一种基于89C51的数控稳压电源设计

2018-05-03孙肇优肖洁罗嗣杰

电子制作 2018年7期

孙肇优，肖洁，罗嗣杰

（南昌航空大学，江西南昌，330000）

随着电子技术的不断发展，现今社会产品智能化、数字化已成为人类追求的一种趋势。要想实现电子设备的优越性，必须使用稳定的电源。只有电源的输出稳定，才能保证设备的正常使用寿命。不稳定的电压会给设备造成致命伤害，同时加速设备的老化，影响设备的使用寿命，严重者甚至发生安全事故，造成不可估量的损失。故人们对数控恒压器件的需求越来越迫切。

而通过数字化实现电源控制，其优势较为明显：

（1）在控制过程中相关控制方法和控制策略较为智能先进，从而使电源模块具有高度的智能化和良好的性能。

（2）能够实现较为灵活的控制，便于系统的升级，同时能够将控制算法的修改在线进行，无需以硬件线路的改动作为前提。

（3）系统具有良好的一致性，并且成本相对低廉，便于制造生产。控制软件同模拟器件不同，其差异性不明显，故具有良好的一致性。使用相关软件进行控制，可以使控制板的体积进一步降低，从而尽可能减小生产成本。

该课题就是借助数字化设计了操作较为简单，便于方便使用的直流稳压电源。

1 硬件设计流程

该系统的总体设计方案如图1所示。

图1

利用单片机STC89C51作为主控芯片，控制数字/模拟转换器（TLC5615）的输出电压的大小；经过运算放大器（OPA2107）与IRF9Z24N构成负反馈系统，从而输出恒定电压；最终，可以借助电位器分压把相应的输出信号输送给运算放大器，进而可以对输出准确度进行调节。本设计借助键盘电路与单片机连接，通过读入数据并借助软件进行判断，实现对电源输出的控制。通过数码管显示数控电源的输出电压，实现简单的人机对话。

■1.1 供电电路

P2为接线柱，是整个电路的输入电压端口，数控电源在此输入能量。相应的D1、D2、D3、D4设定为整流二极管，C6设定为滤波电容。两者构成整流滤波电路，其优点为输入端可以为直流电也可为交流电。（但是交流供电电压需要小于20V，直流电压不得超过35V）其受电压限制的主要原因是后级运放、TL431以及7812的耐压值造成的。7812的主要作用为保护7805稳压器，其输出+5V稳压电压供单片机使用。但是7805稳压器最大耐压值为15V，故需在前级加上7812稳压器保证7805正常工作。

■1.2 数模转换部分及其周边电路

数模转换部分主芯片选取德州仪器的TLC5615，其具有使用简单，价格低廉的优点。并且采用串行接口，其输出的最大电压为基准电压的两倍。在本设计的过程中，6个引脚以及相应的参考电压都接入2.5V。根据公式可知，当基准电压值为2.5V时，TLC5615将最大输出5V电压。而TLC5615又具有上电复位的特性，即可将DAC寄存器复位至零。

■1.3 MOS管放大部分

将上述TLC5615输出的可调电压送到比较器（OPA2107）的反相端，通过MOS管（F9Z24N）进行放大。同时在F9Z24N的输出端用RW1电位器分压，取一定比例的输出电压反馈到比较器正相端，构成一个反馈系统。系统可以依据相应的负载以及输入电压的变化情况来改变MOS管输出的PWM波的占空比，这样可以有效的保证输出电压的稳定性。C5是滤波电容，其主要作用是对输出电压纹波进行过滤。

■1.4 数码管显示模块

显示单元采用四位一体共阳数码管，这样仅需四个8550式三极管就可以将其驱动。P24、P25、P26、P27设定为数码管的位选端，对相应的数码管进行控制选通。三极管采用PNP型，其特点为：高截止、低导通。而选用的8550式三极管是一种常见的普通三极管，最大集电极电流为0.5A，故三极管基极限流电阻采取 R20、R30、R40、R50，此电阻既能保护三极管又能保证三极管导通时处于完全导通状态。限流电阻为R51，数码管的亮暗程度取决于该电阻的大小，多次实践表明在此阻值选择220Ω、1/4色环电阻比较恰当。而数码管的阴极端直接接单片机的P0口，故无需上拉电阻。又因为STC89C51的单片机P0口为漏极开路，所以作为输出时必须接上拉电路，而作为输入时相当于数码管作为上拉，所以不再需要上拉电阻，这样既简化了电路又节省了成本。

■1.5 按键控制电路

此方案中因为需使用到的按键较少，故采用独立按键设计，其程序更加简单，操作也更加方便，扫描时间也更加短暂，故提高了该系统的稳定性。调节电压的输出值、复位功能的实现均通过四个按键进行操作。当按键为弹起状态时P20、P21、P22、P23为弱上拉状态，所以为高电平。若按下按键，则对应的I/O口为低电平，可以被程序中的扫描函数检测到从而达到操作目的。

2 软件设计流程

Keil C51是美国Keil Software公司（ARM公司之一）出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统。C语言同汇编相比优势较为明显，无论是结构功能还是可读性以及对其的维护方面都具有良好的优势，故容易掌握。在Keil中设计了相对完整健全的开发方案，内容涵盖了C编译器、宏汇编、连接器、库管理以及具有强大功能的仿真调试器，借助相关集成开发环境（μVision）对上述部分实现了有效组合。也就是说，使用Keil C51软件，其集成环境更为方便明了，同时有强大的软件仿真调功能作为支撑，工作将事半功倍。

故采用该软件编译C语言成为目标文件对系统进行设计。其软件设计思路如图2所示。