基于单片机的ATX电源直流稳压设计

2019-01-24王仲夏张甫辉

绥化学院学报 2019年2期

王仲夏张甫辉任冉

（1.河海大学文天学院安徽马鞍山 243000;2.南京苏宁建设监理有限公司江苏南京 210000）

经过飞速发展的电子产品，其应用领域越来越广泛，与我们生活也存在密切的联系。电源作为电子产品的核心就显得十分重要，电源的好坏直接决定电子产品的可靠性，与此同时电源的更新换代也越来越频繁。传统的电源技术已经越来越无法满足对电源的需求，本次设计就是利用单片机将废弃ATX电源进行重新利用起来。不仅解决设计的原材料需求与成本问题，同时也变相的进行了废物再利用。

一、硬件电路设计

（一）控制系统方框图。本设计是以STC15W408AS单片机为主要核心元器件，通过单片机的控制实现对电压的输出和预置以及将输出的电压用LED数码管显示。其中也可以通过AD键盘控制电压的输出。控制系统方框图如图1。

图1 控制系统方框图

（二）系统控制原理图。ATX电源通电后，单片机初始化，其内置的A/D转换器将采集的电压值经计算后存入STC15W408AS,由于所选用单片机I/O口较少，为了提高性价比，故将单片机I/O口进行扩展后再接显示用数码管，扩展芯片用74HC595驱动LED数码管将采集到的电压A/D值在

LED数码管上显示出来。也可以通过手动键盘调节电压的输出，ATX电源的输出电压最大为12V。系统控制原理图如图2。

图2 系统控制原理

二、硬件电路元件

（一）主控单元。本设计采用芯片STC15W408AS作为核心器件，主要是其既可以提高ad转换的速率，又可以节省不必要的开支。

本设计所使用的STC15W408AS单片机，是一款具有高速、可靠、低耗、抗干扰能力强的新式8051单片机，选用STC第八代加密技术，拥有超强的加密性，编写代码与传统8051完美兼容，并且其速度要比传统8051单片机快上8-12倍。

为了提高STC15W408AS芯片的使用性能，它不仅使用STC-Y5超高速CPU内核，而且做了很多其他性能上的改进，使其与传统的8051单片机相比具有更便捷、更易使用的特点。芯片STC15W408AS内置SRAM（512字节）,高速ADC（8通道10位），内部具有高可靠复位，定时器以及看门狗等。[1]

STC15W408AS芯片内部具有高精度R/C时钟（±0.3%），±1%温飘（-40℃～+85℃），常温下温漂±0.6%（-20℃～+65℃），可设置宽范围为5MHz～36MHz。此次选用的单片机还有一个优点就是可将外部晶振省略掉，这不仅使本次设计简便了不少，而且还可以节省一部分不必要的开支。

（二）电源部分。ATX电源作为本设计的供电枢纽，主要是由废弃计算机主机中获取。其主要功能是把交流220V的交流电压转换为计算机内部使用的直流3.3V，5V，12V的直流电压。而此次设计就是选定其12V电压输出，可以使预置的电压值范围大一些。

采用ATX电源的主要优点是输出稳定、来源广泛，以及具有选择电压输出的特性。最重要的是取材较为容易，也能起到废物利用和环保的效果。

（三）AD采集部分。采集到的数据经过模拟多路开关，然后将采集到的模拟量传输给比较器，进行比较，然后将比较结果保存到逐次比较寄存器内，最后输出结果。在A/D转换之后，ADC转换寄存器将保存转换后的结果，同时使ADC控制寄存器置A/D转换结束标志位，为后续查询程序以及中断指令的发出做了准备。[2]

由于采用的STC15W408AS单片机本身具有ADC采集和DAC采集，能够直接给单片机输入模拟信号和输出模拟信号，因此省去了单独外接A/D转换芯片，方便使用。所以本次设计更有效的利用了单片机的功能，并且易于操作和使用，最重要是成本比较低。

此次设计利用串联电阻分压的特点来进行电压的采集，固定阻值的电阻和电位器串联，可以改变电位器的阻值从而改变电压的采集。

（四）LED数码管显示部分。LED数码管是常见的显示器件，LED数码管为“8”字型的，共计8段（包括小说点段在内）或7段（不包括小数点段），每一段对应一个发光二极管，有共阴极和共阳极两种。共阳（共阴）极数码管的阳极（阴极）连在一起，公共阳极接5V上（公共阴极接地）。[3]由于选用74HC595扩展芯片驱动LED数码管，所以需要添加限流电阻以便保证芯片正常工作。

LED数码管有静态显示和动态扫描显示两种显示方式。相比静态显示，动态扫描显示用更少的I/O口，能够节省驱动电路口的数目。

本次设计选用共阴极4位LED数码管显示，主要是因为其在简单、明了、清楚具有一定的优势。与LCD相比，LED数码管更廉价，配置相对灵活以及与单片机接口更方便。用LED数码管显示电压比传统指针式电压表会更准确，同时由于发光二极管的缘故，会使得测得电压更醒目，容易记住。LED数码管如图3。

图3 LED数码管

（五）AD键盘部分。独立式键盘的特点就是每个按键之间是相互独立的，并且电路中的每个按键都需要连接到I/O端口，用于高电平和低电平检测。这种方法虽然简单方便，但浪费了I/O，毕竟所选择的单芯片I/O是有限的。而AD键盘电路不需要这样麻烦，因为其只需要一个I/O端口和多个电阻就可以实现对多个键盘的输入检测。AD键盘电路的工作原理是当不同的键盘按下时，通过电阻的分压得到相应的电压值。AD键盘部分原理图如图4。

图4 AD键盘部分原理图

（六）I/O扩展部分。I/O扩展顾名思义就是由于I/O不够用的时候使用扩展芯片达到增加I/O口的效果。本次选择使用的是74HC595芯片作为I/O扩展芯片，有效地解决了单片机I/O不够用的问题。芯片74HC595是硅结构的CMOS器件，兼容低电压的TTL电路，具有8位移位寄存器和一个存储器，以及具有三态输出功能，其最多可用五个控制线，分别是SER,SRCLK,RCLK,SRCLR以及E。扩展芯片74HC595原理图如图5。

图5 芯片74HC595原理图

三、系统软件设计

首先初始化单片机，然后利用A/D转换器将采集的电压值转换后传给单片机，单片机通过内部程序将转换后的电压A/D值通过芯片74HC595送入LED数码管中，使其在LED数码管中显示出来。若想预置电压，则通过AD键盘控制电压的输出。本次设计采用的是逐次逼近型ADC，采集到的AD值会比较准确。软件程序流程图如图6。