基于单片机的直流电源稳定度测试装置

2019-07-16罗朝玉

电子技术与软件工程 2019年8期

罗朝玉

摘要：本文以单片机为控制核心，设计出直流电源稳定度的测试装置。通过设置测试时间，可以实现不同时间间隔内直流电源稳定度自动测试。

[关键词]直流电源稳定度单片机

直流电源广泛应用于科研、生产、医疗、军事等领域。根据国家计量技术规范JJF1597-2016要求，直流电源的稳定度是其一项重要的性能参数。稳定度的测试方法：在一定的时间范围内，设置调节被校直流稳定电源和负载，使被校直流稳定电源工作在额定功率状态。等输出稳定后，在被校直流稳定电源说明书规定的时间间隔内，按一定记录间隔采集数字表电压值V;，并从所有测试值V;中选取最大值Vmx和最小值Vnim，被校直流稳定电源的稳定性输出公式如下

电源输出电压值）。

1硬件设计

直流电源的电压值经过AD采样处理，与一个高精度基准电压比较后，将模拟信号转换成数字信号，单片机对数字信号进行分析运算后，将测试结果显示在屏幕上。测试前可以通过外部按键设置时间参数（多长时间内的电压稳定度），如10秒、1分钟，1小时等。本次设计选用STC8P1K16S2A10单片机，AD采样选用ADS1256IDB集成芯片，高精度基准电压模块选用ADR431BRZ集成芯片。其他外围电路包括显示部分，按键部分。测试装置硬件结构如图1所示。

1.1控制核心

本次设计选用宏晶科技的STC8P1K16S2A10單片机。这是一款高性能51内核单片机，与传统单片机比较有如下特点：

（1）工作时无需外部晶振电路和复位电路;

（2）时钟周期等于机器周期，相同的工作状态，运行速度约是传统51单片机12倍;

（3）运行电压宽泛、抗干扰能力强、功.耗低。.

STC8P1K16S2A10单片机本身片内资源非常丰富，完全可以满足设计的要求。本次设计主要使用单片机的I0口和中断资源，单片机通过IO接口与AD芯片、显示器进行指令发送和数据传输，外部中断处理按键输入指令，定时器中断对时间进行精确计时。

1.2AD转换与基准电压

ADS1256IDB由德州仪器生产，是一款24位AD转换功能集成芯片，通讯协议是SPI，电压测量范围从-10V到+10V，准确度0.5mV。其中准确度等级达五位半数字多表级别，基本可以满足市面上多数直流电源的测试要求。ADS1256IDB具有8路并行的AD接口，采用差分输入方式，具有很强的共模抑制比。通过STC8P1K16S2A10单片机内部自带SPI资源，可以非常便捷实现AD芯片与单片机的数据传输。

电压基准芯片在AD转换过程中起着非常重要的作用，ADR431BRZ电压基准芯片产生一个高精度的2.500000V基准。电压基准的精度和稳定性直接决定电压测试的准确性，其中温度系数和噪声是电压基准的重要参数。ADR431BRZ的温度系数小于3ppm/C，每一度的变化仅引起电压基准的百万分之三的变化，可以忽略温度变化对基准电压的影响。ADR431BRZ噪声小于10uVp一p，因此它产生的噪声对电压测试的影响可以忽略不计。

1.3外围电路

按键输入接口与单片机的外部中断相连，通过按键可以设置测试的时间。本次设计测试时间可调范围为10秒至24小时，可以根据不同电源的要求，设置需要测试时间。显示部分使用OLED12864液晶屏，由于需要显示的数据比较简单，显示屏分辨率满足要求。设计中所需硬件均支持5V电源供电，选用TPS7350QDR集成稳压芯片，该芯片可以提供稳定5V电压，最大输出电流为500mA，满足硬件电路功耗要求。

2软件设计

软件编程使用keiluvision5平台，采用C语言模块式设计方法。每个模块间通过数据耦合、控制耦合连接。传递的参数主要为定义的全局变量，主函数采用模块调用方式完成系统控制。软件设计流程图2所示。

软件设计流程如下：

2.1硬件电路模块初始化

主要包括：

（1）单片机中断触发方式及优先级等的寄存处设置;

（2）AD芯片采样速度和采样精度设置;（3）显示器工作方式及显示内容设置。

2.2等待按键触发

当单片机检测到按键被按下，进入外部中断，在外部中断进行测试的时间设置。完成时间时间设置后，关闭外部中断，开启定时器中断。

2.3每隔1秒进入定时器中断

每隔1秒进入定时器中断，定时器中断功能如下：

（1）进行一次电压值采样;