直流稳压电源设计

黄跃娟 郑雪冰 常新 谭岩

摘要：随着电力电子技术、通信技术、控制技术的发展，对直流稳压电源的要求越来越高。本文研究的数字稳压电源是以STC89C52单片机为主控制器，通过键盘设置并由单片机程控输出数字信号，经D/A转换器输出模拟量，再通过功率放大，实现步进值为0.1V，输出电压为9-12V，最大电流为500mA的直流稳压电源。其输出电压值由数码管显示，从各环节体现稳度、精度、低成本的特点。

关键词：稳压电源;单片机;转换器

1.引言

本文采用单片机和其它元器件及外围电路，开发一个数字式可调稳压电源。能够步进调节输出电压值，具有电压值输出显示等功能。通过此系统的设计，让开发者更深刻的掌握单片机基本原理，并熟悉一些外围电路的扩展，以及进一步提高C语言的硬件编程能力。

2.方案设计

本文的内容是直流稳压电源的设计。具体分析过程就是当系统输入220V、50Hz的工频电情况下，先经过变压器，将电压降到一定的伏值在接到整流器上，去除负电压，留下要用到的正电压，这是电压还没有平稳，需要再接入到稳压电路，不会受到外界影响改变波形。但是还需要将电压通过单片机驱动数码管显示出来，所以要把电压转换成模拟信号，然后通过单片机进行判定，要求是出电压是一个区间可调的，所以单片机还要对按键进行控制，还要把按键输入的数字信号转换成模拟型号供给负载使用，最后输出可调的直流稳电压。

3.系统硬件设计

（1）供电电路

单片机STC89C52，D/A转换芯片（TLC5615）工作时需要5V电压。电池费用高，且需要更换。设计的目的就是将高压降为可以调节的低压，所以对于电源的稳定，采用的是将220V的电压经过变压滤波整流，分出5V的电压作为本次设计的内部供电电路。TR1是双15V变压器，与二极管D1，D2构成全波整流电路，将220V交流电变换成脉动直流电，通过电容滤波（电解电容C1）得到直流电压，电压值在18V左右，最大可达到21.21V。为了单片机和转换芯片的输出信号稳定，需要为接一个稳压电路，采用的是稳压管7812和7802，7805的输出5V电压为稳定电压，而采用一个7812是为了保护7805，使其电压更加稳定。

（2）时钟电路

时钟电路用于产生单片机工作时必须的时钟控制信号。其内部的震荡电路是一个高增益反向放大器。分别是放大器的输入端和输出端，单片机内部虽然有震荡电路，单片机的运行速度直接受时钟频率的影响，而系统的稳定性也只接受时钟电路的质量影响。构成有X1（12M）、C2、C6（30P）电容。单片机正常工作是靠这个时钟电路维持的。

（3）复位电路

从复位电路图可以看出，RST接单片机的复位引脚上，与电容和电阻构成一个回路，上电瞬间C1导通，则RST为高电平，单片机将复位，电压稳定后C1储存的电能通过R2对地释放掉，单片机将正常运行。手动复位时，当按键按下RST显示为高电平，单片机进行人工复位，当按键弹起时，电路为低电平，程序正常运行。

（4）数码管显示

数码管显示采用四位一体共阳数码管，数码显示电路图，这样使电路更为简单，只需四个8550三极管就可以将其驱动。P24、P25、P26、P27分别作为数码管的位选端，控制是否选通哪一位数码管。采用PNP型三极管，低电平导通，高电平截止。R20、R30、R40、R50为三极管基极限流电阻，此电阻及能保护三极管又能保证三极管导通时处于完全导通状态。

（5）按键电路

按键选用独立按键，扫描时间短，使程序更简单且扫描时间更短，从而提高稳定性按键弹起时P20、P21、P22、P23为弱上拉状态，所以为高电平。按键按下时对应的I/O口为低电平，可以被程序中的扫描函数检测到。消除按键抖动通常采用硬件接入上拉电阻。在第一次检测到有按键按下时，执行一段延时10ms的子程序后再確认该案件抖动时否认保持闭合状态电平，如果保持闭合状态电平则确认为真正有按键按下，从而消除了抖动的影响。

4.系统软件设计

（1）初始化子程序

在初始化子程序要设定的是与输入信号有关的基本参数，包括载波频率的设定、调制波频率范围设定、脉冲延迟时间设定、最小删除脉宽的设定、调制波形选择、幅值控制设定等。

（2）显示子程序

显示采用动态扫描的方式，每进入一次中断，扫描显示一次。具体显示过程为：当进入中断程序并执行显示程序时，先将P2.7口置1，P2.6和P2.5置0，然后将十位数据即num1的字符编码送到P0口，延时10ms，再将P2.6口置1，其他两个端口置0，然后将个位数即num2的字符编码送到P0口，延时10ms，接下来将P2.5口置1，其他两个端口置0，然后将十分位数即num3的字符编码送到P0口。

5.小结

系统功能的实现主要由稳压调整部分和单片机控制部分。运放TLC5615的正端接D/A输出的基准电压，负端接反馈电压，单片机控制基准电压的输出，同时根据反馈电压来调整基准电压的大小。基本过程：用户输入所需电压，根据所需电压计算D/A的输出，通过稳压电路稳定输出，同时反馈输出电压给单片机。单片机根据反馈电压的大小，与基准电压比较并调整，同时判断输出是否达到要求。

参考文献：

[1]危建国.51系列单片机及51程序设计[M].北京：科学出版社，2012：40-60

[2]刘淑红.单片机系统的联调设计与仿真[J].仪器仪表用户，2013：45-73

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