可调稳压开关电源及其自测电压表

2020-11-23甘新泉

理论与创新 2020年18期

甘新泉

【摘要】本设计是基于LM2596和89C52单片机的数字电压表应用。LM2596开关电压调节器是降压型电源管理单片集成电路，能够输出3A的驱动电流，同时具有很好的线性和负载调节特性。固定输出版本有3.3V、5V、12V，可调版本可以输出小于37V的各种电压。该器件内部集成频率补偿和固定频率发生器，开关频率为150KHz，与低频开关调节器相比较，可以使用更小规格的滤波元件。由于该器件只需4个外接元件，可以使用通用的标准电感，这更优化了LM2596的使用，极大地简化了开关电源电路的设计。

89C52单片机是一块简单易学的MCU，是作为初学软件MCU控制的经典芯片，利用89C52把ADC采样回来的数据进行处理，然后去控制12864液晶的显示。ADC0809是8位的模数转换芯片，且为8位并行输出。再利用89C52作为MCU控制128641液晶显示。

【关键词】LM2596;ADC0809;89C52

引言

想象在某个傍晚的交通高峰时刻，我们站在一个川流不息的地铁站，几乎同时，成千上万的旅客涌向这个车站准备回家。当然，不可能有一辆车大到足以同时装载所有的旅客。我们应该如何解决这个问题？很简单，我们把这些旅客进行分流，然后陆续的把他们运送回家。此后，许多要去外地的旅客还会选择其他可能的交通工具。这样，地铁的运输量就会转变为公交车或出租车等等的运输量。但是，最终人群还会在次汇合，我们就能看到巨大的人流从目的地涌出来。

开关电源和一个大规模的运输系统非常相似。不同的是，从一个地方传输到另一个地方的是能量而不是人。也就是我们从一个输入源连续的获得能量，用开关（晶体管）把这些能量截成一个个能量包，然后通过一些元件（电容和电感）进行传输，从而在输出到平稳的能量。

在上述运输旅客和传输能量两种情况下，从观测者的角度看，我们可以看到一个连续的输入和一个类似的连续输出。但是在中间阶段，是把连续的输入截断成更容易处理的包来完成这种输入输出。

深入分析车站的例子，我们还可以发现要在规定的时间内运输一定数量的旅客，一种方法是使用大型列车，相隔时间对长一些，另一种方法是使用一些小型列车，相隔时间很短。因此，开关电源工作频率通常很高就不足为奇。最根本的目的就是减少能量包的大小，从而减小用来存储的元件的尺寸。

应用这种院里的电源称成为开关电源或者开关型功率变换器。

DC-DC变换器是现代高频开关电源最基本的构件。顾名思义，它把已知直流输入电压VIN变换成所需要的或易于使用的直流输出电压VO。AD-DC变换器也称为离线式电源，其特点是从输入电网取电。它们首先将输入的正弦交流电压VAC整流为直流电压，作为后级DC-DC变换电路的输入。因此从本质上说几乎就是DC-DC变换过程。

所以这个设计是作为电源的最基本设计，是一个简单实用的开关电源。这里设计的电源就是DC-DC的18V-36V直流输入变换成为1V-10V电压输出的开关电源，而LM2596正是经典的BUCK电路应用的经典芯片。

1.设计要求

利用89C52制作数字电压表。

自制24VDC输入，输出可调范围2VDC—10VDC，电流1A。并使用制作的电压表测试自制电源的输出电压。

2.设计思路

2.1硬件部分

根据设计要求选用TI公司的LM2596芯片，作为BUCK变換器的主控芯片，制作自测电压表则使用89C52作为主控MCU，显示使用12864LCD液晶。设计思路框图如下：

2.2输入电压滤波电路

输入24VDC电压经过电容C4和C5滤波，滤除输入电源的高频部分，而且使用两个电容层次滤波更可以作为后面电路的电泵，使得输入功率更加充足。

2.3 DC-DC变换器

经过滤波后的电压输入到LM2596芯片，由于内部PWM驱动对内部MOS管的开关作用，使得输入电压不停地对LS1电感进行充放电。其中整个电路是BUCK变换器的经典脱去结构。

2.4输出电压指示电路和EMI设计

输出电压经过电阻R8给发光二极管供电，当有电压输出的时候LED作为输出电压的指示灯。输出的EMI用简单电容滤波即可。

2.5最小单片机系统

主控电路主要采用单片机对ADC0809采样回来的8位并行数据进行处理，最后去控制LCD12864的显示。最小系统电路主要包括单片机89C52、复位电路、起振电路。

复位操作完成单片机内电路的初始化，使单片机从一种确定的状态开始运行。

当单片机的复位引脚RST出现5ms以上的高电平时，单片机就完成了复位操作。如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态，而无法执行程序。因此要求单片机复位后能脱离状态。

根据应用的要求，复位操作通常有两种基本形式：上电复位、开关复位。上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。开关复位要求在电源接通的条件下，在单片机运行期间，如果发生死机，用按键开关操作使单片机复位。

2.6输出反馈电路

输出反馈主要采用两个电阻进行分压，并且调节分压比。把输出电压大小反馈到LM2596芯片的4脚;根据芯片内部结果和使用手册知道，当4脚得电压大于1.23V时，芯片内部PWM占空比变小，从而降低输出电压。当检测到的电压小于1.23V时，芯片内部的PWM占空比增大，使得输出电压上升。从而起到稳压的作用。

2.7 ADC0809电压采样电路

主要由AD转换器AD0809，频率发生器74LS74，单片机89C52。因ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为500KHZ，所以使用74LS74作为频率发生器。ADC0809的铁性还有信号单极性，电压范围是0-5V，若信号太小，必须进行放大;输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。

2.8 LCD显示电路

LCD主要看使用手册，按说明书使用即可。其中的电位器是用来调节灰度的作用。

3.公式计算

Vout=Vref（1+R1/R2）;注释：R1/R2是对输出电压的分压取样电压。

Vref=1.23V

ADC0809分离系数的方法

dis[0]=a/100+0x30; 百位数计算

dis[1]=a%100/10+0x30;十位数计算

dis[2]=a%100%10+0x30;个位数计算

4.程序思路

5.结论

本次课程设计完成顺利，输出电压能稳定在2V—10V直流电压调节，输入电压调整率1%，电流调整率1%。能够带动8Ω的负载，电路1A稳定。通过本次课程设计进一步了解了电子元件的基本使用，更深刻了解设计性作品和理论知识的结合。