，2012（15）:24.

Based on AT89S52 DC regulated power supply circuit design

ZHU Chao，SONG Li-li，SUN Wan-lin
（Department of Physics of Changji University，Changji 831100，China）

With the rapid development of electronic science and technology，based on the DC power supply in the integrated circuit output accuracy，this design uses the AT89S52 single chip microcomputer as the core of the whole power supply control system，through the proteus software for the design of the circuit simulation，optimization and combined production of physical experiment，it is concluded that the power supply is designed to realize continuous output between 0～12 V DC voltage，and output voltage precision can be controlled within 0.1 V，at the same time also has a fixed 3.3 V and 5 V DC voltage output port，the reset circuit which can realize over current protection，voltage，output voltage real-time display and other functions，this will be provided to other electronic equipment DC voltage is more stable and reliable，has the very good practical value.

electronic science；AT89S52 microcontroller；core control system；over current protection

TN873+.5

A

1674－6236（2016）12-0131-04

2015-06-11稿件编号：201506122

昌吉学院研究生启动基金（2014SSQD002）；昌吉学院科研重点资助项目（2013YJZD002）

朱超（1986—），男，新疆昌吉人，硕士。研究方向：数控技术及微机控制原理。